JP2000510317A - 電気巻線の支持体及びコロナ防止構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、電気巻線（３Ｃ）用、特にタービン発電機の固定子の電気巻線用の支持体（１）に関する。この支持体（１）は、電気導体（３）が配置される支持面（２）を備えている。支持面（２）はコロナ防止被覆（４）を備えている。この発明は、またコロナ防止被覆（４）を有する支持体（１）に配置された電気導体（３Ｃ）のコロナ防止構造の製造方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 電気巻線の支持体及びコロナ防止構造の製造方法 この発明は、電気巻線の支持体並びに電気巻線のコロナ防止構造の製造方法に 関する。 ヨーロッパ特許第０４８１９８４号公報により大型電気機械、特にタービン発 電機の導体巻線構造が明らかにされている。この導体巻線構造は、支持体にスロ ットが設けられ、このスロットにそれぞれ電気導体が配置されているように構成 されている。電気導体はそれぞれ絶縁され、適当な手段でスロットに固定されて いる。この導体巻線構造は全含浸法で、例えば合成樹脂のような熱硬化性の充填 材により包囲されている。初めに液状である充填材は約ｌ００〜２００℃の温度 で硬化される。この硬化が行われた後コンパクトな固体に纏められた導体巻線構 造は室温に冷却される。その際、熱に起因した収縮が起きる。これにより構造内 部に引張応力が生ずる。それにより亀裂が形成されることがある。このような亀 裂位置にコロナ放電が発生し、このコロナ放電は特に時間の経過と共に導体絶縁 の損傷をももたらすことがある。前述のヨーロッパ特許第０４８１９８４号公報 によれば、このような亀裂の形成をコントロールして、ある範囲に、即ちただ無 害な程度に低い電界が発生する範囲に集中させるようにしている。このために電 気導体の絶縁部に半導電性のテープが巻かれ、このテープが第一の半導電性層を 形成する。この第一の半導電性層の上に、第一の半導電性層と電気的に接続され た第二の半導電性層が巻回される。これらの両半導電性層の間には充填材を透過 させ得る分離層が配置される。この分離層は特に基準破壊点となるはがしマイカ テープを含むので、熱に起因した応力が主としてこの分離層においてのみ亀裂を 形成する。それ故、分離層の範囲に集中しコントロールされた亀裂が形成される 。この分離層は、互いに電気的に接続された２つの半導電性層の間に配置されて いるから、低い或いは非常に僅かな電界の範囲にある。両半導電性層は殆ど同一 電位にあり、これにより両半導電性層の間の範囲は殆ど無電位、従って殆ど無電 界となる。それ故、分離層の範囲に集中した亀裂には有害なコロナ放電が発生し な い。 ドイツ特許出願公開第４２１９０６４号公報には電気機械の固定子巻線に対す るコロナ放電保護構造が記載されている。ここに説明された固定子巻線には主絶 縁部で包囲された電気導体が積層鉄心のスロットに配置されている。このスロッ トは１つのスロット壁を持っている。主絶縁部は半導電性材料からなる第一のコ ロナ防止被覆によって取り囲まれている。この第一のコロナ防止被覆の上に第二 のコロナ防止被覆が設けられている。第二のコロナ防止被覆はスロット壁に接し ている。この被覆は、固定子巻線を全含浸する含浸樹脂を拒絶するように処理さ れている。従って、第二のコロナ防止被覆は第一のコロナ防止被覆にもスロット 壁にも接着しない。電気導体と積層鉄心との間の熱に起因して生ずる膨張は、従 って、殆ど機械的応力なしに起こり得る。それ故、コロナ放電を発生する亀裂の 形成は大幅に抑制される。 この発明の課題は電気巻線の支持体を提示することにある。この発明の他の課 題は電気巻線のコロナ防止構造の製造方法を提示することにある。 この発明によれば、支持体に関する課題は、電気巻線の電気導体が配置される 支持面を有し、この電気巻線が含浸材によって包囲され、その支持面が少なくと も部分的にコロナ防止のための被覆を備えている支持体により解決される。 このような支持体は、有効なコロナ防止ができるように電気巻線を構成するこ とを簡単に可能とする。支持体の支持面に被覆することの特別な利点は、支持体 に取付けるための或いは支持体に組み込むための電気導体の製造が著しく簡単化 されることにある。ただこの場合、通常、電気導体を絶縁し、この絶縁部に唯一 のコロナ防止層、例えば半導電性テープを設けることがなお必要である。電気導 体を製造する際に亀裂の形成を回避するための或いはコントロールされた亀裂形 成のための付加的な手段は必要なくなる。このことは明らかな時間及びコストの 節約を意昧する。 特に、被覆と含浸材とが相互にせいぜいほんの僅かしか接着しないように、被 覆が作られるのがよい。これにより機械的応力により生ずることのある亀裂の形 成が回避される。このような機械的応力は特に電気導体と支持体との熱膨張が異 なることにより起こる。コロナ防止の改善は、支持体と電気導体との間に含浸材 で含浸する際に被覆によってほんの僅かな接着しか生ずることがないようにする ことによって得られる。支持体と電気導体との間がしっかり接着している場合、 電気導体と支持体との熱膨張が異なることにより起こる機械的応力はかくして抑 制される。従って、亀裂が全く或いは僅かしか生ぜず、これを介してコロナ放電 が発生することがない。 特に被覆は弱導電性であるのがよい。この場合、局部的な電荷の蓄積、従って 局部的な高い電界が発生しないので、これによりコロナ防止が助長される。弱導 電性により、重大な大きな渦電流が誘起されないことが保証される。 好ましくは、被覆は、特に電気導体と支持体との熱膨張の差により生ずる支持 体と電気導体との間の空間を被覆で充填できるように弾性的に変形可能であるの がよい。この弾性的な変形により、電気導体及び／又は支持体の熱に起因した収 縮の際間隙が形成されることがなく、従ってこれを介してコロナ放電が生ずるこ ともない。弾性的に変形可能な被覆により、収縮は、被覆がその厚さを増大して 、空隙が形成されないことにより補償される。 好ましくは、被覆はシリコーンを含むのがよい。さらに、被覆はシリコーンゴ ム或いはシリコーンワニス、特に室温で架橋結合するシリコーンゴムもしくはシ リコーンワニスであるのがよい。シリコーンワニスもしくはシリコーンゴムはこ の被覆に対して特に好適な材料である。被覆は、しかしまた、他の物質、特に半 導電性を生じせしめる添加物を含むことができる。 被覆は１０μｍ〜１ｍｍの厚さであるのがよい。 特に、この支持体は発電機、特に１０ＭＶＡ以上の出力を持つタービン発電機 の固定子巻線の積層鉄心として構成される。 さらに、この支持体はタービン発電機、特に１０ＭＶＡ以上の出力を持つター ビン発電機に組み込まれ、タービン発電機は固定子導体を備えた固定子巻線を備 え、電気巻線は固定子巻線で、電気導体は固定子導体であるのがよい。 好ましくは、この支持体は、スロット壁を備えたスロットが設けられ、これら のスロット壁が支持面を形成している表面を備えている。さらに、この支持体は スロットを閉塞する楔を備えるのがよい。この楔はスロットに向かって内面を持 ち、この内面は少なくとも部分的に被覆を備えている。通常、電気導体は支持体 のスロットに装着され、楔によって導体の半径方向の変位を抑制するように固定 されている。熱に起因した変位により電気導体と楔との間に生ずることのある機 械的応力は、楔の内面に被覆を備えることにより抑制される。 特に、この支持体は、セパレータ表面を持ちスロットをその高さにおいて２つ の部分に分割するセパレータを備え、このセパレータ表面は少なくとも部分的に 被覆を備えているのがよい。タービン発電機においては２つの電気導体を１つの スロットに重ねて配置することが行われる。その場合、先ず下側の電気導体が組 み込まれ、セパレータによって半径方向に変位しないように固定される。このセ パレータの上に第二の電気導体が組み込まれる。熱に起因する変位により電気導 体とセパレータとの間に生ずる機械的応力は、セパレータの表面に或いはその一 部に被覆を備えることによって抑制される。 この発明によれば、支持面を持つ支持体を含む電気巻線に対するコロナ防止構 造の製造方法に関する課題は、この支持面に電気導体が配置され、電気導体と支 持体とが含浸材、特に合成樹脂で少なくとも部分的に包囲され、この支持面がそ の被覆範囲に、せいぜいほんの僅か含浸材に接着する被覆を備えることによって 解決される。 このようにして製造されたコロナ防止構造の利点は上述の説明に応じて明らか にされている。 特に、被覆は弱導電性に形成されるのがよい。さらに、この被覆はシリコーン ゴム或いはシリコーンワニスとして、特に室温で架橋結合するシリコーンゴムも しくはシリコーンワニスとして形成されるのがよい。 図面を参照してこの発明の実施例を説明する。図面において、 図１は支持体を、 図２は図１の支持体の一部を、 図３は支持体のスロットを、それに電気導体を挿入した状態で、 図４はスロット壁に接している電気導体の断面の一部を、そして 図５は図４と同様に、スロット壁に接している電気導体の断面の一部を、熱収縮 した後の状態で示す。 なお、全図において同一の符号は同一の部分を示している。 図１にはタービン発電機の固定子巻線用の積層鉄心として構成された支持体１ が概略的に示されている。この支持体１は軸線１Ａに沿って延びている中空円筒 体であり、内面１Ｂと外面１Ｃとを持っている。内面１Ｂと外面１Ｃとは支持体 表面１Ｄの一部を形成している。内面１Ｂには軸線１Ａに沿って支持体１の全長 にわたって、それぞれ矩形断面を持つ複数のスロット８が互いに同一間隔に配置 されて延びている。このような支持体１を図示されてないタービン発電機におい て使用する場合、各スロット８に電気導体３もしくは上下に２つの電気導体３Ａ 、３Ｂ（図３参照）が挿入される。電気導体３は互いに１つの図示されてない巻 線に構成される。その他の詳細は図３により説明する。完成した電気巻線は、図 示されてないが、支持体１と共に全含浸法で含浸材で包囲される。含浸材は硬化 される。含浸材の硬化後にコンパクトな、纏まった固体ができる。 図２は図１の支持体１の部分においてスロット８を示す。このスロットはスロ ット壁８Ａ、８Ｂ、及び８Ｃを備えている。これらのスロット壁８Ａ、８Ｂ、８ Ｃは支持体表面２の部分である。スロット壁８Ａには被覆４が被着されている。 この被覆４は弱導電性で、壁８Ａの面に対して垂直方向に弾性的に変形可能であ る。 図３は、スロット８に上下に配置された電気導体３Ａ、３Ｂを備えた図２に相 当する部分を示す。各電気導体３Ａ、３Ｂはそれぞれの絶縁部５によって取り囲 まれている。各絶縁部５には弱導電性のコロナ防止テープ６が巻かれている。下 側の導体３Ａは上に向かう半径方向の変位に対してセパレータ面９Ａ、９Ｂを備 えたセパレータ９によって固定されている。セパレータ９には上側の導体３Ｂが 接している。この導体も同様に上向きの半径方向の変位に対して内面７Ａを備え た楔７によって固定されている。支持面２はこの実施例では楔７の内面７Ａ、セ パレータ９の表面９Ａ、９Ｂ及びスロット壁８Ａ、８Ｂ及び８Ｃによって形成さ れている。この例ではこれら全ての面が被覆４を備えている。しかし、またこれ らの面の幾つかだけが或いはこれらの面の一部分だけが被覆４を備え、他の面或 いはこれらの面の他の部分は被覆を備えないようにすることもできる。このよう に作られた電気巻線の全含浸の際に含浸材はせいぜい僅かにしか被覆４に接着し ない。従って、一方では電気導体３及び他方では支持体１が熱に起因した異なる 膨張によって生ずることのある機械的応力による亀裂の形成が起きない。それ故 、亀裂を介してコロナ放電が生ずることがないので、有効なコロナ防止が提供さ れる。 図４は電気導体３に対して垂直な断面の部分図において電気導体３と支持体１ との間の接触範囲を示す。加熱された状態において、特に含浸材が硬化した際に 、絶縁５で包囲された電気導体３の外部コロナ防止体６と支持体１におけるスロ ット８のスロット壁８Ｂとの間の被覆４は押しつぶされる。含浸材の硬化が行わ れた後、電気導体３並びに支持体１の冷却、即ち熱に起因した収縮が起きる。こ の状態が図５に示されている。電気導体３と支持体１との間の間隔は、図４の加 熱された状態に比較して大きくなっている。このようにこの間隔が大きくなると 、電気導体３と支持体１との間の空間が大きくなるが、被覆４は弾性的に変形可 能であるので、この空間は被覆４によって満たされる。これについては図４に比 較して被覆４の厚さが厚くなっていることにより認められる。従って、電気導体 ３と支持体１との間には空隙が生ずることなく、これを介しでコロナ放電が起こ ることもない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．含浸材で包囲されている電気巻線（３Ｃ）の電気導体（３）を配置すること のできる支持面（２）を有し、この支持面（２）が少なくとも部分的にコロナ防 止被覆（４）を備えていることを特徴とする支持体。 ２．被覆（４）が、この被覆（４）と含浸材との接着がせいぜいほんの僅かであ るように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の支持体。 ３．被覆（４）が弱導電性であることを特徴とする請求項１に記載の支持体。 ４．特に熱膨張によって支持面（２）と電気導体（３）との間に作られる空間が 被覆（４）によって満たされるように、被覆（４）が弾性的に変形可能であるこ とを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の支持体。 ５．被覆（４）がシリコーンを含むことを特徴とする請求項１乃至４の１つに記 載の支持体。 ６．被覆（４）がシリコーンゴム或いはシリコーンワニス、特に室温で架橋結合 するシリコーンゴムもしくはシリコーンワニスであることを特徴とする請求項５ に記載の支持体。 ７．被覆（４）が１０μｍ〜１ｍｍの厚さであることを特徴とする請求項１乃至 ６の１つに記載の支持体。 ８．発電機、特に１０ＭＶＡ以上の出力を持つタービン発電機の固定子巻線のた めの積層鉄心（１）であることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の支持 体。 ９．発電機、特に１０ＭＶＡ以上の出力を持つタービン発電機に組み込まれ、こ のタービン発電機が固定子導体（３）を備えた固定子巻線（３Ｃ）を有し、電気 巻線（３Ｃ）が固定子巻線（３Ｃ）であり、電気導体（３）が固定子導体（３） であることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の支持体。 １０．スロット壁（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）を備えたスロット（８）が設けられ、こ れらのスロット壁（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）が支持面（２）を形成している表面（１ Ｄ）を備えていることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の支持体。 １１．スロット（８）を閉塞しこのスロット（８）側に内面（７Ａ）を有する楔 （７）を備え、前記内面（７Ａ）が少なくとも部分的に被覆（４）を備えている ことを特徴とする請求項１０に記載の支持体。 １２．スロット（８）を２つの部分に分割する表面（９Ａ、９Ｂ）を有するセパ レータ（９）を備え、このセパレータ表面（９Ａ、９Ｂ）が少なくとも部分的に 被覆（４）を備えていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の支持体。 １３．支持面（２）を有する支持体（１）を備え、この支持面（２）に電気導体 （３）が配置され、その際支持体（１）と電気導体（３）とは含浸材、特に合成 樹脂で少なくとも部分的に包囲される電気巻線（３Ｃ）のためのコロナ防止構造 の製造方法において、支持面（２）が被覆範囲（４Ａ）に被覆（４）を備え、こ れに含浸材がせいぜい僅かに接着していることを特徴とするコロナ防止構造の製 造方法。 １４．被覆（４）が弱導電性に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の 方法。 １５．被覆（４）としてシリコーンゴム或いはシリコーンワニス、特に室温で架 橋結合するシリコーンゴムもしくはシリコーンワニスが被着されることを特徴と する請求項１３又は１４に記載の方法。