JP4558764B2 - 負荷時タップ切換器付静止誘導電器 - Google Patents

Description

本発明は、負荷時タップ切換器を備え、絶縁・冷却媒体として難燃性の液体絶縁物を用いた、難燃性液体入りの静止誘導器に関する。

従来、絶縁・冷却媒体を使用する静止誘導器である変圧器の絶縁・冷却媒体には鉱油等の絶縁油が用いられてきた。

この鉱油に代えて変圧器の絶縁・冷却媒体として難燃性のシリコーン液を用いることにより、変圧器の防火性を向上させることができる。これに伴い、変圧器に装備されている電圧調整用の負荷時タップ切換器についても防火性が求められている。

負荷時タップ切換器は主に切換開閉器部とタップ選択器部から構成される。特許文献１には、切換開閉器部に引火点が２５０℃を超えるエステル油あるいは液体シリコーンを用い、タップ選択器部には引火点が２５０℃を超える天然エステル油を用いた負荷時タップ切換器が記載されている。また、天然エステル油に換えて合成エステル油を用いることが記載されている。さらに、切換開閉器部に引火点が２５０℃を超える液体シリコーンを用い、タップ選択器部には引火点が２５０℃を超える液体シリコーンを用い、低摺動抵抗型のタップ切換器を用いた負荷時タップ切換器が記載されている。

また、タップ切換器においては媒体の中でアークを出さないようにした、真空スイッチ式負荷時タップ切換器が提案され、実用に供されている。

特開２００６−１１４６１５号公報

特許文献１記載の方法で、切換開閉器部に液体シリコーンを用いた場合、アーク発生時に液体シリコーンが重合することにより絶縁物を生成し、切換開閉器部の接触不良を起こす可能性がある。また、タップ選択器部に液体シリコーンを用いた場合、金属間の摺動部の潤滑特性が悪い液体シリコーンでは、低摺動抵抗型のタップ切換器を用いてもタップ選択器部の金属が摩耗する可能性がある。また、切換開閉器部、あるいはタップ選択器部に天然または合成エステル油を用いる場合、難燃性の装置とすることが難しく、また、体積抵抗率が低く、加水分解による劣化によって絶縁特性が低下する可能性がある。

本発明の目的は、防火性に優れ、長期間安定した動作性を示す負荷時タップ切換器を備えた静止誘導器を提供することにある。

本発明は、タンクと、該タンク内に引火点が２５０℃を超える液体絶縁物とともに収納された電磁誘導機器と、該電磁誘導機器の電圧調整を行う負荷時タップ切換器とを備え、前記負荷時タップ切換器は切換開閉器部とタップ選択部とを備え、少なくとも前記タップ選択部の絶縁媒体として、引火点が２５０℃を超えるポリオールエステルを前記絶縁媒体重量の５〜３０重量％の割合で添加したシリコーン液が充填されていることを特徴とする負荷時タップ切換装置付静止誘導電器を提供するものである。また、前記ポリオールエステルは、式（１）で表されるネオペンチルグリコール系ポリオールエステル、式（２）で表されるトリメチロールプロパン系ポリオールエステル、式（３）で表されるペンタエリスリトール系ポリオールエステル及び式（４）で表されるジペンタエリスリトール系ポリオールエステルからなる群から選択された１つ以上のポリオールエステルであるとよい。
（Ｒ１−ＣＨ_２）_２−Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_２ ・・・・式（１）
Ｒ１−ＣＨ_２−Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_３ ・・・・式（２）
Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_４ ・・・・式（３）
（Ｒ２−（ＣＯ）Ｏ−ＣＨ_２）_４−ＣＨ_２−Ｏ−ＣＨ_２−Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_４ ・・・・式（４）
（式中、Ｒ１は水素、または炭素数１〜３のアルキル基、Ｒ２は炭素数５から１２のアルキル基のいずれかまたは複数である）

本発明によれば、切換開閉器部に要求される絶縁特性、耐アーク性を満たし、かつ、タップ選択器部に要求される絶縁特性、摺動特性を満たす、防火性に優れた負荷時タップ切換器付きシリコーン液入り静止誘導器を提供できる。

次に本発明の実施例のシリコーン液入り電気機器について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態を例示すれば以下のとおりである。

（１）タンクと、該タンク内に引火点が２５０℃を超える液体絶縁物とともに収納された電磁誘導機器と、該電磁誘導機器の電圧調整を行う負荷時タップ切換器とを備え、前記負荷時タップ切換器は真空スイッチを有する切換開閉器部とタップ選択部とを備え、少なくとも前記タップ選択部の絶縁媒体として、前記絶縁媒体重量の５〜３０重量％の割合で引火点が２５０℃を超えるポリオールエステルを添加したシリコーン液が充填されている負荷時タップ切換装置付静止誘導電器である。

（２）合成エステル油は、下記式（１）〜（４）からなる群から選択された１つ以上のポリオールエステル、すなわちヒンダードタイプのポリオールエステルであることが好ましい。
（Ｒ１−ＣＨ_２）_２−Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_２ ・・・・式（１）
Ｒ１−ＣＨ_２−Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_３ ・・・・式（２）
Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_４ ・・・・式（３）
（Ｒ２−（ＣＯ）Ｏ−ＣＨ_２）_４−ＣＨ_２−Ｏ−ＣＨ_２−Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_４ ・・・・式（４）
（式中、Ｒ１は水素、または炭素数１〜３のアルキル基、Ｒ２は炭素数５から１２のアルキル基のいずれかまたは複数である）
（３）シリコーン液は下記式（５）で示されるポリシロキサンの側鎖がメチル基のジメチルシリコーン、及び式（６）で示されるポリシロキサンの側鎖の一部がフェニル基であるメチルフェニルシリコーンからなる群から選ばれる１つ以上である。

（４）シリコーン液の２５℃における動粘性係数が５０ｍｍ^２／ｓ以下のものが好ましい。

（５）タンクと、該タンク内にシリコーン液を含む絶縁媒体とともに収納された静止誘導器と、該静止誘導器の電圧調整のための切換開閉器部とタップ選択器部を有する負荷時タップ切換器を備え、前記負荷時タップ切換器が真空スイッチであり、前記負荷時タップ切換器のタップ選択器部の絶縁媒体が、引火点が２５０℃を超える式（１）〜（４）で表される群から選択された１つ以上の合成ポリオールエステルを添加したシリコーン液であることを特徴とする負荷時タップ切換装置付静止誘導電器。
（Ｒ１−ＣＨ_２）_２−Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_２ ・・・・式（１）
Ｒ１−ＣＨ_２−Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_３ ・・・・式（２）
Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_４ ・・・・式（３）
（Ｒ２−（ＣＯ）Ｏ−ＣＨ_２）_４−ＣＨ_２−Ｏ−ＣＨ_２−Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_４ ・・・・式（４）
（式中、Ｒ１は水素、または炭素数１〜３のアルキル基のいずれかまたは複数、Ｒ２は炭素数５から１２のアルキル基のいずれかまたは複数である）
（６）前記シリコーン液は下記式（５）及び式（６）で示されるシリコーンからなる群から選ばれる１つ以上であることが好ましい。

（７）前記合成ポリオールエステルの含有量は、前記絶縁媒体重量の５〜３０重量％であることが好ましい。
（８）前記シリコーン液の２５℃における動粘性係数が５０ｍｍ^２／ｓ以下のものであることが好ましい。

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

（実施例１〜５）、（比較例１〜５）
負荷時タップ切換器１６は、大きく分けて切換開閉器部１７とタップ選択器部１８とからなる。実施例１〜５においては、切換開閉器部１７として真空スイッチを用いた真空スイッチ式負荷時タップ切換器を用いた。真空スイッチ式負荷時タップ切換器の模式図を図２に示す。図１及び図２において、液体絶縁・冷却媒体を収容したタンク１に、鉄心２に一次巻線３及び二次巻線４を巻装した変圧器を収納する。巻線は絶縁筒５に挿入される。鉄心２は巻線の上下端にある絶縁物１１，１２，１３，１４と、締め金具１０ａ，１０ｂにより、堅く締結される。尚、ＬＴＣ室には、ブリーザーを使用した乾燥空気、もしくは防災のため、ＬＴＣ室を外気との遮断した密封空間とし、かつ不活性ガス（窒素ガス、ＳＦ６ガス、ＣＦ３Ｉガス）を封入する。

切換開閉器部１７を真空スイッチとしたときは、切換開閉器部に絶縁・冷却媒体を封入する必要はない。

真空スイッチを切換開閉器として用いたときの回路図が図２に示されている。図において、真空スイッチ２２ａ、２２ｂが切換開閉器部１７ａに収容され、真空スイッチ２２ａ，２２ｂと限流抵抗器２１が直列に接続され、それらに対してタップ切換器部１８とタップ巻線２０は並列に接続されている。

図３は、開閉器部として、抵抗式負荷時タップ切換器の概略構成を示し、切換開閉器部１７ｂのタンク内には絶縁・冷却媒体１９ａが封入される。接点の開閉は、可動アーク接触子２４と固定アーク接触子２３との間で行われる。その他の構成は図２に示したものと略同じである。ただし、図３の場合は接点の開閉時にアークが発生する可能性があるので絶縁・冷却媒体１９ａには耐アーク性が要求される。

変圧器に関して、絶縁・冷却媒体は冷却配管９ａ、９ｂを用いて循環する。タンクの上部から温められ媒体６が引き出され、冷却器８によって冷却された媒体はタンクの下方にある配管９ｂを経てタンクに戻される。

鉄心２の中央部には油道１５が設けられ、冷却された媒体が鉄心を冷却しながらこの油道を上昇する。

また、タップ選択器部分には絶縁媒体１９が充填されている。絶縁媒体としてはポリオールエステルを混合（溶解）したシリコーン液を用いるが、混合するポリオールエステルとしては、多価アルコールと１価の脂肪酸とから合成され、熱安定性、耐加水分解性に優れているヒンダードタイプが好ましい。

多価アルコールとしては、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。１価の脂肪酸としては、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、２−メチルブタン酸、２−メチルペンタン酸、２−メチルヘキサン酸、２−エチルヘキサン酸、イソオクタン酸、３，５，５−トリメチルヘキサン酸等があり、これらを１種類以上用いることができる。

本発明においては、分子中に少なくとも二つのエステル基を持つ式（１）、（２）、（３）及び／または（４）で表されるポリオールエステルが用いられる。式（１）はネオペンチルグリコール系ポリオールエステル、式（２）はトリメチロールプロパン系ポリオールエステル、式（３）はペンタエリスリトール系ポリオールエステル、式（４）はジペンタエリスリトール系ポリオールエステルである。これらのポリオールエステルは１種類でも良いが、２種類以上混合して用いても良い。絶縁媒体１９中のポリオールエステルの量は５重量％以上、１０重量％以上がより好ましい。５重量％未満では十分な潤滑特性が得られず、３０重量％以上加えても著しい潤滑特性の改善はみられない。一方、シリコーン液と比べてポリオールエステルの燃焼熱は大きいことから、添加するポリオールエステルはできるだけ少ない方が良い。したがって、ポリオールエステルの量は30重量％以下がよく、２０重量％以下がより好ましい。
一方、シリコーン液は、式（５）で表されるジメチルシリコーン、式（６）で表されるメチルフェニルシリコーン液が好ましい。

絶縁媒体として引火点が２５０℃を超えたものを用いるが、シリコーン液、および混合するポリオールエステルともに引火点が２５０℃を超えていることが好ましい。

また、絶縁媒体１９には、酸化防止剤、酸捕捉剤、消泡剤、金属不活性剤等を混合しても良い。実施例１〜５、および比較例１〜５において、タップ選択器部に用いた絶縁媒体を表１に示す。

実施例１〜５において、タップ選択器部に用いた絶縁媒体はいずれも引火点は２５０℃を超え、体積抵抗率も８０℃において１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上であり、十分な絶縁特性を有することがわかった。また、潤滑特性も優れていることがわかる。

タップ切換器のタップ開閉器部として真空スイッチを用いた場合、アークと冷却媒体は接触しないので、真空バルブ内部の真空部分で切換開閉器のアークが発生するが、真空バルブ外ではアークは発生しない構造となっている。また、変圧器等の誘導機器を収容するタンクに封入する絶縁・冷却媒体として、シリコーン液を用いるのが好ましいが、他の絶縁・冷却媒体例えば鉱油を用いることもできる。ただし、この構成は不燃化としては好ましくない。

比較例１〜２において、タップ選択器部に用いる絶縁媒体として、粘度の異なる２種類のジメチルシリコーン液を検討したが、引火点は２５０℃を超え、体積抵抗率も８０℃において１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上であるものの、十分な潤滑特性が得られなかった。

比較例３〜４において、式（７）に示す直鎖の脂肪酸エステルであるリシノール酸メチル及び式（８）に示すグリセリンの脂肪酸エステルを検討した。絶縁媒体全量に対し、５重量％のエステルを混合したが、リシノール酸メチルは２重量％しか溶解せず、グリセリンの脂肪酸エステルも全量（５重量％）は溶解しなかった。リシノール酸メチル及び式（８）に示すグリセリンの脂肪酸エステルは、シリコーン液を主とする絶縁媒体に対して５重量％まで溶解せず、十分な潤滑特性が得られなかった。

以上のように、負荷時タップ切換器として真空スイッチを用いることによって、媒体の中でアークを出さないようにすることにより、不燃化を図ることができ、さらに、タップ選択器部の絶縁媒体として引火点が２５０℃を超える、式（１）、（２）、（３）及び／または（４）で表される合成ポリオールエステル（式中、Ｒ１は水素、または炭素数１〜３のアルキル基、Ｒ２は炭素数５から１２のアルキル基のいずれかまたは複数）を混合したシリコーン液を充填することにより、タップ選択器部に要求される絶縁特性、摺動特性を満たし、防火性を向上させることができる。

（実施例６〜９）
実施例６〜９においては、図１の本発明の一実施例である負荷時タップ切換器付き変圧器において、切換開閉器部１７として限流抵抗器を用いた抵抗式負荷時タップ切換器を用いた。抵抗式負荷時タップ切換器の模式図を図３に示す。抵抗式負荷時タップ切換器においては、切換開閉器部１７に絶縁媒体１９ａが用いられる。実施例６〜９において、タップ選択器部には絶縁媒体としてポリオールエステル油を用いた。タップ選択器部に用いた絶縁媒体を表２に、切換開閉器に用いた絶縁媒体を表３に示す。

実施例６〜９において、タップ選択器部に用いた絶縁媒体はいずれも引火点は２５０℃を超え、体積抵抗率も８０℃において１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上であり、十分な絶縁特性を有することがわかる。また、潤滑特性も優れていることがわかった。

また、切換開閉器部に用いた絶縁媒体はいずれも引火点は２５０℃を超え、体積抵抗率も８０℃において１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上であり、十分な絶縁特性を有することがわかる。

（実施例１０）、（比較例５〜９）
コーンカロリーメーター法により、絶縁媒体の燃焼性を評価した。各絶縁媒体に５０ｋＷ／ｍ^２の放射熱量を負荷した際の最大発熱速度を測定した結果を表４に示す。

鉱油と比べて合成ポリオールエステルの最大発熱速度は低く、シリコーン液の最大発熱速度はさらに低いことがわかる。

一例として、ジメチルシリコーン液にペンタエリスリトール系の分岐鎖混合脂肪酸エステルＣを１０重量％加えた系の最大発熱速度を測定した結果を表４にあわせて示した。ジメチルシリコーン液の難燃性を反映して、最大発熱速度は非常に小さいことがわかる。

合成ポリオールエステルの種類によって、最大発熱速度はほとんど変わらないと考えられることから、シリコーン液に合成ポリオールエステルを添加した系の最大発熱速度も表４の値と大きく変わらないと考えられる。

以上のように、タップ選択器部の絶縁媒体として引火点が２５０℃を超える、式（１）、（２）、（３）及び／または（４）で表されるポリオールエステル（式中、Ｒ１は水素または炭素数１〜３のアルキル基のいずれかまたは複数、Ｒ２は炭素数５から１２のアルキル基のいずれかまたは複数）を混合したシリコーン液を充填することによる、タップ選択器部に要求される絶縁特性、摺動特性を満たし、防火性を向上させることができる。

本発明は、負荷時タップ切換器を備え、絶縁・冷却媒体としてシリコーン液を用いた、シリコーン液入りの静止誘導器に関し、防火性、耐アーク性、摺動特性を向上させる方法に関し、シリコーン液入変圧器をはじめとするシリコーン液を用いた電気機器に適用可能である。

本発明の一実施例であり、切換開閉器部に要求される絶縁特性、耐アーク性を満たし、かつ、タップ選択器部に要求される絶縁特性、摺動特性を満たす、防火性に優れた負荷時タップ切換器付きシリコーン液入り変圧器の模式図。 本発明が適用される真空スイッチ式負荷時タップ切換器の模式図。 本発明が適用される抵抗式負荷時タップ切換器の模式図。

符号の説明

１…タンク、２…鉄心、３…一次巻線、４…二次巻線、５…絶縁筒、６…絶縁冷却媒体、７…窒素、８…冷却器、９ａ、９ｂ…冷却配管、１０ａ、１０ｂ…締め金具、１１、１２、１３、１４…絶縁物、１５…油導、１６…負荷時タップ切換器、１７、１７ａ、１７ｂ…切換開閉器部、１８…タップ選択器部、１９、１９ａ…絶縁媒体、２０…タップ巻線、２１…限流抵抗器、２２ａ、２２ｂ…真空スイッチ、２３…固定アーク接触子、２４…可動アーク接触子。

Claims (6)

1. タンクと、該タンク内に引火点が２５０℃を超える液体絶縁物とともに収納された電磁誘導機器と、該電磁誘導機器の電圧調整を行う負荷時タップ切換器とを備え、前記負荷時タップ切換器は切換開閉器部とタップ選択部とを備え、少なくとも前記タップ選択器部の絶縁媒体として、前記絶縁媒体重量の５〜３０重量％の割合で引火点が２５０℃を超える合成ポリオールエステルを引火点が２５０℃を超えるシリコーン液に溶解したものを用いたことを特徴とする負荷時タップ切換装置付静止誘導電器。
2. タンクと、該タンク内に引火点が２５０℃を超える液体絶縁物とともに収納された電磁誘導機器と、該電磁誘導機器の電圧調整を行う負荷時タップ切換器とを備え、前記負荷時タップ切換器は切換開閉器部とタップ選択部とを備え、少なくとも前記タップ選択器部の絶縁媒体として、引火点が２５０℃を超えるシリコーン液に式（１）、式（２）、式（３）及び式（４）で表される群から選択された１つ以上の合成ポリオールエステルを前記絶縁媒体全量の５〜３０重量％の割合で溶解したものを用いたことを特徴とする負荷時タップ切換装置付静止誘導電器。
   （Ｒ１−ＣＨ_２）_２−Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_２ ・・・・式（１）Ｒ１−ＣＨ_２−Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_３ ・・・・式（２）Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_４ ・・・・式（３）（Ｒ２−（ＣＯ）Ｏ−ＣＨ_２）_４−ＣＨ_２−Ｏ−ＣＨ_２−Ｃ−（ＣＨ_２−Ｏ（ＣＯ）−Ｒ２）_４ ・・・・式（４）
   （式中、Ｒ１は水素、または炭素数１〜３のアルキル基、Ｒ２は炭素数５から１２のアルキル基のいずれかまたは複数である）
3. 前記切換開閉器は真空スイッチであることを特徴とする請求項１又は２記載の負荷時タップ切換装置付静止誘導電器。
4. 前記シリコーン液は下記式（５）及び式（６）で示されるシリコーンからなる群から選ばれる１つ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の負荷時タップ切換装置付静止誘導電器。
   

   
5. 前記シリコーン液はその２５℃における動粘性係数が５０ｍｍ^２／ｓ以下のものであることを特徴とする請求項１又は２記載の負荷時タップ切換装置付静止誘導電器。
6. 前記合成ポリオールエステルの配合割合は１０〜２０重量％である請求項１〜５のいずれかに記載の負荷時タップ切換装置付静止誘導電器。

Images