JP5414431B2 - 耐汚損がいし - Google Patents

Description

本発明は、大気中に工場や自動車などから排出される煤煙やダストを含有する汚損環境下において使用するに適した耐汚損がいしに関するものである。

送電線、配電線、発変電設備等を絶縁支持するために用いられるがいしとして、電気絶縁性、機械的強度及び耐久性に優れた磁器製のがいしが古くから広く使用されている。磁器製のがいしは清浄状態においては１０〜２０万ＭΩという高い表面抵抗を持つが、そのがいし表面が汚損されると表面抵抗が低下し、耐電圧特性が大幅に低下することが知られている。特に我が国においては周囲を海に囲まれていることから、強風時に海から飛来する塩分ががいし表面に付着することによって生じる急速汚損が問題であり、古くからそのための対策が研究されてきた。また、中国やインドなどの海外諸国では都市開発の進展や特殊な気象・地形条件によってがいしに汚損物が累積することが問題になっており、対策が切望されている。

がいしのうち、発電所や変電所などに設置される大型ブッシング等については、耐汚損特性を向上させるためにがいしの沿面閃絡距離を大きくすることは、機械的強度面や経済的な面で制約があり、大きくしないで性能向上させる技術が期待される。現行の技術では大きくしないで、放水によりがいし表面に付着した塩分を洗い流すがいし洗浄が効果的であるが、省エネ及びコスト削減の観点から洗浄回数の削減や使用水量の低減が望まれている。また送電線や配電線に使用されるがいしでは広い範囲に分散配置されるため、個々にがいし洗浄装置を設置することは実用上容易ではなく、がいし自体を耐汚損特性に優れたがいし（耐汚損がいし）とする必要がある。

このような従来の耐汚損がいしは、がいし自体の形状を工夫したもの、塩分が付着しても支障のないように表面を撥水性にしたもの或いは導電釉を施釉したものなどに大別することができる。がいし自体の形状を工夫したものとしては、非特許文献１の第２頁に耐塩用懸垂がいしとして記載されたように、様々なひだをがいし本体に形成することによりがいしの沿面閃絡距離を大きくし、塩分が付着しても閃絡しにくい形状としたものである。しかし台風のような強風に伴って付着した塩分の多くはその後に雨水によって洗い流されるが、大気汚染に伴う汚損は除去されにくく付着し累積する一方であるから、ひだを設けた効果には限界がある。

表面を撥水性にしたものとしては、非特許文献１の第２２５頁に記載されているように、シリコンコンパウンド、フッ素系樹脂、シリコーンゴムなどの撥水性材料を表面に塗布したがいしがある。しかしこの技術は降雨等によって一時的に撥水性が失われたり、煤煙のような大気汚染物質が付着したりすると、撥水性が大幅に低下してしまい、所期の効果を維持することができないという問題がある。このため大気汚染物質の付着に対してはあまり有効でない。このほか最近では光触媒の有機物の分解作用や親水性を利用した汚染物の洗浄が様々な用途で試みられているが、この効果を発現させるには定期的にまとまった量の水が必要なため、降雨の多い一部の地域を除き、汚損環境下に設置するがいしの汚損対策としては適切でない。

表面に導電釉を施釉したがいしは１０〜９００ＭΩの表面抵抗を持ち、導電釉による抵抗均一化効果と、導電釉を流れる微弱電流による発熱効果とを利用して耐汚損特性を向上させたものである。しかし導電釉に常に微弱電流が流れ続けることとなるため、通常の磁器製がいしに比較してがいし寿命が短くなる傾向がある。

「がいし」、１９８３年６月、社団法人電気学会発行

このように従来の耐汚損がいしは、主として塩分付着による耐電圧特性低下を防止することを狙ったものであった。このため煤煙を主体とする大気汚染が激しい工業地域においては、十分な効果を発揮することができない欠点があった。また導電釉がいしは通常の磁器製がいしに比較してがいし寿命が短くなるという欠点があった。従って本発明の目的はこのような従来の問題点を解決し、大気汚染が激しい地域においても耐電圧特性の低下を防止することができ、しかもがいし寿命の低下を招くことがない耐汚損がいしを提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明者は汚染大気中に設置されたがいし表面の付着物質について検討を重ねた結果、塩分以外の汚損物質ががいし表面に付着する際には、静電気による帯電付着が原因となることを見出した。がいしには高圧の商用電圧が常時印加されているために、これまでは静電気の影響について検討されたことはない。しかも我が国においては交流送電が主流であるが、長距離送電の場合には直流送電が有利とされており、その場合には電圧極性が常に一定であるから、静電気の影響は特に顕著となると考えられる。

上記した知見に基づいてなされた本発明の耐汚損がいしは、磁器製のがいし本体の表面に、帯電防止剤のコーティング層を形成した耐汚損がいしであって、該コーティング層の厚みを、コーティング後のがいしの表面抵抗が１０００〜１０００００ＭΩとなるように調整したことを特徴とするものである。なお請求項２に記載のように、帯電防止剤が導電性の金属酸化物をバインダー中に分散させたものであることが好ましく、請求項３に記載のように、導電性の金属酸化物または金属が、ＺｎＯ、Ｓｂ_２Ｏ_４、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｇから選択されたものであることが好ましい。また請求項４に記載のように、がいし本体が下ひだまたは内ひだを備えたものであることが好ましい。また請求項５のように、帯電防止剤のコーティング層を、がいし本体の全面、上面のみ、下面のみ或いは一部のみに形成することもできる。

本発明の耐汚損がいしは、磁器製のがいし本体の表面に帯電防止剤を主体とするコーティング層を形成したことにより、汚染大気中における汚損物質ががいし表面に付着する際の原因となる静電気による帯電付着を防止することができる。このために海岸から離れた内陸部の工業地域などの重汚損地域に設置するに適しており、特に直流送電用がいしとして適したものである。また本発明によれば、コーティング層の厚みを調整して、がいしの表面抵抗を１０００〜１０００００ＭΩとする。この範囲よりも低抵抗となると従来の導電釉がいしと同様に微弱電流によるがいし寿命の低下をまねき、この範囲よりも高抵抗となると帯電防止効果が損なわれる。従ってこの範囲内において、耐電圧特性の低下を防止することができ、しかもがいし寿命の低下を招くことがない耐汚損がいしを得ることができる。

請求項２の発明によれば、導電性の金属酸化物をバインダー中に分散させた帯電防止剤を用いる。導電性の金属酸化物は特性が安定しており、導電性が劣化することがないから、長期間にわたり安定した帯電防止効果を得ることができる。

請求項３の発明によれば、導電性の金属酸化物または金属としてＺｎＯ、Ｓｂ_２Ｏ_４、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｇから選択された物質を用いる。これらは比較的安価でありしかも安定した導電性を備えたものであるから、一定品質の耐汚損がいしを安価に製造することができる。

請求項４の発明のようにがいし本体を下ひだまたは外ひだを備えたものとしておけば、がいしの沿面閃絡距離の拡大による効果も発揮されるので、さらに優れた耐汚損特性を持たせることが可能となる。特に下ひだがいしの場合には、請求項５のように帯電防止剤のコーティング層を、がいし本体の全面、上面のみ、下面のみ或いは一部のみに形成してもよい。

本発明の第１の実施形態を示す部分断面図である。 がいし表面の模式的な拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す部分断面図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明の第１の実施形態を示す部分断面図である。この形状のがいしは下ひだ懸垂がいしと呼ばれるもので、１は磁器製のがいし本体、２はキャップ、３はピンである。がいし本体１の外周には３枚の外ひだ４が形成されており、キャップ２からピン３までの沿面閃絡距離を拡大している。なおがいし本体１の内面は滑らかな形状である。図２に模式的に示したように、がいし本体１の表面には通常の釉薬層５が施釉されているうえに、さらに帯電防止剤のコーティング層６が形成されている。釉薬層５の厚みは数百μｍであるのに対し、コーティング層６の厚みはその１/１００以下の非常に薄いものである。コーティング層６はがいし本体１の表面全体に形成することを基本とするが、後述する実施例２に示すように、がいしの形状によっては上面のみ、下面のみ或いは一部のみに形成することもできる。

このコーティング層６は、導電性の金属酸化物をバインダー中に分散させた帯電防止剤を主体とするものである。導電性の金属酸化物または金属としては、ＺｎＯ、Ｓｂ_２Ｏ_４、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｇなどから選択された物質を用いることが好ましい。導電性物質には様々な種類があるが、それらの内でも金属酸化物は性状が安定しており、屋外に設置され風雨や日光に曝されるがいしに適用するに適している。また導電性の金属酸化物の種類は限定されており、比較的安価に入手できる工業材料としては、ＺｎＯ、Ｓｂ_２Ｏ_４、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３を挙げることができる。なおこれらの金属酸化物に少量の銀イオンを添加して抗菌性を付与することも可能である。

バインダーは金属酸化物粒子間を結合するとともに、金属酸化物粒子をがいし本体１の表面に固定する役割を持つもので、シリコーン樹脂、重合脂肪酸系ポリエステルアミドブロック共重合体などの有機系バインダーであっても、シロキサンのような無機系バインダーであってもよい。シリコーン樹脂は撥水性を高める効果があり、またシロキサンはがいし表面のＳｉ原子と強固に結合し、安定性を高める効果がある。しかし金属酸化物粒子をがいし本体１の表面に固定する役割を持ち耐久性があれば、バインダーの種類は特に限定されるものではない。

がいし本体１の表面にコーティング層６を形成するには、金属酸化物をバインダー中に分散させた帯電防止剤を更に溶剤に溶かし、ディッピング、スプレー、流し掛け、ウエス塗り等の適宜の手段によってがいし本体１の表面に塗布したうえ、乾燥させて溶剤を飛ばせばよい。溶剤の種類はバインダーに合わせて適宜決定すればよいが、シリコーン樹脂、重合脂肪酸系ポリエステルアミドブロック共重合体などの有機系バインダーの場合にはイソプロパノールと１−ブタノールとの混合液、シロキサンの場合にはメタノールや純水などが使用できる。

コーティング層６の厚みは、がいしの表面抵抗が１０００〜１０００００ＭΩとなるように調整するものとする。表面抵抗はコーティング層６の厚みの他に、金属酸化物の含有量やその種類によっても変化するが、実際にはコーティング層６が形成されたがいしの表面抵抗を指標として制御すればよい。なお表面抵抗が１０００ＭΩ未満では従来の導電釉がいしに近づき、コーティング層６に微弱電流が流れ続けることとなるため、通常の磁器製がいしに比較してがいし寿命が短くなる傾向が生ずる可能性がある。逆に１０００００ＭΩを越えると、静電気を逃がす効果が不十分となるから、１０００〜１０００００ＭΩの範囲が好ましい。前記した材質を用いた場合、コーティング層６の厚みは概ね０．１〜５μｍの範囲となる。

上記した第１の実施形態ではがいし本体１は外ひだ懸垂がいしであったが、図３に示す第２の実施形態では、下面に複数の下ひだ７を垂下させた下ひだ懸垂がいしである。この実施形態においても、がいし本体１の表面全体には通常の釉薬層５が施釉されているうえに、さらに帯電防止剤のコーティング層６が形成されている。がいし形状が異なるのみで、コーティング層６については第１の実施形態と同様である。なおこれらの実施形態ではいずれも懸垂がいしを示したが、がいし形状はこれに限定されるものではなく、本発明は長幹がいし、碍管、ブッシングなどの様々ながいしに適用可能である。

このように磁器製のがいし本体１の表面に帯電防止剤を主体とするコーティング層６を形成すると、大気中の煤煙等の汚損物ががいし表面に帯電付着することが防止されるので、がいしの汚損耐電圧が向上する。具体的には、がいしの付着量が１／２〜１／３に低減すると、交流送電用のがいしの場合には、コーティング層６のない通常のがいしに比較して汚損耐電圧は１．２３〜１．３９倍となり、直流送電用のがいしの場合には通常のがいしに比較して汚損耐電圧は１．３５〜１．６１倍となった。このように電圧極性の変化しない直流送電用の場合には、交流送電用に比較して帯電付着が発生しやすいので、本発明の効果が顕著となる。ただし水滴のような帯電しない粒子の付着に対しては、本発明による汚損物付着防止効果は少なく、従来がいしとほぼ同等となる。また本発明の耐汚損がいしは従来の導電釉がいしに比較してがいし表面に流れる電流が極めてわずかであるので、がいし寿命の低下を招くおそれがない。

図１に示した磁器製の３枚外ひだ懸垂がいしを用い、４種類の試験体を作成した。第１は表面処理をほどこさないそのままの試験体（標準品）、第２は信越化学株式会社からＸ-２４-７８９０の商品名で販売されている表面低エネルギー剤（撥水剤）をがいし表面全体に塗布した試験体、第３はNTT-AT社からHIRECの商品名で販売されている表面低エネルギー剤（撥水剤）をがいし表面全体に塗布した試験体、第４は本発明の帯電防止剤を主体とするコーティング層をがいし表面全体に形成した試験体である。帯電防止剤を主体とするコーティング層としては、ＺｎＯ、Ｓｂ_２Ｏ_４の粒子をバインダーであるシリコン樹脂中に分散させたものを使用し、このバインダーを溶剤としての１−ブタノールとイソプロパノールで希釈したものをがいし表面にスプレーコートする方法で形成した。なお第４の試験体の表面抵抗は５０００ＭΩに調整した。

これらの４種類の試験体であるがいしを汚損付着、湿潤、乾燥を1サイクルとしたダストサイクル試験に供試し、人工的に汚損物を吹き付けて付着・累積させた。混合汚損物はシリカと石膏とカオリンと食塩を質量比で２:２:２:１の比率で混合したものである。ただしがいしには無課電の状態で実験を行った。３サイクル実施したのちに、がいし下側表面の汚損物付着量を測定した。この測定はIEC Pub.60507に規定される方法で行った。その結果、第１の試験体の汚損物付着量を１００としたとき、第２の試験体は１０３、第３の試験体は６５であったが、本発明の実施品である第４の試験体の汚損物付着量はわずかに１７であり、顕著な効果があることが確認された。

次に、図３に示した下ひだ懸垂がいしを用い、表面処理をほどこさないそのままの第１の試験体（標準品）、全面に本発明の帯電防止剤を主体とするコーティング層を形成した第４の試験体、がいし本体の下面にのみ帯電防止剤を主体とするコーティング層を形成した第５の試験体を作成し、実施例１と同様の方法で汚損物付着量を測定した。その結果、第１の試験体の汚損物付着量を１００としたとき、第４の試験体は２７、第５の試験体は２５であった。このように本発明はがいし形状が異なる場合にも効果があること、及びがいし形状によっては下面のみへの帯電防止剤を主体とするコーティング層の形成が有効であることが確認できた。

なお、以上に説明した帯電防止剤によるがいし表面の汚損防止技術は、ガラスがいしにも応用することができることはいうまでもない。

１ がいし本体
２ キャップ
３ ピン
４ 外ひだ
５ 通常の釉薬層
６ 帯電防止剤のコーティング層
７ 下ひだ

Claims (5)

1. 磁器製のがいし本体の表面に、帯電防止剤のコーティング層を形成した耐汚損がいしであって、該コーティング層の厚みを、コーティング後のがいしの表面抵抗が１０００〜１０００００ＭΩとなるように調整したことを特徴とする耐汚損がいし。
2. 帯電防止剤が、導電性の金属酸化物または金属をバインダー中に分散させたものであることを特徴とする請求項１記載の耐汚損がいし。
3. 導電性の金属酸化物または金属が、ＺｎＯ、Ｓｂ_２Ｏ_４、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｇから選択されたものであることを特徴とする請求項２記載の耐汚損がいし。
4. がいし本体が、下ひだまたは外ひだを備えたものであることを特徴とする請求項１記載の耐汚損がいし。
5. 帯電防止剤のコーティング層が、がいし本体の全面、上面のみ、下面のみ或いは一部分のみに形成されていることを特徴とする請求項１記載の耐汚損がいし。

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