JP2009519566A - 高電圧ブッシング - Google Patents

Abstract

高電圧ブッシング（１）は、コンダクタ（２）及びこのコンダクタ（２）を取り囲むコア（３）を有している。コア（３）は、シート状スペーサ（４）を有し、このスペーサ（４）は、電気的に絶縁性のマトリクス材料（６）で含浸されている。スペーサ（４）は、軸（Ａ）の周りに螺旋状に巻かれ、この軸（Ａ）は、コンダクタ（２）の形状の中を通って規定されている。このようにして、多数の隣接レイヤが形成される。更に、コア（３）は、軸（Ａ）に対して適切な径方向距離に、イコライゼイション要素（５）を有している。このブッシングの特徴は、イコライゼイション要素（５）が導電性のレイヤ（５１）を有し、これらのレイヤ（５１）が開口（９）を有し、これらの開口（９）を通ってマトリクス材料（６）が浸入することが可能であること、及び、これらのイコライゼイション要素（５）が、スペーサ（４）から分離されて、コア（３）に貼り付けられているところにある。好ましくは、導電性のレイヤ（５１）は、網形状、グリッド形状、メッシュ状または孔穿き部材状である。これらの開口（９）は、マトリクス材料（６）で充填可能であり、好ましくは、粒子で充填された樹脂（６）が使用されることが可能である（図１）。

Description

本発明は、高電圧技術の分野に係る。本発明は、ブッシング及びブッシングの製造のための方法及びブッシングのための導電性のレイヤに係る。そのようなブッシングの用途は、例えば、発電機または変圧器のような高電圧装置、またはガス絶縁式スイッチギアのような高電圧設備、または、テスト・ブッシングなどである。

ブッシングは、電流を高い電位で、接地されたバリア例えば変圧器タンクを通って運ぶために、通常、使用されるデバイスである。ブッシングの近くの電界を減少させ且つコントロールするために、コンデンサ・ブッシングが開発されており、それはファイン・グレーデッド（fine-graded）・ブッシングまたはグレーデッド（graded）・ブッシングと呼ばれている。コンデンサ・ブッシングは、フローティング・イコライザー（電極）・プレートを挿入することより、電気的ストレスのコントロールを容易にする。これらのプレートは、ブッシングのコアの中に組み込まれる。コンデンサ・コアは、電界勾配を減らし、電界をインシュレータの長さに沿って分配し、それにより、公称電圧の値よりもかなり高い状態において、部分放電の値を低下させる。

ブッシングのコンデンサ・コアは、スペーサとして、典型的には、クラフト紙またはクレプト・クラフト（creped kraft）紙を巻いて作られる。イコライゼイション・プレートは、金属の（典型的にはアルミ二ウム）インサートまたは非金属の（インク、グラファイト・ペースト）パッチの何れかにより構成される。これらのプレートは、同軸上に配置されることによって、外部的なフラッシュ・オーバーと内部的な絶縁破壊強度の間の最適なバランスを実現する。紙スペーサは、電極プレートの規定された位置を確保して、機械的な安定性をもたらす。

今日のブッシングのコンデンサ・コアは、油（ＯＩＰ、油含浸された紙）または樹脂（ＲＩＰ、樹脂含浸された紙）の何れかで、含浸されている。ＲＩＰブッシングは、それらが乾式（オイル・フリー）ブッシングであると言う利点を有している。ＲＩＰブッシングのコアは、紙を巻いて作られ、互いに隣接する紙の層の間の適切な場所に電極プレートが挿入される。樹脂は、その後に、コアの加熱プロセスと真空引きプロセスの間に導入される。

含浸された紙ブッシングの不利な点は、紙及び金属フィルムの予め巻かれた積層体に、油または樹脂を含浸させるプロセスが、遅いプロセスであることである。高電圧ブッシングの製造の速度を高め、しかも、ブッシングにボイドが生ずることなく、且つ作業中の安全を確保することが可能であれば、望ましい。

文献 DE 19 26 097 は、コンダクタ及びコンダクタを取り囲むコアを有する高電圧ブッシングを開示している。ここで、コアは、スペーサを有し、これらのスペーサは、電気的に絶縁性のマトリクス材料で含浸されている。これらのスペーサは、マトリクス材料で充填可能な多数の孔を有している。各スペーサは、円筒状のチューブの形態の、電気的に絶縁性のグラス・ファイバーのメッシュから形成されている。各グラス・ファイバー・チューブのために、グラス・ファイバーが、円筒の周りに形成され、それらは、エポキシ接着材で含浸され、その後に硬化される。その後、硬化されたスペーサ・チューブは、導電性の（金属または半導体の）材料で、（部分的にまたは全体的に）コーティングされ、それらが、イコライゼイション・プレートを構成する。ブッシングは、チューブの形態の、これらのスペーサを有し、それらのチューブは、コアの周りに同心状に配置される。

含浸プロセスのために、スペーサ・チューブは、それらの正しい位置を確保するために且つ互いに隣接するチューブが互いに接触することを避けるために、モールドの中に固定されなければならない。その後、粒子で充填された樹脂（マトリクス材料として使用される）が、モールドの中に充填される。各ブッシングの製造のために、異なる直径の幾つかのグラス・ファイバー・チューブが製造されなければならないので、且つ、これらのチューブは、それらの位置が固定された状態で、互いに挿入されなければならないので、製造のためのこの方法は、かなり時間がかかる。その他に、各タイプのブッシングのための、特定のモールドが作られなければならない。
GB 690 022 は、螺旋状に巻かれた紙で作られたインシュレータを開示している。螺旋状に巻かれたブッシングを実現するために、導電性または半導体の材料でライニングされた紙レイヤが、互いに間隔を開けて配置され、ライニングされていない紙とともに巻かれ、この巻かれたものは、次いで、絶縁性の液体（油などの）で含浸される。
独国特許出願公開第 DE 19 26 097 号明細書 英国特許出願公開第 GB 690 022 号明細書

それ故に、本発明の目的は、上述の不利な点を有していない高電圧ブッシング及びそのようなブッシングの製造のための方法を創り出すことにある。特に、製造プロセスの速度が高められ、含浸プロセスが短縮される必要がある。

この問題は、特許請求項の特徴を備えた装置及び方法により解決される。

本発明によれば、ブッシングは、コンダクタ及びコンダクタを取り囲むコアを有している。ここで、コアは、シート状スペーサを有し、このスペーサは、電気的に絶縁性のマトリクス材料で含浸されている。スペーサは、軸の周りに螺旋状に巻かれ、この軸は、コンダクタの形状により規定される。このようにして、多数の隣接レイヤが形成される。コアは、更に、イコライゼイション要素を有し、それらのイコライゼイション要素は、軸に対して適切な径方向距離に配置される。本発明のブッシングの特徴は、以下の通りである：イコライゼイション要素は、導電性のレイヤを有し、これらのレイヤが開口を有していて、これらの開口を通って、マトリクス材料が浸入することが可能であり、イコライゼイション要素は、スペーサから分離されてコアに取り付けられている。

コンダクタは、典型的には、ロッドまたはチューブまたはワイヤである。コアは、コンダクタの電気的な絶縁をもたらし、且つイコライゼイション要素を有している。典型的には、コアは、実質的に回転対称であり、且つコンダクタと同心である。フラットなスペーサは、ポリマー（樹脂）または油または何か他のマトリクス材料で含浸されることが可能である。フラットなスペーサは、紙、または好ましくは異なる材料であることが可能であり、それは、典型的には螺旋状に巻かれ、このようにして、多数の隣接するレイヤを形成する。

イコライゼイション要素は、所定の数の巻かれた層の後にコアの中に挿入され、それによって、イコライゼイション要素が軸に対して、良好な状態に予め定められた径方向距離に配置されることになる。イコライゼイション要素には、開口が点在して設けられ、それが、巻かれたコアへのマトリクス材料の含浸を容易にし且つ加速する。

従来の技術のような固体の金属フィルムでは、マトリクス材料は、側方から、予め巻かれた紙及び金属フィルム積層体を通って、染み込まなければならない、即ち、マトリクス材料は、レイヤの間に、軸Ａに対して平行な両サイドから染み込まなければならない。その理由は、マトリクス材料が、金属フィルムを通って浸入することができないからである。もし、イコライゼイション要素が多数の開口を備えたレイヤを有している場合には、軸に対して垂直の方向へのマトリクス材料の交換が、可能になる。もし、開口が十分に大きく、且つ巻付けがそのように行われた場合には、チャネルがコアの中に形成されることになり、それは、軸Ａに対して垂直な方向への含浸の間に、コアを通ってマトリクス材料を速やかにガイドすることになる。

多数の開口を備えた別個のイコライゼイション要素の使用のその他の大きな利点は、それが代替の材料の使用を可能にすることにある。イコライゼイション要素の材料は、スペーサ材料に対して独立に、選択されることが可能である。更にまた、イコライゼイション要素の中の開口のサイズ、形状、および／または分布は、スペーサ材料に対して独立に最適化されることが可能である。

好ましい実施形態において、イコライゼイション要素は、二つのスペーサ・レイヤの間に巻かれる。即ち、シート状スペーサが巻かれ、この巻付けプロセスの間に、イコライゼイション要素が挿入される。この巻付けプロセスは、イコライゼイション要素が、組み立てられたブッシングの中で、巻かれたスペーサの二つのレイヤの間に位置するように続けられる。この方法は、非常に容易であって、既に前もって巻かれた積層体の厚さのコントロールを可能にし、それによって、イコライゼイション要素の径方向の位置が、非常に正確に規定されることが可能になる。

好ましい実施形態において、導電性のレイヤは、イコライゼイション要素を形成し、それらのレイヤは、網形、グリッド形、メッシュ状または孔穿き部材状である。網形、グリッド形、メッシュ状または孔穿き部材状のレイヤのデザイン、従って、これらのレイヤの中の開口サイズおよび／または分布は、規則的にまたは不規則に配置されることが可能である。開口の形状もまた、一定であっても良く、あるいは、レイヤの全体でまたは各レイヤ毎に変わっていても良い。これらの変化によって、開口面積密度（導電性のレイヤの所与の領域内での導電性のレイヤの全体面積に対する開口の面積の比率として規定される）の変化が、実現されることが可能である。

好ましい実施形態において、開口面積密度は、巻付け方向に対して垂直且つ軸に対して平行な方向に、開口面積密度が中心部分の方向に向かって増大するように、変わる。従来のブッシングにおいては、ブッシングの中心部分は、外側の部分と比べて、マトリクス材料で含浸されるために長い時間を要する。そのような開口面積密度の変化によって、含浸プロセスが、中心部分において速められる。

本発明の他の好ましい実施形態において、導電性のレイヤは、多数のファイバーを有し、それらのファイバーは、導電性のコーティングで被覆されている。特に、導電性のレイヤは、実質的にファイバーからなることが可能である。様々な材料が、ファイバーの形態の導電性のレイヤの中で使用されることが可能であり、それは、例えば、有機ファイバー（ポリエチレン及びポリエステルのような）、または無機ファイバー（アルミナまたはグラスのような）、または他のファイバー（シリコーンからのファイバーのような）などである。異なる材料のファイバーが、導電性のレイヤの中で、組み合わされて、使用されることも可能である。単一のファイバーまたはファイバーの束が、織地の経糸及び緯糸として使用されることが可能である。低いまたは僅かな吸水率、特に、セルロース・ファイバー（従来の技術のブッシングの中で使用されている）の吸水率と比べて小さい吸水率、を有するファイバーを使用することは、大きな利点をもたらす。

導電性のコーティングとともに使用される非導電性のファイバーとして、有機または無機ファイバーがある。適切な有機ファイバーは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエステル、ポリアミド、アラミド、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ：polybenzimidazole）、ポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ：polybenzobisoxazole）、ポリフェニレン・サルファイド（ＰＰＳ）、メラミン、フェノール、及びポリイミドである。典型的な無機ファイバーは、グラス、クォーツ、バソールト（basalt）、及びアルミナである。導電性のファイバーとして、カーボン、ホウ素、シリコン・カーバイド、金属コーティングされたカーボン、及びアラミドが適切である。

本発明の他の好ましい実施形態において、導電性のレイヤは、固体の導電性材料または半導体材料で作られる。これらのレイヤは、網形、グリッド形、メッシュ状または孔穿き部材状であることが可能である。その代わりに、これらのレイヤは、固体の導電性の材料または半導体材料の箔で作られることが可能であり、それらの箔は、箔を通過する孔の形態の開口を有している。その代わりに、導電性または半導体のコーティングを備えたポリマーの箔であって、孔の形態の開口を有するものが、使用されることも可能である。導電性または半導体のコーティングを備えたポリマーの箔は、製造プロセスの間の箔の安定性のために、好ましいことがある。孔の形状、サイズおよび／または分布は、一定であっても良く、または、レイヤの全体で変わっても良い。

これらの変化によって、開口面積密度（導電性のレイヤの所与の領域内での導電性のレイヤの全体面積に対する開口の面積の比率として規定される）の変化が、実現されることが可能である。好ましい実施形態において、開口面積密度は、巻付け方向に対して垂直且つ軸に対して平行な方向に、開口面積密度が中心部分の方向に向かって増大するように、変わる。

本発明の他の好ましい実施形態において、導電性のレイヤは、導電性のレイヤとマトリクス材料の間の接着の改善のために、コーティングされおよび／または表面処理される。導電性のレイヤ材料に依存して、導電性のレイヤとマトリクス材料の間の改善された相互作用を実現するために、導電性のレイヤの表面が、ブラッシングされ、エッチングされ、コーティングされまたは他の処理がなされることが、好ましいことがあり得る。これは、コアの熱的−機械的な安定性の増大をもたらすことになる。

典型的には、孔が穿けられていない（unpierced）紙が、マトリクス材料としてのフィラーの無い、低粘度のポリマーとともに、スペーサ材料として使用される。他の好ましい実施形態において、孔が穿けられていない紙を使用する代わりに、スペーサが、多数の開口を有している。多数の開口を有するそのようなスペーサを備えたブッシングは、欧州特許出願 EP 04405480.7 （未公開）の中に開示されている。この特許出願の内容は、明白にこの特許出願の内容である。

イコライゼイション要素のために、以上において既に説明されているように、このスペーサは、網形、グリッド形、メッシュ状、または孔穿き部材状であることが可能である。スペーサは、ポリマーまたは有機または無機ファイバーのような、多数のファイバーを有することが可能である。ともに開口を備えたスペーサとイコライゼイション要素の組み合わせは、スペーサ・レイヤとイコライゼイション要素の積層体を通るマトリクス材料の非常に速い浸入を可能にする。この浸入は、主として軸に対して垂直の方向に生ずる。

ともに開口を備えたスペーサとイコライゼイション要素の組み合わせは、マトリクス材料の大きな多様性を可能にする。特に、粒子で充填されたポリマーが、マトリクス材料として使用されることが可能であり、幾つかの熱的−機械的な利点をもたらし、ブッシングの生産性の改善（加速）をもたらす。これは、マトリクス材料の硬化のために必要とされる時間の相当な短縮をもたらすことができる。

特に好ましい実施形態において、マトリクス材料は、フィラー粒子を有している。好ましくは、マトリクス材料は、フィラー粒子を備えたポリマーを有している。そのポリマーは、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、またはその他の電気的に絶縁性のポリマーであることが可能である。好ましくは、フィラー粒子は、電気的に絶縁性または半導体である。フィラー粒子は、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢＮ、Ａｌｎ、ＢｅＯ、ＴｉＢ_２、ＴｉＯ_２、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｂ_４Ｃ、など、またはそれらの混合物の粒子であることが可能である。ポリマーの中に、様々なそのような粒子の混合物を有することも、可能である。好ましくは、粒子の物理的状態は、固体である。

もし、フィラーを備えたマトリクス材料が使用される場合には、マトリクス材料としてフィラーの無いエポキシを備えたコアと比較して、コアの中のエポキシが少なくなる。従って、エポキシを硬化させるために必要な時間が、かなり短縮されることが可能であり、それにより、ブッシングを製造するために要する時間が短縮される。

もし、フィラー粒子の熱伝導率がポリマーの熱伝導率と比べて高ければ、そのことは好ましい。フィラーを備えたマトリクス材料の使用によるコアのより高い熱伝導率は、同じ電流定格での、ブッシングの増大された電流定格、またはブッシングの減少された重量及びサイズを可能にする。高い熱伝導率のフィラー粒子が使用された時には、運転状態における、ブッシング内の熱の分布も、より一様になる。

もし、フィラー粒子の熱膨張率（ＣＴＥ）が、ポリマーの熱膨張率と比べて小さい場合には、それもまた好ましい。もし、フィラー材料が、そのように選択された場合には、ブッシングの熱的−機械的な性質がかなり速められる。フィラーを備えたマトリクス材料の使用による、コアの低い熱膨張率は、硬化の間のトータルの化学的収縮の減少をもたらすことになる。これは、（ほぼ）最終形状のブッシングの（機械加工無しの）製造を可能にし、それ故に、製造時間をかなり短縮する。それに加えて、コアとコンダクタ（またはマンドレル）の間の熱膨張率のミスマッチが、減少されることが可能である。

更にまた、マトリクス材料の中のフィラーにより、コアの吸水率が、大幅に減少されることが可能であり、破壊靭性の増大（より高い亀裂抵抗）が実現されることが可能である（より高い亀裂抵抗）。フィラーを使用することにより、コアの脆性を大幅に減少させることが可能である（より高い破壊靭性）。このようにして、コアの熱的−機械的な性質を改善することが可能である（より高いガラス転移温度）。

そのようなブッシングは、グレーデッド（graded）・ブッシングまたはファイン・グレーデッド（fine-graded）・ブッシングである。典型的には、スペーサ材料の螺旋を形成するように、スペーサ材料の一つの単一のレイヤが、コンダクタの周りまたはマンドレルの周りに巻かれる。特に、非常に長いブッシングの場合には、二つまたはそれ以上の軸方向にシフトされた、スペーサ材料のストリップが、平行に巻かれても良い。二重のレイヤまたは更により厚いスペーサ材料の螺旋を巻き付けることも可能である；その場合には、そのような二重のレイヤまたは三重のレイヤであっても、スペーサ材料の一つのレイヤとみなされることになる。その場合、そのようなスペーサ材料が、たまたま、二重のレイヤのまたは三重のレイヤであることになる。

更に好ましい実施形態及び利点は、従属特許請求項及び図面から明らかになる。
以下において、本発明が、添付図面に示された可能性のある実施形態を用いて、より詳細に示される。
図面の中で使用されている参照符号及びそれらの意味は、参照符号のリストの中にまとめられている。一般的に、同様なまたは同様に機能するバーツには、同一の参照符号が付与されている。ここ示された実施形態は、例として示されたものに過ぎず、本発明を限定するものではない。

図１に、ファイン・グレーデッド・ブッシング１の断面の部分図を概略的に示す。ブッシングは、対称軸Ａに対して実質的に回転対称である。ブッシング１の中心には、固体の金属のコンダクタ２があり、これは、チューブまたはワイヤであることも可能である。コンダクタ２は、コア３により部分的に取り囲まれ、このコアもまた、対称軸Ａに対して実質的に回転対称である。コア３は、スペーサ４を有し、このスペーサは、コア３の周りに巻かれ、マトリクス材料６としての硬化可能なエポキシで含浸されている。

軸Ａからの予め規定可能な距離において、導電性のレイヤ５１が、スペーサ４互いに隣接する巻付けの間に挿入され、それによりイコライゼイション要素５として機能するようになっている。コア３の外側に、フランジ１０が設けられ、このフランジは、ブッシング１を変圧器またはスイッチギアなどの接地されたハウジングに固定することを可能にする。運転状態において、コンダクタ２は、高い電位に有り、コア３は、コンダクタ２と接地電位のフランジ１０の間の電気的な絶縁をもたらす。

ブッシング２の、通常、ハウジングの外側に位置する側で、絶縁容器１１がコア３を取り囲んでいる。容器１１は、例えば、陶器、シリコーンまたはエポキシで作られた中空複合材であることが可能である。容器１１には、格納庫（sheds）が設けられても良く、または、図１に示されているように、格納庫を有していても良い。容器１１は、コア３をエージング（紫外線照射、天候）から保護し、ブッシング１の全寿命の間、良好な電気的な絶縁性を維持することになる。格納庫の形状は、雨に曝されたときに、セルフ・クリーニング表面を有するようにデザインされる。これにより、格納庫の表面上へのダストまたは汚染物質の堆積が防止される。それらの堆積は、絶縁性に影響を与え、電気的なフラッシュ・オーバーをもたらすおそれがある。

コア３と容器１１の間に中間スペースがある場合には、絶縁媒体１２、例えば絶縁性の液体１２（シリコーン・ゲルまたはポリウレタン・ゲルのような）が、その中間スペースを満たすべく供給されることが可能である。

図１の部分拡大図（１Ａ）は、コア３の構造を詳細に示している。イコライゼイション要素５は、スペーサ４の二つのレイヤにより囲まれている。イコライゼイション要素５は、軸Ａから所定の距離において、互いに隣接するスペーサの巻かれた層の間に挿入される。通常、二つの互いに隣接するイコライゼイション要素５の間に、スペーサ４の幾つかのレイヤがある。図１では、互いに隣接するイコライゼイション要素５の間に、スペーサ４の六つのレイヤが有る。互いに隣接するイコライゼイション要素５の間の、スペーサの巻かれた層の数により、互いに隣接するイコライゼイション要素５の間の（径方向の）距離が選択されることが可能である。互いに隣接するイコライゼイション要素５の間の径方向距離は、各イコライゼイション要素毎に変わっていても良い。イコライゼイション要素５は、図１Ａにおいては、多数の開口９を備えた導電性のレイヤ５１として形成され、これらのレイヤは、マトリクス材料６で充填可能である。例えば、図１Ａにおいて、導電性のレイヤ５１は、孔の形態の開口９を備えた固体の箔で作られている。

本発明の好ましい実施形態において、イコライゼイション・プレートの中の開口９は、５０ｎｍから５ｃｍの範囲内の、特に１μｍから１ｃｍの範囲内の、横方向の広がりを有している。イコライゼイション・プレート４の厚さは、１μｍから２ｍｍの範囲内であることが可能であり、また、ブリッジ８の幅は、典型的には、１ｍｍから１０ｃｍの範囲内、特に５ｍｍから５ｃｍの範囲内である。開口９により占められる面積は、ブリッジ８により占められる面積よりも大きいことが可能である。典型的には、イコライゼイション・プレートの平面内で、開口９により占められる面積は、導電性のレイヤの所与の領域において、導電性のレイヤ５１の全体の面積１％から９０％までの間であり、特に、導電性のレイヤの全体面積の５％から７５％までの間である。

図２に、導電性のレイヤ５１の上面図を概略的に示す。ファイバーの束が、ブリッジまたはクロス・ピース８を形成し、それらを通って、開口９が規定される。螺旋に巻かれたとき、そのようなネットを通る断面において、図１Ａに示されているように、ファイバーの束及びこれらの間の開口９が見えている。ファイバーは、網形、グリッド形、メッシュ状または孔穿き（孔穿き部材状）の状態で、相互に連結され、より一般的には、織地が組織で作られ、その組織の中で開口９がファイバー７の束の配置により形成される状態で作られる。ファイバーの束の代わりに、単一のファイバーから、網形、グリッド形、メッシュ状または孔穿き部材状の導電性のレイヤ５が形成されることも可能である（図示せず）。

一般的に、イコライゼイション要素５は、開口９を備えたレイヤ５１を有している。これらのレイヤ５１は、あらゆる方向に、一様にデザインされなければならないことは必ずしもない。また、開口９のサイズ、形状および／または分布もまた、あらゆる方向に、一様に配置されなければならないことは必ずしもない。これらの変化によって、開口面積密度（導電性のレイヤの所与の領域の中での導電性のレイヤ５１の全体面積に対する開口９の面積の比率として規定される）の変化が実現されることが可能である。

特に、コア３のボイド無しの含浸を容易するように、開口９のサイズ、形状および／または分布を、軸方向および／または軸方向に対して垂直な軸方向に沿って変えることが、好ましいことがあり得る。マトリクス材料６の均一な分布を実現するために、巻付け方向に対して垂直で且つ軸Ａに対して平行な、イコライゼイション要素５の縁で、例えば、開口面積密度を低くすることが好ましいことがあり得る。その理由は、イコライゼイション要素５のこれらの縁では、マトリクス材料６が、軸Ａに対して垂直な方向から並びに軸Ａに対して平行な方向から、浸入することが可能であり、それ故に、これらの領域において含浸がより速いからである。

開口の無いイコライゼイション要素５で巻かれたコア３において、従来の技術から知られているように、マトリクス材料６は、イコライゼイション要素５の中を通過することができず、それ故に、マトリクス材料は、側面からコアに染み込まなければならない。即ち、マトリクス材料は、レイヤ４および／または５１の間に、軸Ａに対して平行な両サイドから、且つ二つのレイヤの間で軸Ａの周りの径方向に染み込まなければならない。そのことが、細い矢印１４により、図１Ａに示されている。スペーサの材料に依存して、スペーサ４は、マトリクス材料６に対して、少なくとも部分的に透過性であっても良い。これが、細い矢印１４’により、図１Ａに示されている。開口９を備えた本発明のイコライゼイション要素５によって、チャネル１３中への含浸の間、マトリクス材料６が、イコライゼイション要素５の中の開口９を通って流れることが可能である。これが、太い矢印により、図１Ａに示されている。

図４に、本発明のブッシングの更なる実施形態に基づく、ファイン・グレーデッド・ブッシング１の断面の部分図を概略的に示す。図４Ａは、図４の部分拡大図であって、コア３の構造を詳細に示している。もし、イコライゼイション要素５及びスペーサ４が、チャネル１３及び１３’を形成する多数の開口９，９’を有し、それらのチャネルを通って、マトリクス材料６が通過することが可能である場合には、図４Ａに示されているように、含浸プロセスが、促進されることが可能である。その場合には、マトリクス材料６が、スペーサ４並びにイコライゼイション要素５の中に、軸Ａに対して垂直な方向からコンダクタ２またはマンドレルの方向へ、素速く浸入することが可能である。それらの方向は、太い矢印１３，１３’で、それぞれ示されている。

好ましい変形形態において、互いに隣接するスペーサの巻かれた層の開口９が重複し、それにより、互いに隣接するスペーサ・レイヤの中に、チャネル１３，１３’が形成され、それらのチャネルの中に且つそれらのチャネルを通って、マトリクス材料６が、含浸の間に流れることが可能である。特に好ましい変形形態において、全ての互いに隣接するレイヤ、即ちスペーサ４及び導電性のレイヤ５１の開口９，９’が重複し、それにより、チャネル１３，１３’が、コア３を通って、コンダクタ２またはマンドレルまで、それぞれ、形成される。スペーサ４は、図４Ａに示されているように、網形であるが、スペーサ４が、グリッド形、メッシュ状または孔穿き部材状であることも可能である。

典型的には、互いに隣接するイコライゼイション要素５の間に、２層から１５層の間のスペーサの巻かれた層（レイヤ）がある。しかし、互いに隣接するイコライゼイション要素５の間に、一つだけのスペーサ・レイヤを有することも可能であり、あるいは、１５を超えるスペーサ・レイヤを有することも可能である。

イコライゼイション要素５が、ファイバーからの代わりに、材料の固体のピースから作られることも可能である。図３は、一つの例を示している。固体の導電性の箔または半導体材料の箔は、孔の形態の開口９を有し、それらの開口は、ブリッジ８により、互いから分離される。固体の箔を使用する代わりに、表面金属被覆または半導体材料のコーティングを有するポリマーの箔を使用することも可能である。孔の形状は、図３に示されているように、正方形であることが可能であるが、例えば矩形または円形または楕円形などの、他の形状も可能である。固体の、導電性の材料として、多くの金属を用いることが可能であり、それは、例えば、銀、銅、金、アルミ二ウム、タングステン、鉄、鋼、プラチナ、クロム、鉛、ニッケル／クロム、コンスタンタン、スズ、または金属合金などである。その代わりに、導電性のレイヤ５１が、カーボンで作られることも可能である。

図４におけるコア３の中のマトリクス材料６は、好ましくは、粒子で充填されたポリマーであり、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３の粒子で充填されたエポキシ樹脂またはポリウレタンである。典型的なフィラー粒子のサイズは、１０ｎｍから３００μｍまでの範囲内である。スペーサ４及びイコライゼイション要素５は、形作られなければならない、即ち、含浸の間に、フィラー粒子がコア３を通って分散することが可能であるようなサイズの開口９，９’を有していなければならない。スペーサとして（孔の無い）紙を有する従来のブッシングにおいて、紙は、そのような粒子のためのフィルターとして機能することになる。図４Ａに示されているように、粒子で充填されたマトリクス材料６が通って流れるために十分に大きいチャネル１３が設けられることは、容易であり得る。

ピュアな（粒子で充填されていない）樹脂を有する標準的なＲＩＰ−コアの熱伝導率は、典型的には、約０．１５Ｗ／ｍｋ〜０．２５Ｗ／ｍｋである。粒子で充填された樹脂が使用されたとき、少なくとも０．６Ｗ／ｍｋから０．９Ｗ／ｍｋの値、または、約１．２Ｗ／ｍｋまたは１．３Ｗ／ｍｋの値さえも、ブッシング・コアの熱伝導率として、容易に実現されることが可能である。

それに加えて、フィラー粒子のないマトリクス材料の代わりに、粒子で充填されたマトリクス材料６が使用されたとき、熱膨張率（ＣＴＥ）は、遥かに小さいことが可能である。これは、ブッシング・コアの中での熱的・機械的なストレスの減少をもたらす。

ブッシング１の製造プロセスが、図１または図４に関係して説明したように、典型的には、下記のステップを有している：即ち、スペーサ４（一つまたはそれ以上のストリップまたはピースの中の）をコンダクタ２の上に巻付ける；巻付けの間にイコライゼイション要素５を取り付ける、真空引きを行う、コア３が全体的に含浸されるまでマトリクス材料６を真空引きされたコア３に浸入させる。真空引きの下での含浸は、典型的には、２５℃から１３０℃までの間の温度で行われる。その後に、エポキシ・マトリクス材料６が、典型的には、６０℃と１５０℃の間の温度で、キュアされ（硬化され）、最終的に、ポスト・キュアされて、所望の熱的−機械的な性質に到達する。その後で、コア３は、冷却され、最後に機械加工され、フランジ１０、絶縁容器１１、及び他のパーツが取り付けられる。

スペーサ４をコンダクタ２の上に巻付ける代わりに、スペーサ４をマンドレルの上に巻付けることも可能であり、このマンドレルは、製造プロセスが終了した後に取り除かれる。その後で、コンダクタ２が、コア３の中の、マンドレルが位置していた場所に残された孔の中に挿入されても良い。その場合には、コンダクタ２は、コンダクタ２とコア３の間のエア・ギャップを無くすために、絶縁性の液体のような、何らかの絶縁材料により取り囲まれても良い。

イコライゼイション要素５は、それらを二つのスペーサ・レイヤの間に巻付けることにより、コア３に取り付けられることが可能である。即ち、シート状スペーサ４が、巻かれ、巻付けプロセスの間に、イコライゼイション要素５が挿入される。巻付けプロセスは、イコライゼイション要素５が、組み立てられたブッシングの中で、巻かれたスペーサ４の二つのレイヤの間に位置するように、続けられる。この方法は、非常に容易であり、且つ、既に前もって巻かれた積層体の厚さのコントロールを可能にし、それによって、イコライゼイション要素の径方向の位置が非常に正確に規定されることが可能になる。

他の可能性は、巻付けの前にまたはその間に、イコライゼイション要素５をスペーサ４に固定することである。それは、例えば、イコライゼイション要素５をスペーサの上に接着することにより、あるいは、加熱プロセスによりそれらを一緒に固定することにより行われることが可能である。この加熱プロセスの中で、スペーサ４及びイコライゼイション要素５は、互いの上に重ねられ、熱が加えられ、その熱によって、材料の内の少なくとも一つ、即ち、スペーサ４および／またはイコライゼイション要素５の材料が少なくとも部分的に溶融または弱くされ、それにより、他の材料との間の接続を形成する。材料の内の少なくとも一つ、即ち、スペーサ４および／またはイコライゼイション要素５は、コーティングを有することも可能であり、そのコーティングは、低い融点を有し、このプロセスを容易にする。

イコライゼイション要素５をスペーサ４の上に固定する他の可能性 は、スペーサ４を、イコライゼイション要素５とともに、固定コーティングでコーティングすることである。その代わりに、イコライゼイション要素５を、機械的に固定することも可能であり、それは、例えば、一種のクランプを使用することにより、あるいは、スペーサ４をイコライゼイション要素５に接続するファイバーにより、行われる。

また、フック及びループ・ファスナー（loop fastener）接続として、互いに連結されることが可能であるような表面構造を備えた、イコライゼイション要素５とスペーサ４を使用することさえも、可能である。イコライゼイション要素５として、一つの導電性のレイヤ５１を使用する代わりに、一つのイコライゼイション要素５として、少なくとも二つの導電性のレイヤ５１使用することも、可能である。

高電圧ブッシングに対する典型的な電圧定格は、１ｋＡから５０ｋＡの定格の電流で、約５０ｋＶから８００ｋＶの間である。

図１は、本発明のファイン・グレーデッド・ブッシングの断面を概略的に示す部分図である。 図１Ａは、図１の拡大詳細図である。 図２は、ファイバーのネットの形態のイコライゼイション要素を概略的に示す部分図である。 図３は、イコライゼイション要素を概略的に示す部分図である。 図４は、本発明のファイン・グレーデッド・ブッシングのその他の実施形態の断面を概略的に示す部分図である。 図４Ａは、図４の拡大詳細図である。

符号の説明

１…ブッシング、コンデンサ・ブッシング、２…コンダクタ、３…コア、４…シート状スペーサ、５…イコライゼイション要素、５１…レイヤ、６…マトリクス材料、７…ファイバーの束、８…クロス・ピース，バー，ブリッジ、９…開口、１０…フランジ、１１…絶縁容器（格納庫を備えている），中空コア複合材、１２…絶縁媒体，ゲル、１３…チャネル、Ａ…軸。

Claims (15)

1. コンダクタ（２）及びこのコンダクタ（２）を取り囲むコア（３）を備えたブッシング（１）であって、
   コア（３）は、シート状スペーサ（４）を有し、このスペーサ（４）が電気的に絶縁性のマトリクス材料（６）で含浸され、このスペーサ（４）が軸（Ａ）の周りに螺旋状に巻かれ、このようにして、多数の隣接レイヤが形成され、この軸（Ａ）は、コンダクタ（２）の形状により規定され、更に、コア（３）は、軸（Ａ）に対して適切な径方向距離にイコライゼイション要素（５）を有する、
   ブッシングにおいて、
   前記イコライゼイション要素（５）は、導電性または半導体のレイヤ（５１）を有し、これらのレイヤ（５１）が開口（９）を有し、これらの開口（９）を通って、マトリクス材料（６）が浸入することが可能であること、及び、
   前記イコライゼイション要素（５）は、スペーサ（４）から分離されて、コア（３）に貼り付けられていること、
   を特徴とするブッシング。
2. 下記特徴を有する請求項１に記載のブッシング（１）：
   前記イコライゼイション要素（５）は、前記スペーサ（４）から分離されて巻かれている。
3. 下記特徴を有する請求項１または２に記載のブッシング（１）：
   前記導電性のレイヤ（５１）は、金属材料、半導体材料またはカーボンを有している。
4. 下記特徴を有する請求項１または２に記載のブッシング（１）：
   前記導電性のレイヤ（５１）は、多数のファイバー（７）を有している。
5. 下記特徴を有する請求項１から４の何れか１項に記載のブッシング（１）：
   前記導電性のレイヤ（５１）は、網形状、グリッド形状、メッシュ状または孔穿き部材状である。
6. 下記特徴を有する請求項１または２に記載のブッシング（１）：
   前記導電性のレイヤ（５１）は、孔の形態の開口（９）を備えた固体の箔で作られ、特に金属、金属合金またはカーボンで作られている。
7. 下記特徴を有する請求項１から６の何れか１項に記載のブッシング（１）：
   前記導電性のレイヤ（５１）は、前記導電性のレイヤ（５１）と前記マトリクス材料（６）の間の接着の改善のために、コーティングされおよび／または表面処理されている。
8. 下記特徴を有する請求項１から７の何れか１項に記載のブッシング（１）：
   前記導電性のレイヤ（５１）の中の前記開口（９）のサイズおよび／または数は、前記軸（Ａ）に対して平行な方向に沿って変化する。
9. 下記特徴を有する請求項１から８の何れか１項に記載のブッシング（１）：
   前記シート状スペーサ（４）は、電気的に絶縁性のレイヤを有し、このレイヤは、開口（９’）を有し、これらの開口（９’）を通って、前記マトリクス材料（６）が浸入することが可能である。
10. 下記特徴を有する請求項９に記載のブッシング（１）：
    前記マトリクス材料（６）は、フィラー粒子を有している。
11. 下記特徴を有する請求項１０に記載のブッシング（１）：
    前記フィラー粒子は、電気的に絶縁性または半導体である。
12. 下記特徴を有する請求項１０または１１に記載のブッシング（１）：
    前記フィラー粒子の熱伝導率は、前記ポリマーの熱伝導率よりも高く、および／または、前記フィラー粒子の熱膨張率は、前記ポリマーの熱膨張率より小さい。
13. 請求項１に基づくブッシング（１）の製造のための方法であって、
    シート状スペーサ（４）がコンダクタ（２）の周りまたはマンドレルの周りに螺旋状に巻かれ、前記コンダクタ（２）の形状または前記マンドレルが軸（Ａ）を規定し、巻かれたシート状スペーサ（４）がこのようして多数の隣接レイヤを形成し、それから、前記シート状スペーサ（４）が電気的に絶縁性のマトリクス材料（６）で含浸される、
    方法において、
    開口（９）を備えた導電性のレイヤ（５１）を有するイコライゼイション要素（５）が、軸（Ａ）に対して適切な径方向距離に、前記スペーサ（４）から分離されて、前記コア（３）に貼り付けられることを特徴とする方法。
14. 請求項１から１２のいずれか１項に基づくブッシング（１）のための導電性のレイヤであって、
    前記導電性のレイヤ（５１）は、多数の開口（９）を有し、個々のイコライゼイション要素（５）を形成していることを特徴とする導電性のレイヤ。
15. 請求項１から１２のいずれか１項に基づくブッシング（１）を有する高電圧装置、特に発電機または変圧器、または高電圧設備、特にスイッチギア。

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