はじめに
成形された絶縁部品は、外側からはどれも同じように見えます。本当の違いとは、35kVスイッチギアが25年間確実に作動するか、それとも1年以内に故障するかを決めるものです。 部分放電1 年目のテストでは、それは目に見えない。素材の内部に、ミクロのレベルで、空隙という形で存在する。.
鋳造に使用される製造工程 エポキシ樹脂2 断熱材はボイド率を直接決定する、, 誘電完全性3, そして、自動加圧ゲル化（APG）は、測定可能なすべてのパラメーターにおいて、従来の鋳造よりも優れています。.
成形断熱材を指定する電気エンジニアや、サプライヤーの能力を評価する調達マネージャーにとって、APGと従来の鋳造のプロセスの違いを理解することは、オプションではありません。目視検査に合格しても、制御されていないオープン・ポア法で鋳造された部品は、システムに通電した瞬間に部分放電源となる内部ボイドを持つ可能性があります。.
この記事では、中電圧絶縁の選択とサプライヤーの認定に直接影響する、両製造プロセスの厳密な技術比較を提供します。.
目次
- 成形断熱材のAPGと従来の鋳造プロセスとは？
- ボイドコントロールと誘電性能における2つのプロセスの違いは？
- 成形断熱材を調達する際、製造工程の品質をどのように評価するか？
- 製造後、ボイドのない断熱材を保証する品質管理ステップとは？
成形断熱材のAPGと従来の鋳造プロセスとは？
なぜ工程選択が重要なのかを理解するためには、まず、重要なゲル化段階で各製造方法の内部で何が起こっているかを正確に定義しなければならない。.
自動加圧ゲル化（APG）
APGは、高性能エポキシ樹脂絶縁用に特別に設計された、閉鎖型圧力アシスト鋳造プロセスである。工程順序は以下の通り：
- ミキシング： エポキシ樹脂、無水物硬化剤、ATHフィラーは正確に計量され、真空下で混合され、溶存空気を排除する。
- 注射をする： 脱気された混合物は、制御された圧力下（通常3～6バール）で予熱されたスチール金型（80～120℃）に注入される。
- 加圧ゲル化： 圧力はゲル化段階を通して維持され、樹脂が架橋する際の体積収縮を補う。
- 脱型： 完全にゲル化した部分は8～15分で放出され、オーブンで後硬化される
APGの主な技術パラメーター：
- 射出圧力: 3-6 bar
- 金型温度：80～120
- 1部品あたりのサイクルタイム8～15分
- ボイド率< 0.1%
- 寸法公差：±0.1mm
従来の重力鋳造
従来の鋳造は、圧力をかけずに重力に頼って混合樹脂を金型キャビティに充填する：
- ミキシング： 樹脂と硬化剤の混合 - 多くの場合、真空脱気なし
- 注ぐ： 混合物を手動または半自動で開放型または緩く閉じた型に流し込む。
- アンビエント・キュア 室温または低温のオーブンで4～8時間かけて硬化させる。
- 脱型： 硬化した部品は取り除かれ、後加工が必要になることもある。
従来の鋳造の主な技術的パラメータ：
- 加圧：なし（重力のみ）
- 硬化温度：20～80
- 部品あたりのサイクルタイム4～8時間
- ボイド率0.5-3%
- 寸法公差：±0.5mm以上
構造上の違いは根本的なものだ：APGは、加圧された材料を連続的に供給することによって、ゲル化中の樹脂の収縮を補うが、従来の鋳造では、樹脂が最初に凝固する場所であればどこでも、収縮によるボイドが自由に形成される。.
ボイドコントロールと誘電性能における2つのプロセスの違いは？
APGと従来の鋳造の性能差はわずかなものではありません。 IEC 602704 部分放電の要件と、動作電圧で不合格となる要件がある。.
空洞形成の物理学
エポキシ樹脂の硬化中、樹脂は次のような過程を経る。 体積収縮率5 約2-5%である。従来の鋳造プロセスでは、この収縮により、特に最後に凝固する箇所、一般的には部品の幾何学的中心部や厚い断面に微細なボイドが発生します。このボイドの直径は10ミクロンから数ミリメートルです。.
高電圧電界中では、ボイドは容量性不連続面として振る舞う。ボイド内部の電界強度がボイドの絶縁破壊電圧（空気では通常3kV/mm）を超えると、部分放電が起こります。PDが起こるたびに周囲のエポキシ基材が侵食され、完全な絶縁破壊が起こるまで空隙が徐々に拡大します。.
APGは、ゲル化の間中外圧を維持し、ボイドが核となる前に新鮮な樹脂を収縮ゾーンに強制的に送り込むことで、このメカニズムを排除します。.
頭から頭までの技術比較
| パラメータ | APGプロセス | 従来の鋳造 |
|---|---|---|
| ヴォイド・コンテンツ | < 0.1% | 0.5-3.0% |
| 部分放電レベル | < 5 pC | 20-200 pC |
| 絶縁耐力 | ≥ 18 kV/mm | 12-15 kV/mm |
| 寸法公差 | ±0.1mm | ±0.5mm |
| 表面仕上げ | 滑らかで、型がはっきりしている | 粗い、機械加工が必要 |
| サイクルタイム | 8～15分 | 4～8時間 |
| 達成可能な熱クラス | F (155°C) / H (180°C) | E (120°C) / B (130°C) |
| フィラー分布の均一性 | 高い均一性 | 変動（決済リスク） |
| 繰り返し精度（Cpk） | > 1.67 | < 1.0 |
お客様のケース鋳造工程に起因する品質不良
あるEPCコントラクターのプロジェクトエンジニアが、中東の24kV産業用変電所プロジェクトで度重なる絶縁不良に見舞われた後、当社に連絡してきました。単価が大幅に安いサプライヤーから購入した3つの成形絶縁部品が、1.2×Um/√3で受入PD試験に不合格となりました。不合格品の断面を観察したところ、コアの断面に最大1.5mmのボイドが確認されました。これは、真空脱ガスなしの従来の重力鋳造の明らかな特徴です。.
バッチごとに完全なIEC 60270 PDテストレポートが添付されたBeptoのAPG製造成形断熱材に切り替えた後、同じエンジニアはその後の2つのプロジェクトフェーズにわたって60のコンポーネントでPD不良がゼロであることを確認しました。プロジェクトの遅延、再試験、再調達を含む初期不良のコストは、2つのサプライヤーの価格差をはるかに上回りました。.
成形断熱材を調達する際、製造工程の品質をどのように評価するか？
APGが優れているという知識は、サプライヤーが実際にAPGを使用していることを確認できる場合にのみ有用である。実際には、多くのサプライヤーが、一貫したボイド・フリーの結果を出すための工程管理なしに、APG能力を主張している。以下に構造化された評価フレームワークを示す。.
ステップ1：プロセス機器の検証
- APGマシンの存在を確認する： 圧力制御システムを備えた閉鎖金型射出設備の工場写真または監査証拠を要求する。
- 真空ミキシング能力をチェックする： <0.1%のボイド含有量の場合、射出前の樹脂の真空脱気は譲れません。
- 金型の温度調節： 安定したゲル化動態を得るためには、精密な金型加熱（±2℃）が必要である。
ステップ2：プロセス文書のレビュー
- 工程管理計画（PCP）： 各製品の射出圧力、金型温度、サイクルタイム、材料比率を記録する。
- 統計的工程管理（SPC）の記録： 重要寸法におけるCpk > 1.67は、管理された製造工程を示す。
- 材料のトレーサビリティ： 樹脂のバッチ番号は、受入検査記録から追跡可能でなければならない。
ステップ3：バッチごとの要求試験認証
- IEC 60270 部分放電試験： PD < 5 pC at 1.2 × Um/√3 - デザイン・タイプ毎ではなく、バッチ毎でなければならない。
- IEC 60243 絶縁耐力： ≥ 製造サンプルで18kV/mm以上
- IEC 60112 CTIテスト： ≥ 汚染にさらされた表面には ≧ 600V
- 寸法検査報告書： 100% ゴー/ノーゴーゲージによる重要寸法チェック
アプリケーション固有の評価基準
- 産業用MV開閉装置（12-24kV）： 最小PD < 10 pC、CTI ≥ 400V、IP54エンクロージャ互換性
- 送電網／35kV変電所： PD < 5 pC、BIL ≥ 185kV、完全な IEC 62271 タイプのテスト記録
- 再生可能エネルギーMV集： 紫外線安定性樹脂、IEC 60068-2-14による熱サイクル試験
- マリン／オフショア IEC 60068-2-52に準拠した塩霧試験、疎水性表面処理確認済み
- 熱帯/高湿度環境： 吸水率<0.1%、耐結露性試験
製造後、ボイドのない断熱材を保証する品質管理ステップとは？
APGプロセス設備が整っていても、ボイドのないアウトプットを実現するには、規律正しい工程内・出荷品質管理が必要である。これらは、信頼できるサプライヤーと、単にAPG能力を謳うだけのサプライヤーを分ける、譲れないチェックポイントである。.
生産品質管理チェックリスト
- 入庫検査 - 樹脂の粘度、硬化剤の反応性、フィラーの含水率を製造前に確認する。
- 真空脱気の検証 - 注入前の真空レベル（< 1 mbar）と保持時間を確認し、トレーサビリティのためにデータを記録する。
- 噴射圧モニタリング - 各ショット中のリアルタイム圧力ロギング；±0.3barを超える偏差はプロセスホールドのトリガーとなる
- 金型温度の検証 - 熱電対データをサイクルごとに記録；金型表面全体の温度均一性±2
- 第一条検査（FAI） - 各生産バッチの最初の部品について、完全な寸法およびPDテストを実施。
- 発信PDテスト - 100%出荷前に1.2×Um/√3でPDテストを実施。
避けるべき品質管理の一般的な失敗
- 真空脱気をスキップする 公称「APG」部品のボイド率上昇の最も一般的な原因であるサイクルタイムの短縮
- 熟成した樹脂バッチを再利用する ポットライフを超える - 粘度の上昇、金型充填の完全性の低下、収縮ボイドの発生
- 金型のメンテナンスが不十分 - 金型表面の摩耗は、バリ、寸法の狂い、内部の空隙を覆い隠す表面欠陥の原因となる。
- 型式試験証明書をバッチ証拠として受け入れる - 何年も前に行われた試作品の型式試験は、今日の製造品質を証明するものではない。
バイヤーの受入検査手順
| テスト | 方法 | 合格基準 |
|---|---|---|
| 部分放電 | IEC 60270 | < 5 pC at 1.2 × Um/√3 |
| 絶縁耐力 | IEC 60243 | ≥ 18 kV/mm |
| 絶縁抵抗 | IEC 60167 | > 2.5kV DCで1000MΩ以上 |
| 目視検査 | IEC 60068-2-75 | クラック、ボイド、表面トラッキングはゼロ |
| 寸法チェック | 図面公差 | クリティカルフィットで±0.1mm |
結論
APGと従来の鋳造のどちらを選択するかは、調達の好みではなく、システム内のすべての高圧絶縁部品の誘電完全性、耐用年数、安全マージンを直接左右する決定です。APGの加圧、ボイドフリー製造プロセスは、従来の鋳造では基本的に対応できない、測定可能なほど優れた部分放電性能、寸法安定性、熱クラス能力を提供します。.
あらゆるMV用途に成形断熱材を指定する場合、部品の背後にあるプロセスは部品そのものと同じくらい重要です。常にAPG能力を検証し、バッチレベルのPD証明書を要求し、品質管理文書をオプションの追加ではなく、必須の納品物として扱います。.
APGプロセスと従来の鋳造についてのFAQ
Q: なぜAPGは中電圧絶縁において従来の鋳造よりも低い部分放電レベルを生み出すのですか？
A: APGはゲル化中も射出圧力を維持し、PDの開始点となる収縮ボイドを排除する。従来の鋳造では、ボイドが自由に形成されるため、APGで製造された部品に比べてPDレベルが10～40倍高くなる。.
Q: サプライヤーが従来の鋳造ではなく、純粋にAPGを使用していることを確認するにはどうすればよいですか？
A: 閉鎖金型APG射出装置の工場監査写真、真空混合記録、バッチごとのIEC 60270 PD試験報告書、および重要寸法でCpk > 1.67を示すSPCデータを要求する。.
Q: エポキシ樹脂の断熱材の場合、APGと従来の鋳造ではどの程度の空隙率が得られますか？
A: APGは、適切な真空脱気と圧力制御により、0.1%以下のボイド含有率を達成します。従来の重力鋳造では、部品形状や樹脂システムにもよりますが、通常0.5～3%のボイドが発生します。.
Q: APG成形断熱材は、従来鋳造されていた代替品よりもかなり高価ですか？
A: APGコンポーネントは、それなりの単価プレミアムを伴うが、PDの故障、現場での交換、計画外の停止がなくなることで、ライフサイクルコストを大幅に削減できる。.
Q: 35kVの変電所用途に使用されるAPG成形断熱材には、どのような認証が必要ですか？
A: IEC 60270 PD試験（< 5 pC）、IEC 60243絶縁耐力（≥ 18 kV/mm）、IEC 60112 CTI（≥600V）、および完全なIEC 62271型式試験記録が必要。すべての証明書は、過去のプロトタイプではなく、現在の生産バッチを参照する必要があります。.
