JP5388532B2 - 静電板 - Google Patents

Description

本発明は変圧器の線路端コイルに隣接して設置される静電板に関し、変圧器への衝撃電圧進入時の電位振動を抑制する静電板に関する。

変圧器に雷サージ等の衝撃電圧が進入した時の巻線各部の電位振動を抑制するために、変圧器の線路端コイルに隣接して静電板が接続される。静電板は線路端コイルに対して大きな静電容量を持ち、線路端コイルの電位振動を抑えることにより、巻線全体の電位振動も抑制する。

静電板は、隣接コイルの表面形状と同じ表面形状の電極を有し、隣接コイルに対向させることによって、隣接コイルとの間に大きな静電容量を持たせている。このような静電板はその表面に導電層を備えており、従来、この導電層は金属箔を用いて形成されていた。ただし、金属箔は面積抵抗が低いので、広い面積にわたって導電層を形成すると磁束によって循環電流あるいは渦電流が発生して、変圧器に大きな損失が発生する。この損失を防ぐために、従来、金属箔を細分化して絶縁物と交互に巻き付ける構造を有する導電層を備えた静電板が採用されていた。

細分化した金属箔により形成された導電層を有する従来の静電板の構造を図３および図４に示す。図３は隣接コイル側から見た静電板の概略図を示し、図４は図３中のＩＶ−ＩＶ線における断面図を示す。金属箔により導電層を形成する場合は、上述のように磁束により循環電流あるいは渦電流が発生して大きな損失が発生するのを防ぐために、金属箔を細分化する必要がある。この場合、導電層は図４に示すように絶縁性基盤４の上に細分化した金属箔６および絶縁紙７を交互に巻きつける構造をとり、その結果として図３に示されるように、細分化した金属箔６によって隣接コイルと同じ表面形状を持つ電極が形成された構造となる。なお、図３および図４において、絶縁性基盤４の表面に設けられる金属箔６および絶縁紙７は同様のものであるが、図３においてはそのハッチングを省略している。

一方、特許文献１に示されるように、導電層を直接または接地板を介して間接的に接地することによる電界緩和、混触防止等を目的とした静電シールドにおいて、導電層を導電性塗料を用いて形成する方法が検討されている。
実開昭６０−６１７１６号公報

しかしながら、金属箔を用いた従来の静電板の導電層の形成作業には、以下（１）〜（４）の課題があった。
（１） 寸法が大きい静電板に金属箔を巻き付ける作業は１人では困難である、
（２） 金属箔と絶縁物（絶縁紙）とを交互に巻き付けることおよび巻き付けの張力を均一に保つことが必要であり、充分に習熟した技術を要する、
（３） 巻き付けの張力によって金属箔の端部が鋭利な刃物となり危険である、
（４） 絶縁性基盤のコーナ部への巻き付けにおいては金属箔と絶縁物（絶縁紙）の重なりが必要以上にならないよう金属箔と絶縁物（絶縁紙）とをその幅を切断しながら巻き付けなければならない。

また、特許文献１に開示されるような静電シールドは接地されるものであり、静電板に求められる表面抵抗率と接地される静電シールドに求められる表面抵抗率とは大きく異なることが知られている。ここで、特許文献１における導電層表面抵抗率は１０⁵オームを超えることが記載されている。線路端に設置する静電板に対してこのような高い表面抵抗率を有する従来の導電性塗料を適用した場合、衝撃電圧に対して過渡応答特性が遅くなり、充分な電位追従性が得られず、静電板内で電位差が生じて線路端コイルの電位振動抑制効果が十分に得られないという問題を有することが本発明者らの検討により明らかになった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、変圧器の線路端コイルに隣接して配置される静電板であって、導電層が導電性塗料により形成された層であることを特徴とする。

この発明は静電板の導電層を導電性塗料の塗布によって形成するため、従来の金属箔を巻きつけて形成する導電層を備えた静電板に比べて導電層の形成作業を大幅に改善させることができる。また、金属端が存在することによるコーナ部への巻き付けにおける問題等を解消することができる。

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。

＜実施の形態＞
図１は、線路端コイル側から見た本発明の静電板の概略図を示す。図１に示す静電板においては、絶縁性基盤（図示せず）上に導電性塗料を塗布して導電層１が形成されている。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図であり、本発明の静電板の断面構造を示す。図２の断面構造に示されるように、本発明の静電板は、絶縁性基盤４の周囲に導電性塗料を塗布して導電層１が形成される。静電板の導電層を導電性塗料により形成することによって、従来の金属箔を用いた導電層を備える静電板に比べて静電板の製造効率が向上し、また、コーナ部における金属箔の処理の必要がない。このような本発明の静電板は、例えば、１００ｋＶ以上の高圧域を対象とした変圧器に適用することができる。

本発明の静電板において、静電板の全面に導電性塗料を塗布した場合は、静電板を通る磁束により１ターンを形成して循環電流が流れる。この循環電流の発生による損失を防止するために、絶縁として導電性塗料を塗布しない部分を設けることが望ましく、例えば、図１に示すような帯状の１ターン絶縁部２を設けることで絶縁機能を付与する。このような１ターン絶縁部２の形成は、例えば、静電板に導電性塗料を塗布する際に１ターン絶縁部２をマスキングしておけばよい。また、１ターン絶縁部２の領域は特に限定されるものではなく、変圧器の規模等にあわせて、上記絶縁が確認される範囲で適宜設定すればよい。

導電性塗料により形成される塗膜（導電層１）は、導電層１を設けた絶縁性基盤４の表面形状が、線路端コイルの表面形状と実質的に同一となるように形成する。また、導電層１の厚さは、特に限定されるものではなく、後述の表面抵抗率を備えるように調整すればよいが、絶縁性基盤４上に均一な厚さで設けられることが好ましい。このような厚みは塗布条件を調整することにより達成することができる。なお、上記実質的に同一とは、必ずしも完全同一のみをいうものではなく、線路端コイルの表面と絶縁性基板４との各表面積の９０％以上が対向する形状を含む。

静電板の衝撃電圧が進入した時の巻線各部の電位振動抑制効果を得るためには、衝撃電圧が侵入したときに静電板の電位が隣接コイルの電位と同電位となる必要がある。導電性塗料（または導電性塗料により形成された導電層）の抵抗率が高いと得られる静電板の電位の追従が遅くなり、静電板の電位振動抑制の機能が十分に果たせない場合がある。このため、導電層の表面抵抗率は、従来の静電シールドに適用される導電性塗料により形成される導電層の表面抵抗率より低いものであって、１０Ω／□〜１０００Ω／□の範囲とすることが望ましく、１０Ω／□〜５０Ω／□であることがより好ましい。導電層を上記のような表面抵抗率を有するものとする場合は電位振動抑制効果が良好となる。なお、表面抵抗率の単位Ω／□は測定方法によらない固有値であり、導電性塗料の乾燥後の値である。

導電層を形成する導電性塗料としては、上記のような高圧域を対象とする変圧器に適用できる静電板への均一な塗布が可能となるように、その粘度が調整されたものを用いることが好ましく、同時に形成された導電層の表面抵抗率を充分に低減するものであることが好ましい。このような導電性塗料には平均粒径が５μｍ〜５０μｍの球晶状のカーボンが含まれることが好ましい。このような平均粒径の球晶状のカーボンを用いることによって、カーボン等の導電性物質の添加による導電性塗料の粘度上昇を抑制して低粘度に維持しつつ、形成される導電層の表面抵抗率を低抵抗に調整することができる。上記平均粒径は、光散乱測定装置を用い、直交ニコルで測定した散乱像の散乱極大角度から求めることができる。

上記導電性塗料の組成は、球晶状のカーボンと樹脂ワニスと硬化剤とを含むことが好ましい。また、導電性塗料全体に対して上記カーボンを５０質量％〜７０質量％含有することが好ましい。このような組成とする場合は、上記塗料の粘度と表面抵抗率をバランスよく向上させることができる。なお、このような導電性塗料に公知の添加物を含んでもよい。また、導電性塗料の組成は上記導電性塗料は、その粘度が室温において１Ｐａ・ｓ〜１００Ｐａ・ｓであることが好ましく、このような粘度範囲であれば、絶縁性基盤への導電性塗料の塗布性が良好である。上記導電性塗料は塗布の際にシンナーなどにより希釈して用いることができ、この場合希釈された導電性塗料におけるカーボン含有量は１２質量％〜１３質量％とし、この希釈された導電性塗料の粘度は室温において０．４Ｐａ・ｓ〜４０Ｐａ・ｓとすることが好ましい。導電性塗料には公知の添加剤等を適宜含有することができる。また、形成される導電層における上記カーボンの含有率は６０質量％〜７０質量％、より好ましくは６５質量％程度とすれば、良好な表面抵抗率を付与することができる。

上記導電性塗料は、具体的には、主剤として６０質量％〜６５質量％の球晶状のカーボンと、２０質量％〜２５質量％のポリエステル樹脂ワニスと、５質量％〜１０質量％のキシレンと、５質量％〜１０質量％のエチルベンゼンと、１質量％〜５質量％の酢酸−ｎ−ブチルを合計で１００質量％となるように調整し、これに硬化剤としてポリイソシアネート溶液１００質量％をこれらの体積比が４：１となるように混合すればよい。塗布に際して、上記導電性塗料は、例えば、２０質量％〜３０質量％の酢酸イソブチルと、５質量％〜１０質量％の芳香族炭化水素系混合溶剤と、４０質量％〜５０質量％のキシレンと、１０質量％〜２０質量％のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとからなるシンナーなどの公知の希釈剤を用いて希釈率２５％程度に希釈して用いる。希釈され導電性塗料は公知の方法で塗布および乾燥され導電層が形成される。

本発明の静電板には、図１に示すように短絡板３を設けることが好ましい。短絡板３を設ける場合、この短絡板３は衝撃電圧の進入箇所である線路端８に接続された構造とする。短絡板３は、導電層の表面抵抗率を上記導電性塗料による調整に加えて、さらに調整することが可能なものである。このような短絡板３は、金属箔などからなり導電層１に接触させ、締め付けて固定することにより導電層１に接続される。短絡板３は、例えば、図１および図２に示すように、導電層の片面の中央部分に設けられる。短絡板３の配置は図１に示す態様に限られず、表面全周を囲むように配置してもよい。短絡板３による表面抵抗率の調整は、短絡板３から導電層の最遠点５までの距離ｄを調整することによって行なうことができる。

図５は線路端８より進入した衝撃電圧に対する導電層の応答倍率（％）［（（電位測定点での測定電圧）−（進入した衝撃電圧））／（進入した衝撃電圧）×１００］を示すグラフである。横軸の電位測定点は、衝撃電圧侵入箇所である線路端８からの距離に相当し、縦軸はその位置での応答倍率（％）を示す。衝撃電圧の波頭長は１．２μＳ、導電性塗料の表面抵抗率は１００Ω／□である。短絡板３なしでは、衝撃電圧侵入箇所からの距離が遠くなるに従い、電位の追従が悪くなり応答倍率が高くなっており、静電板の電位振動抑制効果が得られ難くなる。一方、導電性塗料塗布面上に短絡板３を配置して、短絡板３から導電性塗料塗布面上の最遠点５までの距離ｄを所望の表面抵抗率となるように適正範囲に収めることにより、電位の追従が十分適切に調整され、電位振動が抑制される。

このように、この発明においては導電性塗料の塗布により形成した導電層を静電板に設けることによって、従来の金属箔巻き付けによる導電層の形成に比べて、大幅に作業性が向上し、電位追従性等に優れた静電板を提供することができる。また、短絡板を配置することでより有効に表面抵抗率を調整した静電板を作製することができる。
塗布する導電性塗料の抵抗率を適正な範囲に収めることおよび短絡板を追加配置することによって、導電性塗料の塗布によって静電板を形成するものである。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例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。

今回開示された実施の形態および実施例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。

線路端コイル側から見た本発明の静電板の概略図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 金属箔により形成された導電層を有する従来の静電板の概略図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 衝撃電圧の進入に対する導電層の電位の追従性を示すグラフである。

符号の説明

１ 導電層、２ １ターン絶縁部、３ 短絡板、４ 絶縁性基盤、５ 短絡板からの最遠点、６ 金属箔、７ 絶縁紙、８ 線路端。

Claims (5)

1. 変圧器の線路端コイルに隣接して設置される静電板であって、
   前記静電板は、絶縁性基盤と該絶縁性基盤表面に設けられた導電層とを有し、
   前記絶縁性基盤は、その表面形状が隣接する前記線路端コイル表面形状と実質的に同一であり、
   前記導電層は、導電性塗料により形成された層であり、その表面抵抗率が１０Ω／□〜５０Ω／□の範囲である静電板。
2. 前記絶縁性基板は、隣接する前記線路端コイルの周方向に電流が流れないように前記導電性塗料を塗布しない部分を設けた請求項１に記載の静電板。
3. 前記導電性塗料は、平均粒径が５μｍ〜５０μｍである球晶状のカーボンを含む請求項１または２に記載の静電板。
4. 前記導電性塗料は、平均粒径が５μｍ〜５０μｍである球晶状のカーボンと、樹脂ワニスと、硬化剤とを少なくとも含み、
   前記カーボンは、導電性塗料全体に対して５０質量％〜７０質量％含有される請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電板。
5. 前記導電層は、その表面の少なくとも一部に短絡板が配置され、
   前記導電層は、その表面抵抗率が前記短絡板により調整される請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電板。

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