JPS60731B2 - 絶縁体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は絶縁体に関するものである。

外気を受ける場所に収容されている電気設備における運
転故障の大部分は、絶縁物表面の過大負荷により生じる
ものである。

以下に使用される「屋内設備」とは外気を受ける場所に
収容された設備を意味するものとする。絶縁物表面に閃
絡を生じさせる湿潤現象は本質的には異層現象である。
異層の２つの成分、塵挨と湿気とは屋内設備に侵入する
。何故なら屋内設備は通常避けることのできない空隙を
持っていて、これは１時間に約３回の空気循環を行わせ
るからである。絶縁物表面に集積する塵挨の湿潤化は通
常周囲空気に含まれている水蒸気の凝縮により生じる。
絶縁物の表面に霧滴が生じると、最大湿度となる。湿気
のある熱かし、空気が外方から冷たい屋内設備の中に侵
入し、絶縁体の表面温度が流入空気の霧点以下であると
、霧滴が生じる。

絶縁体の冷たい表面に接している空気層は、絶縁体の冷
たい表面と熱交換をすることにより冷却され、その際空
気温度の低下と共に相対湿度が上昇し「遂には過飽和に
達すると絶縁体の表面に水の凝縮が生じるようになる。
ｉ９６８王１月にはドイツおよび隣接する諸国において
寒冷天候から湿気のある暖かい天候への急変のために屋
内電気設備の多数の運転故障が生じ、このときにあらゆ
る種類の絶縁体の閃格が生じた。碍子、套管、開閉器回
転軸、密閉端部および変成器がこれに関係している。こ
の場合故障はいわゆる異層閃総により生じたが、この閃
絡は汚染層と著しい湿潤層が絶縁体の表面に同時に存在
するときに生じる。

この現象は通常数時間内に終了する。狭い範囲に汚染と
長時間の湿潤とが生じるとクリープ路短絡が現われる。

高電界の作用の下にこの場合には絶縁体の表面にクリー
プ電流路と称される侵食が生じる。表面部分に徐々に生
じる侵食は、経験によれば数日後にそのような多数の電
流ブリッジが合成して閃絡となる。この現象はその緩慢
な変化と絶縁体の進行する破壊とのために、比較的急速
でかつ強い露滴により生じる異層閃絡とは明瞭に区別さ
れる。屋内電気設備において霧滴により生じる故障を避
けるためには絶縁体を過大寸法にする必要があり、この
場合には最小クリープ路長を必要なだけ延長するために
かさまたはひだ付きの碍子を使用することが要求される
。

この方法は支持碍子または套管として作られた絶縁体の
場合に行われるがも乾燥した屋内設備において使用され
る平滑な絶縁体に比して少なからぬ経済的費用を要する
。又前述の他の種類の絶縁体例えば開閉器回転軸や変成
器のようなものにはこの方法は更に多くの費用を要する
。この理由によりいまいま屋内設備を加熱し、これによ
り絶縁体の表面温度が常に周囲空気の霧点より高く保た
れるようにすることが行われている。

連続運転においてはこれにより運転費用が高くなり、間
欠運転においては調整に費用を要する。多くの場合決定
的な瞬間に加熱用の補助電圧が得られないこともある。
霧滴を排除する別の方法は、不可避的に浸入する交替空
気を乾燥することである。

しかしながらこの場合にも１時間に３回行われる空気の
交替を考慮すると採算の合わない投資コストを生じる。
比較的経費がかかるが内部空気を乾燥して屋内設備を気
密にカプセル化することも考えられるが、これは冷却上
の問題のために難点を生じる。さらにこのようなカプセ
ルは時折必要となる設備の開放に対して原理的に不利で
ある。本発明の目的は、霧摘発生を大幅に排除した絶縁
体を提供することにある。

この目的は本発明によれば、液状の出発材料に‐絶縁な
いし消弧特性を有するガスで満たされたガラス「セラミ
ック又は合成樹脂からなる球状の中空体を混入すること
により小孔が作られた低い熱容量と熱伝導度を示す絶縁
材料から成り、低い熱時定数の繊密な外皮を有すること
により達成される。

この場合低い熱容量とは、磁器または中実の合成樹脂の
ような通常の絶縁材の熱容量より低いものを意味してい
る。従って絶縁体の表面を加熱するためには非常に僅か
な熱量だけが必要である。この熱量は表面に接する暖か
い周囲空気から奪われる。しかしながらこの熱量は極く
僅かであるから、絶縁体の表面に接する空気層を著しく
冷却することは殆んどなく、この空気層においては熱の
奪取は大きい温度降下とは結びつかない。従って一般に
露点より下にはならなくなる。しかし絶縁体の表面と屋
内設備の中へ侵入する暖かい空気との間に非常に大きな
温度差がある場合には霧点より下になり得る。この場合
空気中の水蒸気が絶縁体表面で凝縮を生じる。しかしな
がら絶縁体の熱容量が小さいために、この場合には既に
極微の水の層の凝縮により生じる凝縮熱だけで絶縁体の
表面温度を周囲温度に等化することができる。しかもこ
の極微の凝縮水は絶縁体の表面の絶縁特性を著しく低下
させることはない。従ってかなり大きな水の層を前提と
する異層閃絡は完全に排除され、また長く続く僅かな露
滴により生じるクリープ電流短絡も殆んど起り得ない。
また低い熱伝導度とは、磁器または中実の合成樹脂のよ
うな通常の絶縁材料の熱伝導度以下のものを意味してい
る。

絶縁体の表面が低い熱伝導度および低い熱容量を示すな
らば、霧滴を無くすことはさらに改善される。低い熱伝
導度により「周囲の暖かい空気層への絶縁体表面の慣性
のない適合が可能にされる。何故ならば一度暖められた
表面の絶縁体の低温の内部への熱伝導度による熱損失が
大幅に除去されるからである。従って絶縁体の表面温度
の周囲空気の温度への等化は、水の著しい凝縮を伴なう
接触空気層の著しいまたは長く続く冷却を生じることな
いこ可能である。本発明によれば、絶縁体の表面層上に
は低い熱時定数を有するすき間のない薄い外皮が設けら
れる。

この場合熱時定数とは電気、自動制御工学における「時
定数」のアナロジ−として「熱時定数＝熱容量×熱抵抗
」と定義されるものである。かかる低い熱時定数を有す
る外皮は過度の汚染を防止する働きをする。外皮を設け
ることはこの種の絶縁体の機械的耐性を高めるのに役立
つ。この外皮はその厚さが薄いために熱容量は非常に小
さい。このような外皮は、非常に急速にかつ周囲空気を
極く僅か冷却するだけで周囲の暖かい空気の温度に適合
される。露滴が生じるとしてもこれはすぐに終り、極め
て微小にとどまる。更に凝結させられた水の層の蒸発が
すぐに生じるので、絶縁体の表面には短期間の非常に僅
かな湿潤しか生じない。本発明により小孔を持つ絶縁体
の表面温度は低い熱容量のために急速に周囲温度に適合
するが、熱伝導度が悪いために絶縁体の内部からすぐに
再冷却されることはなくなる。

４・孔を持つ絶縁体の異常に低い熱容量のために、周囲
空気への温度の等化は霧満を発生しないか発生してもわ
ずかにとどまるのにもかかわらず、通常の絶縁体におけ
るより短時間に行われ、クリープ路短絡の危険も排除さ
れる。

本発明によれば小孔は中空体を液状出発材料に混入する
ことにより作られる。

そのような中空体は球形を呈することができ、絶縁およ
び（または）消弧特性を持つガスを充填されている。そ
のような中空体、特に球は例えばガラス、セラミックま
たは合成樹脂から構成される。これらの中空−体は充填
材料の代替品となる。この種の絶縁体は、通常の例えば
石英粉末をまぜて作られた絶縁体とは異なり、霧摘発生
が少ない他に収縮および切欠き応力が小さい。これらの
絶縁体は比較的薄いがすき間のない外皮を有し、この外
皮は固有の低い熱時定数により実質上遅滞なく到来する
暖かい周囲空気に追従することができ、従って表面の霧
滴発生が起らない。特に通した絶縁物は熱硬化性樹脂で
ある。

何故ならこの種の材料で作られた絶縁体は高い熱的およ
び機械的強度を持っているからである。良好な電気的特
性、特に高いクリープ電流強度のために、絶縁材料とし
てェポキシ樹脂またはシリコン樹脂を使用することも有
利である。発泡材で作った均一な絶縁体では対処できな
いような機械的負荷に絶縁体がさらされる場合には、従
来構造の機械的に高い負荷を加え得る絶縁体に発泡樹脂
の被覆を施しも霧瓶を生じないようにすると良い。さら
に発泡樹脂でできた絶縁体においては拡散破壊の確率が
減らされる。この破壊は通常の絶縁体においては霧滴に
よるのではなく、周囲空気に含まれている水が製作後の
水のない絶縁体へ拡散することによってのみ起こり「絶
縁物内における水巣の形成により絶縁体の表面の下に電
流路が生じ、その結果表面の一部が破裂して絶縁体の絶
縁特性が劣化させられるものである。発泡樹脂でできた
絶縁体においては、拡散侵入する水蒸気は発泡材の気泡
の中に危険を生じることなく蓄えられるばかりでなく、
ガス気泡の電気的安定化にも役立て〕。絶縁体がィンテ
グラル発泡体として作られると有利である。

この種のィンテグラル又はストラク０チュラル発泡体は
、芯材が同じ合成樹脂でできた繊密な外皮に連続的に移
行するような不均一の密度分布を有する。従ってこの種
の絶縁体は熱容量の低い薄い滑らかなすき間のない外皮
を持ち、これにより霧滴を少なくする他に絶縁体の機械
的お夕よび電気的特性を改善することになる。絶縁体が
電位の傾き方向に異なった熱伝導度および熱容量を示す
部分を交互に設けるようにすると有利である。

熱伝導度は高いが熱容量は小さい表面領域は、熱伝導度
の低い表面領域よりも急速０に暖かい周囲空気の温度に
筆化される。このため前者の表面領域には、通常の絶縁
体に比しては僅かであるが、低い熱伝導度の表面領域に
比べると著しい露滴が生じ得る。周囲空気に対する熱平
衡が生じると熱伝導度の高い霧滴が著しい個所では夕す
ぐに沈澱水膜の蒸発が始まるが、熱伝導度の低い表面領
域においては空気からの水蒸気のごく僅かな凝縮が続い
ている。その結果熱伝導度は高いが熱容量の小さい表面
領域は急速に乾燥し、熱伝導度の低い表面領域は短時間
後に乾燥領域より分０離される。このように異なった熱
伝導度の表面領域を直列に接続することにより、霧滴の
発生時に絶縁能力はとりあえず低い熱伝導度の殆んど霧
満を生じない表面領域により保証され、これに対してそ
の後の経過においてはこの依然として少し霧タ滴を生じ
ている表面領域はその絶縁能力を初めは著しく霧滴を生
じるがその間に乾燥されている熱伝導度の高い表面領域
により助成されるようになる。従ってこの種の絶縁体は
暖かい湿気のある空気の侵入の際に常に絶縁能力を保証
する乾燥した０表面領域を持つ。ひだを有する特に碍子
形状の絶縁体においては、ひだ部分は高い熱伝導度と低
い熱容量とを示す表面領域として構成されるとよい。ひ
だは薄く、容積に対して比較的大きい表面形状を有する
ようにする。その薄さのためにひだは、絶縁体が小孔の
ないすき間のない外皮を持つならば、小孔の少ないまた
は小孔の全くないものとなり、従って低い熱容量を有す
る高い熱伝導度の表面領域となる。ひだの間にある表面
領域はこれに対して低い熱伝導度を示すので、これらの
表面領域においては暖かい空気の侵入開始時には露滴は
全く生じないかまたは僅かしか生じない。ひだにおいて
は比較的高い熱伝導度と低い熱容量とのためにある程度
は露摘発生が生じるとしても急速な温度の等化が生じる
。ひだと周囲空気との間の温度の等化に急速に達すると
すぐに沈澱湿気層の蒸発が始まり、ひだはすぐに乾燥さ
れるが「ひだの間にある表面領域においては温度平衡が
徐々に行われ、これにより長く続くが非常に僅かな量の
霧滴を発生させる。しかしながらこの時点においては上
述のようにひだは既に乾燥されているので、絶縁強度は
専ら乾燥されたひだによって保証されることになる。以
下図面により本発明を実施例について詳細に説明する。

第１図は円筒状絶縁体１を示し、半分は断面図で示して
いる。

この種の絶縁体は例えば支持碍子として使用される。絶
縁体１はィンテグラル発泡体として作られている。この
絶縁体は繊密な外皮２を持ち、この外皮の内方には不均
一な密度分布の発泡材料芯３が続いている。この不均一
な密度分布は、孔径の絶縁体の内部に向って連続的に増
大するようにして形成している。繊密で小孔の殆んどな
い外皮２は約０．５肋の厚さを持っている。端面４，６
から薄方向に絶縁体１の内部へ延びているくぼみ６およ
び７の中には固定プッシュ８および９が挿入されており
、これらは絶縁体１または電圧を導く部材を保持する役
目をする。絶縁体１は例えば発泡ェポキシ樹脂で作られ
、その中には製造工程中に硬化前に空気、絶縁ガスまた
は消弧ガスが混入されている。

不均一な密度分布の形成は合成樹脂材料の硬化の際の製
造型の温度制御により定められる。発泡合成樹脂で作ら
れたこの種の絶縁体１は、その多孔質構造のために著し
く低い熱容量と熱伝導度とを示す。すき間のない薄い外
皮は層の厚さが小さいために低い熱容量を持ち、従って
暖かい湿った空気に当ると熱的慣性を殆んど生ぜずに周
囲空気の温度に適合し、この空気から大量の熱を奪うこ
とはない。従って表面に近い空気層の著しい冷却が行わ
れず、その空気層の過飽和やこれに伴う露摘発生は殆ん
ど生じなくなる。加熱された外皮２の絶縁体１の内部へ
の熱損失は、内部の発泡材の熱伝導度および熱容量の低
いために著しく小さい。外皮２は比較的熱伝導度が大き
いためにその層厚に亘つての目立つような温度勾配を持
たない。ひだまたはかこのない円筒状絶縁体はこれらを
備えた絶縁体よりも製造技術上および価格的に著しく有
利ではあるが従来は霧瓶の生じるおそれのある屋内設備
に使用することは不可能であった。

すき間のない外皮２を持たない絶縁体１を使用して霧滴
を生じさせないようにすることも可能であるが、この場
合には機械的安定性はィンテグラル発泡材料の場合より
も小さい。同様にして他の絶縁体、例えば開閉器回転軸
、変成器、あるいは仕切りの役目をする絶縁材料板も露
摘発生がないように作ることができる。

この種の絶縁体に課せられる機械的条件が高い場合には
、層礎造により霧摘発生の防止を保証することも可能で
ある。この場合には、小孔のない通常の材料でできた絶
縁部材に低い熱伝導度および熱容量の被覆が設けられる
。例えば中実の合成樹脂または磁器体にその全表面上に
発泡合成樹脂でできた外套がかぶせられる。第２図にお
いては、支持碍子として使用可能な回転対称の絶縁体１
０が半分は断面として示されている。

この絶縁体もィンテグラル発泡体として構成されている
。この絶縁体はその表面にすき間のない外皮１２を持っ
ている。この外皮の内側には、不均一な質量と小孔分布
を有する発泡材料芯１３が設けられている。絶縁体１０
の端面１４および１５には円筒状くぼみ１６および１７
が設けられ、このくぼみには固定プッシュ１８および１
９が絶縁体１０および電圧を導く部材の組立てのために
挿入されている。第１図に示された絶縁体とは異なり、
第２図に示された絶縁体はひだまたはかさ２０を持って
いる。これは薄く作られ小孔がなく、従って熱容量は低
いが比較的熱伝導度が高い表面領域を形成している。熱
の侵入に際してはひだはそのために急速に周囲空気の温
度に等しくなり、せいぜい僅かの銭摘発生を生じるだけ
である。ひだの間にある幹体の円環状表面領域は比鮫的
低い熱伝導度を持ち、少なくとも熱空気の侵入開始時に
は乾いたままであり、絶縁能力を保証している。時間が
経つにつれて大きい表面積を持つひだまたはかさ２川ま
周囲空気の温度に急速に合わされ従って早々とそれらの
上に生じる霧滴層の蒸発を開始するので、ひだまたはか
さはすぐに乾燥するが、これに対し幹体の表面領域はま
だ周囲空気との完全な温度平衡に達しておらず、従って
場合によってはなお幾分の露滴を生じることがある。従
ってひだまたはかさ２０を備えたこの種の絶縁体１０１
こ熱空気が侵入する際には常に一定数の乾燥表面領域が
絶縁能力の維持のために供されることになる。前述のよ
うに絶縁体の霧摘発生は、暖かい湿気を含む空気の侵入
の際に絶縁体の表面温度が侵入熱空気の霧点温度以下に
あることにより生じる。

本発明によれば、伝搬熱量が僅かなため絶縁体表面の周
囲空気の温度への急速な温度平衡が可能になる。従って
本発明により小さい熱時定数を持つ絶縁体が供される。
絶縁体の熱定数は材料および形状の熱特性により定めら
れる。絶縁体の熱定数が判れば、屋内設備の壁部を適当
に設計することにより屋内設備の中にある絶縁体の霧摘
発生をなくすようにすることができる。このことは、屋
内設備の壁部が充分に高い熱容量を持つようにすること
により生じる。そのときには加熱された湿気を含む空気
にあたっただけで既に屋内設備の壁部に生じる随伴水蒸
気の凝縮により空気の部分的な除湿と、通風スリットを
通って屋内設備に入って釆る空気の霧点温度の低下が生
じる。さらに、侵入空気は低温の壁部にあたって温度を
低下し、従って屋内設備の壁部は“熱バッファ”として
役立つ。従って侵入空気の温度は外部温度の温度上昇に
遅れて追従するにすぎない。従って、絶縁体の表面は容
易に温度上昇に追従し、屋内設備の熱特性を使用される
絶縁体の熱特性に合わせることにより、絶縁体の霧摘発
生の危険を更に減少することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は円筒状の平滑な絶縁体の正面図、第２図はひだ
を有する支持碍子として形成された絶縁体の正面図で、
それぞれ左半分は断面図で表わしている。 １…・・・円筒状絶縁体、２・・・・・・外皮、３・・
・・・・発泡材料芯、４，５……端面、６，７…・・・
くぼみ、８，９…・・・固定プッシュ、１０……絶縁体
、１２・・．・・・外皮、１３・・・・・・発泡材料芯
、１４，１５・・…・端面、１６，１７・・・・・・く
ぼみ、１８，１９・・・・・・固定プッシュ、２０……
ひだまたはかさ。 Ｆｉ９．１ Ｆｉｇ．２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液状の出発材料に絶縁ないし消弧特性を有するガス
   で満たされたガラス、セラミツク又は合成樹脂からなる
   球状の中空体を混入することにより小孔が作られた低い
   熱容量と熱伝導度を示す絶縁材料から成り、低い熱時定
   数（熱容量×熱抵抗）の緻密な外皮を有することを特徴
   とする絶縁体。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の絶縁体において、絶縁
   材料としてエポキシ樹脂またはシリコン樹脂を使用する
   ことを特徴とする絶縁体。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の絶縁体にお
   いて、電位の傾き方向に異なった熱伝導度および熱容量
   の部分を交互に設けるようにすることを特徴とする絶縁
   体。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の絶縁体において、ひだ
   部分が高い熱伝導度および低い熱容量を有する表面領域
   として作られることを特徴とする支持碍子形の絶縁体。