JP3602634B2 - 半導電性複合碍子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送電線を支持する等のために用いられ、特にラジオ・テレビ等に対する雑音障害を生じさせず、汚損特性を改良した半導電性複合碍子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
碍子は、一般に高電圧線等を絶縁支持するため等に用いられるが、碍子の高電圧線近傍及び接地側近傍の電位は他の箇所に比較して高く、その結果コロナ放電が生じラジオ・テレビ等に雑音障害を発生するとともに耐汚損性を損なう可能性がある。かかる不均一な電位分布をより平坦なものとしてコロナ放電を生じにくくし、ラジオ・テレビ等でのに雑音障害の発生を防止し、かつ碍子の耐汚損性を上げるため、従来から導電性を持たせた碍子が使用されている。例えば、特開昭４６−５３４１７に開示されたように導電性釉薬を塗布した碍子が知られている。この碍子は、電孤遮断作用を行う複数の笠状体を有する高電圧用の碍子であって、笠状体の間に位置する円筒状部分に金属酸化物からなる半導電性の表面層を設けたものである。かかる碍子は、磁器碍子を対象としており、金属酸化物を混入させた釉薬を碍子の表面に塗布することによって導電性をもたせたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、ＦＲＰロッド等からなるコア部材の回りに絶縁性の高分子材料からなる外被を設けた複合碍子の場合にも、不均一な電位分布によりコロナ放電が生ずるという問題はあったが、複合碍子で用いている構成材料の硬度及び弾性の点から特開昭４６−５３４１７に開示された方法で複合碍子に導電性を持たせることは出来ない。現在の所、複合碍子に導電性をもたせるのに有効な技術はなかった。
【０００４】
本発明者は、複合碍子の材料が、磁器碍子に比較してトラッキング及びエロージョンを生じ易いため、複合碍子に導電性を付与するには、耐トラッキング性及び耐エロージョン性を満足させながら導電性を付与する必要があるということに留意し、複合碍子に導電性を付与する材料を種々検討することによって、本発明を完成した。
【０００５】
本発明は、磁器碍子に比べて軽量で撥水性に優れた複合碍子に対して、半導電性を付与し、ラジオ・テレビ等の雑音障害を防止し、耐汚損特性を改良した複合碍子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合碍子は、コア部材と該コア部材の周囲に設けた絶縁性高分子材料からなる外被とからなる複合碍子であって、少なくとも外被表面部層が半導電性高分子材料からなり、外被表面部層にはカーボンブラック、金属粉末、金属繊維及び炭素繊維から選ばれた少なくとも１つの導電性付与充填剤が含まれていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の複合碍子は、外被表面部層がカーボンブラック、金属粉末、金属繊維及び炭素繊維から選ばれた少なくとも１つの機能性充填剤を含む半導電性高分子材料からなるので、碍子の周囲の電位分布がより均一化される。その結果、コロナ放電が防止され、ラジオ・テレビ等の雑音障害を防止し、耐汚損特性が改良される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の複合碍子として、好ましい態様として以下に掲げるのものがある。上記必須要件に加え、以下の（１）−（４）の特徴を適宜任意に組み合わせたものも本発明の好ましい態様に含まれる。
【０００９】
（１） 前記絶縁性高分子材料が、シリコーンゴムあるいはエチレンープロピレンージエン共重合体（ＥＰＤＭ）である。この場合には、外被としての特性をより好適に発揮できる。
【００１０】
（２） 前記外被の全体が半導電性高分子材料からなる。この場合には、碍子全体の導電性がさらに大きくなり、碍子の周囲の電位分布の均一化、コロナ放電の防止効果等がさらに向上する。
【００１１】
（３） 外被の表面に耐トラッキング性及び耐エロージョン性に優れた高分子材料層を設ける。この場合には、導電性を付与する半導電性高分子材料と耐トラッキング性及び耐エロージョン性を与える高分子材料層を別々に選択出来るという利点があり、また、耐トラッキング性及び耐エロージョン性を低下させることのない複合碍子が得られる。
【００１２】
（４） コア部材が樹脂で含浸したガラス繊維の束からなり、該ガラス繊維の一部が半導電性細線で置換、あるいはコア部材にカーボンブラック、金属粉末、金属繊維及び炭素繊維から選ばれた少なくとも１つの導電性付与充填剤を混入させることによってコア部材に半導電性を持たせる。この場合には、コア部材が半導電性とされ、かつ上記外被で覆われているため、外被の劣化に伴いトラッキング及びエロージョン等の劣化した場合でも複合碍子全体の抵抗値の変化がなく、従って、複合碍子を安定して使用できる。また、碍子の許容抵抗値をコアの製造時で規定できるため、傘の各種デザインに対応することができる。
【００１３】
（５） 複合碍子を使用する路線の電圧が１ｋＶとした場合、複合碍子の両端の抵抗値を路線電圧１ｋＶ当たり１ＭΩ−１０ＭΩに設定する。上記抵抗値の範囲は、以下の点を考慮して好ましい抵抗値の範囲として決定された。すなわち、抵抗値が高すぎる場合には、碍子の周囲の電位分布の均一化の効果が得られない。抵抗値が低すぎると、漏れ電流が必要以上に流れ過ぎ、電力損失値が無視しえないレベルに至る。さらに、漏れ電流によるジュール熱で複合碍子が発熱し、材料の劣化が激しくなる。
【００１４】
本願明細書にいう『複合碍子』とは、ＦＲＰ等からなる中空あるいは中実の碍子コア部とその外周面に設けた絶縁性高分子材料からなる外被とからなる碍子をいう。該絶縁高分子材料としては、一般的ゴムが使用可能で、特にシリコーンゴム、エチレンープロピレン共重合体、エチレンープロピレンージエン共重合体等が好ましい材料として挙げられる。該ゴム材料をベースゴムとして、これに通常の各種添加剤を配合して最終的な外被材料とし、成形・加硫を通してコア部材周囲に外被を形成する。本発明に係る複合碍子の外被の形状は、通常採用されている形状と同一形状とする。
以下に、本発明で用いる複合碍子の構成材料について説明する。
【００１５】
（１） コア部材
コア部材としては、複合碍子に通常用いているＦＲＰ等からなるコア部材を用いる。すなわち、コア部材は樹脂で含浸したガラス繊維等の束からなる。コア部材に半導電性を持たせるためには、該ガラス繊維の一部を半導電性細線で置換するか、あるいはコア部材にカーボンブラック、金属粉末、金属繊維及び炭素繊維から選ばれた少なくとも１つの導電性付与のための機能性充填剤を硬化前の樹脂に混入・混練し、これをガラス繊維等の束に含浸させてコア部材を形成する。
【００１６】
（２） 外被
ｉ） シリコーンゴムをベースゴムとして用いる場合
例えば、ａ）一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合アルケニル基を有するジオリガノポリシロキサン（粘度２５゜Ｃで１０ｃＳｔ以上、好ましくは４０ｘ１０^４ 以上、分子量５ｘ１０^４ 以上）、ｂ）シリカ微粉末（ヒュームドシリカ、沈殿シリカ、シリカアエロゲル等、好ましくは粒径が５０μｍ 以下、比表面積が１００ｍ^２／ｇ以上の超微粒子ヒュームドシリカ）をａ）成分１００重量部に対し好ましくは１０−１００重量部、ｃ）水酸化アルミニウム（Ａｌ_２ Ｏ_３ ・３Ｈ_２ Ｏ、好ましくは平均粒径５μｍ 未満）、好ましくは成分ａ）１００重量部に対し１５−３００重量部、好ましくは５０〜２００重量部、ｄ）ベンゾイルペーオキサイド等の有機過酸化物（加硫剤）、ｅ）その他周知の適当な添加剤（非補強性添加剤、顔料、耐熱剤、難燃剤、内部用離型剤、可塑剤等）から外被材料を得られる。
ｉｉ） ベースゴムとしてＥＰＤＭを用いる場合
ベースゴムとしてのＥＰＤＭに対し上記ｉ）（ｂ）から（ｅ）を同様の条件で添加・混合することによって外被材料が得られる。
【００１７】
（３）半導電性外被表面部形成材料（外被表面部層形成用材料）
外被の表面部を形成する材料（外被表面部層用材料）としては、基本的に外被材料で説明した材料に半導電性を付与する機能を有する機能性充填剤を添加して得ることができる。ただし、外被表面部層とする場合には、製作上の点から液状シリコーンゴムに機能性充填剤を添加した構成とすることが好ましい。本項でいう半導電性材料としては、その材料の体積抵抗率が１０^３ 〜１０^１０Ωｃｍのものをいう。（通常ポリマー碍子用外被ゴムに使う絶縁材料は１０^１４Ωｃｍレベルである）。
【００１８】
液状シリコーンゴムは、ジメチルシロキサンを代表とするポリマー、シリカ微粉末（補強材・増量無機充填剤）、架橋剤、触媒等からなる。かかる液状シリコーンゴムには、製品形態からして１液タイプと２液タイプとがあり、また硬化機構から凝縮反応タイプと付加反応タイプとがあるが、これらのいずれのもの本発明で用いることができる。
【００１９】
（４）外被表面部層形成用材料に含有するカーボンブラック、金属粉末、金属繊維、炭素繊維
ｉ）カーボンブラック
カーボンブラックとしては、従来知られているケッチェンブラック、ＸＣＦカーボン、アセチレンブラック、ＳＲＦカーボン、グラファイト、アクチベイチドカーボン等を用いることができる。
カーボンの添加量は、選択するカーボンの種類及び所望の半導電性特性からその配合量を決定できる。このような各種カーボンブラックの材料特性・挙動については、例えば特開昭５６−１６５、２０３、特開昭５９−１８、７３４等に記載されている。本発明で用いるカーボンの粒径としては１００μｍ以下、比表面積としては１ ｍ^２ ／ｇ−１０００ ｍ^２ ／ｇのものが適用可能である。
ｉｉ） 金属粉末
金属粉末としては、銀、銅、ニッケル、アルミニウム等が考えられる。また、使用形態は、金属単体で使用する以外に、合金、酸化物、ヨウ化物、ハロゲン化物等の形態で用いることもできる。粉末の形状としては、球状の他、楕円形、板状等のものも使用できる。球状の場合には、粒径が１００μｍ以下のものを用いることが好ましい。
ｉｉｉ）金属繊維
金属繊維の材料としては、上記金属粉末の材料が用いられ、繊径は１００μｍ以下のものが用いられる。
ｉｖ） 炭素繊維
炭素繊維としては、繊径が１００μｍ以下のものが用いられる。
上記導電性物質は、単体でもあるいはそれらの混合物としても用いても構わない。半導電性外被表面部層の好ましい厚さは，特に限定されないが、表面のトラッキング・エロージョンによる侵食を考慮して５ｍｍ以上とすることが好ましい。さらに、外被表面部のみを半導性とするのではなく、外被全体を半導性とすることもでき、本項でいう「外被表面部層」はかかる場合も含む。
ｖ）耐トラッキング及び耐エロージョン性に優れた高分子材料。
耐トラッキング性用高分子材料としては、基本構成として▲１▼外被を形成する高分子材料（シリコーンゴムおよびＥＰＤＭゴム等）と同一である。ただし、作製上の観点から液状シリコーンゴムが好ましい。水酸化アルミニウムを添加するが、その量は平均粒径５μｍ 以下のサイズで、ポリマー１００重量部に対して１５〜３００重量部が好ましい。また液状シリコーンゴムの流動性を持たせる必要から、さらに好ましくは１５〜１００重量部とする。
膜厚の考え方としては、耐用年数の間トラッキング・エロージョンによる劣化を防ぐに必要な厚みとする。耐トラッキング性用高分子材料層の厚みは２ｍｍ以上が好ましい。
【００２０】
本発明の複合碍子は、ＦＲＰ等からなるコア部材の外周に金型成型法、トランスファー法等によって絶縁性高分子材料からなる外被を形成する。半導電性外被表面部層は、半導電性高分子材料に予めカーボンブラック、金属粉末、金属繊維及び炭素繊維から選ばれた少なくとも１つの半導電性付与充填剤を混入し上記外被表面に形成する。より詳しく述べると、▲１▼ 非半導電性材料で外被をコア外周に成形し、導電性充填剤を含んだ液状ゴムを満たしたタンクに浸し、回転させながら引上げ、外被上に均一な半導電性材料層を形成し、外被とともに硬化させる。▲２▼ もしくは、一度成形した碍子に対し、半導電性層厚み分のクリアランスをとった金型に組み込み、間隙に同液状ゴムを流して半導電性層を形成し、外被とともに硬化させる。▲３▼ 液状ゴムを使用しない場合は、上記方法で金型内に組み混んだ後、インジェクション成形方法を用いて、半導電性層を形成させ、その後同様に硬化させる。
【００２１】
また、外被全体を半導電性高分子材料から形成する場合には、半導電性シリコーンゴムに予めカーボンブラック、金属粉末、金属繊維及び炭素繊維から選ばれた少なくとも１つの半導電性付与充填剤を混入・混練し、上記コア部材外周面に金型成型法、トランスファー法等によって該高分子材料から外被を形成する。耐トラッキング性及び耐エロージョン性に優れた高分子材料層は、上記半導電性外被表面部層の形成法にならい、外被の外周面に形成する。
【００２２】
また、周知の方法によりコア部材を樹脂で含浸したガラス繊維の束で形成し、その際、該ガラス繊維の一部を半導電性細線で置換することによりあるいはコア部材にカーボンブラック、金属粉末、金属繊維及び炭素繊維から選ばれた少なくとも１つの機能性充填剤を混入させることによりコア部材に半導電性を持たせる。
【００２３】
【実施例】
本発明を以下の実施例を参照してさらに詳細に説明する。配合は、全て重量部で表わす。
【００２４】
（実施例１〜４）
実施例１ （外被全外表面部を半導電性層とした複合碍子）
（形状） 評価法の節で記載する。
（配合）
▲１▼ ベース材料としての外被の配合は以下のものとした。
ジメチルポリシロキサン（熱硬化型） １００
シリカ微粉末 ５０
水酸化アルミニウム １００
ベンゾイルパーオキサイド ５
▲２▼ 表面に形成される半導電性層は、液状シリコーンゴムにカーボンブラックを添加した配合とした。
ジメチルポリシロキサン（１液タイプ液状ゴム） １００
シリカ微粉末 ５０
架橋剤（以下のものも含めて、架橋剤とあるのは ５
ベンゾイルパーオキサイドを示す）
触 媒 ０．５
カーボンブラック ２０
（平均粒径 ５０μｍ ，同比表面積 ５００ｍ^２／ｇ）
（成形・硬化）
ベース材料としての外被ゴム素地を用い、エポキシグラスファイバーロッドとともに圧縮成形方法で碍子形成に成形した。半導電性層となる液状シリコーンゴム材質を満たしたタンクに、この成形品を一定時間浸し、その後引き上げ膜厚が均一になるよう回転させながら硬化させた。この半導電性層の厚みが５ｍｍになるまで繰り返した。
この後両端に金具をかしめて完成とした。
【００２５】
実施例２ （外被全体を半導電性とした複合碍子）
（形状） 評価法の節で記載する。
（配合）
導電性をもつベース材料の配合は以下のものとした。
ジメチルポリシロキサン（熱硬化型） １００
シリカ微粉末 ５０
水酸化アルミニウム １００
ベンゾイルパーオキサイド ５
カーボンブラック ２０
（平均粒径 ５０μｍ ，同比表面積 ５００ｍ^２／ｇ）
（成形・硬化）
上記と同様、外被ゴム素地を用い、エポキシグラスファイバーロッドとともに圧縮成形方法で碍子形状に成形し、硬化した。
【００２６】
実施例３ （半導電性ゴムの外表面全体に耐トラッキング層を持つ半導電性複合碍子）
（形状） 評価法は節に記載する。
（配合）
▲１▼ 導電性をもつベース材料の配合は実施例２と同一とした。
▲２▼ 耐トラッキング層の配合は以下の通りとした。
ジメチルポリシロキサン（１液タイプ液状ゴム） １００
シリカ微粉末 ５０
水酸化アルミニウム １００
架橋剤 ５
触 媒 ０．５
（成形・硬化）
実施例１と同一とした。耐トラッキング層の厚みは２ｍｍであった。
【００２７】
実施例４ （コア部が半導電性である複合碍子）
（形状） 評価法は節で記載する。
（配合）
▲１▼ 外被材料としては、実施例２で用いたゴムを使用した。
▲２▼ コアの材質は以下のものを使用した。
エポキシ樹脂（２液性） １００
カーボンブラック ３０
（平均粒径 ５０μｍ ，同比表面積 ５００ｍ^２／ｇ）
ガラスファイバー １００
（成形・硬化）
２液タイプのエポキシ樹脂にカーボンブラックを添加した混合液の中に、適当量束ねたガラスファイバーを通しながら含浸させた。所望の径を持つダイスから引き抜き、硬化させた。
外被の成形・硬化方法はは実施例２と同じとした。
【００２８】
（評価方法）
（１）評価項目として、以下（ａ）〜（ｅ）を採用した。
ａ）電圧分担割合
ｂ）コロナ発生の有無
ｃ）ラジオ雑音の有無
ｄ）汚損特性
ｅ）耐トラッキング・エロージョン特性
（２）試験サンプル
（形状１） 評価項目ａ）〜ｄ）については、以下の形状のものとした。
５ｍ長懸垂タイプ ７３５ｋＶ用
笠直径： １８２ｍｍφ 胴径： ４２ｍｍφ
コア径： ３２ｍｍφ 笠ピッチ： ５０ｍｍφ
笠枚数： ８９枚
（形状２） 評価項目ｅ）については、以下の形状のものとした。
笠直径： １２６ｍｍφ 胴径： ２６ｍｍφ
コア径： １６ｍｍφ 笠ピッチ： ５０ｍｍφ
笠枚数： ４枚
いずれの試料においても材料構成以外は同一とする。
（３）評価方法の説明
ａ）電圧分担割合
定格電圧を両端に荷電し、従来からある方法により笠位置毎に電位分布を測定した。
ｂ）可視コロナ発生電圧
下記条件下に供試試料を置き、引荷電圧を上げていき可視コロナが発生した時の電圧を測定する。
汚損条件： 塩分付着密度： ０．３４−０．３７ｍｇ／ｃｍ^２
湿潤条件： 人口霧 ５ｇ／ｍ^３
ｃ）テレビ・ラジオ雑音 ＴＶＩ，ＲＩＶ
供試試料を下記条件に汚損するとともに湿潤環境下で荷電した。この供試試料に対し、６素子八木アンテナでテレビ雑音（ＴＶＩ）、ラジオ雑音電圧（ＲＩＶ）を受け、ＴＶＩメーター、ＲＩＶメーターおよび電磁オシログラフで解析した。

実験開始時より３０分間の信号強度の平均値を表記する。
ｄ）汚損耐電圧
この試験は、碍子が長期累積汚損し、定常運転時に霧、小雨に曝されることを模擬した試験である。
塩分付着密度を変えた供試試料に対し、人口霧をかけながら引荷電圧を上げていき、耐電圧を測定した。
塩分付着密度： ０．５ｍｇ／ｃｍ^２
人口霧： ５ｇ／ｍ^３
ｅ）耐トラッキング・エロージョン特性
ＩＥＣ １１０９を適用し、下記条件で供試サンプルに塩水噴霧と荷電を同時に行った。試験時間内にトリップおよびエロージョン発生の有無を確認するとともに、エロージョンの最大深さを測定した。
引荷電圧： １６ｋＶ
霧室容積： ８．７５ｍ^３
霧吐出量： ３．５１／ｈｒ
霧の塩分濃度： １６ｍＳ／ｃｍ
試験時間 １０００時間
【００２９】
評価試験結果を以下の表１に示す。なお、従来のものとして、外被を全て実施例１の外被材料で形成したものを用いた。
【００３０】
【表１】

【００３１】
上記結果から、従来品に比べて本発明に係る実施例１−４の半導電性碍子は、いずれも可視コロナ発生電圧を非常に高くできるとともに、ノイズ発生を大幅に抑制することができることが分かる。また、汚損耐電圧についても、従来品に比べて本発明に係る実施例１−４．の半導電性碍子は大幅に該耐電圧の向上を図ることができることがわかる。また、耐トラッキング及び耐エロージョン特性についても本実施例１，２では若干性能は低下するが、実用上問題のないレベルであることが分かる。また、実施例３と４は従来品の現行レベルとほぼ同様レベルに保たれることがわかる。

Claims (7)

1. コア部材と該コア部材の周囲に設けた絶縁性高分子材料からなる外被で形成された複合碍子であって、少なくとも外被表面部層が半導電性高分子材料からなり、この半導電性高分子材料の体積抵抗率が１０ ³ 〜１０ ¹⁰ Ω cm であり、外被表面部層にはカーボンブラック、金属粉末、金属繊維及び炭素繊維から選ばれた少なくとも１つの導電性付与充填剤が含まれる複合碍子。
2. 前記絶縁性高分子材料が、シリコーンゴムあるいはエチレンープロピレンージエン共重合体（ＥＰＤＭ）であることを特徴とする請求項１に記載した複合碍子。
3. 前記外被の全体が半導電性シリコーンゴムからなることを特徴とする請求項１に記載した複合碍子。
4. 外被の表面に耐トラッキング性及び耐エロージョン性に優れた高分子材料層を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した複合碍子。
5. コア部材が樹脂で含浸したガラス繊維の束からなり、該ガラス繊維の一部が半導電性細線で置換あるいはコア部材にカーボンブラック、金属粉末、金属繊維及び炭素繊維から選ばれた少なくとも１つの導電性付与充填剤を混入させることによってコア部材に半導電性を持たせていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した複合碍子。
6. 複合碍子を使用する路線の電圧を１ｋＶとした場合、複合碍子の両端の抵抗値が１ＭΩ−１０ＭΩであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載した複合碍子。
7. 取付金具が両端に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載した複合碍子。