JP2000511337A - 高圧巻線用絶縁導体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電気機械の高圧巻線用の絶縁導体（３０）、および前記絶縁導体を適用する方法に関する。絶縁導体は、多数のストランド（１２）、前記ストランド（１２）を囲む第一の半導体層（１４）、前記第一の半導体層（１４）を囲む第一の絶縁層（１６）、および前記第一の絶縁層（１６）を囲む第二の半導体層（１８）を備え、前記第二の半導体層（１８）は、前記絶縁導体（３０）に沿った、少なくとも二つの異なる点でアースされている。前記第二の半導体層（１８）の電気的接触は、アースされた点の各組の間で中断（２０）されている。前記接触中断点（２０）の電界強度の増幅を低減するために、前記第二の半導体層（１８）の前記接触中断点（２０）に装置（２４、２６）が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】 高圧巻線用絶縁導体およびその製造方法 技術分野 第一の観点から見た場合、本発明は、回転電気機械の高圧巻線用の絶縁導体に 関する。 第二の観点から見た場合、本発明は、回転電気機械に高圧巻線用の絶縁導体を 適応させるための方法に関する。 本発明は、第三に、前記タイプの絶縁導体を備える回転電気機械に関する。 前記機械は、主として電力を発生するための発電所の発電機として使用される 。 本発明は、同期機械のような回転電気機械で使用することができる。本発明は 、また、その巻線が冒頭のところで述べたタイプの絶縁電気導体、および好適に は、高圧用の絶縁電気導体からなる場合に、二重供給機械、非同期静電流カスケ ードの諸用途、外側回転機械および同期磁束機械のような他の電気機械にも適用 することができる。本明細書においては、「高圧」という用語は、１０キロボル ト以上の電圧を意味する。本発明の高圧巻線用の絶縁導体の通常の作動範囲は、 ３６〜８００キロボルトである。 背景技術 前記機械を説明および記述の理解を助けるために、非同期機械を例にとって、 回転電気機械について最初に説明する。この説明の第一の部分は、実質的に、前 記機械の磁気回路および従来技術による組立方法に関する。前記磁気回路は、ほ とんどの場合、固定子内に位置しているので、その下の磁気回路は、通常、積層 コア付き固定子と呼ばれ、その巻線は、固定子巻線と呼ばれ、前記巻線用の前記 積層コア内のスロットは固定子スロットまたは単にスロットと呼ばれる。 前記固定子巻線は、薄鋼板のスロット内に位置していて、前記スロットは、通 常、長方形または菱形のそれのように、長方形または菱形の横断面を持つ。各巻 線相は、直列に接続している多数の直列接続のコイル・グループを備え、各コイ ル・グループは、直列に接続している多数の直列接続コイルを備える。前記コイ ルのいくつかの部分は、固定子に設置される部分に対するコイル側面、および固 定子の外側に位置する部分に対する端部巻線端部と呼ばれる。一つのコイルは、 高さおよび／または幅が揃っている一本またはそれ以上の導体を備える。 各導体間には、例えば、エポキシ／ガラス繊維のような薄い絶縁材が設置され る。 前記コイルは、コイル絶縁材、すなわち、機械−アース間の定格電圧に耐える ことができる絶縁材により、前記スロットから絶縁されている。絶縁材としては 、種々のプラスチック、ニス、ガラス繊維材を使用することができる。通常、絶 縁材を急速に破壊する恐れがある部分放電に耐えるように特に作られた、マイカ と硬質プラスチックの混合物であるマイカ・テープが使用される。前記絶縁は、 コイルの回りにマイカ・テープを数層の厚さに巻くことにより行われる。前記絶 縁材が含浸され、その後、アース電位に接続している周囲の固定子との接触を改 善するために、前記コイル側には黒鉛をベースとするペンキが塗られる。 巻線の導体の面積は、問題の電流の強さおよび使用する冷却方法により決まる 。前記導体およびコイルは、通常、スロット内の導体材の量を最大にするために 、長方形に形成される。通常のコイルは、いく本かのバーが冷却剤を収容するた めに中空になっている、いわゆるロエベル・バー（Ｒｏｅｂｅｌ ｂａｒ）から 形成される。ロエベル・バーは、並列に接続している複数の長方形で、並列接続 の銅の導体を備える。前記銅の導体はスロットに沿って３６０度転位している。 ５４０度および他の角度の転位を持つリングランド・バーも存在する。前記転位 を行うのは、磁界上の見地から、導体材の横断面での循環電流の発生を防止する ためである。 機械的および電気的理由から、機械を任意の大きさに作ることができない。機 械のパワーは、三つの要素によりほぼ決定される。 ・巻線の導体面積。通常の動作温度においては、例えば、銅は３〜３．５Ａ／ ｍｍ²の最大値を持つ。 ・固定子およびロータ材の最大フラックス密度（磁束） ・絶縁材の最大電界強度、いわゆる、絶縁破壊強さ 多層交流巻線は、一層または二層巻線として設計される。一層巻線の場合には 、スロット当たり一つのコイル側面しか存在しない。二層巻線の場合には、スロ ット当たり二つの孔部側面が存在する。二層巻線は、通常ダイヤモンド巻線の形 に設計され、一方、この接続に関連する一層巻線は、ダイヤモンド巻線の形に、 または同心巻線の形に設計される。ダイヤモンド巻線の場合には、コイル・スパ ンは一つしかないか、（あるいは、二つのコイル・スパンもあり得る）が、一方 、平巻線は同心巻線として設計される。すなわち、コイル・スパンは様々に変化 する。コイル・スパンという用語は、関連電極ピッチまたは中間スロット・ピッ チの数に関連する、同じコイルに属する二つのコイル側面の間の円形に延びる距 離を意味する。通常、巻線に必要な特性を与えるために、例えば、短いピッチを 持つピッチのような異なる間隔が使用される。 巻線のタイプは、実質的に、複数のスロットの複数のコイルが、すなわち、コ イル側面が、固定子の外側、すなわち、端部巻線の端部で、どのように相互に接 続しているかを示す。 固定子の積重ねたシートの外側には、コイルはペンキが塗布された半導体アー ス電位層を持たない。端部巻線の端部は、通常、半径方向の電界を軸方向の電界 に変換するために必要な、いわゆるコロナ保護ニスの形をした電界を持つ。この ことは、端部巻線の端部の絶縁が、アースに対する高い電位で行われることを意 味する。そのため、ある場合には、端部巻線の端部領域内でコロナが発生するが 、このコロナはコイルを破壊する恐れがある。端部巻線の端部のところでの、複 数のいわゆる電界制御点は、必然的に、回転電気機械に対していくつかの問題を 発生する。 通常、すべての大型機械は、二層巻線および同じ大型のコイルを持つように設 計される。各コイルは、一方の側面が複数の層の中の一つの層内に存在するよう に、また他方の側面が端部層内に存在するように設計される。このことは、端部 巻線の端部で、すべてのコイルが相互に交差することを意味する。二つ以上の層 が使用される場合には、前記交差により巻線の動作が困難になり、端部巻線の端 部が劣化する。 同期機械／発電機を電力ネットワークに接続する場合には、ＡＥ／ＹＤ接続の 、 いわゆる昇圧トランスを通して、行わなければならないことは周知である。何故 なら、電力ネットワークの電圧は、通常、回転電気機械の電圧より高いレベルに あるからである。それ故、前記同期機械と一緒に、前記トランスはプラントの内 蔵部分を形成する。前記トランスは、余分なコストを必要とし、またシステムの 全効率が低下するという欠点および利点を持つ。かなり高い電圧用の機械を製造 することができる場合には、昇圧トランスを使用する必要はない。 最近数十年間の間に、以前設計可能であったものに比較すると、より高圧用の 回転電気機械に対する要件が厳しくなってきている。現在の技術レベルにおいて は、コイル製造の際に高い歩止まりで、同期機械を生産することができた最大電 圧レベルは、約２５〜３０キロボルトである。 とりわけ、１９７０年のジャーナル・エレクトロテクニカ１号、６〜８ページ の「水冷および油冷ターボ発電機、ＴＶＭ−３００」（“Ｗａｔｅｒ−ａｎｄ− ｏｉｌ−ｃｏｏｌｅｄ Ｔｕｒｂｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ ＴＶＭ−３００”ｉｎ Ｊ．Ｅｌｅｋｔｒｏｔｅｃｈｎｉｋａ，Ｎｏ．１ １９７０，ｐａｇｅ ６− ８）という名称の論文、米国特許第４，４２９，２４４号「発電機の固定子（Ｓ ｔａｔｏｒ ｏｆ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）」およびロシアの文献ＣＣＣＰ特許９ ５５３６９に、同期機械の設計に関する新しい方法によるいくつかの試みが記載 されている。 ジャーナル・エレクトロテクニカに記載されている水冷および油冷同期機械は 、２０キロボルトまでの電圧に対するものである。前記論文は、固定子をオイル の中に完全に埋没させることができる、オイル／紙絶縁材からなる、新しい絶縁 システムを記載している。その後、前記オイルは、冷却剤として使用することが でき、同時に絶縁材としても使用することができる。固定子のオイルがロータの 方に漏れ出すのを防止するために、前記コアの内面に誘電オイル分離リングが設 けられている。固定子巻線は、オイルおよび紙絶縁材を含む中空の楕円形の導体 から作られる。その絶縁材を持つコイル側面は、クサビより長方形の断面を持つ スロットに固定される。冷却剤としては、中空の導体および固定子壁部の孔部の 両方にオイルが使用される。しかし、前記冷却システムは、必然的に、端部巻線 のところに、オイルおよび電気の両方の多数の接続を必要とする。前記厚い絶縁 材 は、また必然的に導体のより大きな曲率半径を必要とし、その結果、巻線の出っ 張りが大きくなる。 上記米国特許は、固定子巻線用の菱形のスロットを持つ、積層シートの磁気コ アを備える同期機械の固定子部分に関する。前記スロットは先細になっている。 何故なら、中点に最も近いところに位置する巻線の一部が配置される、ロータ内 部に近づくにつれて、必要な固定子の絶縁材の量が少なくなるからである。さら に、前記固定子部分は、このリングがないと、機械の磁化要件が増大する恐れが ある、コアの内面に最も近い誘電オイル分離円筒形を備える。固定子巻線は、各 コイル層と同じ直径を持つ、オイルを浸み込ませたケーブルから作られる。複数 の層は、スロットのスペーサにより、相互に分離されていて、クサビにより固定 されている。前記巻線の特殊な点は、この巻線が直列に接続している二本のいわ ゆる半巻線であることである。二本の半巻線の中の一方は、絶縁スリーブ内に位 置し、そこに中心を持つ。固定子巻線の導体は、周囲のオイルにより冷却される 。システムでこのような大量のオイルを使用する場合の欠点は、漏洩の危険があ ることであり、故障した場合、オイルを除去するのにかなりの大規模な清掃を必 要とすることである。スロットの外側に位置する絶縁スリーブの前記部分は、電 流を流すための層で補強された円筒形の部分と円錐形の部分とを持つ。これら部 分の目的は、ケーブルが端部巻線に入る部分の電界強度を制御することである。 ＣＣＣＰ９５５３６９を読めば、同期機械の定格電圧の数値を上げるためにの 他の試みの場合、油冷固定子巻線は、すべての層において同じ太さを持つ高電圧 ケーブルからなることは明らかである。前記ケーブルは、円形の固定子スロット 、ケーブルの断面に対応する軸方向に位置する開口部、および固定作業および冷 却剤のために必要な空間に設置される。前記巻線のいくつかの半径方向に位置す る複数の層は、絶縁チューブにより取り囲まれ、前記チューブにより固定される 。絶縁スペーサは、固定子スロットにチューブを固定する。オイル冷却を行うた めに、ここでは、内部エアギャップに対して冷却剤を密封するために内部誘電リ ングが必要になる。前記システムでオイルを使用することの欠点は、この設計に ついてもあてはまる。前記設計の場合には、機械の磁化要件に有意な影響を与え る、大量のスロット漏洩磁束を含む、いくつかの固定子スロットの間は、非常に 細い 半径方向に延びるくびれた部分になっている。 １９８４年の電力研究所、ＥＰＲＩの報告、ＥＬ−３３９１（Ｅｌｅｃｔｒｉ ｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＥＰＲＩ，ＥＬ−３ ３９１，ｆｒｏｍ Ａｐｒｉｌ １９８４）は、中間トランスを使用しないで、 ある機械を電力ネットワークに接続できるようにするために、回転電気機械の動 作電圧をより高くするための機械コンセプトの再検討について記載している。調 査の結果、このような解決方法は、効率が良く、大きな経済的な利点があると判 断される。１９８４年に、電力ネットワークに直接接続するための発電機の開発 に着手することが、可能であると考えられた主な理由は、その時点で、超伝導ロ ータがすでに製造されていたからである。超伝導磁界の大きな磁化容量は、電気 的ストレスに耐えることができる十分な絶縁厚さを持つエアギャップ巻線の使用 を可能にする。巻線を持つ磁気回路、すなわち、いわゆるモノリス・シリンダ・ アーマチャの、本プロジェクトにより最も有望と思われるコンセプトと、巻線が 三つの円筒形絶縁ケース内に、同心状に囲まれた導体の二つのシリンダを備え、 全構造体が歯を持たない鉄のコアに取り付けられているコンセプトとを組合せる ことにより、高電圧用の回転電気機械を電力ネットワークに直接接続することが できると判断された。前記解決方法は、主絶縁材を、ネットワークとネットワー クとの間、およびネットワークとアースとの間の電位に耐えるだけの十分な厚さ にしなければならないことを意味する。その当時周知のすべての技術を再検討し た後で、より高い電圧への増大を管理するために必要であると判断された絶縁シ ステムは、電力トランスとして通常使用されている、誘電流体含浸セルローズ・ プレス・ボードであった。提案された解決方法の明らかな欠点は、この方法が超 伝導ロータを必要とする他に、機械のサイズを大きくする厚い絶縁材を必要とす ることである。端部の大きな電界を制御するために、端部巻線を絶縁し、オイル またはフレオンで冷却しなければならない。液体誘電媒体が大気中から湿気を吸 収しないようにするために、機械全体を密閉する必要がある。 現在の技術レベルで回転電気機械を製造する場合には、いくつかのステップに より、導体および絶縁システムにより、巻線を製造し、磁気回路上に装着する前 に、巻線を予め形成しなければならない。前記絶縁システムを製造するための含 浸は、磁気回路上に巻線を装着した後で行われる。 発明の概要 本発明の一つの目的は、巻線の複雑な予備形成、および巻線装着後の絶縁材シ ステムの含浸を行う必要のない、高圧用の回転電気機械を製造することである。 回転電気機械の電力を増大するには、ＡＣコイルの電流を増大することは周 知である。このことは、導電性材の量を最適化することにより、すなわち、長方 形のロータ・スロット内に、長方形の導体をぎっしり詰め込むことにより達成さ れた。その目的は、絶縁材の量を増大することにより、また温度に対する抵抗が もっと高くし、そのためにもっと高価な絶縁材を使用することにより、前記によ る温度上昇を処理することであった。高温および絶縁材に対する磁界負荷は、ま た絶縁材の寿命についての問題を引き起こす。例えば、マイカ・テープの含浸層 のような、高圧装置用に使用される比較的壁の厚い絶縁層においては、部分的放 電、ＰＤは、重大な問題である。前記絶縁層を製造する場合、凹部、孔部等が容 易に発生し、絶縁材に強い電界が掛かると、その内部でコロナ放電が行われる。 前記コロナ放電は、絶縁材を次第に劣化させ、絶縁材を電気的に破壊してしまう 場合がある。 本発明は、技術的にも、経済的にも引き合う方法での、回転電気機械の電力の 増大できるようにすることに基づいている。この目的は、例えば、熱可塑性樹脂 、架橋熱可塑性樹脂のような適当な固体絶縁材、シリコーン・ゴムのようなゴム の押し出し層のような凹部および孔部の発生の危険が最も少ない方法で製造した 、絶縁層を使用して本発明により達成することができる。さらに、前記絶縁層が 、半導体特性を持つ導体を取り巻く内部層を備えること、および前記絶縁材が、 半導体特性を持つ前記絶縁材を取り巻いている、少なくとも一つの追加の外部層 を持つことが重要である。この場合の半導体特性という用語の意味は、電気導体 よりかなり低い導電率を持つが、絶縁材のような低い導電率を持たない材料を意 味する。欠陥が最も少なくなるように製造することができる絶縁層だけを使用し 、さらに、内部および外部半導体層により絶縁することにより、確実に熱負荷お よび電気的負荷を低減することができる。少なくとも一つの隣接半導体層を持つ 絶 縁部分は、本質的に、同じ熱膨張係数を持つものでなければならない。温度勾配 のところでは、絶縁材および周囲の層の異なる温度膨張による欠陥を防止しなけ ればならない。絶縁材の周囲の複数の半導体層が、等電位面を形成し、前記絶縁 部分の電界が、絶縁材の厚さ全体に比較的均等に分布しているので、材料上の電 気的負荷は減少する。外部半導体層は、例えば、アース電位のような、選択した 電位に接続することができる。このことは、前記ケーブルの場合には、巻線の外 部ケーシングを、例えば、アース電位に維持することができることを意味する。 外部層は、また導体の長さに沿った適当な位置で切断することができるし、また 各切断部分の長さを選択した電位に直接接続することができる。外部半導体層の 周囲には、また、金属シールドおよび保護被覆のような他の複数の層、ケーシン グ等が配置されている。 本発明に関連して得られる他の知識は、電流負荷が増大すると、コイルの横断 面の隅のところに、電界（Ｅ）の集中が起こるという問題が発生することであり 、そのことが必然的にその絶縁材の上に、大きなローカル負荷を掛ける結果にな るということである。同様に、固定子の歯の磁界（Ｂ）も隅のところに発生する 。このことは、局部的に磁気飽和が発生すること、磁気コア全体を使用すること ができないこと、発生する電圧／電流波形が歪むことを意味する。さらに、磁気 に関連する導体の幾何学的形状により、導体内に誘起された渦流による渦流損が 、必然的に、電流密度の増大という他の欠点が生じる。本発明の他の改良は、コ イルおよびその中にコイルが収容されるスロットを、長方形ではなく、本質的に 、円形にすることにより達成される。コイルの横断面を円形にすることにより、 前記コイルを、磁気飽和を起こす恐れがある集中を起こさないで、一定の磁界で 囲むことができる。また、コイル内の電界が、横断面全体にわったて均等に分布 し、絶縁材の局部負荷がかなり低減する。さらに、コイル・グループ当たりのコ イル側面の数を増大することができ、導体内の電流を増大しなくても電流を増大 することができるという方法で、スロット内に円形のコイルをより容易に設置す ることができる。その理由は、一方では、電流密度がもっと低いため、またスロ ットが円形で、必然的に横断面全体にわたる温度分布がより均一になるために、 導体の冷却が容易になるからである。他の改良は、導体をもっと小さな部分、い わゆ るストランドで構成することにより達成される。前記ストランドは、相互に絶縁 することができ、内部半導体層を確実に導体と同じ電位にするために、ほんの少 しのストランドだけを絶縁しないで、前記内部半導体層に接触させることができ る。 本発明の回転電気機械を使用することによる利点は、損傷を与えないで、通常 の場合のこのような機械と比較すると、かなり長い時間、過負荷状態で運転する ことができることである。このような利点は、機械の構成および絶縁材の熱負荷 が小さいことによるものである。例えば、１５分以上最大２時間まで、最大１０ ０％の負荷を機械に掛けることができる。 本発明の一実施形態の場合、回転電気機械の磁気回路は、導体およびケーシン グの両方が半導体層を含む固体絶縁材を持つ、一つまたはそれ以上の絶縁導体を 含む、貫通しているケーブルの巻線を備える。前記外部半導体層は、アース電位 に接続することができる。すべてのタイプの電力ネットワークに、回転電気機械 を直接接続する場合に起きる問題を解決することができるように、本発明の機械 は、現在の技術レベルの機械とは異なる多くの特徴を持つ。 すでに説明したように、回転電気機械用の巻線は、導体およびケーシングの両 方のところに半導体層を含む、固体絶縁材を持つ一つまたはそれ以上の押し出し 絶縁導体を持つケーブルから製造することができる。通常のいくつかの例として は、ＸＬＰＥケーブルまたはＥＰゴム絶縁材を持つケーブルがある。ストランド からなる導体がさらに開発することができれば、導体の渦流損の量を低減するた めに、ストランドを相互に絶縁することができる。導体を囲んでいる半導体層が 、確実に導体と同じ電位になるように、一本または数本のストランドを絶縁しな いでおくことができる。 電気エネルギーを送電するための高圧ケーブルが、内部および外部半導体部分 を持つ固体押し出し絶縁材を含む導体からなることは周知である。電気エネルギ ーを送電するプロセスの場合には、絶縁材は欠陥のあるものであってはならなっ かった。電気エネルギーの送電中、長い間、最も基本的なことは絶縁材が欠陥を 持たないことであった。電気エネルギー送電用のケーブルを使用する場合には、 その目的は、ケーブル内を流れる電流を最大にすることである。何故なら、送電 ケーブルの場合にはスペースによる制限はないからである。回転電気機械用の導 体の絶縁は、例えば、吹き付けのような、押し出し以外の何等かの他の方法で行 うことができる。しかし、絶縁材は全横断面にわたって欠陥を持たないこと、お よび類似の特性を持つことが重要である。半導体層は、導体に現在塗布されてい る絶縁材と接続している絶縁材を持つことができる。 好適には、円形の横断面を持つケーブルを使用することが好ましい。とりわけ 、より高い充填密度を得るために、異なる横断面を持つ複数のケーブルを使用す ることができる。回転電気機械に電圧を発生するために、ケーブルは、磁気コア のスロット内に連続して数回巻いた状態で配置される。端部巻線−端部横断の数 を少なくするために、巻線を多層同心ケーブルとして設計することができる。よ りよい方法で磁気コアを使用するために、テーパ上の絶縁材を持つように、前記 ケーブルを作ることができる。その場合、スロットの形を前記巻線のテーパ状の 絶縁材に適応させることができる。 本発明の回転電気機械の有意な利点は、外部半導体層の外側の端部巻線端部領 域内の電界が、ゼロに近いことであり、外部ケーシングがアース電位にあるので 、電界を制御する必要がないことである。このことは、シートにおいても、端部 巻線端部領域においても、またはその遷移においても、電界集中が起こり得ない ことを意味する。 本発明は、また磁気回路および、特に巻線の製造方法に関する。前記製造方法 は、磁気コアのスロット内の開口部へケーブルを通すことによって、スロットに 巻線を設置するプロセスを含む。ケーブルは柔軟であるので、曲げることができ 、そのため、ケーブルの全長をコイル内で数回巻いて設置することができる。そ のため、端部巻線の端部は、ケーブルの曲げ領域からなる。また、ケーブルをそ の特性が、ケーブル全長にわたって一定のままになるような方法で結合すること ができる。この方法は、必然的に、現在の技術レベルと比較すると、かなり簡単 にすることができる。いわゆるロエベル・バーは、柔軟ではないが、必要な形状 に予め形成することができる。今日の回転電気機械を製造する際、コイルの含浸 も非常に複雑であり、高価な技術である。 このことは、請求項１に記載するように、回転電気機械で、高圧巻線用の絶縁 導体を使用し、請求項９に記載するように、回転電気機械で高圧巻線用の絶縁導 体を適応させる方法により、また請求項８記載の前記絶縁導体を備える回転電気 機械により達成される。本発明の高圧ケーブルは、第一の半導体層により囲まれ ている一つまたはそれ以上のストランドを含む。この第一の半導体層は、次に第 一の絶縁層により囲まれ、その第一の絶縁層は第二の半導体層に囲まれている。 この第二の半導体層は高圧ケーブルに沿って、少なくとも異なる二つの点でアー スされる。固定子のスロットに収容されているケーブルの部分は、固定子の磁気 鋼から電気的に絶縁しなければならない。高圧ケーブルに沿ったアース点の各組 の間の第二の半導体層で電気接触は分割される。第二の半導体層の前記各接触中 断点のところで、前記接触中断点のところの電界の増幅を低減するように装置が 配置される。 本発明の場合には、回転電気機械で高圧ケーブル巻線用の絶縁ケーブルを適用 させる方法は、以下のステップからなる。すなわち、 ・アース点の各組の間の第二の半導体層で、電気接触を中断するステップと、 ・前記第二の半導体層の前記各接触中断点において、前記接触中断点における 電界強度の増幅を低減するように、装置を配置するステップである。 前記方法および本発明の高圧ケーブルにより、外部半導体層の誘起電圧による 熱損失のない高圧ケーブルが作られる。電気的貫通の危険が最も少ない高圧ケー ブルが作られる。 添付の図面を参照しながら、以下の好適な実施形態の説明の中で本発明をより 詳細に説明する。 図面の簡単な説明 図１は、高圧ケーブルの断面図である。 図２Ａは、接触中断点の縁部のところの電界の増幅を示すための第二の半導体 層に接触中断点を持つ高圧ケーブルの部分断面図である。 図２Ｂは、図２Ａのケーブルの一部の斜視図である。 図３は、本発明の高圧ケーブルの縦軸に沿った断面図である。 図４Ａは、第二の半導体層に接触中断点を持つ高圧ケーブル上で計算した電界 画像である。 図４Ｂは、本発明の高圧ケーブル上で計算した電界画像である。 図５は、本発明の高圧ケーブルを適応する方法のフローチャートである。 本発明の実施形態の詳細な説明 図１は、従来電気エネルギーを送電するために使用した、高圧ケーブル１０の 断面図である。この図の高圧ケーブル１０は、標準ＸＬＰＥケーブル１４５キロ ボルトであってもよいが、外皮またはスクリーンは含まない。高圧ケーブル１０ は、例えば、円形の横断面を持つ、銅（Ｃｕ）の一本またはそれ以上のストラン ド１２からなる電気導体を備える。前記ストランド１２は、高圧ケーブル１０の 中央部に配置されている。ストランド１２の周囲には、第一の半導体層１４が配 置されていて、第一の半導体層１４の周囲には、例えば、ＸＬＰＥ絶縁材のよう な、第一の絶縁層１６が配置されている。第一の絶縁層１６の周囲には、第二の 半導体層１８が配置されている。 図２Ａは、接触中断点の縁部における電界の増幅を示すための第二の半導体層 に接触中断点を持つ高圧ケーブルの部分断面図である。図２Ａに示す断面図は、 高圧ケーブルの縦軸に沿って切断した断面図である。図２Ｂは、図２Ａのケーブ ルの一部の斜視図である。図２ＡおよびＢにおいては、同じ部品には図１と同じ 参照番号がつけてある。図２Ａはストランド１２の略図である。図２ＡおよびＢ を見れば分かるように、第二の半導体層１８は、高圧ケーブル１０の周囲でリン グ状に切除され、それにより溝２０が形成されている。それ故、前記溝２０内の 第一の絶縁層１６は露出している。二つのアース点の間の第二の半導体層の電気 接点のこの接触中断点により、確実に電流は阻止され、それにより誘起電圧によ る熱損失は起こらない。しかし、第二の半導体層１８に何等かの中断部分が存在 すると、接触中断点の縁部における電界強度が増大する。図２を見れば分かるよ うに、（参照番号２２で示す）電界ラインが吸収される。電界ラインの密度は、 溝２０の縁部で高くなっていて、このことは電界強度がその部分で急激に増大す ることを示している。都合の悪いことに、これにより、避けなければならない電 気的破壊の危険が増大する。 図３は、本発明の高圧ケーブルの縦軸に沿って切断した断面図である。図１の 高圧ケーブル１０のように、高圧ケーブル３０は、ストランド１２、第一の導体 層１４、第一の絶縁層１６および第二の半導体層１８を備える。図３を見れば分 かるように、第二の半導体層１８は、溝２０を形成するために、その周囲がリン グ状に切除されている。図３を見れば分かるように、溝２０は、斜めの縁部を持 つ。すなわち、溝２０は、第一の絶縁層１６のところよりも、半導体層１８の上 部の縁部のところの方が広くなっている。溝２０は、例えば、まっすぐな縁部を 持つこともできるが、斜めの縁部の方が有利である。図３においては、第一の絶 縁層１６のところの、第二の半導体層１８の両方の縁部の間の距離を文字ｂで示 す。好適には、溝２０の幅ｂは４ミリであることが好ましい。高圧ケーブル３０ は、また溝２０上に設けられた第二の絶縁層２４を備え、それにより溝２０は満 たされている。溝２０の縁部を斜めにしたのは、例えば、ＡＢＢカベルドン製の 絶縁テープＩＶ−ｔｅｊｐ（登録商標）ＩＡ２３３２のような、絶縁自己アマル ガム化ＥＰＤＭテープのような適当な絶縁材で溝２０を満たすことにより、第二 の絶縁層２４が形成されるとき、縁部に凹部ができないようにするためである。 第二の絶縁層２４は、また第二の半導体層１８の斜めの縁部、および前記斜めの 縁部の横の第二の半導体層１８の一部を覆っている。高圧ケーブル３０は、また 、例えば、ＡＢＢカベルドン製の半導体層テープＨＬ−ｔｅｊｐ（登録商標）Ｉ Ａ２３５２のようなテープの形をしている第三の半導体層２６を備える。前記第 三の半導体層２６は、一方の端部で第三の半導体層２６が、第二の絶縁層２４の 一方の縁部を覆い、第二の半導体層１８と電気的に接触するような方法で、第二 の絶縁層２４上に設けられる。その他方の端部においては、第三の半導体層２６ は、第二の絶縁層２４の他方の端部を覆っていないが、その代わり、絶縁層２４ の他方の縁部から距離ｃのところで終わっている。第二の絶縁層２４は、第三の 半導体層２６が第二の絶縁層２４を覆っていない縁部のところで、少なくとも１ ミリの厚さを持たなければならない。一方、第三の半導体層２６は、ここで、そ の他方の端部第二の絶縁層２４の下に位置する、第二の半導体層１８の上を延び ていなければならない（上に重なっていなければならない）。図３に示すように 、ケーブル３０の縦方向の第三の半導体層２６の縁部と、第二の導体層１８の縁 部と の間の距離はｄである。第三の半導体層２６は、少なくとも１ミリの厚さを持つ ものでなければならない。図３に示すように、配置されている第二の絶縁層２４ および第三の半導体層２６を持つ溝２０は、高圧ケーブル３０の全長に沿ってア ースされた点の各組の間に存在する。それ故、装置２４、２６を持つ溝２０の数 は、アースされた点の数から１を引いた数である。それ故、アースされた点の数 がＮである場合には、溝２０および装置２４、２６の数はＮ−１になる。 図４Ａは、すなわち、図２Ａおよび図２Ｂに示す高圧ケーブルのような、半導 体層に複数の接触中断点を持つ高圧ケーブル上で計算した電界である。図４Ａは 、第二の半導体層１８および溝２０を示すケーブル１０断面の略図である。矢印 は、電界強度Ｅ（Ｖ／ｍ）を示す。この場合、矢印の長さは電界強度に比例する 。図４Ａを見れば分かるように、前記電界強度は、溝２０の縁部のところで最も 強くなっている。隅のところの最大電界強度は４ｋＶ／ｍｍである。 図４Ｂは、本発明の高圧ケーブル３０、すなわち、図３の高圧ケーブル３０上 で計算した電界である。図４Ｂは、第二の半導体層１８、溝２０、第二の絶縁層 ２４および第三の半導体層２６を示す、ケーブル３０の断面の略図である。矢印 は、電界強度Ｅ（Ｖ／ｍ）を示す。この場合、矢印の長さは電界強度に比例する 。図４Ｂを見れば分かるように、溝２０の縁部のところの電界強度は、図４Ａの 電界強度ほど強くない。隅のところの最大電界強度は２．３ｋＶ／ｍｍである。 それ故、（例えば、第二の絶縁層２４および第三の半導体層２６からなる）装置 ２４、２６を接触中断点のところに配置することにより、隅のところの最大電界 強度を、４ｋＶ／ｍｍから２．３ｋＶ／ｍｍに弱くすることができる。これによ り、電気的破壊の危険を非常に軽減することができる。同時に、誘導電圧による 熱損失は起こらない。 図５は、本発明の回転電気機械で高圧巻線用の高圧ケーブルを適応させる方法 のフローチャートである。図１の高圧ケーブル１０が使用されるが、前記ケーブ ル１０は、一本またはそれ以上のストランド１２、第一の半導体層１４、第一の 絶縁層１６および第二の半導体層１８からなる。この第二の半導体層１８は、高 圧ケーブルに沿った少なくとも二つの異なる点でアースされる。フローチャート はブロック４０で開始する。ブロック４２での次のステップは、各アース点の間 の第二の半導体層１８の、電気接触に接触中断点を形成することである。それ故 、高圧ケーブルに沿ってアース点がＮ存在する場合には、前記半導体層１８には Ｎ−１の接触中断点２０が存在する。その後、前記接触中断点２０のところの電 界強度の増幅を弱くするために、第二の半導体層１８の各接触中断点２０に、ブ ロック４４で装置４、２６が設置される。それ故、手順がブロック４６で終了す る前に、ブロック４２および４４が、Ｎ−１回繰り返されることになる。接触中 断点２０は、第一の絶縁層１６の深さまで、高圧ケーブルの周囲の第二の半導体 層１８を切除することにより形成され、その結果、溝２０が形成され、その側面 は第二の半導体層１８と接している。図３に示すように、溝２０の縁部は適当に 傾斜がつけられる。各溝２０は第二の絶縁層２４により覆われる。この層２４は 、また溝２０の両側の第二の半導体層１８の一部を覆う。その後、第三の半導体 層２６が、第二の絶縁層２４の上に設けられるが、この第三半導体層２６は、一 方の端部で、第二の絶縁層２４の一方の縁部を覆い、第二の半導体層８と電気的 に接触している。その他方の端部においては、第三の半導体層２６は、絶縁層２ ４の他方の端部を覆っていないが、第二の絶縁層２４の下に位置する第二の半導 体層１８の一部の上を延びている。（図３参照） 本発明は、図示の実施形態に制限されない。本発明の範囲から逸脱することな しに、いくつかの変更を行うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気機械の高圧巻線用の絶縁導体（３０）であって、絶縁導体が、一本ま たはそれ以上のストランド（１２）、前記ストランド（１２）を囲む内部の 第一の半導体層（１４）、前記の内部の第一の半導体層（１４）を囲む第一 の絶縁層（１６）、および前記第一の絶縁層（１６）を囲む第二の半導体層 （１８）を備え、前記第二の半導体層（１８）が、前記絶縁導体に沿った少 なくとも二つの異なる点でアースされていて、前記第二の半導体層（１８） の電気的接触が、二つの連続しているアースされた点の間で中断（２０）さ れていることと、前記接触中断点（２０）の電界強度の増幅を低減するため に、前記第二の半導体層（１８）の前記各接触中断点に、装置（２４、２６ ）を配置することとを特徴とする絶縁導体（３０）。 ２．回転電気機械の高圧巻線用の絶縁導体（３０）であって、絶縁導体が、一 本またはそれ以上のストランド（１２）、前記ストランド（１２）を囲む内 部の第一の半導体層（１４）、前記の内部の第一の半導体層（１４）を囲む 第一の絶縁層（１６）、および前記第一の絶縁層（１６）を囲む第二の半導 体層（１８）を備え、前記第二の半導体層（１８）が、前記絶縁導体に沿っ た少なくとも二つの異なる点でアースされていて、前記第二の半導体層（１ ８）の電気的接触が、二つの連続しているアースされた点の間で中断（２０ ）されていることと、前記接触中断点（２０）の電界強度の増幅を低減する ために、前記第二の半導体層（１８）の前記各接触中断点に、装置（２４、 ２６）を配置することとを特徴とする絶縁導体（３０）。 ３．請求項２記載の絶縁導体（３０）において、前記第二の半導体層（１８） が、固定子スロット内で固定子から電気的に絶縁されていることと、前記第 二の半導体層（１８）が、ケーブルが貫通する各固定子スロット用の突出領 域内に、少なくとも一つの接触中断点および一つのアース点を持つこととを 特徴とする絶縁導体（３０）。 ４．請求項１、請求項２または請求項３記載の絶縁導体（３０）において、第 二の半導体層（１８）の電気的接触が、前記第一の絶縁層（１６）の深さま で、前記絶縁導体（３０）の周囲から切除された第二の半導体層（１８）に より中断され、その結果、溝（２０）が、形成され、その側面が前記第二の 半導体層（１８）と接することを特徴とする絶縁導体（３０）。 ５．請求項４記載の絶縁導体（３０）において、前記接触中断点（２０）の電 界強度の増幅を低減するための装置（２４、２６）が、各溝（２０）上に配 置された第二の絶縁層（２４）を備え、前記層（２４）が、また各溝（２０ ）の両側で、前記第二の半導体層（１８）の一部を覆っていることと、前記 装置（２４、２６）が、前記絶縁層（２４）のところに配置された第三の半 導体層（２６）を含み、前記第二の絶縁層（２４）の一方の縁部を覆ってい る一方の端部のところの第三の半導体層（２６）が、前記第二の絶縁層（２ ４）の他方の縁部を覆っていないが、前記絶縁層（２４）の下に位置する第 二の半導体層（１８）の一部の上を延びる他方の端部のところで、前記第二 の半導体層（１８）と電気的に接触していることとを特徴とする絶縁導体（ ３０）。 ６．請求項５記載の絶縁導体（３０）において、前記溝（２０）のところで、 第二の半導体層（１８）の縁部が、溝（２０）が第一の絶縁層（１６）のと ころの幅が最も狭くなるように傾斜がつけられることを特徴とする絶縁導体 （３０）。 ７．請求項６記載の絶縁導体（３０）において、第二の絶縁層（２４）の一方 の縁部を覆っている端部のところで、第三の半導体層（２６）が、第二の半 導体層（１８）と機械的に接触していることと、その他方の端部のところで 、第三の半導体層（２６）が、前記第二の半導体層（１８）と機械的または 電気的な接触をしていないことを特徴とする絶縁導体（３０）。 ８．請求項７記載の絶縁導体（３０）において、前記第二の絶縁層（１８）が 、絶縁ＥＰＤＭテープからなることを特徴とする絶縁導体（３０）。 ９．請求項８記載の絶縁導体（３０）において、前記第三の半導体層（２６） が、半導体層ゴムをベースとするテープからなることを特徴とする絶縁導体 （３０）。 １０．請求項１−請求項９記載の絶縁導体（３０）を備える電気機械。 １１．高圧巻線用の絶縁導体（３０）を電気機械に適応させる方法であって、前 記絶縁導体（３０）が、一本またはそれ以上のストランド（１２）、前記ス トランド（１２）を囲む内部の第一の半導体層（１４）、前記の内部の第一 の半導体層（１４）を囲む第一の絶縁層（１６）、および前記第一の絶縁層 （１６）を囲む外部の第二の半導体層（１８）を備え、前記第二の半導体層 （１８）が、前記絶縁導体に沿った少なくとも二つの異なる点でアースされ ていて、 ・前記第二の半導体層（１８）の電気的接触を、アースされた点の間で中 断（２０）するステップと、 ・前記接触中断点（２０）の電界強度の増幅を低減するために、前記第二 の半導体層（１８）の前記各接触中断点（２０）に、装置（２４、２６）を 配置するステップとを含む方法。 １２．請求項１０記載の方法において、前記第一の絶縁層（１６）の深さまで、 前記絶縁導体（３０）の周囲から第二の半導体層（１８）を切除することに より、前記接触中断点（２０）が形成され、その結果、溝（２０）が、形成 され、その側面が前記第二の半導体層（１８）と接することを特徴とする方 法。 １３．請求項１２記載の方法において、前記装置（２４、２６）を設置するステ ップが、 ・各溝（２０）の両側で、前記第二の半導体層（１８）の一部を覆うよう に、各溝（２０）上に第二の絶縁層（２４）を設けるステップと、 ・前記第三の半導体層（２６）が、一方の端部で、前記第二の絶縁層（２ ４）の一方の縁部を覆い、第二の半導体層（１８）と電気的に接触し、その 他方の端部においては、第二の絶縁層（２４）の他方の縁部を覆っていない が、前記第二の絶縁層（２４）の下に位置する第二の半導体層（１８）の一 部の上を延びるような方法で、前記第二の絶縁層（２４）上に第三の半導体 層（２６）を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。