JP5663085B2 - 複合がいし - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前提部による複合がいしに関する。このような複合がいしは、特に、エポキシ樹脂またはビニルエステルのような繊維強化熱硬化性材料から製造される荷重支持芯体を含む。所要の絶縁特性と、特に気象条件に起因する外部の影響からの保護とを備えるために、この芯体は、特にシリコーンゴムのような電気絶縁性のエラストマーから製造される保護層によって囲繞される。

高い電圧を絶縁する場合は、部分的な放電を避けることが常に必要である。このような放電は、例えば局所的な電界の増大から生じるが、特に複合がいしの場合、保護層の損傷事例をもたらし、その結果、稼動寿命が低下する。従って、複合がいしの場合、電界の局所的な増大を避ける手段が非常に重要になる。例えば、高電圧がいし用の適切な手段として、遮蔽電極が知られているが、これは、送電器具に取り付けられて、そこで、器具端部における電界の増大を回避する機能を果たす。

この点における高電圧がいしの大きな問題点は、その長さに沿う電圧変化の分布が極端に不均等である点にある。この理由は、がいしのアースに対する漂遊容量（stray capacitance）である。さらに別の問題点は、例えば、汚れたがいしに局所的な乾燥が生じた場合の電界の増大によって生じる局所的放電である。

電界の局所的な増大を避けるために、国際公開第２００９／１００９０４Ａ１号パンフレットは、複合がいしの少なくともある特定部分に、電界影響粒子（電界に影響を及ぼす粒子）を含む電界制御層を設けることを開示している。このような粒子は、例えば、抵抗性または容量性の効果を有するか、あるいは、半導体であり、対応する電気的変数と電圧との間の非線形的関係の結果として、がいしに沿う電圧の突変を低減するのに寄与する。特に、電圧の限界値を超えると電気抵抗が急に低下するＺｎＯのマイクロバリスターが取り上げられている。

国際公開第２００９／１００９０４Ａ１号パンフレット

本発明の目的は、冒頭に述べたタイプの複合がいしであって、局所的な放電を避ける点に関して改善された複合がいしを提供することにある。

この目的は、冒頭に述べたタイプの複合がいしであって、保護層が、がいし（碍子）の電界に影響を及ぼす粒子を特定の部分ごとに適切に含む複合がいしによって、本発明に従って達成される。

この場合、本発明は、がいしに沿う電界に影響を及ぼす粒子を、予期される外部条件の下で稼動寿命の間に生起する放電であって絶縁保護層の破壊事例を生じる可能性があるような放電をできる限り回避するように、がいしの特定の部分ごとに適切に配置するという考えに基づいている。この点に関して、４２０ｋＶの電圧用として設計された長幹複合がいしについて、調査を実施した。使用した長幹複合がいしは合計１０個の笠（shed）を備えており、その沿面距離の長さは３．９１ｍであった。試験において、がいしのより大きな絶縁破壊傾向を実現するため、意図的に少数の笠を選択した。

高電圧実験室において、がいしを、ＩＥＣ６００６０−１の規格に従って４５°の角度で人工の降雨に曝露した。試験は交流で行った。人工雨はκ＝＋／−１００μＳ／ｃｍの導電率を有する。印加電圧は段階的に増大した。生じた部分的放電は目視観察された。結果として、従来方式で製造された長幹複合がいしであって、その保護層がいかなる電界影響粒子をも含まない複合がいしは、６００ｋＶの電圧において、がいしの高電圧端部の方を向く笠の下面に明確な放電を生じることが観察された。

この発見に基づいて、本発明は、がいしを雨に曝露すると、導電性の被膜が笠の上面にかつ軸部に沿って形成されるというモデル概念から出発する。その結果、従来型がいしの全体にわたって、笠の乾いた下面全域に大きな電圧落差が生起する。その結果生じる電界の局所的な増大のために周囲大気の絶縁強度を超える事態になると、笠の下面に局所的な放電が発生する。

従って、本発明は、好ましい形態において、がいしの上記乾いたゾーンの領域、特に笠の下面に、電界影響粒子を存在させる。このため、電界影響粒子を、特定の部分ごとに、別個に塗布するか、加硫装着するか、保護層と共に装着するか、スプレー装着するか、鋳込み装着(mold on)するか、あるいは鋳込む(mold in)。また、この目的のため、電界影響粒子を適切な絶縁材料、特に保護層の材料に添加することが適切である。続いて、得られたこの保護層の材料を鋳込み装着するか、接着するか、あるいは加硫装着する。電界影響粒子は、がいしの製造中に保護層に特定割合において添加混合してもよい。代わりの方式として、電界影響粒子と混合した材料を、がいしの最終成形の間に、保護層によりオーバーモールドしてもよい。

保護層は、また電界影響粒子と混合される材料も、シリコーンゴム、エチレンプロピレンコポリマー（ＥＰＤＭ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、あるいはエポキシ樹脂とすることが好ましい。したがって、電界影響粒子と混合されたシリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ＥＶＡまたはエポキシ樹脂を特定の部分ごとに装着する。

電界影響粒子としては、抵抗性または容量性の粒子、あるいは半導体粒子を用いることが好ましい。ドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）のマイクロバリスターが特に好ましい。酸化亜鉛（ＺｎＯ）のマイクロバリスターは、非線形の電流−電圧特性を呈する。酸化亜鉛は、限界電圧までは、高インピーダンスの抵抗と見做すことができ、極端にフラットな電流−電圧特性を有する。限界電圧を超えると、抵抗が突然低下し、電流−電圧特性が突然その急勾配を変化させる。

このような電界影響粒子、特にマイクロバリスター、すなわち電圧依存抵抗体が、特定の部分ごとにがいしに塗布されるか、あるいは保護層と共に装着されると、限界電圧を超えた場合に導電率が突然増大する結果として、電圧場または電界における局所的な増大が低下し、その結果、破壊事例に繋がるような好ましくない局所放電が防止される。

複合がいしが沿面距離を増大するために保護層からなる複数の笠を含む場合には、好ましい変形態様において、笠が電界影響粒子を含むか、あるいは電界影響粒子が笠の上(on)に配置される。複合がいしが垂直位置で使用される場合は、大きな電圧変化に関係する乾燥ゾーンは笠の下面にある。電界影響粒子が笠の保護層に加えられるか、あるいは笠(の上（on）)に配置されると、そこで生起する好ましくない放電が回避される。この変形態様の場合には、笠のすべてが電界影響粒子を含む必要はないことが判明している。むしろ、一部の個数の笠にのみ電界影響粒子を存在させることが有利である。これは、複合がいしの全長にわたる電圧変化によって変化する(複合がいしの全長にわたる電圧変化に依存する。)。試験が示したように、最大の電圧変化は、明確に、送電端に配置される笠において予期される。

その点で、好ましい形態においては、電界影響粒子を存在させる一部の個数の笠を送電端に配置する。その結果、複合がいしの送電端を始点として、最初の一部の個数の笠に電界影響粒子を存在させることになる。それに続く笠は、従来方式によって電界影響粒子なしに製造される。

代わりの方式として、複合がいしの送電端を始点として、最初の一部の個数の笠に電界影響粒子を存在させ、続いて一部の個数の笠を従来どおり製造し、この配置を、複合がいしの全長にわたって繰り返してもよい。

また、笠そのものには、その全体に電界影響粒子を存在させなければならないということではないことも明らかになった。笠の下面の乾燥ゾーンにおける電圧落差を低減するために、むしろ、笠の下面にのみ電界影響粒子を存在させることで十分である。笠の端部とがいしの芯体または軸部との間の大きな電圧変化を低減するには、これで十分である。

この点に関する第１の変形態様においては、電界影響粒子を、特に保護層の材料または他の何らかの絶縁材料からなる別個のディスクが含むようにする。笠を、それ自体周知の被覆形成、鋳込み、接着装着、収縮装着、あるいは加硫装着によって従来方式で製造した後、その別個のディスクを、それ用として想定された笠の下面に加硫装着するかまたは接着する。代わりの方式として、別個に製造された電界影響粒子含有ディスクを、製造中に笠の中に鋳込ん（mold into）でもよい。最後に、別個のディスクが下面に設けられた笠を、最終製造過程において、特に被覆形成またはオーバーモールドによって保護層の中に被包する（包む）ことも可能である。

本発明の別の形態によれば、それ自体として電界影響粒子を含む保護層を当該笠の下面に装着することが好ましい。この形態は組合せとしても用いることができる。このため、保護層の材料を電界影響粒子と混合し、続いて、混合した材料を、笠の下面にスプレー、鋳込み、あるいは加硫装着する。

さらに好ましい形態においては、複合がいしの笠の下面に、沿面距離をさらに長くする効果を有するリブを設ける。別個のディスク、あるいは電界影響粒子と混合された保護層を、前記のようにこのリブの上に配置することが好ましい。リブのために表面積が増大するので、笠と、別個のディスク、またはその後装着される電界影響粒子混合保護層との間の接着が改善される。

さらに、特に、下面に電界影響粒子を存在させた笠と組み合わせた場合、保護層に、芯体に沿って少なくとも特定の部分ごとに電界影響粒子を存在させると、局所放電の回避に関して複合がいしがさらに改善されることが判明した。特に、芯体には、複合がいしの送電端の近傍の部分に対して、電界影響粒子を含む保護層が設けられる。

複合がいしのさらに好ましい形態においては、笠および／または芯体が電界影響粒子を含まない外側の保護層によって囲繞される（囲まれる）。このような外側の保護層を用いると、必要な場合には、別個の材料を選択することによって、複合がいしがその使用中に曝露される特有の外部の天候の影響を顧慮することが可能になる。

以下、本発明の典型的な実施形態を図面に基づいてさらに詳しく説明する。

第１の実施態様による長幹複合がいしを示す。 第２の実施態様による長幹複合がいしを示す。 笠の下面に電界影響粒子含有ディスクが設けられた長幹複合がいしの詳細を示す。 笠の下面に電界影響粒子を含む保護層が設けられた長幹複合がいしの詳細を示す。 図４に示す複合がいしに対して、その芯体に電界影響粒子を含む保護層が付加的に設けられた長幹複合がいしの詳細を示す。 図５による長幹複合がいしにおいて、笠が、電界影響粒子と混合された保護層であって外側の保護層の中に被包される保護層を含む複合がいしを示す。

図１は、ガラス繊維強化プラスチックの芯体２を含む長幹複合がいし１であって、沿面距離を増大するために１０個の笠４が全長にわたって分布して配置された長幹複合がいし１を示す。芯体２の端部には、接続器具５、６が固定されている。接続器具６は、高電圧ＨＶと電気的に接触するように想定されており、この点から、がいし１の送電端である。

合計１０個の笠４を有するように表現された長幹複合がいし１は、約４００ｋＶの電圧の絶縁用として設計されている。芯体２は、シリコーンゴム製の保護層８の中に全長にわたって被包されている（包まれている）。芯体２のこの被包（外被）に笠４が固定される。笠４もシリコーンゴムから製造される。

電界増大または大きな電圧変化の結果としての局所放電を避けるために、芯体２の保護層８は、複合がいし１の全長にわたって電界影響粒子７と混合される。電界影響粒子７はドープされたＺｎＯのマイクロバリスターである。さらに、複合がいし１の送電端において、すなわち器具６に隣接して、合計１０個の笠４のうちの５個が、電界影響粒子７と混合されたシリコーンゴムから製造される。

耐水試験において、図１に相当する長幹複合がいし１は、電界影響粒子を含まない従来型の長幹複合がいしに比べて、笠４の下面における放電傾向が明白に低下することを示している。この理由は、ＺｎＯのマイクロバリスターが高電圧の下で導電性となり、その結果、笠４の濡れた上面から、その下部に位置する芯体２の部分までの電圧変化が明らかに低下することによるものである。

図２には、その基本的な構造において図１に類似した長幹複合がいし１が表現されている。これは、ここでは、芯体２に沿う保護層８に電界影響粒子７を存在させていないという点において異なっている。むしろ、複合がいし１の送電端に隣接する５個の笠５のみが、電界影響粒子と混合された保護層８から製造される。

雨試験において、図２の複合がいし１も、電界影響粒子７を含まない従来型の長幹複合がいしに比べて、笠４の下面における火花放電の傾向が明らかに低減することを示している。

図３は、図１または２に相当する長幹複合がいし１の部分詳細図を示す。この場合、送電端の近傍、すなわち器具６の近傍における２つの笠４が示されている。

図３の長幹複合がいし１は、ガラス繊維強化プラスチックの芯体２を含む。その芯体２の上に、シリコーンゴム製の保護層８が装着される。この保護層８の上に笠４が取り付けられる。

電界に影響を及ぼすために、あるいは大きな電圧変化を低減するために、電界影響粒子７を含有するプレハブＥＰＭ製の別個のディスク１０が笠４の下面に固定される。

第１変形態様に従って、別個のディスク１０を上部の笠４の下面に加硫装着する。第２変形態様に従って、電界影響粒子を含有する別個のディスク１０を、下部の笠４から知ることができるように（下部の笠４に示すように）、笠４の材料の中に鋳込む（mold into）。

図４によれば、長幹複合がいし１の別の実施態様の笠４が、その下面に複数の周囲リブ１２を含む。電界影響粒子７を含有する保護層８’をこのリブ１２の上に鋳込み装着（mold onto）する。図５によれば、長幹複合がいし１は、芯体２の上に、少なくとも特定の部分ごとに、別の取り巻き保護層８’であって同様に電界影響粒子と混合された取り巻き保護層８’を有する。

図６によれば、電界影響粒子を含む保護層８’であって笠４の下面に設けられる保護層８’が笠４の中に鋳込まれる（mold into）。さらに、特に最終的な製造段階に従って、図６に示す長幹複合がいし１を、電界影響粒子７を含まないシリコーンゴムからなる外側の保護層１３の中に被包する。

１ 複合がいし
２ 芯体
４ 笠
５ 接続器具
６ 接続器具
７ 電界影響粒子
８ 保護層
８’ 電界影響粒子を含む保護層
１０ ディスク
１２ リブ
１３ 外側の保護層
ＨＶ 高電圧端

Claims (13)

1. 特に繊維強化熱硬化性材料の芯体（２）と、特に絶縁性のエラストマーの保護層（８）であって前記芯体（２）を囲繞する保護層（８）とを含む複合がいし（１）において、前記保護層（８）が、前記がいし（１）の電界に影響を及ぼす粒子（７）を特定の部分ごとに含み、
   前記保護層（８）が、沿面距離を増大するために複数の笠（４）を有し、
   一部の個数の前記笠（４）の前記保護層（８’）が前記電界影響粒子（７）を含む、ことを特徴とする複合がいし（１）。
2. 前記一部の個数の笠（４）が送電端（ＨＶ）に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の複合がいし（１）。
3. 少なくとも一部の個数の前記笠（４）の下面における前記保護層（８’）が前記電界影響粒子（７）を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の複合がいし（１）。
4. 前記電界影響粒子（７）を含有するディスク（１０）が、少なくとも一部の個数の前記笠（４）の下面に加硫装着されるかまたは鋳込み装着される、ことを特徴とする請求項３に記載の複合がいし（１）。
5. 前記電界影響粒子（７）を含む前記保護層（８’）が少なくとも一部の個数の前記笠（４）の下面に装着される、ことを特徴とする請求項３に記載の複合がいし（１）。
6. 前記笠（４）がその下面にリブ（１２）を有し、前記リブ（１２）の上に、前記ディスク（１０）が装着される、ことを特徴とする請求項４に記載の複合がいし（１）。
7. 前記笠（４）がその下面にリブ（１２）を有し、前記リブ（１２）の上に、前記電界影響粒子（７）と混合された前記保護層（８’）が装着される、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の複合がいし（１）。
8. 前記保護層（８）が、前記芯体（２）に沿って少なくとも特定の部分ごとに、前記電界影響粒子（７）と混合される、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合がいし（１）。
9. 前記笠（４）および／または前記芯体（２）が、前記電界影響粒子（７）を含まない外側の保護層（１３）によって囲繞される、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の複合がいし（１）。
10. 前記保護層（８）が、シリコーンゴム、エチレンプロピレンコポリマー（ＥＰＤＭ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、あるいはエポキシ樹脂であり、特定の部分ごとに、前記電界影響粒子（７）と混合されたシリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ＥＶＡまたはエポキシ樹脂が装着される、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の複合がいし（１）。
11. 前記電界影響粒子（７）が、前記がいし（１）の乾燥ゾーンの領域において、特に前記笠（４）の下面に、塗布されるか、加硫装着されるか、前記保護層（８、８’）と共に装着されるか、あるいは鋳込まれる、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の複合がいし（１）。
12. 前記電界影響粒子（７）が、抵抗性または容量性の粒子、あるいは半導体粒子である、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の複合がいし（１）。
13. 前記電界影響粒子（７）が、ドープされたＺｎＯのマイクロバリスターである、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の複合がいし（１）。

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