JP2018517251A - コンデンサブッシング及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、コンデンサブッシング及びその製造方法に関する。本発明のコンデンサブッシングは、中心導体（１０）の外面に絶縁性繊維（２２）を巻いて絶縁層（２０）を形成し、前記絶縁層（２０）の間々に導電性繊維（３２）を設けて導電層（３０）を形成する。前記導電性繊維（３２）を構成する緯糸（３４）と経糸（３６）は、芯線（３７）の表面に第１コーティング層（３８）と第２コーティング層（３８’）を順次形成して作られる。前記絶縁性繊維（２２）と導電性繊維（３２）の緯糸（２４）（３４）と経糸（２６）（３６）は、前記中心導体（１０）の長さ方向に対して傾いて延長される。前記緯糸（２４）（３４）と経糸（２６）（３６）は多角形または円形を形成する。前記中心導体（１０）の外面に絶縁層（２０）と導電層（３０）を形成したものを金型内に投入して充填層（４０）を形成するが、前記金型内を真空に維持しながら、充填層（４０）を形成するためのエポキシ樹脂を注入する。前記充填層（４０）を硬化させる過程では、前記金型内に空気圧をかけて圧力を提供しながら熱を加える。このような本発明によれば、充填層（４０）の内部に気泡が発生したり隙間が発生したりすることを防止するという利点がある。
Description
本発明は、コンデンサブッシング及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、中心導体を囲む絶縁層の間に導電性繊維からなる導電層を設けて製造されるコンデンサブッシング及びその製造方法に関する。
電力機器では、外部電源（電力線路）に接続するためにブッシング（ｂｕｓｈｉｎｇ）を使用するが、ブッシングは、絶縁距離を長くするために、シェッド（ｓｈｅｄ）を持つ外皮の絶縁体を設けたりもし、中心導体を囲みながら電界を緩和させるために導電層を絶縁紙で幾重にも巻いたコンデンサで構成される。前記絶縁紙と導電層との間、絶縁紙及び導電層を囲むようにエポキシ樹脂を充填する。
ここで、絶縁紙を使用することにより、前記エポキシ樹脂が前記中心導体の位置まで内部に十分満たされるように充填されなくてもよく、エポキシの膨張及び収縮の程度と絶縁紙の膨張及び収縮の程度とが互いに異なるため、コンデンサブッシングを製造する過程でエポキシ樹脂と絶縁紙との間に隙間が多く発生するという問題点がある。
前記導電層には一般的にアルミニウム薄膜を使用するが、アルミニウム薄膜も絶縁紙と同様にエポキシ樹脂とは膨張及び収縮の程度が異なり、アルミニウム薄膜とエポキシ樹脂との結合力が弱いため、エポキシ樹脂の熱膨張及び硬化の際に収縮及び膨張による成形性における不利な問題点がある。
前記導電層には一般的にアルミニウム薄膜を使用するが、アルミニウム薄膜も絶縁紙と同様にエポキシ樹脂とは膨張及び収縮の程度が異なり、アルミニウム薄膜とエポキシ樹脂との結合力が弱いため、エポキシ樹脂の熱膨張及び硬化の際に収縮及び膨張による成形性における不利な問題点がある。
前記アルミニウム薄膜は、エポキシの充填に妨げられる要素になると同時に、切断の際に生じた鋭い形状部分に電界が集中する問題点もある。
また、エポキシ樹脂が内部にまで十分に充填されない前記絶縁紙の問題点を解決するために合成繊維を使用するが、前記合成繊維も膨張及び収縮の程度がエポキシ樹脂のそれとは異なる。特に、ブッシングの長さ方向にエポキシ樹脂の膨張及び収縮が最も大きいが、合成繊維を構成する緯糸や経糸がブッシングの長さ方向に延長されることにより、エポキシ樹脂と合成繊維との間においても膨張と収縮による問題が発生する。
また、エポキシ樹脂が内部にまで十分に充填されない前記絶縁紙の問題点を解決するために合成繊維を使用するが、前記合成繊維も膨張及び収縮の程度がエポキシ樹脂のそれとは異なる。特に、ブッシングの長さ方向にエポキシ樹脂の膨張及び収縮が最も大きいが、合成繊維を構成する緯糸や経糸がブッシングの長さ方向に延長されることにより、エポキシ樹脂と合成繊維との間においても膨張と収縮による問題が発生する。
しかも、エポキシ樹脂は熱によって膨張してから収縮するが、エポキシ樹脂を充填する過程で膨張の際に内部に気泡があれば、気泡が大きくなりながら内部に充填層が完全に満たされなくなるという問題点もある。
本発明の目的は、上述した従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、コンデンサブッシングを構成する絶縁層、充填層及び導電層の相対的な膨張及び収縮程度の差が最小限に抑えられるようにすることにある。
本発明の他の目的は、絶縁層と導電層を形成した状態で充填層を形成するときに、充填層を形成する物質が絶縁層と導電層を通過して均一に形成されるようにすることにある。
本発明の他の目的は、絶縁層と導電層を形成した状態で充填層を形成するときに、充填層を形成する物質が絶縁層と導電層を通過して均一に形成されるようにすることにある。
本発明の別の目的は、コンデンサブッシングを構成する充填層に気泡が発生することを防止することにある。
上記の目的を達成するための本発明の一特徴によれば、本発明は、所定の長さを有する中心導体と、前記中心導体の外面に絶縁性繊維が巻かれて形成され、前記絶縁性繊維を構成する緯糸と経糸が前記中心導体の長さ方向に対して傾いて延長される絶縁層と、前記絶縁層の間に位置し、導電性繊維からなる導電層と、前記絶縁層と中心導体との間、絶縁層の間、及び前記絶縁層と導電層との間にエポキシ樹脂が充填されて形成される充填層とを含んでなる。
前記導電性繊維は、絶縁性の芯線の外面に第１コーティング層と第２コーティング層が順次形成される緯糸と経糸からなる。
前記絶縁性繊維と導電性繊維は、緯糸と経糸で円形または多角形に製織される。
前記絶縁性繊維と導電性繊維は、緯糸と経糸で六角形に製織される。
前記充填層を形成するエポキシ樹脂には、無機充填材が０〜５０重量％まで混合される。
前記無機充填材としてはシリカまたはアルミナが使用される。
前記導電性繊維を構成する緯糸と経糸は、前記中心導体の長さ方向に対して傾いて延長されるように製織される。
本発明の他の特徴によれば、本発明は、中心導体の外面に絶縁性繊維を巻く絶縁層形成段階と、前記絶縁層の間々に導電性繊維を設けて導電層を形成する導電層形成段階と、前記中心導体の外面に巻かれた絶縁層の間に導電層が位置したものを金型内に位置させる段階と、前記金型内を真空に維持しながら、充填層を形成する材料を注入する充填層形成段階と、前記金型内に充填層を形成する材料の注入が完了した状態で、前記金型内に圧力をかけながら熱を加えて充填層を形成する充填層硬化段階とを含んでなる。
前記導電性繊維と前記絶縁性繊維は、その緯糸と経糸が前記中心導体の長さ方向に対して傾いて延長されるように巻かれる。
充填層を形成する材料は、エポキシ樹脂であり、無機充填材を０〜５０重量％だけ混合する。
充填層を形成する材料は、エポキシ樹脂であり、無機充填材を０〜５０重量％だけ混合する。
前記充填層硬化段階の後には、前記充填層を冷却する段階をさらに行う。
本発明に係るコンデンサブッシング及びその製造方法では、次の効果を得ることができる。
本発明では、中心導体を囲む絶縁層は、絶縁性材質からなる緯糸と経糸で製織された合成繊維を使用し、前記絶縁層の間に位置する導電層は、導電性物質がコーティングされた緯糸と経糸で製織された導電性繊維を使用し、特に緯糸と経糸が前記中心導体の長さ方向に対して傾いて延長されるように配置することにより、エポキシ樹脂で作られる充填層の形成の際に、エポキシ樹脂の熱膨張及び成形収縮に伴って、絶縁層と導電層を構成する物質も一緒に膨張及び収縮をすることができるため、ブッシングの品質が均一になる効果がある。
本発明では、中心導体を囲む絶縁層、及び前記絶縁層の間々に形成される導電層がいずれも、緯糸と経糸で製織された繊維からなるので、エポキシ樹脂を使用する充填層の形成の際に、絶縁層と導電層を通過して均一に充填層が設計通りに形成される効果がある。
また、本発明において、充填層を形成するエポキシ樹脂に無機充填材を５０重量％まで混合して絶縁性を最大に高めたので、ブッシングの絶縁性能が相対的に高くなる効果もある。
本発明では、エポキシ樹脂を充填する過程で中心導体に絶縁層を形成し、前記絶縁層の間々に導電層を設けたものを金型内に入れ、真空状態でエポキシ樹脂を充填し、エポキシ樹脂の硬化のために熱を加えるときも空気圧で圧力をかけるので、充填層内への気泡発生が防止される効果もある。
以下、本発明のいくつかの実施例を例示的な図面に基づいて詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加するにあたり、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されても、できる限り同一の符号を付するようにしていることに留意すべきである。また、本発明の実施例を説明するにあたり、関連した公知の構成または機能に対する具体的な説明が本発明の実施例に対する理解を妨げると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。
また、本発明の実施例の構成要素を説明するにあたり、「第１」、「第２」、「Ａ」、「Ｂ」、「（ａ）」、「（ｂ）」などの用語を使用することができる。これらの用語は、ある構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、当該構成要素の本質や順番、順序などを限定するものではない。ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されると記載されている場合、ある構成要素が他の構成要素に直接「連結」または「接続」されることもあるが、各構成要素の間に別の構成要素が「連結」、「結合」または「接続」されることもあると理解すべきである。
図示によれば、ブッシングの中央には中心導体１０がある。前記中心導体１０は、導電性材質からなり、電流が流れる。前記中心導体１０を囲むように絶縁層２０が形成される。前記絶縁層２０は絶縁性繊維２２からなるが、前記絶縁性繊維２２は緯糸２４と経糸２６が互いに交差して製織される。
前記緯糸２４と経糸２６が図示の例ではほぼ四角形を形成するが、前記緯糸２４と経糸２６が形成する四角形の一辺の長さは、少なくとも０．５ｍｍ以上で、１ｍｍよりは小さくなければならない。これは、緯糸２４と経糸２６が形成する四角形が一定以上の面積を持たなければエポキシ樹脂が通過し得ないからである。このために、緯糸２４と経糸２６が形成する四角形の一辺を０．５ｍｍよりは大きくする。そして、前記四角形の一辺の長さが１ｍｍよりも大きくなると、絶縁層２０の絶縁性能に劣るため、１ｍｍよりは小さくする。
前記絶縁性繊維２２の厚さは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの間の値が良い。これは、０．２ｍｍよりも薄ければ、絶縁性繊維２２を取り扱うことが難しく、０．５ｍｍよりも厚ければ、全体ブッシングのサイズが大きくなるという問題点があるからである。
一方、前記絶縁性繊維２２が前記中心導体１０に巻かれるとき、前記中心導体１０の長さ方向（矢印Ａ方向）に対して前記緯糸２４と経糸２６の両方が傾くようにする。すなわち、緯糸２４及び経糸２６のうちのいずれかも中心導体１０の長さ方向と平行することなく、図２に示す通りになる。これは、前記緯糸２４及び経糸２６のいずれか一つの延長方向が前記中心導体１０の長さ方向と平行であれば、緯糸２４及び経糸２６の中心導体１０の長さ方向への移動が行われないからである。その理由は、後述するエポキシ樹脂が中心導体１０の長さ方向に最も多く膨張及び収縮するが、前記エポキシ樹脂の膨張と収縮に伴って前記絶縁性繊維２２も一緒に膨張と収縮をすれば、絶縁層２０と充填層４０との間に隙間が発生しないためである。
一方、前記絶縁性繊維２２が前記中心導体１０に巻かれるとき、前記中心導体１０の長さ方向（矢印Ａ方向）に対して前記緯糸２４と経糸２６の両方が傾くようにする。すなわち、緯糸２４及び経糸２６のうちのいずれかも中心導体１０の長さ方向と平行することなく、図２に示す通りになる。これは、前記緯糸２４及び経糸２６のいずれか一つの延長方向が前記中心導体１０の長さ方向と平行であれば、緯糸２４及び経糸２６の中心導体１０の長さ方向への移動が行われないからである。その理由は、後述するエポキシ樹脂が中心導体１０の長さ方向に最も多く膨張及び収縮するが、前記エポキシ樹脂の膨張と収縮に伴って前記絶縁性繊維２２も一緒に膨張と収縮をすれば、絶縁層２０と充填層４０との間に隙間が発生しないためである。
これに関連して、前記絶縁性繊維の緯糸２４と経糸２６が必ずしも四角形を形成する必要はない。前記緯糸２４と経糸２６が円形または六角形を形成することもできる。円形または六角形を形成する場合にも、中心導体１０の長さ方向に対して平行でないようにすれば、絶縁性繊維の伸縮はエポキシ樹脂の膨張及び収縮時のそれとほぼ同一になれる。すなわち、緯糸２４と経糸２６は、円形または多角形の形状に製織されても、中心導体１０の長さ方向に対して傾くことができればよい。前記絶縁性繊維２２は、ポリエステル繊維やポリエチレン−ナフテネート繊維が使用できる。
導電層３０は前記絶縁層２０の間に位置する。前記導電層３０は、前記絶縁層２０の間で所定の間隔をもって配置される。前記導電層３０を構成するものは導電性繊維３２である。前記導電性繊維３２の構成は図３によく示されている。前記導電性繊維３２も、前記絶縁性繊維２２と同様に、緯糸３４と経糸３６が互いに交差しながら製織される。前記導電性繊維３２の緯糸３４と経糸３６が作り出す四角形も、一辺の長さが０．５ｍｍ〜１ｍｍの間になる。これは前記絶縁性繊維２２の構成におけるそれと同様の理由である。ちなみに、一辺の長さが１ｍｍ以上になると、導電性能が低下するおそれがある。前記導電層３０を形成する前記導電性繊維３２も、緯糸３４と経糸３６が作り出す形状が、四角形のほかに、円形または六角形になってもよい。すなわち、緯糸３４と経糸３６が中心導体１０の長さ方向に対して傾いて延長できれば、多角形などの様々な形状になってもよい。
前記導電性繊維３２を構成する緯糸３４と経糸３６は、図３の拡大図に示されているように、芯線３７の外面に第１コーティング層３８と第２コーティング層３８’が順次形成されて構成される。前記第１コーティング層３８は銅または銅合金で構成され、前記第２コーティング層３８’は主にニッケルで構成されるが、金または銀を使用してもよい。
導電性繊維３２の厚さは、３μｍ〜１００μｍの間の値であるが、取り扱いの観点から、最も好ましくは１０〜３０μｍ程度である。
次に、充填層４０は、前記中心導体１０の外面に巻かれる絶縁層２０と導電層３０との間に形成される。もちろん、前記充填層４０は、前記中心導体１０と絶縁層２０との間、前記導電層３０と絶縁層２０との間、前記絶縁層２０及び導電層３０のすべてを囲むように形成される。
前記充填層４０は、エポキシ樹脂で作られる。前記充填層４０を形成するエポキシ樹脂には無機充填材が混合できる。前記無機充填材としてはシリカまたはアルミナが使用できる。前記無機充填材は５０重量％程度まで混合するのが良い。もちろん、無機充填材を混合しなくても良いが、絶縁性能をさらに高めるためには無機充填材を混合する。そして、絶縁性能が最も良い場合は、無機充填材が５０重量％エポキシ樹脂に混合される場合である。
このような構成を持つ本発明に係るブッシングは、次の過程を経て製造される。
図４に示すように、まず、中心導体１０の外面を囲んで絶縁性合成繊維２２を複数の層に巻く（段階１００）。前記合成繊維２２が絶縁層２０を形成する。前記合成繊維２２を中心導体１０に巻く過程で、前記合成繊維２２を構成する緯糸２４と経糸２６が前記中心導体１０の長さ方向に対して傾いて位置するように巻く。
前記合成繊維２２を巻く過程において、前記合成繊維２２が形成する絶縁層２０の間々に導電層３０が形成される。このために、前記導電層３０を形成する導電性繊維３２を、前記絶縁層２０を形成する過程で絶縁層２０の間々に位置させる（段階２００）。前記導電層３０も、前記絶縁層２０の間に安着する過程で、前記導電性繊維３２を構成する緯糸３４と経糸３６が中心導体１０の長さ方向に対して傾いて延長されるようにする。
このように中心導体１０に絶縁性合成繊維２２と導電性繊維３２を巻いたものを金型内に入れる（段階３００）。前記金型の内部は真空状態を維持するようにする（段階４００）。そのために、前記金型のキャビティの内部を真空ラインと連通させてキャビティを真空にする。このように金型の内部を真空状態に維持することは、前記絶縁層２０、導電層３０、絶縁層３０、及びこれらの間に気泡が発生することを防止するためである。
前記金型の内部を真空状態に維持しながら、前記充填層４０を形成するエポキシ樹脂を注入する（段階５００）。前記充填層４０を形成するエポキシ樹脂を金型内に充填した後は、空気圧で３〜５ｂａｒの圧力に加圧しながら加熱して充填層４０を硬化させる（段階６００）。このように圧力をかけながら加熱してエポキシ樹脂を硬化させることにより、内部に気泡が発生することを防止する。前記エポキシ樹脂を加熱する温度は、摂氏１２０度〜１３０度である。前記充填層４０の硬化が完了したら、冷却を行う（段階７００）。冷却過程は、前記金型内で行ってもよく、別の空間で行ってもよい。
次に、工作機械での加工によって所望の形状に成形する（段階８００）。外面にシェッド（Ｓｈｅｄ）が必要な場合には、金型にインサートしてシリコーンゴムを成形することによりシェッドを作る。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものである。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な修正及び変形が可能であろう。したがって、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものである。これらの実施例により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
Claims (11)
- 所定の長さを有する中心導体と、
前記中心導体の外面に絶縁性繊維が巻かれて形成され、前記絶縁性繊維を構成する緯糸と経糸が前記中心導体の長さ方向に対して傾いて延長される絶縁層と、
前記絶縁層の間に位置し、導電性繊維からなる導電層と、
前記絶縁層と前記中心導体との間、前記絶縁層の間、及び前記絶縁層と前記導電層との間にエポキシ樹脂が充填されて形成される充填層とを含んでなる、コンデンサブッシング。 - 前記導電性繊維は、絶縁性の芯線の外面に第１コーティング層と第２コーティング層が順次形成される緯糸と経糸からなる、請求項１に記載のコンデンサブッシング。
- 前記絶縁性繊維と前記導電性繊維は、緯糸と経糸で円形または多角形に製織される、請求項２に記載のコンデンサブッシング。
- 前記絶縁性繊維と前記導電性繊維は、緯糸と経糸で六角形に製織される、請求項３に記載のコンデンサブッシング。
- 前記充填層を形成するエポキシ樹脂には、無機充填材が０〜５０重量％まで混合される、請求項１に記載のコンデンサブッシング。
- 前記無機充填材としてはシリカまたはアルミナが使用される、請求項５に記載のコンデンサブッシング。
- 前記導電性繊維を構成する緯糸と経糸が、前記中心導体の長さ方向に対して傾いて延長されるように製織される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコンデンサブッシング。
- 中心導体の外面に絶縁性繊維を巻く絶縁層形成段階と、
前記絶縁層の間々に導電性繊維を設けて導電層を形成する導電層形成段階と、
前記中心導体の外面に巻かれた絶縁層の間に導電層が位置したものを金型内に位置させる段階と、
前記金型内を真空に維持しながら、充填層を形成する材料を注入する充填層形成段階と、
前記金型内に充填層を形成する材料の注入が完了した状態で、前記金型内に圧力をかけながら熱を加えて充填層を形成する充填層硬化段階とを含んでなる、コンデンサブッシングの製造方法。 - 前記導電性繊維と前記絶縁性繊維は、その緯糸と経糸が前記中心導体の長さ方向に対して傾いて延長されるように巻かれる、請求項８に記載のコンデンサブッシングの製造方法。
- 充填層を形成する材料は、エポキシ樹脂であり、無機充填材を０〜５０重量％だけ混合する、請求項８に記載のコンデンサブッシングの製造方法。
- 前記充填層硬化段階の後には、前記充填層を冷却する段階をさらに行う、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載のコンデンサブッシングの製造方法。
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