JPS5838882B2 - 静止電気機器 - Google Patents

静止電気機器

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JPS5838882B2
JPS5838882B2 JP48109287A JP10928773A JPS5838882B2 JP S5838882 B2 JPS5838882 B2 JP S5838882B2 JP 48109287 A JP48109287 A JP 48109287A JP 10928773 A JP10928773 A JP 10928773A JP S5838882 B2 JPS5838882 B2 JP S5838882B2
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oil
silicone oil
capacitor
methylphenyl silicone
corona
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幸雄 安福
康昭 石岡
剛 谷井
茂雄 中山
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/46Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes silicones
    • H01B3/465Silicone oils
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/321Insulating of coils, windings, or parts thereof using a fluid for insulating purposes only

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は絶縁油又は誘電液等の含浸油として直鎖状メチ
ルフェニルシリコーン油ヲ用イテ耐コロナ性及び耐熱性
を改善し、機器を小型化しうるようにした静止電気機器
に関する。
変圧器の絶縁油或いはコンデンサの誘電液としてはPC
B(ポリ塩化ビフェニル)系油が長く使用されていたが
、公害の点から新たな絶縁媒体の開発が望1れている。
そしてPCB油代替の絶縁媒体の一つとして難燃性のシ
リコーン油が検討されている。
ところでこのシリコーン油としてはジメチルシリコーン
油がもっばら検討されている。
このジメチルシリコーン油は、ジメチルジクロルシラン
とトリメチルモノクロルシランを原料として常法により
合成した直鎖状ポリシロキサンで、25℃において50
センチストークスの動粘度を有し、−55℃の流動点を
有している。
そしてこのジメチルシリコーン油は優れた耐熱性や良好
な電気特性を持っている反面、側鎖のメチル基(−CH
3)が、大電流アーク放電や高電界面下で比較的容易に
分解し、水素ガスやメタンガス(CH4)等の可燃性ガ
スの発生が多いことがわかつれ。
又発生したガスはシリコーン油中に溶解し易く且つ分離
し易く、油中に微小ボイドの形で分布する為に高電界下
でコロナ放電による電気機器の絶縁破壊を招く可能性が
あった。
例えば高圧コンデンサに於て、芳香族ポリアミド紙(デ
ュポン社商品名ノーメックス)や二軸延伸ポリプロピレ
ンフィルム或いはこのポリプロピレンフィルムとコンデ
ンサ紙との組合せで構成したものを誘電体として使用し
たコンデンサ素子をジメチルシリコーン油と組合せて高
圧コンデンサを形成したものでは、コロナ開始電圧C8
Vやコロナ消減電圧CEVが低く、CEV/C8Vが小
さく、従って平均電位傾度に於いては鉱物油系を使用し
たものと比較しても大きくとれず、コンデンサの容積も
相当大型化し、経済的にも大きなメリットがないことが
明らかとなった。
更に完成したコンデンサを含む静止電気機器のコロナレ
ベルも比較的低く長期使用の信頼性に欠けるうらみもあ
る。
又H種絶縁の機器に適用した時にも油の耐熱劣化性をよ
り向上させる事が望捷れている。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、絶縁油或いは
誘電液等の含浸液として特定のメチルフェニルシリコー
ン油を用いることによって耐コロナ性及び耐熱性の優れ
且つ小型化しうる静止電気機器を提供するものである。
上記目的を遠戚する為に本発明によれば、ジメチルシリ
コーン油中のメチル基を部分的にフェニル基に置換する
もので、特にフェニル基の比率を、全有機基に対して0
.5モルφ乃至9.0モル係の範囲とし、且つ25℃に
おける動粘度を120センチストークス以下で30セン
チスト一クス以上にした直鎖状メチセフェニルシリコー
ン油を含浸油として使用して静止電気機器を横取したも
のである。
次に本発明の一実施例を説明する。
1ず本発明に用いられるシリコーン油の製造方法の一例
について述べる。
1)ジメチルシリコーン油(A油とする)−ジメチルジ
クロルシランとトリメチルモノクロ−ルシランを原料と
して常法により合成した直鎖状ポリシロキサンで25℃
に於いて50センチストークスの動粘度を持ち一55℃
の流動点を有する。
2)メチルフェニルシリコーン油(B油とする)−ジメ
チルジクロシラン306L? ジフェニルジクロシラン
31.5?及びトリメチルモノクロシラン13?を配合
した混合クロルシラン液を作り、これを激しく攪拌しつ
つある水の中に温度50℃を保ちつつ混合クロルシラン
液を滴下** して加水分解を行なう。
滴下終了後更に2時間攪拌を続け、生成する油層を分離
する。
この油層には加水分解によって生成した塩化水素が溶解
しているので、これを食塩水で洗滌し、重曹水で中和し
た後食塩水で水層が酸性を示さなくなる寸で洗滌を行な
う。
無水芒硝で脱水後耐過することによって精製した油層は
、環状ポリシロキサンや水酸基含有ポリシロキサンを含
む低分子のメチルフェニルポリシロキサン混合物である
これを90%硫酸を用いて重合し、重曹で中和すること
によって触媒を除去して粗メチルフェニルシリコーン油
を得る。
これを250℃、3mmHfで減圧加熱を行ない低分子
ポリシロキサンを除去し、直鎖状メチルフェニルシリコ
ーン油を得た。
このシリコーン油に於けるフェニル基の含有量は赤外吸
収スペクトル法によって、含有基の4.3モル饅であり
、25℃での動粘度が100センチストークス、又流動
点は一70℃を示した。
尚上述の方法で、ジメチルジクロルシラン、ジフェニル
ジクロルシラン及ヒドリメチルモノクロルシランを各種
の割合した混合クロルシラン液ヲ取り、各種のメチルフ
ェニルシリコーン油を製造した。
更に1)項のジメチルシリコーン油(A油)とメチルフ
ェニルシリコーン油(B油)とを相分離しない比率内で
混合することによりフェニル基の濃度を異にするジメチ
ルシリコーン油/メチルフェニルシリコーン、油混合系
の含浸油を調整し、フェニル基の濃度を調べた結果01
〜81モル係の範囲であった。
下記第1表に基本的な直鎖状メチルフェニルシリコーン
油のフェニル基濃度、動粘度及び流動点を示す。
3) メチルフェニルシリコーン油(C油とする)−ジメチル
ジクロシラン メチルフェニルジク ロルシラン及ヒドリメチルモノクロルシランの混合液よ
りメチルフェニルシリコーン油(B油)の例と同様に各
種の直鎖状メチルフェニルシリコーン油を得た。
但し重合には苛性カリを用い、その中和には陽酸トリク
レジルを使用した。
このメチルフェニルシリコーン油のフェニル基の濃度は
5乃至700モル条あった。
上記メチルフェニルシリコーン油のメチル基は、赤外吸
収スペクトルの2970Crn’ に釦けるメチル基(
−CH3) のCH伸縮振動により、又フェニル基ハ
3070cm、 ’ にふ・けるベンゼン核のCH
伸縮振動により定量した。
又オクタメチルシクロテトラシロキサンC(CH3)2
sio )4 とオクタフェニルシクロテトラシロキ
サン C(Ca H5)2810 )4 をとり、それらの
適当な比率の混合物を二硫化炭素に溶解した標準サンプ
ルをつくり、赤外吸収スペクトルをとり、メチル基モル
係/フェニル基モル饅と前記2970crn ’。
3070cm −1Kbける吸光度比を求めてプロット
した検量線を用いて合成したメチルフェニルシリコーン
油のフェニル基を定量した。
第1図は本発明静止電気機器をコンデンサに適用した時
の一部欠截斜視図である。
1はコンデンサタンクで、このタンク1内に複数個のコ
ンデンサ素子2を収納している。
各コンデンサ素子2間は電気的に直列、並列或いは直並
列に接続され、その両端をブッシング3を介してタンク
1の上蓋から導出しである。
4は各コンデンサ素子2間に配置した絶縁板で、又コン
デンサタンク1内面とコンデンサ素子2間には素子2を
固定する金属板5を配置している。
6はタンク1の上蓋上に設けた油量調整器で、この内部
はタンク1内と連通され、タンク1内に封入した含浸油
の温度変化に対する油量調整を行なう。
前記コンデンサ素子2の誘電体構成として第2図及び第
3図の如き構成を採用できる。
第2図は一対の厚さ8μのアルミニウム箔電極7,8間
に、誘電体として厚さ20μのJISC2306の高圧
コンデンサ紙9,10間に厚さ18μの二軸延伸ポリプ
ロピレンフィルム11を介在させて合計58μ厚の誘電
体を設けて同時巻回したもので所謂フルサンドイッチ方
式と云われるものである。
一方策3図では一対の電極12.13間に厚さ18μの
二軸延伸ポリプロピレンツイム14,152枚を介在さ
せて厚さ36μの誘電体を設けて同時巻回するものでオ
ールフィルム方式の構成である。
上述した構成のコンデンサは真空乾燥され且つ含浸油を
真空注油して製作される。
そしてタンク内油温度25℃、47℃、75℃に於いて
夫々コロナ開始電圧C8■及びコロナ消減電圧CEVを
測定した結果の一例を第5回に示す。
而して含浸油としてジメチルシリコーン油(A油)を使
用したフルサンドインチ方式のコンデンサでは、CEV
/C8Vが0.8〜0.85と少さく、ガス吸収性が悪
く、平均電位傾度は鉱油を含浸油として使用した場合と
同程度の20KV/MLかとれず、小型化できない欠点
があった。
又オールフィルム構成では近似の傾向を示した。
一方含浸油としてメチルフェニルシリコーン油(B油)
を使用した本発明の一実施によるコンデンサでは平均電
位傾度で表現したC8V、CEVとも顕著に向上り、C
EV/C8Vも約0.9fあって、ガス吸収性も改良さ
れたことが判明した。
即ち本発明に釦ける直鎖Aメチルフェニルシリコーン油
を使用した静止電気機器がコロナ開始電圧C8V及びコ
ロナ消減電圧CEVに及ぼす効果については次のような
実験結果から得た。
耐コロナ性を評価する手段としてはシリコーン油の高電
界下での水素ガス吸収性が多く用いられる。
THORNTON型の水素dス吸収装置を用いるもので
、試料油即ちメチルフとニルシリコーン油をコルベンに
入れ水素ガスを飽和させる。
一方電極箔をガラス管の表面に貼付した後に前記試料油
を充填させると、最終的には試料油がガラス管下方に入
って水素ガスと平衡するようにしたものである。
そして50℃、130℃の恒温油槽内で8KV50H2
の正弦波を印加し、時間とともに水素ガスの吸収量即ち
マノメータの差(mm )を測定した。
第4図に直鎖状メチルフェニルシリコーン油の水素ガス
吸収性とフェニル基のモル饅の実験結果を示す。
そしてこの結果より次の結論を得た。
■ジメチルシリコーン油(A油)は水素ガス発生型であ
る。
■フェニル基の濃度が0.5モル条の点でX軸を切る。
即ち水素ガス発生型でも吸収型でも々いフェニル基の濃
度は0.5モル条である。
0フエニル基が1〜3モル優に水素ガス吸収のピ−クが
存在し、フェニル基の濃度が増大するにつれて水素ガス
吸収性が低下する。
@メチルフェニルシリコーン油は前述したB油系とC油
系とははソ同一の傾向を示す。
又相溶性の範囲でメチルフェニルシリコーン油(B油又
はC油)とジメチルシリコーン油(A油)を混合した場
合でもメチルフェニルシリコーン油の相当するフェニル
基濃度モル嶺のものと同一の水素ガス吸収性を示す。
■フェニル基のモルφがふえると前記第1表に示すよう
に動粘度が増大し、又流動点も高くなる傾向があり、耐
熱性は向上するがアーク放電による炭素の遊離現象が発
生するのでフェニル基の濃度ばあ1り高くないことが望
ましい。
上記の結果を考慮し製作した直鎖状メチルフェニルシリ
コーン油を含浸したコンデンサ及び直鎖状ジメチルシリ
コーン油を含浸したコンデンサのコロナ電圧一温度特性
を調べたものを第5図に示す。
第5図に於けるコンデンサは誘電体として夫夫オールフ
ィルムを用いたものである。
そしてこれから直鎖状メチルフェニルシリコーン油を含
浸油とすることにより平均電位傾度を向上し得CEV/
C8Vが約0.9と向上することも判った。
以上説明した直鎖状メチルフェニルシリコーン油の実験
結果及び上記コンデンサへの適用を種々研究した結果本
発明では次の結論に到達した。
即ち直鎖状メチルフェニルシリコーン油はジメチルシリ
コーン油と比較し優れた水素ガス吸収性を持ち、特にフ
ェニル基の濃度が0.5モル幅以上で顕著であり、1〜
3モル多の濃度にピークを有し、フェニル基の濃度をあ
lり犬なることを必要としない。
これは適用コンデンサで証明され耐コロナ性が著しく向
上し且つ電位傾度を高めることが可能であることが示さ
れた。
そしてフェニル基の濃度が増大すると動粘度が急増し流
動点が悪化する。
これはコンデンサを含む変圧器等の静止電気機器が冬期
低温状態に保持されることがあって、動粘度の上昇によ
って静止電気機器での冷却効果が悪化醜又誘電体への含
浸性が低下するなどの傾向がある。
従ってこの点に関してはジメチルシリコーン油(A油)
を使用した場合と同程度の性質を有していることが必要
である。
その結果直鎖状メチルフェニルシリコーン油の動粘度を
25℃で120センチストークス以下にすることで且つ
フェニル基の濃度を9.0モル多以下にすることで上記
性質を満足できることを見い出した。
反面低粘度にすれば低分子量のシロキサンの混入によっ
て加熱減量が増大し引火点が低下するので、JISK2
265ペンスキーマルテンス法やJISK2274クリ
ープラード開放式による引火点が240℃以上即ち25
℃に釦ける動粘度が80センチスト一クス以上であるこ
とが難燃性を持たせる上で必要である。
ところで一般に分岐状メチルフェニルシリコーン油で低
分子量で低粘度のものが開発されているが引火点が低く
、加熱減量が大きいので、PCB代賀油としては適当で
ない。
同上記実施例ではコンデンサを例にとって説明したが、
変圧器リアクトル、変流器等の他の静止電気機器にも適
用できる。
即ちH種油天変圧器においては絶縁紙として芳香族ポリ
イアミド紙(デュポン社商品名ノーメックス)が多く用
いられるが、この変圧器に本発明として上述したシリコ
ーン油を組合せることによって、ジメチルシリコーン油
使用の場合の電位傾度が5 K V /rranであり
、通常の油浸紙のl0KV/rrrrnに比較し大巾に
電位傾度を向上でき、耐コロナ性の向上が可能で長期の
信頼性が向上できることを確認できた。
又絶縁紙やプラスチックフィルムとしては上述した実施
例のものに限らず他の合成繊維紙や耐熱フィルムを使用
することができる。
以上のように本発明によれば耐コロナ性及び電位傾度を
向上し得従って電気機器の小型化も計り得る信頼性の高
い静止電気機器の提供が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用したコンデンサの一部欠截斜視図
、第2図及び第3図はコンデンサ素子の誘電体構成を説
明する為の異なる実施例の断面図、第4図は直鎖状メチ
ルフェニルシリコーン油の水素ガス吸収特性を示す曲線
図、第5図はシリコーン油を含浸油としたコンデンサの
コロナ電圧一温度特性図である。 1・・・タンク、2・・・コンデンサ素子、C8■・・
・コロナ開始電圧、CEV・・・コロナ消減電圧。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 有機基がメチルち・よびフェニル基からなりフェニ
    ル基の全有機基に対する比率が0.5モル咎乃至90モ
    ルφの範囲であって25℃における動粘摩が120セン
    チストークス以下で30センチスト一クス以上の直鎖状
    メチルフェニルシリコーン油を含浸油としたことを特徴
    とする静止電気機器。
JP48109287A 1973-10-01 1973-10-01 静止電気機器 Expired JPS5838882B2 (ja)

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JP48109287A JPS5838882B2 (ja) 1973-10-01 1973-10-01 静止電気機器
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JP48109287A JPS5838882B2 (ja) 1973-10-01 1973-10-01 静止電気機器

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JPS5069600A JPS5069600A (ja) 1975-06-10
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