JP3802628B2 - 導電性ペイント組成物を塗布した発電機用固定子バー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、小さい誘電正接チップアップ（ｔｉｐ−ｕｐ）値が一貫して得られるように発電機用の高電圧固定子バーに内部勾配（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｒａｄｉｎｇ）を付与する（すなわち、導体から絶縁体への段階的変化を生み出す）技術に関するものである。好適な実施の態様に従えば、本発明は熱可塑性結合剤を含有する導電性ペイントを裸の固定子バーの上部縁端及び下部縁端並びにかど部周辺に塗布した後に対地絶縁を施して成るような発電機の絶縁固定子バーにおいて実現される。
【０００２】
【従来の技術】
発電機のごとき回転電機において使用される絶縁固定子バーにとって望ましい性質である。誘電正接チップアップ値が小さいことは、相異なる電気応力下での誘電正接の差が比較的小さいことを表し、それによって絶縁効果の間接的な尺度を与えるので、誘電正接チップアップ値が小さいことが望ましい。
【０００３】
発電機用固定子バーの誘電正接は、たとえば１０、２０、４０、６０、８０及び１００ボルト／ミル（ＶＰＭ）のごとき様々な電気応力の下で測定される。本明細書中で「チップアップ値」という用語は、１０ＶＰＭと１００ＶＰＭにおいて測定された％誘電正接の差を意味している。このように、電気応力倍率１０に対応するチップアップ値は、より小さい差のＶＰＭ値で〔たとえば、１０ＶＰＭと２０ＶＰＭ（電気応力倍率２）又は２０ＶＰＭと８０ＶＰＭ（電気応力倍率４）において〕測定されたチップアップ値よりも大きいはずである。
【０００４】
小さいチップアップ値を有する絶縁固定子バーが市場において要求されている結果、雲母を基材とする対地絶縁を施す前に裸の固定子バーの上部縁端及び下部縁端を被覆するため、通例は炭素入りの熱硬化性エポキシ樹脂結合剤から成る低抵抗ペイントが使用されるようになった。導電性ペイントがチップアップ値を低下させるとは言え、その成績は一貫していなかった。また、多くの場合、熱硬化性エポキシ樹脂ペイントの使用はチップアップ値を十分に低くできなかった。
【０００５】
熱硬化性エポキシ樹脂ペイントのもう１つの欠点は、硬化速度が遅いか、あるいは熱硬化を必要とすることであった。エポキシ樹脂ペイントは一液型又は二液型のものである。一液型ペイントはエポキシ樹脂成分及び硬化剤成分を含有しているが、最適の性能を得るためには熱硬化を必要とするのが通例である。二液型ペイントは、エポキシ樹脂成分（第１液）及び硬化剤（第２液）を使用の直前に混合するものである。二液型ペイント中の硬化剤は高い反応性を有するのが通例であって、ペイントを硬化させるために加熱は不要であるが、最適の性能を得るためには室温下で８〜１６時間にわたり放置する必要がある。それ故、内部勾配を付与するために熱硬化性エポキシ樹脂ペイントを使用する場合には、対地絶縁を施す前に高温下でベーキングを施すか、あるいは室温下で長時間にわたり乾燥することが必要である。
【０００６】
【発明の課題】
本発明の目的は、ペイントを十分に硬化させるためのベーキングを必要とすることなしに絶縁固定子バーにおいて一貫して小さいチップアップ値を得ること、及び室温下において（たとえば３０分以下という）短い時間で十分に硬化するペイント組成物を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
小さい誘電正接チップアップ値を一貫して得るため、熱可塑性樹脂結合剤を溶媒中に溶解し且つ該溶液中に炭素粒子を分散させて成る低抵抗ペイントで、裸の固定子バーを被覆することによって、高電圧固定子バーに内部勾配を付与する。図１は、本発明に係わる固定子バーの端面図である。図１を見ると、本発明の一般原理の一部を示すと共に本発明に基づく導電性の熱可塑性樹脂ペイントの適当な使用例を示す発電機用の固定子バー１が図示されている。
【０００８】
図示のごとく、固定子バー１は従来通りに素線絶縁材３によって互いに絶縁された複数の導電性銅素線２から成っている。更にまた、素線２は２つの列を成して配列されていて、それらの列は素線列隔離板４によって隔離されている。両方の列を包囲するようにして、雲母紙テープ６を多数回にわたり巻付けることによって形成された対地絶縁材５が設置されている。裸の固定子バーの上部縁端及び下部縁端並びにかど部周辺においては、固定子バーの素線２と対地絶縁材５との間に本発明に基づく導電性の熱可塑性樹脂ペイント７の被膜が配置されている。それ故、導電性の熱可塑性樹脂ペイント７は固定子バーの素線２と対地絶縁材５との間に内部勾配を生み出す。導電性の熱可塑性樹脂ペイント７は裸の固定子バーの上部縁端及び下部縁端並びにかど部周辺のみに示されているが、別の方法に従えば、側面を含む全ての表面が被覆されるように裸の固定子バー全体を被覆することも可能である。
【０００９】
本発明において使用されるペイント組成物は、熱可塑性樹脂から成る結合剤又は結合剤系を基材とするものである。多くの使用可能な材料のうち、ビスフェノールＡとエピクロロヒドリンとの線状共重合体が好適であるが、本発明はそれらのみに制限されるわけではない。これらの好適な共重合体は、メチルエチルケトン、グリコールエーテル又はグリコールエーテルエステルのごとき溶媒と共に使用することが最も好ましい。一般に、エピクロロヒドリンとビスフェノールＡとの好適な共重合体は１５０００より大きい重量平均分子量（より好ましくは４００００〜２０００００の重量平均分子量）、１００ｇ当り約０．４０当量未満のヒドロキシル基含量、及び１００ｇ当り約０．０２５当量未満のエポキシド含量を有するものである。このようなエピクロロヒドリンとビスフェノールＡとの好適な線状共重合体は、幾つかの供給源から商業的に入手可能である。その実例としては、ライクホルド・ケミカル社（Ｒｅｉｃｈｈｏｌｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｉｎｃ．）製の商品名エポタフ（ＥＰＯＴＵＦ）３８−５２５樹脂、シェル・ケミカル社（Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）製の商品名エポノール（ＥＰＯＮＯＬ）樹脂５３及び５５、並びにチバ・ガイギー社（Ｃｉｂａ Ｇｅｉｇｙ Ｃｏ．）製の商品名ＧＺ−４８８が挙げられる。
【００１０】
エピクロロヒドリンとビスフェノールＡとの線状共重合体の代りに、ポリイミド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ネオプレン、ポリアミド−イミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエーテル、ポリスルホン及びポリウレタンのごとき他の熱可塑性高分子材料を使用することもできる。
【００１１】
内部勾配を付与するために熱硬化性樹脂結合剤よりも熱可塑性樹脂結合剤の方が有効である理由は、熱可塑性樹脂結合剤が固有の大きい伸びを示すため、絶縁固定子バーを構成する各種の部材間に熱膨張率の差があっても電気的接触が維持されることにあると考えられる。
かかる熱可塑性樹脂結合剤は、有機溶剤溶液として使用するのが便利である。とは言え、水性の熱可塑性樹脂結合剤系においては水性ビヒクルを使用することも可能である。
【００１２】
ペイント組成物中における第２の必須成分は、低抵抗の導電性充填剤である。本発明の実施例において使用した導電性の熱可塑性樹脂ペイント中では、カーボンブラックであるカボット社（Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐ．）製の商品名バルカン（Ｖｕｌｃａｎ）ＸＣ−７２Ｒが使用された。その他のカーボンブラックも使用可能であって、その実例としてはカボット社製の商品名バルカンＸＣ−７２、バルカンＳＣ、バルカンＰ、バルカンＣ及びブラックパールズ（ＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳ）２０００、コロンビアン・カーボン社（Ｃｏｌｕｍｂｉａｎ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏ．）製の商品名コンダクテックス（ＣＯＮＤＵＣＴＥＸ）ＳＣ、バッテリーブラック（ＢＡＴＴＥＲＹ ＢＬＡＣＫ）、ピアレスアーク（ＰＥＥＲＬＥＳＳ ＡＲＫ）ＩＩ及びエクセルショール（ＥＸＣＥＬＳＩＯＲ）、アルマーク社（Ａｒｍａｋ Ｃｏ．）製の商品名ケッチェンブラック（ＫＥＴＪＥＮＢＬＡＣＫ）ＥＣ、並びにデグッサ社（Ｄｅｇｕｓｓａ Ｃｏ．）製の商品名プリンテックス（ＰＲＩＮＴＥＸ）ＸＥ２、プリンテックスＬ６、プリンテックスＬ及びプリンテックス３が挙げられる。また、カーボンブラックの代りに、ディクソン・チコンデローガ（Ｄｉｘｏｎ Ｔｉｃｏｎｄｅｒｏｇａ Ｃｏ．）社製の商品名ＨＰＮ−２、＃２００−３９、＃０５７及びマイクロファイントリプルバルブ（ＭＩＣＲＯＦＹＮＥ−ＴＲＩＰＬＥ ＶＡＬＶＥ）を使用することもできるし、更にはＵＣＡＲカーボン社（ＵＣＡＲ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏ．）、ロンザ社（Ｌｏｎｚａ Ｉｎｃ．）、スペリオル・グラファイト社（Ｓｕｐｅｒｉｏｒ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｃｏ．）、アズベリー・グラファイト・ミルズ（Ａｓｂｕｒｙ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｍｉｌｌｓ）及びその他の供給業者から入手可能なその他の天然又は合成黒鉛粉末を使用することもできる。
【００１３】
内部勾配を付与するために使用することによって小さいチップアップ値をもたらした導電性の熱可塑性樹脂ペイントは、５００００００Ω／□未満、好ましくは２５００００Ω／□未満の抵抗を有するものである。あるいはまた、かかる抵抗は２５００Ω／□から５００００００Ω／□未満までの範囲内にあり、好ましくは５００００Ω／□から５０００００Ω／□未満までの範囲内にあると述べることもできる。なお、抵抗範囲はペイントの炭素含量を変化させることによって制御することができる。
【００１４】
【発明の詳しい説明】
下記の実施例及び比較例は、本発明を例示するために役立つものである。特に記載の無い限り、全ての部及び百分率は重量基準の値であり、また全ての温度は摂氏温度である。
本発明の主題を成す内部勾配付与系を用いて得られる優れたチップアップ値と比較するため、従来の製品を代表する２５個のバーを作製した。これらの具体例において使用されたバーは、雲母紙、テーピング強度を得るためのガラス繊維織物テープ裏材、不織布ポリエステルマット裏材、及びエポキシ樹脂結合剤を基材とする絶縁系Ａを使用するものであった。また、別の絶縁系Ｂを用いて作製した更に２個のバーは本発明の広範な有用性を実証している。
【００１５】
これらのバーに関し、１０ＶＰＭ及び１００ＶＰＭにおける％誘電正接を測定した。一部のバーについては、２つの位置で試験を行うことによって２組の読みが得られた。なお、表中では、２つの独立した電極を用いて得られた２組の読みはバー番号の後にＡ及びＢを付けて示した。
具体例１〜５は、同じ絶縁系及び同じ構造を有する２５個のバーに関する１０及び１００ＶＰＭ間のチップアップ値を示している。内部勾配を有しない７個のバーは具体例１に記載されており、従来の内部付与用ペイントを代表する導電性の熱硬化性エポキシ樹脂ペイントを用いて内部勾配を付与したものは具体例２に記載されており、また本発明に基づく導電性の熱可塑性樹脂ペイントを用いて内部勾配を付与したものは具体例３〜５に記載されている。具体例６には、本発明の熱可塑性樹脂ペイントを用いて別の絶縁系Ｂに内部勾配を付与した場合にも１０及び１００ＶＰＭ間のチップアップ値の同様な改善が得られたことが示されている。なお、絶縁系Ｂは絶縁系Ａと同様な構成を有するものであるが、結合剤の組成の点で異なっている。
【００１６】
【具体例１（比較例）】
エポキシ樹脂結合剤を使用した雲母テープ絶縁系Ａによって７個のバーを絶縁した。これらのバーに対しては内部勾配を付与しなかった。％誘電正接及びチップアップ値の測定結果を表１中にまとめて示すが、平均チップアップ値は１．０５５（範囲０．７０６〜１．４６６）であった。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【具体例２（比較例）】
１３．８ＫＶ型の構造を有する１３個のバーを雲母テープ絶縁系Ａで絶縁すると共に、７種の導電性ペイントを用いて内部勾配を付与した。これらのペイントは、熱硬化性エポキシ樹脂結合剤及び導電性充填剤としての炭素の含量の点で異なっていた。具体例２におけるバーは、具体例２において使用された内部勾配付与用ペイントを別にすれば、具体例１におけるものと同じであった。詳しく述べれば、具体例２において使用された導電性ペイントは表２の通りであった。
【００１９】
【表２】

【００２０】
具体例２において使用したエポキシ樹脂ペイントをゲル化させるためには、熱硬化を施すか、又は室温下で８〜１６時間にわたり放置することが必要であった。これらのペイントは、表３に示すように、平均チップアップ値を１．０５５から０．７４１（範囲０．２８０〜１．２４３）にまで減少させたが、それでもチップアップ値はなお高かった。
【００２１】
【表３】

【００２２】
【具体例３（本発明実施例）】
４３．１３重量部のメチルエチルケトン（ＭＥＫ）中に５３．１３重量部のチバ・ガイギー社製ＧＺ４８８−Ｎ４０を溶解し、次いで高剪断混合を用いて３．７４重量部のカーボンブラック（バルカンＸＣ−７２Ｒ）を分散させることにより、１５．０％（固形分基準）のカーボンブラックＸＣ−７２Ｒ及び２５．０％の固形分を含有する熱可塑性樹脂ペイントを調製した。チバ・ガイギー社製のＧＺ４８８−Ｎ４０は、３５７０の最小エポキシ基当量及びＵ−Ｙのガードナー−ホルト（Ｇａｒｄｎｅｒ−Ｈｏｌｄｔ）粘度を有するエピクロロヒドリンとビスフェノールＡとの高分子量線状共重合体をＭＥＫ中に溶解して成る固形分４０％の溶液である。室温下で１５〜３０分間にわたりペイントを乾燥させた後、対地絶縁を施した。ペイントの表面抵抗は６００００〜１９００００Ω／□であった。
【００２３】
このペイントを用いて内部勾配を付与したバー番号２１は、０．２３７及び０．１７４のチップアップ値を示した。
【００２４】
【表４】

【００２５】
【具体例４（本発明実施例）】
２０．３７重量部のＭＥＫ中に７４．３８重量部のチバ・ガイギー社製ＧＺ４８８−Ｎ４０を溶解し、次いで高剪断混合を用いて５．２５重量部のカーボンブラック（バルカンＸＣ−７２Ｒ）を分散させることにより、１５．０％（固形分基準）のカーボンブラックＸＣ−７２Ｒ及び３５．０％の固形分を含有する熱可塑性樹脂ペイントを調製した。室温下で１５〜３０分間にわたりペイントを乾燥させた後、対地絶縁を施した。ペイント皮膜の表面抵抗は１４００００〜２４００００Ω／□であった。
【００２６】
このペイントを用いて内部勾配を付与したバー番号２２及び２３は、小さいチップアップ値を示した。
【００２７】
【表５】

【００２８】
【具体例５（本発明実施例）】
２０．３７重量部のＭＥＫ中に７４．３１重量部のライクホルド社製エポタフ３８−５２５を溶解し、次いで高剪断混合を用いて５．２５重量部のカーボンブラック（バルカンＸＣ−７２Ｒ）を分散させることにより、１５．０％（固形分基準）のカーボンブラックＸＣ−７２Ｒ及び３５．０％の固形分を含有する熱可塑性樹脂ペイントを調製した。ライクホルド社製のエポタフ３８−５２５は、４０００の最小エポキシ基当量及びＶ−Ｙのガードナー−ホルト（Ｇａｒｄｎｅｒ−Ｈｏｌｄｔ）粘度を有するエピクロロヒドリンとビスフェノールＡとの高分子量線状共重合体をＭＥＫ中に溶解して成る固形分４０％の溶液である。室温下で１５〜３０分間にわたりペイントを乾燥させた後、対地絶縁を施した。ペイント皮膜の表面抵抗は５００００〜５０００００Ω／□であった。
【００２９】
このペイントを用いて内部勾配を付与したバー番号２４及び２５は、小さいチップアップ値を示した。
【００３０】
【表６】

【００３１】
【具体例６（比較例及び本発明実施例）】
バー番号２６には、テープ絶縁系Ｂを用いて絶縁を施した。内部勾配の付与は行わなかった。
バー番号２７はバー番号２６と同一のものあったが、具体例５の場合と同じペイントを用いて内部勾配を付与した点で異なっていた。室温下で１５〜３０分間にわたりペイントを乾燥させた後、テープ絶縁系Ｂによる絶縁を施した。
【００３２】
導電性の熱可塑性樹脂ペイントを使用した場合、チップアップ値は０．５９８から０．１７２にまで減少した。
【００３３】
【表７】

【００３４】
以上、現時点において最も実際的かつ好適であると考えられる実施の態様に関連して本発明を記載したが、本発明が開示された実施の態様のみに制限されないことは言うまでもない。それどころか、本発明は特許請求の範囲によって示された精神及び範囲内に含まれる種々の変更及び等価な態様をも包括することを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる固定子バーの端面を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 固定子バー
２ 導電性銅素線
３ 素線絶縁材
４ 素線列隔離板
５ 対地絶縁材
６ 雲母紙テープ
７ 導電性の熱可塑性ペイント

Claims (8)

1. 黒鉛またはカーボンブラックを含む炭素充填剤及び熱可塑性樹脂結合剤から成る導電性ペイント組成物を発電機用固定子バーに塗布することを特徴とする、発電機用固定子バーにおける誘電正接のチップアップ値を低下させるための方法。
2. 前記ペイント組成物が約２５００Ω／□から５００００００Ω／□未満までの範囲内の抵抗を有する請求項１記載の方法。
3. 前記ペイント組成物が約２５０００〜約５０００００Ω／□の範囲内の抵抗を有する請求項２記載の方法。
4. 前記導電性ペイント組成物が裸の固定子バーの上部縁端及び下部縁端に塗布される請求項１記載の方法。
5. 前記熱可塑性樹脂結合剤がビスフェノールＡとエピクロロヒドリンとの線状共重合体である請求項１記載の方法。
6. 導電性の熱可塑性樹脂ペイント組成物で被覆されていて、その被膜が約２５００Ω／□から５００００００Ω／□未満までの範囲内の抵抗を有し、
   前記導電性の熱可塑性樹脂ペイント組成物は、黒鉛またはカーボンブラックを含む炭素充填剤及び熱可塑性樹脂結合剤から成る
   ことを特徴とする発電機用固定子バー。
7. 前記被膜が約２５０００〜約５０００００Ω／□の範囲内の抵抗を有する請求項６記載の発電機用固定子バー。
8. 熱可塑性樹脂結合剤がビスフェノールＡとエピクロロヒドリンとの線状共重合体である請求項６記載の発電機用固定子バー。

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