(57)【要約】【課題】コンパクト化が可能であり、絶縁特性に優れ、耐久性、耐ガス性能の高い電気絶縁用部品を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の絶縁用部品は、金属導体１の外周にシリコーンゴムからなるシリコーンゴム絶縁部材２が配置され、このシリコーンゴム絶縁部材２の外周にセラミックスからなるセラミックス絶縁部材３が配置された構造を有することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属導体の外周にシリコーンゴムからなるシリコーンゴム絶縁部材が配置され、前記シリコーンゴム絶縁部材の外周にセラミックスからなるセラミックス絶縁部材が配置された構造を有する電気絶縁用部品。
【請求項２】
前記シリコーンゴムは、７０〜９０℃における粘度が１，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓである請求項１に記載の電気絶縁用部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部品を絶縁体である樹脂中に埋め込んで製作する電気絶縁用部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧用ガス絶縁機器は、環境保護および設置場所の省スペース化のために、機器の大幅なコンパクト化が必要不可欠である。このようなコンパクト化には発生電界強度の上昇が伴うので、電気絶縁用部品の絶縁性能に制限がかかる。これらの制限に対応するために、低ガス圧化や表面処理の簡素化などが行なわれており、これらの手段はコストを低減するうえで有効ではあるが、現状の電気絶縁用部品の絶縁技術では、絶縁強度の低下が避けられない。したがって、たとえば現行基準の絶縁ガスであるＳＦ6ガスと金属電極を用いた絶縁方式では、上記手段によるコンパクト化には限界がある。
【０００３】
このような課題に対応する手法として、固体絶縁とガス絶縁とを複合して適用したハイブリッド絶縁の技術が検討されている（特許文献１〜３参照）。ハイブリッド絶縁に使用される電気絶縁用部品とは、従来高圧ガス中に配置され、通電導体として用いられていた金属導体（金属の裸電極）の外周に絶縁処理を施したものである。金属の裸電極を用いた場合は、その面積効果により最低破壊電界強度が理論破壊電界強度よりも低下する傾向があり、特にその低下は高ガス圧領域において顕著となる。一方、ハイブリッド絶縁では、最低破壊電界強度は理論破壊電界強度の９０％以上を保持しており、金属の裸電極に比べて耐電圧性に優れ、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）のような高電圧用ガス絶縁機器に適した絶縁用部品であるといえる。
【０００４】
しかしながら、金属導体の外周を絶縁処理した電気絶縁用部品には、次のような問題点がある。すなわち、コンパクトに設計された機器においては、タンク内壁と電気絶縁用部品との絶縁部表面の絶縁距離が短くなるので、絶縁部表面が放電劣化により、絶縁破壊の起点となる可能性が高くなるという問題があった。さらに、長尺の金属導体に絶縁処理をした場合は、金属導体と絶縁部材との熱膨張係数の差から生じる熱応力により、金属導体と絶縁部材との界面で剥離が生じたり、絶縁部材に亀裂が発生したりする可能性があった。
【特許文献１】特開２００１−１３５１４４号公報
【特許文献２】特開平１１−２９７２７号公報
【特許文献３】特開平１０−１０６４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、コンパクト化が可能であり、絶縁特性に優れ、耐久性、耐ガス性能の高い電気絶縁用部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の絶縁用部品は、金属導体の外周にシリコーンゴムからなるシリコーンゴム絶縁部材が配置され、このシリコーンゴム絶縁部材の外周にセラミックスからなるセラミックス絶縁部材が配置された構造を有することを特徴とする。
【０００７】
上記シリコーンゴムは、７０〜９０℃における粘度が１，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属導体の外周にシリコーンゴム絶縁部材を備えることにより、熱応力の発生を軽減することができるので、金属導体と絶縁部材との界面における剥離等を防止することができる。また、シリコーンゴム絶縁部の外周にセラミックスからなるセラミックス絶縁部材を備えるので、放電劣化特性を改善することができ、絶縁破壊を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明では、図面を用いて説明しているが、本願の図面において同一の参照符号を付したものは、同一部分または相当部分を示している。
【００１０】
（実施の形態）
図１は、開閉所などで使用されるガス絶縁開閉装置１００の概略構成を示す正面図である。図１に示すガス絶縁開閉装置１００は、少なくともブッシング１１と、変流器１２と、分岐母線１３と、切離し用断路器１４と、バイパス用断路器１５とから構成されている。各バイパス用断路器１５は、分岐母線により位相調節器１６に接続される。このガス絶縁開閉装置１００は、気中絶縁母線１０とブッシング１１とを介して変電所や電気所に接続され、電力流通を制御する。上記分岐母線１３は電気絶縁および耐久性などに優れた電気絶縁用部品から構成される必要がある。
【００１１】
図２は、本発明の電気絶縁用部品の一形態を示す概略断面図であり、本発明の電気絶縁用部品を図１に示す分岐母線１３に適用した場合の例を示す。図２に示す電気絶縁用部品は、金属導体１と、シリコーンゴムからなるシリコーンゴム絶縁部材２と、セラミックスからなるセラミックス絶縁部材３とを含む（シリコーンゴム絶縁部材２とセラミックスからなるセラミックス絶縁部材３とをあわせて絶縁部材７ということがある）。金属導体１の外周に上記シリコーンゴム絶縁部材２が配置され、このシリコーン絶縁部材２の外周にセラミックス絶縁部材３が配置された構造を有する。このように絶縁処理が施された金属導体１は、金属タンク５の内部に配設され、金属タンク５と、金属導体１および絶縁部材７とにより形成される空間に絶縁ガス４が充填される。
【００１２】
従来、セラミックス絶縁部材を設ける構造は、セラミックスによる蓄熱が予測され、樹脂に金属導体を埋め込んだ形式の電気絶縁用部品において、本発明の構造を有するものは存在しなかった。本発明は、上記のようにシリコーン絶縁部材２を樹脂部分に適用した場合、絶縁部材７全体として放熱効果を有することを見出してなされたものである。
【００１３】
本発明における構造を有する電気絶縁用部品は、種々の規模の絶縁機器に適用することができる。たとえば、ガス絶縁開閉機器のような比較的大規模な絶縁機器に適用する場合には、図２に示すように、金属導体１を複数の箇所でスペーサー６により固定することが好ましい。このようにスペーサー６を設けることにより、金属導体１が長尺でも、その外周のシリコーンゴム絶縁部材２との剥離をより低減することができる。また、金属導体１に設けられた隣接するスペーサー６間は、その長さ方向において隙間無くセラミックス絶縁部材３およびシリコーンゴム絶縁部材２が設けられ、絶縁処理を施されていることが好ましい。本発明の電気絶縁用部品は、上記のような構造を有するので、金属導体１と絶縁部材７との界面における剥離等を防止することができ、放電劣化特性および、最低破壊電界強度を理論破壊電界強度の１０〜２０％にまで改善することができる。したがって、たとえば、絶縁機器のタンク径を２０〜３０％の規模にまでコンパクト化することが可能である。
【００１４】
本発明において絶縁処理が行なわれる部分は、上記のようにシリコーンゴム絶縁部材２とセラミックス絶縁部材３により構成されるが、その他電気絶縁用部品として従来公知の部材を適宜備えるものである。
【００１５】
金属導体１は、電気絶縁用部品における通電導体であり、たとえば最表面に被膜形成などを行なっていない金属そのもにより構成される導体をいう。金属導体１を構成する金属としては、特に限定されるものではなく、軽量かつ通電特性が良好であることから、通常アルミニウムが用いられる。また、金属導体１の形状についても特に限定されるものではなく、所望の電気絶縁用部品に応じて選択すればよい。たとえば、直径５０〜１００ｍｍの円柱で、その長さが１〜６ｍの場合、高電圧用ガス絶縁機器として有用である。
【００１６】
シリコーンゴム絶縁部材２は、シリコーンゴムからなり、その外周のセラミックス絶縁部材３を設けた際のクッション性を確保するために設けられる。シリコーンゴム絶縁部材２の厚みは、たとえば、金属導体１の径が１００ｍｍで、その長さが１０００ｍｍの規模のもので０．５〜１ｍｍとすることが好ましい。シリコーンゴム絶縁部材２の厚みが上記範囲内にある場合は、金属導体１からの剥離の問題がなく、かつ、放電特性を十分に改善することができる。
【００１７】
シリコーンゴム絶縁部材２は、図２に示す金属導体１とセラミックス絶縁部材３とにより形成される空間（微小ギャップ）にシリコーンゴムを注入して、硬化することにより形成することができる。このシリコーンゴムとしては、硬化後にクッション性（弾性）を有するものであればよい。特に、７０〜９０℃における粘度が１，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓである２液性の付加型液状シリコーンゴムを用いることが好ましい。このような注入時に低粘度を有するシリコーンゴムを用いた場合は、注入時のボイドの発生を防止することができ、また、微小ギャップへのシリコーンゴムの注入が精度よく行なわれることから、微小ギャップでの絶縁を確実にすることができるので、部分放電等の発生を防止することが可能となる。上記粘度が１，０００ｍＰａ・ｓ未満の場合は、シリコーンゴム絶縁部材２と、金属導体１やセラミック製絶縁部材３との接着が十分でない場合があり、上記粘度が３０００ｍＰａ・ｓを超える場合は、シリコーンゴムの注入時にボイドが生じ、その結果、微小ギャップのモールドの精度が低下することがある。
【００１８】
上記シリコーンゴムの常温での粘度は、配管輸送の容易さや、シリコーンゴムおよび硬化剤の２液を混合する際の機械特性の点から、１００，０００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。なお、上記のように７０〜９０℃における粘度が１，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓである限る常温における粘度は特に限定されるものではない。本発明において、粘度とは、回転粘度計を用いて測定した値をいう。
【００１９】
上記シリコーンゴムの構造の例を図３に示す。シリコーンゴムは図３に示されるような−Ｏ−Ｓｉ（Ｈ）（ＣＨ3）−単位が繰り返した構造を有するものを例示することができる。図３におけるｘは繰り返しを示す。シリコーンゴムの硬化剤としては、特に限定されず、従来公知のものを適宜選択して用いることができる。
【００２０】
セラミックス絶縁部材３は、上記シリコーンゴム絶縁部材２を構成するシリコーンゴムが電気絶縁用部品に充填するガスにより侵食されるのを防ぐために設けられる。したがって、セラミックス絶縁部材３は、図２に示すように、シリコーンゴム絶縁部材２を覆うように設けることが好ましい。また、スペーサー６を設ける場合は、セラミックス絶縁部材３は、その長さが隣接するスペーサー６間の距離と同一となるように設けることが好ましい。
【００２１】
セラミックス絶縁部材３を構成するセラミックスとしては、たとえば、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）等が挙げられる。このセラミックスを用いた場合は、シリコーンゴム絶縁部材２との密着性が良好であり、また、放電特性をより向上させることができる。また、セラミックス絶縁部材３の形状としては、内側に存在するシリコーンゴム絶縁部材２が熱膨張係数の差による熱応力の結果、剥離することを防ぐために、たとえば上記のようにスペーサー６を設ける場合は、隣接するスペーサー６間の距離と同一とすることが好ましく、１ｍ〜６ｍ程度とすることが好ましい。また、厚みとしては、上記シリコーンゴム絶縁部材２とセラミックス絶縁部材３との合計厚みが１ｍｍ〜６ｍｍとなるように調整することが好ましい。絶縁部材７の合計厚みが上記範囲の場合は、部材を形成したときの表面凹凸の影響を低減することができ、また、シリコーンゴムを微小ギャップにまでより精度よく注入できる点から好ましい。
【００２２】
スペーサー６は、電気絶縁用部品の規模により適宜設ける。隣接するスペーサー６間の距離は特に限定されないが、絶縁部材を設ける範囲からたとえば１ｍ〜６ｍとすればよい。
【００２３】
本発明における電気絶縁用部品の絶縁部材７は、たとえば次のような方法により製造される。金属導体１の外周とセラミックス絶縁部材３の内壁に、常温でシランカップリング剤を塗布し、７０℃〜９０℃に予熱する。予熱が完了した後、金属導体１とセラミックス絶縁部材３に囲まれた空間にシリコーンゴムを流し込む。シリコーンゴムを流し込んだ後、たとえば１３０℃で２０〜２４時間の条件で硬化させて絶縁部材７を得る。シリコーンゴムの硬化温度および時間は、絶縁部材７の形状等により適宜変更すればよい。
【００２４】
シランカップリング剤を塗布してから、シリコーンゴムを注入するまでの時間は、特に限定されないが、金属導体１およびセラミックス絶縁部材３に塗布したシランカップリング剤が遷移状態にあるときにシリコーンゴムを注入し硬化を開始すると、金属導体１と、セラミックス絶縁部材３と硬化により形成されるシリコーンゴム絶縁部材２の接着性を強固なものとすることができる。
【００２５】
遷移状態は、上記シランカップリング剤を塗布した後、これらの部材等を常温で大気中に放置することにより達成することができる。たとえば、塗布後の放置時間を約１時間とすればよい。遷移状態とは、図４の鎖線を含む図に模式的に示すように、セラミックス絶縁部材表面８に存在するＯＨ基と、シランカップリング剤分子に存在するＯＨ基との相互作用により水素結合（図４の鎖線）が形成されたような結合状態をいう。
【００２６】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【００２７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の電気絶縁用部品は、ＳＦ6ガスを絶縁媒体として用いるＧＩＳやガス遮断器（ＧＣＢ）などのガス開閉機器に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ガス絶縁開閉装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】本発明の電気絶縁用部品の一形態を示す概略断面図である。
【図３】シリコーンゴムの構造を示す図である。
【図４】シランカップリング剤とシリコーンゴム絶縁部材との結合反応を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  金属導体、２  シリコーンゴム絶縁部材、３  セラミックス絶縁部材、４  絶縁ガス、５  金属タンク、６  スペーサー、７  絶縁部材、８  セラミックス絶縁部材表面、１０  気中絶縁母線、１１  ブッシング、１２  変流器、１３  分岐母線、１４  切離し用断路器、１５  バイパス用断路器、１６  位相調節器、１００  ガス絶縁開閉装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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