JPH09251815A - 絶縁スペーサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比誘電率が低く、耐ＳＦ₆ 分解ガス性に優れた
絶縁スペーサの提供。 【解決手段】絶縁性ガスが充填された容器内に配設され
た導体を絶縁支持する絶縁スペーサが、有機物の充填剤
を含有する熱硬化性樹脂からなり、前記有機物の充填剤
がポリイミドフィルムまたは、芳香族ポリアミド繊維か
らなる。 【効果】比誘電率が低く、ＳＦ₆ ガスの分解生成物に対
して安定な絶縁スペーサと、ＳＦ₆ ガス絶縁開閉装置の
小型化，高信頼化を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は六フッ化イオウ（Ｓ
Ｆ₆ ）ガスなどの絶縁性ガスを絶縁媒体とする電気機器
の絶縁構造物に関わり、特にガス絶縁開閉装置及びガス
絶縁管路気中送電線の課電部導体を密閉容器から絶縁し
て保持する絶縁スペーサに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガス絶縁開閉装置，ガス絶縁管路気中送
電線等のガス絶縁機器は、ＳＦ₆ ガス等の絶縁性ガスを
充填した密閉容器内に、この密閉容器から電気的に絶縁
した状態で課電部導体を支持する絶縁スペーサを用いて
いる。この絶縁スペーサの材料としては、通常、エポキ
シ樹脂に各種充填剤を添加し、注型，加熱硬化したもの
が用いられる。例えば特開平5−86262号公報にはエポキ
シ樹脂組成物に粒状または繊維状の充填剤を配合する絶
縁スペーサが開示されている。エポキシ樹脂単独では導
体との線膨張係数の差が大きいことから導体をモールド
し絶縁スペーサを作製すると、熱応力で絶縁スペーサが
破壊してしまう恐れがある。そこで、充填剤を添加する
ことによりモールド材の線膨張係数を導体に近付け、熱
応力の発生を抑制する。添加する充填剤としては一般的
に耐ＳＦ₆ 分解ガス性の高いアルミナが使用されてい
る。これは、例えばシリカ（ＳｉＯ₂ ）系の充填剤を用
いた場合には、電流遮断時のアーク等により発生する分
解ガスにより絶縁性が低下するという問題があるためで
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、ガス絶縁開閉装
置の小型化，大容量化に伴い、電界設計上比誘電率が低
い絶縁スペーサが要求されている。従来、比誘電率が低
く、耐ＳＦ₆ 分解ガス性に優れた絶縁スペーサ用無機充
填剤としては、フッ化アルミニウム，フッ化マグネシウ
ム，フッ化カルシウム，水酸化マグネシウム，炭酸カル
シウム等が知られている。これらの絶縁スペーサ用無機
充填剤の比誘電率はエポキシ樹脂の比誘電率３.５ より
大きいため、絶縁スペーサの比誘電率を４〜５とするこ
とが限界であった。

【０００４】本発明の目的は、低い誘電率で耐ＳＦ₆ 分
解ガス性に優れた絶縁スペーサ及び該絶縁スペーサを適
用したガス絶縁開閉装置用及びガス絶縁管路気中送電線
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の絶縁性ガスが充
填された容器内に配設された導体を絶縁支持する絶縁ス
ペーサは、熱硬化性樹脂と有機物の充填剤とを含有す
る。本発明に用いる有機物の充填剤は、比誘電率と線膨
張係数が低く、弾性率の大きな材料が好ましい。そのよ
うな材料としてポリイミドフィルム，芳香族ポリアミド
繊維，ポリエチレン繊維，ポリアミドイミド，液晶ポリ
マー等が挙げられる。形状はフィルム状，繊維状のもの
が使用できる。本発明の絶縁スペーサの製法は、フィル
ム状の有機物の充填剤を使用する場合には、加熱し液状
にしたエポキシ樹脂と酸無水物硬化剤の中にフィルム状
の有機物の充填剤をディッピングしながら巻くテープワ
インディング法で作製できる。また、繊維状の有機物の
充填剤を使用する場合には、直径５〜５０μｍ，長さ５
０μｍ〜１０mm程度に切断した繊維状の有機物の充填剤
をエポキシ樹脂と酸無水物硬化剤の中に添加後、ゲル化
する直前まで一定方向に撹拌して繊維を配列させた後、
硬化すればよい。本発明の絶縁スペーサは、前記熱硬化
性樹脂と前記芳香族ポリアミド繊維とを合計した体積に
対して、前記芳香族ポリアミド繊維の配合率が３０容量
％以下である。前記芳香族ポリアミド繊維の配合率が３
０容量％を越えると絶縁スペーサの比誘電率が大きくな
る。

【０００６】本発明に用いる多官能エポキシ樹脂として
は、ビスフェノールＡ／Ｆ型またはビスフェノールＦ型
エポキシ樹脂が耐熱性，可とう性の点で好ましい。なお
他にもビスフェノールＡ型エポキシ樹脂，ビスフェノー
ルＡＤ型エポキシ樹脂等の２官能性エポキシ樹脂，フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂，ビスフェノールＡの
ノボラック型エポキシ樹脂等も用いることができる。

【０００７】本発明に用いる酸無水物硬化剤としては、
一般的な酸無水物であれば特に制限は無い。そのような
酸無水物としてはメチルヘキサヒドロ無水フタル酸，ヘ
キサヒドロ無水フタル酸，メチルテトラヒドロ無水フタ
ル酸，テトラヒドロ無水フタル酸，ナジック酸無水物，
メチルナジック酸無水物，ドデシル無水コハク酸，無水
コハク酸，オクタデシル無水コハク酸，無水マレイン
酸，ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物などが有
り、単独若しくはその混合物が挙げられる。

【０００８】本発明のエポキシ樹脂組成物を硬化させる
とき、必要に応じて硬化促進剤を樹脂組成物に添加して
も良い。硬化促進剤は多官能エポキシ樹脂を硬化させる
働きがあれば、特に制限は無い。そのような硬化促進剤
としては、例えば、トリメチルアミン，トリエチルアミ
ン，テトラメチルブタンジアミン，トリエチレンジアミ
ン等の３級アミン類，ジメチルアミノエタノール，ジメ
チルアミノペンタノール，トリス（ジメチルアミノメチ
ル）フェノール，Ｎ−メチルモルフォリン等のアミン
類、又、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド，セ
チルトリメチルアンモニウムクロライド，セチルトリメ
チルアンモニウムアイオダイド，ドデシルトリメチルア
ンモニウムブロマイド，ドデシルトリメチルアンモニウ
ムクロライド，ドデシルトリメチルアンモニウムアイオ
ダイド，ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウムク
ロライド，ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム
ブロマイド，アリルドデシルトリメチルアンモニウムブ
ロマイド，ベンジルジメチルステアリルアンモニウムブ
ロマイド，ステアリルトリメチルアンモニウムクロライ
ド，ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウムアセチ
レート等の第４級アンモニウム塩，２−メチルイミダゾ
ール，２−エチルイミダゾール，２−ウンデシルイミダ
ゾール，２−ヘプタデシルイミダゾール，２−メチル−
４−エチルイミダゾール，１−ブチルイミダゾール，１
−プロピル−２−メチルイミダゾール，１−ベンジル−
２−メチルイミダゾール，１−シアノエチル−２−フェ
ニルイミダゾール，１−シアノエチル−２−メチルイミ
ダゾール，１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾ
ール，１−アジン−２−メチルイミダゾール，１−アジ
ン−２−ウンデシル等のイミダゾール類，アミンとオク
タン酸亜鉛やコバルト等との金属塩、１，８−ジアザ−
ビシクロ［５，４，０］−ウンデセン−７，Ｎ−メチル
−ピペラジン，テトラメチルブチルグアニジン，トリエ
チルアンモニウムテトラフェニルボレート，２−エチル
−４−メチルテトラフェニルボレート、１，８−ジアザ
−ビシクロ［５，４，０］−ウンデセン−７−テトラフ
ェニルボレート等のアミンテトラフェニルボレート，ト
リフェニルホスフィン，トリフェニルホスホニウムテト
ラフェニルボレート，アルミニウムトリアルキルアセト
アセテート，アルミニウムトリスアセチルアセトアセテ
ート，アルミニウムアルコラート，アルミニウムアシレ
ート，ソジウムアルコラート，三フッ化硼素のアミン塩
等が挙げられる。このような硬化促進剤は有機物の充填
剤を除くエポキシ樹脂組成物全重量に対して、通常０.
０１ 〜５重量％添加するのが一般的である。

【０００９】本発明の絶縁スペーサは、例えば図１に示
すガス絶縁機器に用いられる。なお、絶縁スペーサとは
埋込金具，埋込導体や取付け金具を除く部分を言う。１
がポスト形の絶縁スペーサであり、２はディスク形の絶
縁スペーサである。３は高電圧導体、４は密閉容器、５
は絶縁スペーサ２に埋め込まれた導体であり、１２は絶
縁スペーサ１の取付けのための埋込金具である。絶縁ス
ペーサ２はフランジ６にボルト７によって固定されてい
る。密閉容器４の内部にはＳＦ₆ ガスが封入されてい
る。なお、本発明の絶縁スペーサはコーン形のスペーサ
１１等についても適用できる。

【００１０】本発明の絶縁スペーサは有機物の充填剤を
熱硬化性樹脂中に含有するため、従来の無機化合物を充
填剤に用いた場合に比べ、低い誘電率の絶縁スペーサが
得られる。更に、本発明の絶縁スペーサは充填剤に用い
た繊維やフィルムが一定方向に配列しているため、熱膨
張係数が低く、無機化合物を充填剤に用いた絶縁スペー
サと同等の高い弾性率を有する。また、耐ＳＦ₆ 分解ガ
ス性にも優れている。従って本発明の絶縁スペーサによ
りＳＦ₆ ガス絶縁開閉装置の小型化と信頼性の向上を実
現できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、実施例を用いて本発明を説
明する。

【００１２】（実施例１〜３）２，２−ビス［４−（４
−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパ
ンの３６.９５ｇをＮ−メチルピロリドン２９７.５ｇに
溶解し１０℃に冷却後、ピロメリット酸二無水物（ＰＭ
ＤＡ）１５.５５ｇ を添加した。次いで室温で２時間撹
拌しワニス粘度が上昇したら８０〜８５℃に加熱して撹
拌を続けワニス粘度が低下し、２０℃での粘度が１００
±２０Ｐになったら加熱を停止した。このワニスをガラ
ス基板上に滴下し、バーコート法により流延後、１００
℃／１ｈ＋２００℃／１ｈ＋２５０℃／３ｈの条件で乾
燥し、厚さ５０μｍのフィルム状のポリイミドを得た。
これを表１に示すように９０℃に加熱したビスフェノー
ルＡ／Ｆ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１７５）、酸無
水物硬化剤として無水メチルナジック酸（酸無水物当量
１７８）、硬化促進剤として１−（２−シアノエチル）
−２−エチル−４−メチルイミダゾールを含む樹脂中に
フィルム状のポリイミドを浸漬しテープワインディング
法でフィルム状のポリイミドと樹脂を一体に巻き上げ
た。その後、９０℃／１７ｈ＋１７０℃／１５ｈ加熱，
硬化し図１に示すポスト型の絶縁スペーサ１を作製し
た。

【００１３】（比較例１）表１に示すように充填剤とし
てＡｌ₂Ｏ₃（平均粒径３.９μｍ 、粒度累積分布５０μ
ｍ以下１００％）を用い、９０℃に加熱したエポキシ樹
脂，酸無水物硬化剤，硬化促進剤を含む樹脂中に添加し
撹拌した。その後、実施例１と同様に加熱，硬化し図１
に示すポスト型の絶縁スペーサ１を得た。

【００１４】（実施例４〜６）表２に示すように、デュ
ポン・東レケブラー社製芳香族ポリアミドを直径１０μ
ｍ、長さ約５mmに切断した芳香族ポリアミド繊維を９０
℃に加熱したエポキシ樹脂，酸無水物硬化剤，硬化促進
剤を含む樹脂中に添加し、配合樹脂がゲル化するまで導
体部を軸として回転させながら加熱，硬化させた。ゲル
化以降に回転を止め硬化させ、図１に示すディスク型の
絶縁スペーサ２を得た。本実施例のディスク型絶縁スペ
ーサ断面を、光学顕微鏡で観察したところ芳香族ポリア
ミド繊維が円周方向に概略配列していた。

【００１５】（比較例２）表２に示すように、芳香族ポ
リアミド繊維を配列させなかった以外は実施例４と同様
にディスク形絶縁スペーサ２を作製した。

【００１６】以上の実施例，比較例で得られた絶縁スペ
ーサの比誘電率，曲げ強さ，曲げ弾性率の測定はＪＩＳ
Ｋ６９１１に準じて室温で測定を行った。ガラス転移
温度の測定は熱機械試験機（ＴＭＡ）を用いて行った。
耐クラック性はＭ１２，長さ４０mmの鋼製ボルトを中心
に埋め込んだ径２８mm，長さ５０mmの試験片をそれぞれ
フィルム材についてはボルトのまわりへフィルムを巻き
つけるテープワインディング法で作製し、繊維配合材に
ついてはボルトを軸として回転させて作製した。試験片
は表３に示すヒートサイクル試験を実施して、クラック
が発生した段数(耐クラック性指数)を求めた。結果を表
１，表２に併せて示す。なお、耐ＳＦ₆分解ガス性の評
価は放電容器内にＳＦ₆ を封入後、針対平板電極を用い
て連続放電を行い、５時間後の表面抵抗をＪＩＳ Ｋ６
９１１に準じて測定したところ表面抵抗の低下はほとん
どなく、いずれも良好であった。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】本実施例１〜３の絶縁スペーサは、比較例
のアルミナを用いた絶縁スペーサに比べ、比誘電率が低
くなっており、ガラス転移温度，曲げ強さ，耐クラック
性はほぼ同等の特性を有している。更に耐ＳＦ₆ 分解ガ
ス性も良好である。また、実施例４〜６の絶縁スペーサ
は、芳香族ポリアミド繊維を一定方向に配列させたこと
により、比較例のアルミナを用いた絶縁スペーサと同等
の曲げ特性を有していながら比誘電率は低くなってい
る。

【００２１】図２に本実施例２のポスト形絶縁スペーサ
１を組み込んだＳＦ₆ ガス絶縁開閉装置一例を示した。
ブッシング８，断路器９，遮断器１０を備えたＳＦ₆ ガ
ス絶縁開閉装置の各絶縁スペーサとして、前記実施例の
絶縁スペーサを組み込むことにより絶縁信頼性を向上で
きる。また、この絶縁スペーサを用いたガス絶縁開閉装
置は密閉容器径を１２％縮小化することができた。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、比誘電率
が低く、ＳＦ₆ ガスの分解生成物に対して安定な絶縁ス
ペーサを提供できる。また、上記絶縁スペーサを用いる
ことによりＳＦ₆ ガス絶縁開閉装置の小型化，高信頼化
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の絶縁スペーサを用いたガス絶縁開閉装
置及びガス絶縁管路気中送電線の要部断面図である。

【図２】本発明のＳＦ₆ ガス絶縁開閉装置の構成を示す
断面模式図である。

【符号の説明】 １…ポスト形絶縁スペーサ、２…ディスク形絶縁スペー
サ、３…高電圧導体、４…密閉容器、５…導体、６…フ
ランジ、７…ボルト、８…ブッシング、９…断路器、１
０…遮断器、１１…コーン形絶縁スペーサ、１２…埋込
金具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大原 周一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性ガスが充填された容器内に配設され
   た導体を絶縁支持する絶縁スペーサにおいて、該絶縁ス
   ペーサが熱硬化性樹脂と有機物の充填剤とを含有するこ
   とを特徴とする絶縁スペーサ。
2. 【請求項２】請求項１記載の絶縁スペーサにおいて、前
   記有機物の充填剤がポリイミドフィルムからなることを
   特徴とする絶縁スペーサ。
3. 【請求項３】請求項１記載の絶縁スペーサにおいて、前
   記有機物の充填剤が芳香族ポリアミド繊維からなること
   を特徴とする絶縁スペーサ。
4. 【請求項４】請求項３記載の絶縁スペーサにおいて、前
   記熱硬化性樹脂と前記芳香族ポリアミド繊維とを合計し
   た体積に対して、前記芳香族ポリアミド繊維の配合率が
   ３０容量％以下であることを特徴とする絶縁スペーサ。
5. 【請求項５】請求項３記載の絶縁スペーサにおいて、前
   記芳香族ポリアミド繊維が円周方向に概略配列している
   ことを特徴とする絶縁スペーサ。
6. 【請求項６】請求項２及び請求項３のいずれかに記載の
   絶縁スペーサにおいて、前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹
   脂であることを特徴とする絶縁スペーサ。
7. 【請求項７】ＳＦ₆ ガスが充填された容器と、該容器内
   に配置された導体と、該導体を絶縁支持する絶縁スペー
   サとを備えたＳＦ₆ ガス絶縁開閉装置において、前記絶
   縁スペーサが熱硬化性樹脂と有機物の充填剤とを含有す
   ることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
8. 【請求項８】ＳＦ₆ ガスが充填された容器と、該容器内
   に配置された導体と、該導体を絶縁支持する絶縁スペー
   サとを備えたＳＦ₆ ガス絶縁管路気中送電線において、
   前記絶縁スペーサが熱硬化性樹脂と有機物の充填剤とを
   含有することを特徴とするガス絶縁管路気中送電線。