JPH07320952A - 静止誘導機器巻線及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁性能を高くしながら、難燃性を高くす
る。 【構成】 ケース１内に収納される巻線の絶縁物として
表面を粗面化した絶縁物を使用し、絶縁媒体５には、充
填後に付加反応により高粘度シリコーン油状ないしシリ
コーン生ゴム状となるポリシロキサン組成物を使用す
る。ポリシロキサン組成物は、表面を粗面化した絶縁物
を通して巻線内部等の細部まで容易に含浸され、ポリシ
ロキサン組成物の有する絶縁性能が十分に発揮される。
そしてポリシロキサン組成物は、充填後に付加反応によ
り高粘度シリコーン油状ないし生ゴム状となって高粘度
になることにより難燃性が十分高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ケース内に巻線を収納
する共に絶縁媒体を充填してなる静止誘導機器巻線及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力需要の拡大に応じて都市部に
静止誘導機器を設置することが多くなってきた。特に静
止誘導機器として例えば大型の変圧器をビルや地下街に
設置することが多くなっており、このような場合、変圧
器には難燃性・安全性・環境調和性が要求されている。
また都市部では地価が高いことから設置場所の制限が厳
しくなり、変圧器の軽量化及び小型化も要求されてい
る。

【０００３】このような背景、事情のもとで、都市部に
設置する変圧器として、従来より、エポキシ樹脂で注型
して成形されたモールド変圧器が数多く使用されてい
る。しかし、モールド変圧器は、注型時の硬化反応によ
り発生する熱や硬化時の収縮などによって、クラックや
ボイド等の欠陥が発生し易く、場合によっては高電圧下
で部分放電が発生して絶縁破壊が生ずる恐れがあり、現
状では３３ｋＶが実用上の限界である。

【０００４】一方、流動性絶縁物としてシリコーン油等
の難燃性絶縁油を充填してなる油入変圧器も提供されて
おり、この変圧器は真空注油等を行うことにより容易に
信頼性の高い絶縁性能を得ることができる。しかし、油
入変圧器用として使用されているシリコーン油は、５０
ｃＳｔ程度の粘度（動粘度）のポリジメチルシロキサン
であり、この程度の粘度のシリコーン油はモールド変圧
器と比較して引火し易いことから、防災上劣るものであ
った。

【０００５】そこで、モールド変圧器のような固体絶縁
機器の優れた難燃性と油入変圧器のような液体絶縁機器
の有する優れた絶縁特性とを兼ね備えた防災形変圧器と
して、液体と固体の中間的性状のゲル状絶縁物を用いた
ものが考えられている。このような変圧器の一例が、特
開昭５６−１１８３１８号公報に開示されている。

【０００６】上記公報の変圧器は、鉄心に巻線を巻装し
たものをケース内に収納した後、ケース内に付加反応に
より架橋してゲル状を呈するゲル状シリコーンを充填し
て構成されるものである。この場合、ゲル状シリコーン
は低粘度状態にて充填し、１時間〜２時間加熱もしくは
常温で１日〜２日でゲル化反応（硬化反応）を生じさせ
るもので、上記構成では、ゲル化反応による発熱もな
く、柔軟性が極めて高いことから、クラック等も生じな
いと述べられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のゲル状シリコーンを大容量高電圧の変圧器に適用した
場合、次のような問題点が生じることがある。一般にシ
ロキサンポリマーは、体積膨張が大きい（例えば１００
℃の温度上昇で体積が５〜１０％膨張する）ので、周囲
温度や負荷増加により巻線の温度が上昇する際に、充填
されたシリコーンの体積が膨張し、大型機器になるほど
部分的にクラック・ボイドを生じ、絶縁不良を発生する
可能性が高くなる。

【０００８】そこで、本発明の目的は、ケース内に絶縁
媒体を充填するように構成して絶縁性能を高くしなが
ら、しかも、難燃性を高くすることができる静止誘導機
器巻線及びその製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の静止誘導機器巻
線は、ケース内に巻線を収納すると共に絶縁媒体を充填
してなる静止器誘導機器巻線において、絶縁媒体とし
て、充填後に付加反応により高粘度シリコーン油状ない
しシリコーン生ゴム状となるポリシロキサン組成物を使
用し、巻線の絶縁物として、表面を粗面化した絶縁物を
使用したことを特徴とする。

【００１０】この場合、ポリシロキサン組成物をケース
内に充填した後加熱することにより高粘度シリコーン油
状ないしシリコーン生ゴム状とすることができる。また
ポリシロキサン組成物として、ポリオルガノシロキサン
及び触媒量の白金系化合物からなるＡ液と、分子中にケ
イ素原子に結合せる水素原子を含有し該水素原子の数が
分子中平均２個以下であるポリオルガノシロキサンから
なるＢ液とを所定配合で混合した２液混合タイプのもの
をケース内に充填して高粘度シリコーン油状ないしシリ
コーン生ゴム状とすることができる。

【００１１】さらにケース内に予めＢ液を含浸処理して
排出した後、所定配合された２液混合タイプのポリシロ
キサン組成物を充填して高粘度シリコーン油状ないしシ
リコーン生ゴム状とすることもできる。

【００１２】

【作用】本発明による静止誘導機器巻線は、ポリシロキ
サン組成物が、表面を粗面化した絶縁物を通して巻線内
部等の細部まで容易に含浸され、ポリシロキサン組成物
の有する絶縁性能が十分に発揮される。そしてポリシロ
キサン組成物は、充填後に付加反応により高粘度シリコ
ーン油状ないし生ゴム状となって高粘度になることによ
り難燃性が十分高くなる。

【００１３】またＢ液を巻線に予備含浸させておけば、
Ｂ液はＡ液よりも絶縁破壊電圧が高いことから、表面を
粗面化した絶縁物を使用したことによる含浸性能の向上
と相俟ってポリシロキサン組成物充填後の絶縁破壊電圧
低下などの影響を防止でき、絶縁性能の優れた静止誘導
機器巻線を構成することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例にもとづき、図面参
照して説明する。変圧器の巻線部分の概略構成を示す図
１において、ケース１は、巻線２を収容するものであ
り、例えばエポキシ樹脂等から形成されている。このケ
ース１は、２重円筒状をなす内筒１ａ、外筒１ｂと、こ
れら筒部１ａ、１ｂの底部側を塞ぐ底板部１ｃと、筒部
１ａ、１ｂ間の上部側を塞ぐ天板部１ｄと、タップ部分
の収容部１ｅ及び口出しリード収容部１ｆから構成され
ている。

【００１５】上記ケース１の内筒部１ａの外周面上に
は、軸方向に延び周方向に間隔をおいて配置された半径
方向間隔片２が設けられ、この半径方向間隔片２上に、
絶縁素線３ａを円板状に巻回して構成された巻線セクシ
ョンを複数個軸方向に積層した巻線本体３が設けられて
いる。また巻線本体３のセクション間には周方向に間隔
をおいて配置された軸方向間隔片４が設けられている。
この半径方向間隔片２及び軸方向間隔片４は、ポリアミ
ド積層板、エポキシ樹脂、ポリエステル積層板等で形成
されており、耐熱性を有している。そしてタップ部分の
収容部１ｅ及び口出しリード収容部１ｆを含むケース内
１には、絶縁媒体５が充填されている。

【００１６】ここで巻線本体３やリード線を構成する絶
縁素線３ａの被覆絶縁物として表面を粗面化した絶縁物
（以下粗面化フィルムと称する）が使用されている。図
２は、粗面化フィルム１３ａの斜視図を示す。図２に示
した粗面化フィルム１３ａは、フィルムの延伸時に表面
を粗面化したタイプのフィルムである。フィルムの表面
を粗面化する手法としては、エンボス法、サンド法のよ
うに種々あるが、延伸時に粗面化する手法が物性的に安
定していることから変圧器巻線の素線絶縁物には適した
素材と言える。変圧器等の静止誘導機器巻線に適用する
材料としては、例えばポリエチレンテレフタレートフィ
ルム（ＰＥＴ）が有り、２軸延伸時にフィルム表面を粗
面化することが可能で、２５ないし７５μｍ程度の厚さ
のフィルムで数μｍ程度の凹凸を表面につけることがで
きる。

【００１７】図３は、本実施例で使用した絶縁素線３ａ
を示し、素線２３ａ上に粗面化フィルム１３ａをラップ
巻きして通常のＰＥＴフィルムと同様に絶縁被覆したも
のである。粗面化フィルムを巻回した絶縁素線３ａは、
通常の変圧器巻線と同様にして巻回することが可能であ
るが、例えば粗面化ＰＥＴフィルムの絶縁被覆を有する
絶縁素線を使用した場合は、表面に凹凸があることによ
り他の材料との接触抵抗が低減されて素線が巻き易くな
り、しかも巻線製作時には摩擦による静電気の発生が抑
制され、異物などの付着がしにくくなるなどの効果もあ
る。

【００１８】一方、ケース１内に充填する絶縁媒体５と
して充填後に付加反応により高粘度シリコーン油状ない
しシリコーン生ゴム状となるポリシロキサン組成物を使
用する。ポリシロキサン組成物は、具体的には、基本的
に（Ａ）分子中にケイ素原子に結合せる水素原子を含有
し且つ該アルケニル基の数が分子中平均２個以下である
ポリオルガノキサンと、（Ｂ）分子中にケイ素原子に結
合せる水素原子を含有し該水素原子の数が分子中平均２
個以下であるポリオルガノシロキサンと、（Ｃ）触媒量
の白金系化合物とを有する構成である。

【００１９】ここで、上記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の各
物質について更に詳しく説明する。まず、（Ａ）のポリ
オルガノシロキサンは、付加反応による一方の化合物
で、分子中にケイ素原子に結合せるアルケニル基を有す
るものである。ケイ素原子に結合せるアルケニル基以外
の有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等
のアルキル基、シクロヘキシル基のようなシクロアルキ
ル基、フェニール基のようなアリール基、フェニルエチ
ル基のようなアラルキル基、更に、３，３，３−トリフ
ルオロプロピル基、クロロメチル基、クロロフェニル
基、シアノエチル基のようにこれらの水素原子の一部或
いは全部がハロゲン原子等で置換された基が例示され
る。これらの中でも、ポリマーの合成の容易さや耐熱性
などから、すべてがメチル基かメチル基とフェニル基で
あることが好ましい。

【００２０】上記（Ａ）のポリオルガノシロキサンは、
１分子中に平均２個以下のケイ素原子に結合せるアルケ
ニル基を含有することが必要である。このアルケニル基
の数が２個を越えると、架橋によりゴムまたはゲルを生
じ、中間及び最終生成物の流動性や温度変化に対する追
随性を損なう。尚、アルケニル基の数が２個であること
が、中間及び最終生成物の高分子化をより効果的に進行
させる点で好ましいことである。

【００２１】（Ｂ）のポリオルガノシロキサンは、付加
反応によるもう一方の化合物で、分子中にケイ素原子に
結合せる水素原子以外の有機基としては、（Ａ）に示し
た１価の有機基が例示されるが、（Ａ）成分と同様の理
由から、すべてがメチル基かメチル基とフェニル基であ
ることが好ましい。

【００２２】上記（Ｂ）のポリオルガノシロキサンは、
１分子中に平均２個以下のケイ素原子に結合せる水素原
子を含有することが必要である。この水素原子の数が２
個を越えると、架橋によりゴムまたはゲルを生じ、中間
及び最終生成物の流動性や温度変化に対する追従制を損
なう。尚、水素原子の数が２個であることが、中間及び
最終生成物の高分子化をより効果的に進行させる点で好
ましい。

【００２３】また（Ａ）成分及び（Ｂ）成分におけるア
ルケニル基または水素原子の結合位置は、特に制約され
るものではないが、分子鎖の末端に位置する方が高分子
化効果の面から好ましい。

【００２４】これら（Ａ）及び（Ｂ）、または（Ａ）ま
たは（Ｂ）の分子鎖形状は、直線状であっても分岐を含
んでいても良いが、より高分子化を良くするためには、
直線状で且つその末端にアルケニル基を１個ずつ有する
ことが好ましい。また粘度は用途によるもので任意であ
るが、一般には少なくとも一方が１０〜１０００００ｃ
Ｐが好ましい。

【００２５】また（Ａ）成分におけるアルケニル基の量
と、（Ｂ）成分における水素原子の量との比は、特に限
定されるものではないが、（Ａ）のアルケニル基／
（Ｂ）の水素原子が０．５〜２であることが好ましく、
更に上記比が０．８〜１．２であることがより一層好ま
しい。

【００２６】（Ｃ）の白金系触媒は、付加反応を促進す
る公知の触媒であり、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との付加
反応触媒として、本発明に用いる組成物を反応させるた
めに用いられる。これには、塩化白金酸、アルコール変
成塩化白金酸、白金とオレフィンとの錯体、白金とケト
ン類との錯体、白金とビニルシロキサンとの錯体、アル
ミナまたはシリカなどの担体に白金を保持させたもの、
白金黒などで例示される白金系化合物、或いは、ロジウ
ム系化合物などが使用できる。

【００２７】この（Ｃ）成分は、触媒としての必要量が
用いられるが、この量は（Ａ）成分に対し、白金、パラ
ジウム、ロジウムの量に換算して、０．１〜１０００ｐ
ｐｍとなる範囲であり、より好ましくは０．５〜２００
ｐｐｍの範囲である。尚、０．１ｐｐｍ未満では触媒濃
度が低いため、硬化が不十分となる。他方、（Ｃ）成分
は、貴金属を含み一般に高価であることから、多量の添
加は経済性が悪くなるし、また１０００ｐｐｍより多く
しても意味がなく、更に耐熱性が悪くなるために、この
ような範囲を一応確定したのである。

【００２８】また上記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の成分
は、通常（Ａ）及び（Ｃ）を一包装（一つの液体）と
し、（Ｂ）を一包装（一つの液体）とし、使用時に上記
二つの液体を混合するようになっている。

【００２９】またα−アルキニル化合物、トリアリルイ
ソシアヌレートなどの公知の付加反応抑制剤を配合する
ことにより、上記（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）を混合して
一つの包装体（一液）とすることができる。この場合に
は、ケース１内にポリシロキサン組成物を充填した後、
加熱することにより、高粘度化させるようにすれば良
い。

【００３０】尚、ポリシロキサン組成物には、必要に応
じて、煙霧質シリカ、沈降法シリカ、石英粉末、けいそ
う土、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化セリウム、
マイカ、クレイ、カーボンブラック、グラファイト、炭
酸カルシュウム、炭酸亜鉛、水酸化セリウム、ガラスビ
ーズ、金属粉などの充填剤や顔料、耐熱性向上剤、防か
び剤などを配合しても良い。更に、溶剤や他のポリオル
ガノシロキサンを併用、希釈しても良い。

【００３１】ポリシロキサン組成物をケース１内に充填
する手順について以下に説明する。まず、ケース内１に
巻線を収納したものを図示しない減圧装置の真空容器内
に設置し、真空容器内を真空引きしてケース１内を減圧
する。続いて、減圧状態でケース１内に、上述した分子
中にケイ素原子に結合せるアルケニア基を含有し該アル
ケニル基の数が分子中平均２個以下であるポリオルガノ
シロキサン及び触媒量の白金系化合物からなる一包装
（Ａ液）と、分子中にケイ素原子に結合せる水素原子を
含有し該水素原子の数が分子中平均２個以下であるポリ
オルガノシロキサンからなる一包装（Ｂ液）とを所定配
合で混合したものを注入して充填する。この場合ポリシ
ロキサン組成物は、付加反応（高粘度化反応）が適切な
速さで行われるように反応促進剤の量が調整されてい
る。

【００３２】Ａ液・Ｂ液を所定混合したポリシロキサン
組成物は、充填時、粗面化フィルムの表面の凹凸の間隙
から、巻線本体３の細部まで十分に充填される。充填が
完了した後は、付加反応が進行し、ポリシロキサン組成
物として１０００００ｃＳｔ以上の粘度に達する。この
結果、ポリシロキサン組成物即ち絶縁媒体５は、ケース
１内に巻線の内部等の細部まで十分に充填されて、ポリ
シロキサン組成物の絶縁性能が発揮される。

【００３３】次に具体的な実験例を説明する。本発明に
対応する実験例が実施例１であり、参考実験例として比
較例１を記載する。 実施例１

【００３４】

【化１】 及び塩化白金酸のイソプロパノール溶液を、白金量とし
て（Ａ）成分に対し、１０ｐｐｍとなる量を混合した。

【００３５】混合直後の粘度は、６００ｃＰ（２５
℃）、−ＳｉＨ／−ＳｉＶｉ＝１．０３である。このも
のを２５℃の常温にて２４時間放置した後の状態を見た
ところ、高粘度化しており、ＡＳＴＭ Ｄ−１４０３の
１／４コーンにおける針入度が６０の値を示す生ゴム状
（鎖状分子構造）物であった。 比較例１

【００３６】

【化２】 及び塩化白金酸のイソプロパノール溶液を、白金量とし
て（Ａ）成分に対し、１０ｐｐｍとなる量を混合した。

【００３７】混合直後の粘度は、１０００ｃＰ（２５
℃）、−ＳｉＨ／−ＳｉＶｉ＝０．５である。このもの
を２５℃の常温にて２４時間放置した後の状態を見たと
ころ、高粘度化しており、ＡＳＴＭ Ｄ−１４０３の１
／４コーンにおける針入度は６０の値を示すゲル状（網
状分子構造）物であった。

【００３８】実験例１及び比較例１で得た生成物を、直
径１０ｍｍ、長さ１０ｃｍの試験管に入れ、２５℃の常
温にて２４時間放置して硬化させた。このものを１５０
℃の恒温槽に入れ、１時間後に取り出し、その表面状態
を観察したところ、実施例１の硬化物は変化がなかった
のに対し、比較例１の硬化物は温度が常温に戻るに従
い、徐々にクラックが発生してきた。

【００３９】さらに実験例１及び比較例１で得た生成物
を、図４に示すように直径１００ｍｍ、高さ３５０ｍｍ
程度の、表面に粗面化フィルムを巻き付けて変圧器巻線
を模した電極６を内蔵し、外周にアース電極７を有する
直径１２５ｍｍ，高さ４００ｍｍのガラス筒８にそれぞ
れ充填し、２５℃の常温にて２４時間放置して硬化させ
た。

【００４０】その後、電極６に各々電圧を印加し、部分
放電開始電圧を求めた。しかる後、恒温槽に入れ、図５
に示すように−２０℃の低温で１時間，１５０℃の恒温
で１時間の熱履歴を加えた後、再度電圧を印加して部分
放電開始電圧を求めた。その結果、実施例１の硬化物に
は外観上の変化がなく部分放電開始電圧についても初期
と同レベルを保持していた。一方、比較例１の硬化物に
は部分的にクラックが発生しており、部分放電開始電圧
も大幅に低下した。

【００４１】以上の結果から、絶縁媒体を、充填後に付
加反応により高粘度シリコーン油状ないしシリコーン生
ゴム状となるポリシロキサン組成物から構成し、巻線の
絶縁物として、表面を粗面化した絶縁物を使用すること
により、クラックなどの発生がなく絶縁性能の優れた巻
線が得られることがわかる。

【００４２】巻線がより複雑な形状を呈し、絶縁物への
含浸に時間を要する場合は、予めＢ液をケース１内に充
填して巻線に含浸させた後、ケース１から排出し、再び
Ａ液・Ｂ液を所定混合したポリシロキサン組成物をケー
ス１内に注入し充填するようにしても良い。付加反応形
シリコーンでは、Ａ液とＢ液には各々所定の添加剤が添
加されている影響で、混合前のＡ液・Ｂ液では絶縁破壊
特性が異なる。図６は、ポリシロキサン組成物のＡ液・
Ｂ液の絶縁破壊電圧の温度依存性を示す。図６から分か
るようにＡ液よりもＢ液の方が絶縁破壊電圧が高いこと
がわかる。従って、予めＢ液を巻線に予備含浸させてお
けば、表面を粗面化した絶縁物を使用したことによる含
浸性能の向上と相俟って、より複雑な形状であっても完
全に含浸することが可能となり、ポリシロキサン組成物
充填後の絶縁破壊電圧低下などの影響を防止でき、絶縁
性能の優れた巻線を構成することができる。

【００４３】尚、ポリシロキサン組成物は、高粘度シリ
コーン油状ないしシリコーン生ゴム状を呈することか
ら、高粘度化したポリシロキサン組成物上に、更にポリ
シロキサン組成物を充填し高粘度化しても、両者のポリ
シロキサン組成物は、ゲル状シリコーンの場合とは異な
り、物性状の界面はない。従ってタップ部分の収容部１
ｅにおいて、絶縁媒体５を一部取り除いてタップを切り
換えた後、再びポリシロキサン組成物からなる絶縁媒体
５を充填しても絶縁性能の低下をきたすことはない。

【００４４】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、絶縁媒体として、充填後に付加反応により高粘度シ
リコーン油状ないしシリコーン生ゴム状となるポリシロ
キサン組成物を使用し、巻線の絶縁物として、表面を粗
面化した絶縁物を使用したことにより、絶縁媒体を、巻
線内部まで十分に含浸することが可能であり、高粘度化
したポリシロキサン組成物の絶縁性能を十分に発揮でき
る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による静止誘導機器巻線の断
面図

【図２】本発明に使用する粗面化フィルムの表面状態を
示す斜視図

【図３】粗面化フィルムを巻回した巻線本体の要部を示
す斜視図

【図４】生成物の実験状態を示す断面図

【図５】実験に用いた熱履歴を示すタイムチャート

【図６】ポリシロキサン組成物を構成するＡ液・Ｂ液の
絶縁破壊特性を示す図

【符号の説明】

１はケース、２は半径方向間隔片、３は巻線本体、３ａ
は絶縁素線、４は軸方向間隔片、５は絶縁媒体、６は電
極、７はアース電極、８はガラス筒、１３ａは粗面化フ
ィルムを示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケース内に巻線を収納すると共に絶縁媒
   体を充填してなる静止器誘導機器巻線において、前記絶
   縁媒体として、充填後に付加反応により高粘度シリコー
   ン油状ないしシリコーン生ゴム状となるポリシロキサン
   組成物を使用し、前記巻線の絶縁物として、表面を粗面
   化した絶縁物を使用したことを特徴とする静止誘導機器
   巻線。
2. 【請求項２】 ポリシロキサン組成物をケース内に充填
   した後、加熱することにより高粘度シリコーン油状ない
   しシリコーン生ゴム状とすることを特徴とする請求項１
   記載の静止誘導機器巻線の製造方法。
3. 【請求項３】 ポリシロキサン組成物として、ポリオル
   ガノシロキサン及び触媒量の白金系化合物からなるＡ液
   と、分子中にケイ素原子に結合せる水素原子を含有し該
   水素原子の数が分子中平均２個以下であるポリオルガノ
   シロキサンからなるＢ液とを所定配合で混合した２液混
   合タイプのものをケース内に充填して高粘度シリコーン
   油状ないしシリコーン生ゴム状とすることを特徴とする
   請求項１記載の静止誘導機器巻線の製造方法。
4. 【請求項４】 ケース内に予めＢ液を含浸処理して排出
   した後、所定配合された２液混合タイプのポリシロキサ
   ン組成物を充填して高粘度シリコーン油状ないしシリコ
   ーン生ゴム状とすることを特徴とする請求項３記載の静
   止誘導機器巻線の製造方法。