JP4907584B2

JP4907584B2 - 油入変圧器コンサベータ用複合膜及びその製造方法

Info

Publication number: JP4907584B2
Application number: JP2008081719A
Authority: JP
Inventors: 照久龍岡; 幸子古橋; 隆幸小林; 茂之塚尾; 淳衛藤; 信義池田; 康史小野; 和成千藤; 勝巳高橋; 文夫南
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Nippon Koei Co Ltd
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Nippon Koei Co Ltd
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: JP2009238943A

Description

本発明は、油入変圧器コンサベータ用複合膜及びその製造方法に関し、特に、優れた接着性により層間の剥離強度が高い油入変圧器コンサベータ用複合膜及びその製造方法に関する。

図３は、油入変圧器の構成例を示す。この油入変圧器１０は、鉄心、一次巻線、および二次巻線等からなる変圧器本体１１と、密閉構造を有すると共に変圧器本体１１が内蔵されるタンク１２と、絶縁耐力および冷却効果を上げるためにタンク１２に封入される絶縁油１３と、タンク１２の天井面に取り付けられた複数の碍子１４と、タンク１２の上部に配設され、連結管１５を介してタンク１２に連結されたコンサベータ（Conservator）１６と、連結管１７を介してコンサベータ１６に連結された吸湿呼吸器１８とを備える。

変圧器本体１１は、鉄心、一次巻線、および二次巻線等を備え、交流の入力電圧を降圧して出力する。タンク１２は、放熱性に優れる金属を用いて、高い放熱性が得られ、かつ変圧器本体１１との絶縁を考慮した構造に作られている。碍子１４は、タンク１２に絶縁させて取り付けられ、送電線や配電線と変圧器本体１１の一次巻線および二次巻線に接続される。

コンサベータ１６は、内部に、油入変圧器１０の絶縁油１３と外気を分離して絶縁油１３の酸化劣化を防止するとともに、絶縁油１３の膨張および収縮を吸収するための耐油性の油入変圧器コンサベータ用複合膜（以下、コンサベータ用複合膜という。）２０が設けられている。

吸湿呼吸器１８は、コンサベータ１６に導入される空気を除湿するための乾燥剤、例えば、シリカゲルを収納している。

図４は、コンサベータ用複合膜２０の構成を示す。酸素ガスバリア性を向上したコンサベータ用複合膜は流動帯電対策のひとつとして、超高圧変圧器への適用が検討されており、図４のコンサベータ用複合膜２０は特許文献１に開示されている。

このコンサベータ用複合膜２０は、酸素ガスバリア性を備える酸化防止用の高分子材料を用いた中間層としてのＥＶＯＨフィルム２１と、このＥＶＯＨフィルム２１の両面にそれぞれ設けられた内層としてのナイロン布２２と、ナイロン布２２のそれぞれの表面に設けられた外層としてのニトリルゴム２３とを備える。なお、各層の相互間は、接着剤により接着されている。

変圧器本体１１は、運転にともなって鉄心および各巻線の温度が上昇する。変圧器本体１１の温度が上昇すると、絶縁油１３の温度が上昇し、膨張する。また、変圧器本体１１が運転を停止し、或いは軽負荷で動作するようになったときには、絶縁油１３の温度が下がり、収縮する。この絶縁油１３の膨張および収縮を吸収するためにコンサベータ１６が設けられている。

コンサベータ用複合膜２０は、その片面に吸湿呼吸器１８からの空気（酸素）が接触し、他方の面にタンク１２からの絶縁油１３が接触しており、タンク１２内の絶縁油１３の膨張または収縮に応じてコンサベータ用複合膜２０が上下動し、絶縁油１３の膨張／収縮を吸収する。

したがって、コンサベータ用複合膜２０には、絶縁油１３の劣化防止のため酸素ガスバリア性に優れていること、変形に対する追随性に優れていること、層間の剥離強度が高いこと等が要求される。
特開２００６−２３７５３１号公報

しかし、特許文献１記載のコンサベータ用複合膜２０は、ＥＶＯＨフィルム等からなる中間層と、ナイロン布からなる内層との間の剥離強度について改善の余地が残されていた。

従って、本発明の目的は、ＥＶＯＨフィルム等からなる中間層と、ナイロン布層との間の剥離強度が高く耐久性に優れている油入変圧器コンサベータ用複合膜及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、酸素ガスバリア性を備える酸化防止用の高分子材料を用いた中間層と、前記中間層の両面にそれぞれ設けられたゴム層と、前記各ゴム層のそれぞれの外側表面（前記中間層対向面とは反対側の面）に設けられたナイロン布層と、前記各ナイロン布層のそれぞれの外側表面（前記ゴム層対向面とは反対側の面）に設けられた耐油物質による外層とを備えた油入変圧器コンサベータ用複合膜の製造方法であって、前記中間層の接着面を前記ゴム層との接着前に活性化処理する工程と、前記ナイロン布層の接着面を前記ゴム層との接着前に樹脂添加ゴム糊によりコーティング処理する工程と、を含むことを特徴とする油入変圧器コンサベータ用複合膜の製造方法及び当該製造方法によって製造されたことを特徴とする油入変圧器コンサベータ用複合膜を提供する。

本発明によれば、ＥＶＯＨフィルム等からなる中間層と、ナイロン布層との間の剥離強度が高く耐久性に優れている油入変圧器コンサベータ用複合膜及びその製造方法を提供できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る油入変圧器コンサベータ用複合膜を示す。この油入変圧器コンサベータ用複合膜（以下、コンサベータ用複合膜という。）１は、酸素ガスバリア性を備える酸化防止用の高分子材料を用いた中間層２と、この中間層２の両面にそれぞれ設けられたゴム層３と、各ゴム層３のそれぞれの外側表面（中間層対向面とは反対側の面）に設けられたナイロン布層４と、各ナイロン布層４のそれぞれの外側表面（ゴム層対向面とは反対側の面）に設けられたニトリルゴム等の耐油物質による外層５とを備える。

中間層２とゴム層３との間は接着剤６により、ゴム層３と外層５は接着剤７でコーティング処理されたナイロン布層４を介して接着されている。

〔中間層２〕
中間層２には、酸素ガスバリア性に優れた高分子材料を用いる。具体的には、室温（２０〜２５℃）、湿度０％で酸素透過率が、３．５ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下、５０℃、湿度０％において３０ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下である高分子材料を好適に用いることができる。より好ましくは、室温（２０〜２５℃）、湿度０％で酸素透過率が、２．０ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下、５０℃、湿度０％において２５ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下である。さらに好ましくは、室温（２０〜２５℃）、湿度０％で酸素透過率が、１．０ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下、５０℃、湿度０％において２１ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下である。

また、中間層２は、より好ましくは以下の条件も満たす高分子材料を用いる。すなわち、３５℃、湿度７５％で酸素透過率が、６．０ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下、より好ましくは、５．０ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下、さらに好ましくは、４．０ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下である。

また、水分の透過を防止することが望ましいことから、中間層２は、さらに好ましくは以下の条件も満たす高分子材料を用いる。すなわち、室温（２０〜２５℃）における水蒸気透過率が、1０００ｇ／ｍ^２・２４ｈ以下、５０℃において５０００ｇ／ｍ^２・２４ｈ以下である。より好ましくは、室温（２０〜２５℃）における水蒸気透過率が、９５０ｇ／ｍ^２・２４ｈ以下、５０℃において５０００ｇ／ｍ^２・２４ｈ以下である。

このような中間層２として、例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂（ＥＶＯＨ）、延伸ポリビニルアルコール（延伸ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）等のフィルムを好適に用いることができる。

中間層２として、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂（ＥＶＯＨ）を用いる場合には、エチレン共重合比率が２０〜４５ｍｏｌ％のものを用いることが好ましく、より好ましくは、２５〜３５ｍｏｌ％であり、さらに好ましくは、２９〜３１ｍｏｌ％である。

ＥＶＯＨの厚みは、１０〜３０μｍが好ましく、より好ましくは１２〜２５μｍであり、さらに好ましくは１４〜２０μｍである。

中間層２として、延伸ポリビニルアルコール（延伸ＰＶＡ）を用いる場合には、二軸延伸ＰＶＡを用いることが好ましい。また、延伸ＰＶＡは、耐水蒸気透過に優れているとは言えないため、乾燥剤等を併用することが好ましい。

延伸ＰＶＡの厚みは、８〜３０μｍが好ましく、より好ましくは１０〜２５μｍであり、さらに好ましくは１２〜２０μｍである。

中間層２として、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）を用いる場合には、厚めのフィルムを使用するか、複数層貼り合わせて使用するか、強度の点からほかの材料を張り合わせて使用することが好ましい。

ＰＶＤＣの厚みは、１４〜５５（２７ミクロン×２枚を想定）μｍが好ましく、より好ましくは１８〜４０μｍであり、さらに好ましくは２０〜３５μｍである。

〔ゴム層３〕
ゴム層３には、ニトリルゴム等の合成ゴムを好適に用いることができる。ゴム層３の厚みは、６０〜１５０μｍが好ましく、より好ましくは７０〜１３０μｍであり、さらに好ましくは８０〜１００μｍである。

〔ナイロン布層４〕
ナイロン布層４の厚みは、７０〜１５０μｍが好ましく、より好ましくは８０〜１４０μｍであり、さらに好ましくは９０〜１３０μｍである。

〔外層５〕
外層５には、ニトリルゴム等の耐油物質を好適に用いることができる。外層５の厚みは、１５０〜４００μｍが好ましく、より好ましくは２００〜４００μｍであり、さらに好ましくは２５０〜３５０μｍである。

〔接着剤６〕
中間層２とゴム層３との間は接着剤６により接着されている。接着剤６としては、樹脂添加ゴム糊を好適に用いることができる。外層５と同質系のゴム糊が好ましい。特に、フェノール樹脂添加ニトリルゴム糊が好ましい。フェノール樹脂の添加量は、ニトリルゴムの質量の１０〜５０％が好ましい。これは、接着性能、樹脂添加による硬化防止および経済性の観点から定めたものである。なお、１５〜３０％がより好ましく、２０〜２５％がさらに好ましい。

中間層２とゴム層３との間を接着剤６により接着する前に、接着強度の安定化のため、中間層２の表面を活性化させる必要がある。活性化させる方法としては、熱処理、コロナ放電、プライマー処理等があるが、コスト面や水分を飛ばす効果等の観点から熱処理が最も好ましい。活性化処理は、接着する直前に行なうことが最適であり、少なくとも接着する前の数時間内に行なうことが好ましい。

〔接着剤７〕
ゴム層３と外層５は、接着剤７で処理されたナイロン布層４を介して接着剤７により接着されている。ここで、接着剤７とは、ナイロン布全面にコーティングする接着剤を意味する。接着剤７としては、接着剤６と同類の樹脂添加ゴム糊を好適に用いることができる。ゴムは外層５と同質系のゴム糊が好ましい。

ナイロン布層４に接着剤７をコーティング処理する方法としては、例えば、樹脂添加ニトリルゴム糊にナイロン布を浸漬させて加圧又は減圧に保ち、ゴムを繊維と繊維の間の空隙に含浸させ塗布させることにより行なうことができる。

〔コンサベータ用複合膜の製造方法〕
コンサベータ用複合膜１は、例えば、以下の手順により製造することができる。貼り付けに際しては、気泡が混入しないように、また皺にならないように行なう。
（１）ナイロン布層４に接着剤７をコーティングする。
（２）（１）にゴム層３を貼りつける。
（３）中間層２に表面処理を加える。
（４）（３）の片面に接着剤６を塗布する。
（５）（４）の塗布面に（２）のゴム層３側を貼りつける。
（６）（５）の中間層２の露出面に接着剤６を塗布する。
（７）（６）の塗布面に（２）のゴム層３側を貼りつける。
（８）（７）の外側両面に外層５を貼りつける。
（９）（８）を加硫する。

〔本発明の実施の形態の効果〕
本発明の実施の形態によれば、複合膜の層間の剥離強さが１０Ｎ／ｃｍ以上、更には２０Ｎ／ｃｍ以上のコンサベータ用複合膜を得ることができる。

また、上記剥離強さを保持し、かつ、室温（２０〜２５℃）、湿度０％で酸素透過率が、０．０８ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下であり、絶縁油耐油性が約６０℃の油中屈曲においても３万回以上の伸縮屈曲動作に耐えられるコンサベータ用複合膜を得ることもできる。

〔他の実施の形態〕
本発明は、上記実施の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、コンサベータ用複合膜１は、いわゆる隔膜型に限らず、いわゆる袋型に適用することもできる。

以下に本発明の実施例について説明するが、本発明はそれらによって限定されるものではない。

〔実施例１〕
上記本発明の実施の形態のコンサベータ用複合膜の製造方法に従って、コンサベータ用複合膜１Ａを量産設備により製造した。

図２（ａ）は、実施例１のコンサベータ用複合膜１Ａの断面図である。各層には、延伸ポリビニルアルコール（延伸ＰＶＡ）フィルム層２Ａ（厚さ１２μｍ）、ニトリルゴム層３Ａ（厚さ１００μｍ）、ナイロン布層４Ａ（厚さ１２０μｍ）、ニトリルゴム層５Ａ（厚さ３００μｍ）を用いた。延伸ＰＶＡには、日本合成化学工業株式会社製の商品名「ボブロン」（二軸延伸ＰＶＡ）を用いた。

また、延伸ポリビニルアルコール（延伸ＰＶＡ）フィルム層２Ａは、活性化処理として熱処理を施した。接着剤６Ａにはフェノール樹脂２０％添加ニトリルゴム糊を用い、ニトリルゴム層３Ａとニトリルゴム層５Ａを、接着剤７Ａでコーティングしたナイロン布層４Ａにより加硫融着した。接着剤７Ａには樹脂添加ニトリルゴム糊を用いた。

（試験結果）
上記実施例１の酸素透過率試験は、ＪＩＳＫ７１２６Ｂ法：１９８７による方法で室温２３℃、湿度０％の条件で酸素透過率が０．０１ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下（測定限界）であった。また、絶縁油耐油性として約１００℃絶縁油（７種４号）に浸漬し３０日放置した後、約６０℃の油中屈曲において、３万回の伸縮屈曲動作を実施し、貫通亀裂なく耐えることができた。これにより、目的とした強度を有していることが分かった。

〔比較例１〕
特許文献１記載のコンサベータ用複合膜の製造方法に従って、コンサベータ用複合膜１Ｂを量産設備により製造した。

図２（ｂ）は、比較例１のコンサベータ用複合膜１Ｂの断面図である。各層には、延伸ポリビニルアルコール（延伸ＰＶＡ）フィルム層２Ｂ（厚さ１２μｍ）、ナイロン布層４Ｂ（厚さ１２０μｍ）、ニトリルゴム層５Ｂ（厚さ２５０μｍ）を用いた。延伸ＰＶＡには、日本合成化学工業株式会社製の商品名「ボブロン」（二軸延伸ＰＶＡ）を用いた。

また、延伸ポリビニルアルコール（延伸ＰＶＡ）フィルム層２Ｂは、活性化処理として熱処理を施した。接着剤６Ｂおよび接着剤８Ｂには、ニトリルゴム糊を用い、ニトリルゴム層５Ｂを加硫融着することによりナイロン布層４Ｂに接着した。

〔比較例２〕
上記本発明の実施の形態のコンサベータ用複合膜の製造方法に従って、コンサベータ用複合膜１Ｃを量産設備により製造した。但し、ニトリルゴム層３Ａに相当する層は設けずに、フィルム層２Ｃとナイロン布層４Ｃとを接着した。

図２（ｃ）は、比較例２のコンサベータ用複合膜１Ｃの断面図である。各層には、延伸ポリビニルアルコール（延伸ＰＶＡ）フィルム層２Ｃ（厚さ１２μｍ）、ナイロン布層４Ｃ（厚さ１２０μｍ）、ニトリルゴム層５Ｃ（厚さ３５０μｍ）を用いた。延伸ＰＶＡには、日本合成化学工業株式会社製の商品名「ボブロン」（二軸延伸ＰＶＡ）を用いた。

また、延伸ポリビニルアルコール（延伸ＰＶＡ）フィルム層２Ｃは、活性化処理として熱処理を施した。接着剤６Ｃにはフェノール樹脂２０％添加ニトリルゴム糊を用い重ね塗りし、接着剤７Ｃでコーティングしたナイロン布層４Ｃを接着することによりニトリルゴム層５Ｃを加硫融着した。接着剤７Ｃには樹脂添加ニトリルゴム糊を用いた。

（剥離接着強さ試験）
上記の実施例１および比較例１〜２を用いて、剥離接着強さ試験により剥離強度の測定を行った。

剥離接着強さ試験は、ＪＩＳＫ６４０４−５：１９９９による方法により行った。各サンプルを引張試験機に取り付け、１８０度剥離強度（Ｎ／ｃｍ）を測定した。

測定結果は、実施例１が２９Ｎ／ｃｍ、比較例１が２．９Ｎ／ｃｍ、および比較例２が４．４Ｎ／ｃｍであった。これより、実施例１の層構成および接着剤を用いた場合の剥離強度が極めて高く、優れていることが分かった。

〔実施例２〕
上記本発明の実施の形態のコンサベータ用複合膜の製造方法に従って、実施例１と同様のコンサベータ用複合膜をラボ設備により製造した。

（中間層２表面の活性化処理の効果確認）
実施例１と同様に熱処理により中間層２の表面を活性化させて製造したものの他に、熱処理に換えて放電処理としてのコロナ処理、およびプライマー処理により中間層２の表面を活性化させて製造したものを準備し、前述の剥離接着強さ試験を行なったところ、熱処理によるものは２２．７Ｎ／ｃｍであり、コロナ処理によるものは２６．３Ｎ／ｃｍであり、プライマー処理によるものは９．９Ｎ／ｃｍあった。

〔実施例３〕
上記本発明の実施の形態のコンサベータ用複合膜の製造方法に従って、実施例１と同様のコンサベータ用複合膜をラボ設備により製造した。但し、フェノール樹脂２０％添加ニトリルゴム糊に換えて、フェノール樹脂３０％添加ニトリルゴム糊、フェノール樹脂５０％添加ニトリルゴム糊、フェノール樹脂１００％添加ニトリルゴム糊をそれぞれ用いて製造した。

（フェノール樹脂添加量の効果確認）
それぞれについて、前述の剥離接着強さ試験を行なったところ、フェノール樹脂３０％添加のものは２１．３Ｎ／ｃｍであり、フェノール樹脂５０％添加およびフェノール樹脂１００％添加のものは剥離不能であった。

本発明の実施の形態に係るコンサベータ用複合膜の断面図である。実施例および比較例のコンサベータ用複合膜の断面図である。油入変圧器の構成例を示す構成図である。従来のコンサベータ用複合膜の構成を示す断面図である。

符号の説明

１：コンサベータ用複合膜、２：中間層
３：ゴム層、４：ナイロン布層、５：外層
６：接着剤、７：接着剤、
１Ａ〜１Ｃ：コンサベータ用複合膜
２Ａ〜２Ｃ：延伸ＰＶＡフィルム層
３Ａ：ニトリルゴム層、４Ａ〜４Ｃ：ナイロン布層
５Ａ〜５Ｃ：ニトリルゴム層、６Ａ〜６Ｃ：接着剤
７Ａ，７Ｃ：接着剤、８Ｂ：接着剤
１０：油入変圧器、１１：変圧器本体、１２：タンク
１３：絶縁油、１４：碍子、１５：連結管
１６：コンサベータ、１７：連結管、１８：吸湿呼吸器
２０：コンサベータ用複合膜、２１：中間層（ＥＶＯＨフィルム）
２２：内層（ナイロン布）、２３：外層（ニトリルゴム）

Claims

酸素ガスバリア性を備える酸化防止用の高分子材料を用いた中間層と、前記中間層の両面にそれぞれ設けられたゴム層と、前記各ゴム層のそれぞれの外側表面（前記中間層対向面とは反対側の面）に設けられたナイロン布層と、前記各ナイロン布層のそれぞれの外側表面（前記ゴム層対向面とは反対側の面）に設けられた耐油物質による外層とを備えた油入変圧器コンサベータ用複合膜の製造方法であって、
前記中間層の接着面を前記ゴム層との接着前に活性化処理する工程と、
前記ナイロン布層の接着面を前記ゴム層との接着前に樹脂添加ゴム糊によりコーティング処理する工程と、
を含むことを特徴とする油入変圧器コンサベータ用複合膜の製造方法。
請求項１に記載の油入変圧器コンサベータ用複合膜の製造方法によって製造されたことを特徴とする油入変圧器コンサベータ用複合膜。
前記中間層と前記ゴム層、および前記ナイロン布層と前記外層は、前記接着用樹脂添加ゴム糊により接着されており、
前記接着用樹脂添加ゴム糊は、フェノール樹脂の添加量がニトリルゴムの質量の１０〜５０％であるフェノール樹脂添加ニトリルゴム糊であることを特徴とする請求項２に記載の油入変圧器コンサベータ用複合膜。
前記活性化処理は、熱処理であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の油入変圧器コンサベータ用複合膜。
前記ゴム層は、ニトリルゴムからなることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の油入変圧器コンサベータ用複合膜。
前記ゴム層は、その厚みが６０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の油入変圧器コンサベータ用複合膜。
前記中間層を構成する前記高分子材料は、室温（２０〜２５℃）、湿度０％で酸素透過率が、３．５ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下、５０℃、湿度０％で酸素透過率が、３０ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下、室温（２０〜２５℃）における水蒸気透過率が、1０００ｇ／ｍ^２・２４ｈ以下、５０℃における水蒸気透過率が、５０００ｇ／ｍ^２・２４ｈ以下の高分子材料であることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の油入変圧器コンサベータ用複合膜。
前記高分子材料は、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂（ＥＶＯＨ）、延伸ポリビニルアルコール（延伸ＰＶＡ）、又はポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）であることを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか１項に記載の油入変圧器コンサベータ用複合膜。
前記外層を構成する前記耐油物質は、ニトリルゴムであることを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の油入変圧器コンサベータ用複合膜。