JPS587002B2 - ユシンプラスチツクゼツエンデンキキキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は油浸プラスチック絶縁層を有する電力ケーブル
、コンデンサ、トランス等の電気機器に関するものであ
り、さらに詳しくは、絶縁破壊強度が高くかつ長期にわ
たる絶縁体の構造安定性および誘電特性の安定性に優れ
た低損失の電気機器に関する。

近年、都市圏への人口集中に伴ない電力の需要は急増し
、このため電力ケーブル、コンデンサ、トランス等の電
気機器の大容量化が叫ばれ、その解決の一環として、こ
れら電気機器の高電圧化が要望されている。

しかし、現用のセルローズ紙と炭化水素油とで絶縁され
た電気機器では、セルローズ紙固有の大きな誘電損失の
ため、高電圧化とともに誘電体における損失が急激に増
して、ある程度以上の電圧ではセルローズ紙絶縁系は使
用できなくなる。

そこで上記セルローズ紙に代わるものとして各種の低損
失のプラスチック材料からなるシートを採用しようとす
る研究が関係者の間で活発に行なわれるに至った。

これら低損失のシートを構成する材料を 組成について
分類すると、（１）エンジニアリングプラスチック類（
ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリフエニレンオキ
サイド、ボリアミド、ポリイミド等）、（１１）ポリオ
レフイン類（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソ
ブチレン、ポリ−３−メチルフテンー１、ポリ−４−メ
チルペンテン−１、ポリスチレン等）となり、一方、材
料の形態について分類すると、（［）フイルム構造、（
１１）紙構造、（ｉｉｉ）ラミネート構造とになるであ
ろう。

しかし、エンジニアリングプラスチック類は本来コスト
が高いことに加え、一般に応用される形態であるフイル
ム構造では、従来の炭化水素を主体とする絶縁油ととも
に用いるとクラツキング（亀裂）を生じることから、ま
たポリオレフイン類は従来の絶縁油とともに用いると膨
潤を生じるので、絶縁体の構造が変形して電気的強度を
低下せしめることから、広範囲な適用は未だなされてい
ないといって過言でない。

このような絶縁油とプラスチックを組合せた時に生じる
耐油性の問題を解決するために、一部ではシリコン油あ
るいは弗素油の使用も研究されているが、これらの油は
大量使用を余儀なくされる電気機器の絶縁油としては余
りにも高価なため特殊分野に限定されている。

上記に鑑み、本発明者らはポリオレフインに対する耐油
性に富む絶縁油を種々検討した結果、アルキルフエニル
エーテルおよびアルキルフエニルエーテルのフエニル基
に結合する水素のうち少くとも１個の水素がアルキル基
で置換されたアルキルフエニルエーテル誘導体（以下、
これをアルキルフエニルエーテル自身と区別するために
、アルキルフエニルエーテル誘導体と呼ぶ）がポリオレ
フインシ一ト絶縁高電圧電気機器の含浸用絶縁油として
優れていることを見出し本発明にいたった。

すなわち本発明において電気機器含浸用絶縁油として用
いられるアルキルフエニルエーテルおよびアルキルフエ
ニルエーテル誘導体は、式で示されるものであり、上式
において酸素に結合せるＲ１はアルキル基であり、また
ベンゼン核に結合せるＲ２は水素またはアルキル基から
選ばれる。

このうち、１個または複数個のアルキル基がベンゼン核
に結合せる場合には、その結合位置は任意でよく、かつ
複数個のアルキル基の場合には同一の基に限定される必
要はない。

上記の酸素に結合せるアルキル基あるいはベンゼン核に
結合せるアルキル基の種類と大きさにより粘度、誘電率
等の特性は異なるが、通常の用途に対しては直鎖型また
は側鎖型の飽和アルキル基で、その炭素数が３０以下の
アルキル基であることが通常の用途に対する粘度の点か
ら好ましく、さらに好ましい引火点を上昇させる意味か
らベンゼン核に結合せる水素のうち少くとも１個が炭素
数１以上のアルキル基で置換されている構造のもの（ア
ルキルフエニルエーテル誘導体）である。

アルキル基の炭素数の少ないものは誘電率が高いのでコ
ンデンサ含浸用に、また炭素数の多いものはトランス、
ケーブル等の含浸用に適する。

また、下記のような各種の方法によってアルキルフエニ
ルエーテルまたはアルキルフエニルエーテル誘導体を製
造すると種々の異性体の混合物として得られるが、本発
明においてはかかる異性体の混合物をそのまま電気機器
用の絶縁油として用いても差し支えない。

むしろ混合物の方が流動点を個々のそれよりも低減せし
めうるので都合のよい場合がある。

本発明におけるアルキルフエニルエーテルまたはアルキ
ルフエニルエーテル誘導体は、（１）ハロゲン化アルキ
ルとフェノールまたはアルキルフエノ一ルとの反応、（
１１）適切な温度と圧力のもとてのアルキルフエニルエ
ーテルトオレフインまたはハロゲン化アルキルとのフリ
ーデルクラフツ反応によって得ることができる。

反応生成物は適宜、水洗、溶媒抽出、蒸留あるいは吸着
剤処理等により分離精製を行なうことによって電気絶縁
油として適した性状を得ることができるが、とりわけ活
性化した白土あるいはアルミナ等による吸着剤処理は、
微量に存在する不純物を除去する上で有効である。

実際の電気機器への含浸については、従来法と同様に、
適宜、吸着剤処理を施し、適切な温度と真空度のもとて
乾燥脱気処理を施した後に含浸するのが最良であること
はいうまでもない。

本発明において用いるポリオレフインシ一トは、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリ３−
メチルーブテン−１、ポリ−４−メチルペンテン−１、
ポリスチレン等、オレフイン類の重合により得られるボ
リマ一群から選ばれた少くとも１種のボリマーからなる
シートであり、シートの形態は特に規定されず、フイル
ム構造、紙構造、ラミネート構造のいかんを問わない。

ポリオレフイン類のフイルムは、Ｔダイ法あるいはイン
フレーション法等のボリマーの溶融押出しにより、さら
にはそれを遂次あるいは同時延伸して無延伸および延伸
フイルムが得られるのがこの際ポリオレフインの２種以
上を適当にブレンドすることは任意である。

しかし、押出し時あるいは延伸時にフイルム中に残存す
る応力を除去するため、電気機器の運転温度よりも高く
、構成するポリマーの融点（ブレンドしたフイルムの場
合には低い方の融点）よりも低い温度で適当な時間実際
に電気機器に適用する適当な段階において熱処理するこ
とが好ましい。

この種の熱処理は、他の形態を有するシートにおいても
同様な理由から有効である。

シートとしてフイルム構造を選ぶのは、フイルムの高い
電気的強度の理由からコンデンサの絶縁体として特に有
効であるが、ケーブルのように絶縁厚が大きい電気機器
に応用する場合には、含浸性および油流抵抗を改善する
ためにエンボス加工、スクラッチ加工、化学エッチング
等のフイルム表面に凸凹を与える処理を施こすとよい。

紙構造の形態はこのような油通路の形成という点で有利
であり、特に地下ケーブルの絶縁体に適している。

超高圧地下ケーブルでは誘電損失の低減が第１に要望さ
れるので、純粋にポリオレフインの繊維状物質の抄紙に
よる紙（以下、ポリオレフイン紙と略す）が最適である
が、紙の機械的な強度を向上するために多少誘電損失の
面を犠性にした、セルローズパルプとポリオレフイン繊
維状質との混抄による紙（以下、ポリオレフイン混抄紙
という）も重要である。

ポリオレフイン混抄紙の場合には紙中に占めるポリオレ
フイン繊維状物質の割合は、紙ｉｏｏ重量部当り少くと
も１０重量部、好ましくは少くとも２０重量部である。

ポリオレフイン繊維状物質の割合が１０重量部を下廻る
と、誘電正接が高くなるからである。

上記のポリオレフイン繊維状物質には、通常の溶融紡紙
、あるいはフイルム割裂によるポリオレフイン繊維、フ
ラッシュ紡紙あるいは溶融吹出し法によるポリオレフイ
ン微細フイブリル化繊維、あるいは親水基を結合したポ
リオレフイン合成パルプなどを含み、さらにはポリオレ
フイン類から選ばれた２種以上のポリマーからなるブレ
ンド繊維あるいはコンジュゲート繊維も含まれる。

これらのポリオレフイン繊維状物質は単独あるいは複数
あるいはクラフトパルプときもに配合され、湿式法、乾
式法あるいはスパンボンド法により抄紙されてウエブと
なり、該ウエブは適当な紙層内部の緊密性と表面の平滑
性を与えるべくホットカレンダー処理されて電気絶縁紙
となる。

ホットカレンダーの温度および圧力等の条件は紙の組成
および紙の使用用途によって異なるが適切な電気的強度
を得るためには少くとも１００ガーレイ秒／１００ｃｃ
の気密度を得るように制御することが好ましい。

ラミネート構造は、フイルムの高い電気的強度と紙の容
易な油通路形成を兼ねるものであり、ポリオレフインフ
イルムと紙あるいは紙と紙の間に異種又は同種のポリオ
レフインフイルムを押出し、直後に加熱ロールで両者と
該押出しフイルムとを熱圧着して得ることができる。

ここにいう紙は上記のポリオレフイン紙、ポリオレフイ
ン混抄紙は勿論、セルローズ紙であってもよいが、誘電
損失の点から圧着一体化したラミネートシース中に占め
る全ポリオレフインの割合、シート１００重量部当り少
くとも１０重量部、好ましくは少くとも２０重量部であ
る。

かくしてラミネート操作により少くとも片面に紙の多孔
性構造を有するシートが製造されるが、該シートを電気
絶縁用シートに応用する際の操作性を増すために、各ラ
ミネート層間の剥離強度は少くともＩＯｇ／１５ｍｍ幅
を得るように熱圧着条件を制御することが好ましい。

コレらのポリプロピレンシ一トは、単に１種類に限らず
、適宜各種ポリオレフインシ一ト自身の間で組合せるこ
とにより、さらにはセルローズ紙あるいは他のフイルム
等従来の材料を組合せることにより一層優れた絶縁層と
なりうる。

たとえばケーブルの場合には、導体上にまず電気的強度
の高いフイルムあるいはラミネートをテープ巻きし、次
に誘電損失の低いポリオレフイン紙を巻回する場合、あ
るいはケーブル絶縁層の内層から外層に向ってポリオレ
フインの配合割合を上昇して誘電率グレーデイングを行
なう場合等がそれである。

ポリプロピレンシ一トを巻回した電気機器は容器あるい
はシースを施した後、真空乾燥脱気を行ない、先に記さ
れた予め脱気したアルキルフエニルエーテルまたはアル
キルフエニルエーテル誘導体で含浸され製品となる。

次に実験例および実施例による本発明を詳細に説明する
とともに本発明の顕著な効果を示す。

〔実験例〕

従来の電気機器含浸用の電気絶縁油である鉱物油および
ドデシルベンゼンと、本発明におけるアルキルフエニル
エーテル（Ｓ−１）とアルキルフエニルエーテル誘導体
（Ｓ−２〜Ｓ−５）について種々の特性を測定した結果
を第１表に示す。

第１表から明らかなように、一連のアルキルフエニルエ
ーテルオヨびアルキルフエニルエーテル誘導体の誘電率
はアルキル基の大きさと形によって大きくかわるが、誘
電正接の値は初期および酸化劣化後ともにすぐれたもの
である。

（注１）日本鉱業製ソニックＯＦケーブル油（注２）三
菱油化製ハード型ドデシルベンゼン＋２５３（注３）フ
ェノールと過剰の水酸化カリウムおよび少量の銅粉とを
攪拌しながら加熱溶解し、フェノールと当モルの臭化ｎ
−オクチルを滴々と加え、全系を充分にリフラツクスし
た後、水洗、脱水、真空蒸留、１％活性白土処理を行な
って試料Ｓ−１を得た。

本試料Ｓ−１は赤外吸収スペクトルによる分析の結果、
下記化学構造の化合物が主成分であると推定された。

なお、この製法は（注６）を除く、全試料の製法で使用
され、その際フェノールが適当なアルキルフェノールに
、臭化ｎ−オクチルが適当なハロゲン化アルキルに変わ
っているのみである。

（注４）クレゾールと塩化ｎ−オクチルから（注３）の
方法により試料Ｓ−２を調製した。

主成分は、（注５）ヘキシルフェノールと臭化ヘキシル
から（注３）の方法により試料Ｓ−３を調製した。

主成分は、（注６）無水塩化アルミニウムを触媒として
、当モルのｎ−オクチルフエニルエーテル〔（注３）参
照〕とプロピレントリマーとのフリーデルクラフツ反応
を行ない、水洗、脱水、真空蒸留、１％活性白土処理の
後、試料Ｓ−４を得た。

赤外吸収スペクトルにより、主成分は下記と推定された
。

（注７）ｔｅｒｔ−プチルフェノールと臭化ｎ−ラウリ
ルから（注３）の方法により、試料Ｓ−５を調製した。

主成分は、〔実施例１〜５、比較例１〜４〕 第２表に示す絶縁シートと含浸油を使用して、ＯＦ式油
浸シ一ト絶縁コンデンサ（約２，０００ｐＦ）を作成し
た。

これらのコンデンサを３００日にわたり１２０℃に加熱
しながら２５ｋＶ／ｍｍの課電を行ない、８０℃−２０
ｋＶ／ｍｍにおけるｔａｎδの経時変化を測定し、最後
にこれらのコンデンサを解体して絶縁シートの厚さ変化
と引張ヤング率を測定した結果を第２表に示す。

比較例１は誘電正接の初期値が高い上に、コンデンサの
加熱課電劣化吉ともにその値が犬となり、一方比較例２
と３では、解体後に測定したシート厚は含浸前のシート
厚に比べ増大し、また引張ヤング率も著しく減少してい
て明らかに膨潤したことを示している。

これに対し、実施例１〜５では誘電正接が低くて長時間
にわたり安定しているとともに膨潤も生じていない。

（注８）シートの厚さ変化はマイクロメータで測定した
厚さから次式で求めた。

（注９）ヤング率は１５ｍｍ幅のテープをチャック間隔
１００ｍｍ、引張速度１０ｍｍ／分で測定して得た応力
一歪曲線の初期直線部分から計算し、第２表には含浸前
の初期値（上行）と３００日劣化後の値（下行）とを示
している。

（注１０）三昌樹脂製の６０μｍ延伸ポリプロピレンを
１３０℃で３０分熱処理したもの（密度−ｏ．９０．９
／ｃｍ３）。

（注１１）英国インペリアル・ケミカル・インダストリ
社製６０μｍＴＰＸフイルムを１４０℃で熱処理したも
の（密度＝０．８３，９／洲）。

（注１２）米国エッソ社製の４０μｍポリプロピレン紙
２層の間に三菱油化製ポリプロピレンを１４０℃でＴダ
イ押出して、その直後１３０℃に加熱したロールで三者
を圧着したシート（シート厚さ１００μｍ、密度＝ ０
．８０ｇ／ｃｍ３）。

（注１３）三菱レーヨン製ポリプロピレン繊維と三井ゼ
Ｏパツク製ポリプロピレン合成パルプＳＷＰを１：１に
配合して水抄紙し、乾燥後１３０℃・１ ５ ０ ｋｇ
／ｃｍ２／Ｇでカレンダー処理を行なったもので、紙厚
１００μｍ、密度０．６９Ｐ／ｃｍ３、気密度１２００
ガーレイ秒／１００ｃｃであった。

（注１４）巴川製作所製脱イオンクラフトパルプ、三菱
レーヨン製ポリプロピレン繊維、三井ゼラバツク製ポリ
プロピレン合成パルプＳＷＰを重量比で５０：２５：２
５に配合して水抄紙し、乾燥後１３５℃・１５０ｋｇ／
Ｃｍ２Ｇでカレンダー処理したもので、紙厚１００μｍ
、密度０．７３ｇ／ｃｍ３、気密度１５００ガーレイ秒
／１００ｃｃであった。

（注１５）巴川製紙所製の１００μ脱イオン水洗低損失
紙。

〔実施例６〜８、比較例５，６〕 第３表に示す絶縁シートと含浸油を用いてモデルケーブ
ルを作成した。

すなわち、幅２０ｍｍに切断したテープを絶縁厚約０．
６ｍｍになるように外径１６ｍｍ。

長さ３００ｍｍの銅パイプ上にバットギャップ１ｍｍ、
レジストレーション１／３、張力５００ｇで巻回し、そ
の外部に厚さ３０μｍ、幅５０ｍｍの銅箱を外部電極と
して巻回後、これを１１０℃・１０−３ｍｍＨｇで１２
時間真空乾燥し、次に脱気乾燥した各含浸油を含浸した
。

各試料１０個のうち、５個は室温でそのままインパルス
破壊試験を行ない、他の５個は１００℃で２５ｋ■／ｍ
ｍの交流電圧を３００日間課電したのち、室温でインパ
ルス破壊試験を行なった。

試験後シートの厚さを測定して、シート厚さの劣化を調
べた。

これらの結果を第３表に示す。

第３表から明らかなように、ドデシルベンゼンを含浸し
た比較例５，６は高温で加熱課電するとインパルス強度
が著しく低下する。

これは同表から、これらの系では絶縁シートの膨潤が大
きいことによると推察される。

これに対して実施例６〜８はインパルス強度の低下がみ
られない。

以上実施例、比較例から明らかなように、アルキルフエ
ニルエーテルまたはアルキルフエニルエーテル誘導体と
ポリオレフインシートからなる絶縁層を有する絶縁系は
、絶縁層の構造安定性と誘電特性の安定性に富み、絶縁
破壊温度も安定であって低損失高電圧電気機器用絶縁層
として最適である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルキルフエニルエーテルまたはアルキルフエニル
   エーテルのフエニル基に結合する水素のうち少くとも１
   個の水素がアルキル基で置換されたアルキルフエニルエ
   ーテル誘導体と、ポリオレフインシ−トからなる絶縁層
   を有することを特徴とする油浸プラスチック絶縁電気機
   器。