JP2000511684A - 高電圧巻線用導体、及びその導体を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内部半導電性層と、絶縁層と、外部半導電性層とを備える高電圧絶縁体によって囲まれたよられた導体コアを含む高電圧巻線用導体。コアは一様な電流分布を確保し、渦電流損に対抗するために設計されている。これは、十分な数のストランド上に設けられて、よられている導体コア中の全てのストランドが相互に電気絶縁されるようにする電気絶縁酸化物層によって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】 高電圧巻線用導体、及びその導体を製造する方法 技術分野 本発明は、任意の電気技術関係において使用すべき電力目的のための電気的ま たは電磁気的な装置における高電圧巻線用導体（a conductor for a high-volta ge winding）に関するものである。特に、本発明は、複数のストランド（strand ：素線）を有する高電圧巻線用導体に関するものである。高電圧とは、使用され る最高送電電圧までを主として意図するものである。 本発明は、特に、例えば同期機械（synchronous machine）のような回転する 電気機械における高電圧巻線のための導体に関するものであるが、同時に、二重 給電（dual fed）機械、非同期静止電流変換器カスケード(asynchronous static current changer casicade)における応用、外側回転機（outerpole machine） および同期フローマシン（synchronous flow machine）にも関するものであり、 さらに、発電所における発電機のために主として用いられる交流電流機械（alte mating current machine）にも関するものである。 しかし、本発明は、変圧器（power transformer）またはリアクトル（reactor ）の高電圧巻線に使用する導体に応用することもできる。 本発明は、さらに、本発明の導体を備える高電圧巻線を有する電気機械にも関 するものである。 本発明は、さらに、電気装置の高電圧巻線に使用するのに適する本発明の導体 を製造する方法にも関するものである。 背景技術 先行技術についての以下の説明は、回転電気機械の高電圧巻線、および特に、 発電機の固定子巻線に主として関するものであるが、これに対して、本発明は、 変圧器およびリアクトルにおける高電圧巻線などのその他の高電圧巻線に応用す ることもできる。変圧器やリアクトルは、電力の送電および配電のために２つま たはそれ以上の電気的システムの間で電気エネルギーの交換を行えるようにする ために用いられ、電気巻線は周知のやり方で電磁誘導のために使用される。本発 明に関わる変圧器やリアクトルは、数百ｋＶＡから１０００ＭＶＡを超える定格 電力を有し、かつ数ｋＶから４００ないし８００ｋＶまたはそれより高い最高送 電電圧までの定格電圧を有する。 既知の発電機の巻線は、長方形絶縁銅線（insulated rectangular copper wir es）で構成される。固定子巻線の場合は、それらのストランドは転置され（すな わち、互いに位置が置き換えられ）、かつ導体の束の断面が長方形になるように して共通の絶縁体によって取り囲まれている。渦電流による損失を減少するため に、銅の導体は長方形状にされ、磁界の方向の直線寸法は小さくすべきである。 高電圧巻線用の本発明の導体は、銅、アルミニウム、またはその他の適当な金 属または合金などの導電性金属のストランドを備え、それらのストランドの断面 は通常は円形であって、直径が４ｍｍ以下のような細いゲージである。ストラン ドは、第１の半導電性層（semi-conducting layer）と、絶縁層と、第２の半導 電性層とを有する高電圧絶縁物によって囲まれた導体コアとされる。したがって 、本発明に従って使用される絶縁された導体についての概念は、送電または配電 のために愛用される時に絶縁高電圧ケーブルを囲む外部保護シースを含まない。 更に、配電用の高電圧ケーブルにおいては、第２の半導電性層の上に外部絶縁層 もある。そのような絶縁導体を有する回転電気機械は、本願と共に係属中のスエ ー デン特許出願Ｎｏ．ＳＥ−９６０２０７９−７に詳細に記述されている。 しかし、高電圧絶縁体内すなわち導体内の、断面が長方形の導体は、導体の隅 （corner）における電磁界を非常に強くし、したがって、隅は絶縁体の厚さに対 して寸法が定められる。絶縁体の最適な厚さは円形導体によって達成される。 円形の導体は、多数の異なる方法で製作できる。導体は、例えば、以下のもの により構成できる： １）横断面が円形である銅その他の金属の中実棒。 ２）同じ直径または異なる直径を持つ円形の線からよられた導体。 ３）区分された線からよられた導体。 ４）各セグメントが円形の線からよられ、その後にセグメントに形成されたよう ないくつかのセグメントから圧縮された導体。 導体を有する電圧−伝送線における所定の電圧での大電力伝送を確保するため には、電流の強さを大きくしなければならない。これは、導体の面積を大きくす る時のみに可能である。電流が強くなると導体中の電流分布が影響を受けて不均 一になり、電流は導体の外面に達しようと努め、電流ピンチ効果、すなわち「表 皮効果」として知られているものが表れる。これに対処するために、＞１２００ ｍｍ²Ｃｕのように大きい断面積を有する導体が製作される。これは、通常ミリ カン（Millikan）導体と呼ばれるもの、すなわち、押し縮められて形を整えられ た、同心状に配置された何本かの線で構成された導体である。そのような導体は 、しばしば、相互に絶縁された５つまたは７つのセグメントにより構成される。 そのような構造は、高電圧の送電ケーブルおよび配電ケーブルにおける電流ピン チ効果を減少するのに効果的である。 高電圧送電のための配電システムにおいては、電流ピンチ効果を減少するため に、ケーブル中の全てのストランドは、例えば、ワニスによって絶縁されている 。日立電線レビュー１１号、１９９２年８月号、３〜６ページの「低損失ＸＬＰ Ｅ ケーブルで製造したＥＨＶバルク送電線(An EHV Bulk Power Transmission Line Made with Low Loss XLPE Cable)」を参照されたい。但し、この技術の発電機 巻線への応用については、何ら記述されていない。 上記のような従来の設計による巻線を持つ発電機では、発生される電圧の上限 は３０ｋＶであると見なされていた。このことは、電力供給系統のレベルである １３０〜４００ｋＶの範囲またはそれ以上にまで、電圧を昇圧する変圧器を介し て発電機を電力供給系統に接続しなければならないことを意味する。 電力の送電および配電のための高電圧ケーブルにおけるものと実質的に同一の 種類の導体を、本発明に従って、発電機の巻線中の使用することによって、変圧 器を介することなく電源系統に直接接続できるレベルまで機械の巻線の電圧を高 くすることができる。 固定子巻線に適用された場合には、この着想は、より高い電圧と巻線中の巻数 が多いために、固定子内で絶縁導体が配置される深さを従来の技術より深くする 溝（slot）と、より厚い絶縁体とを必要とする。このために、固定子の歯（固定 子の溝と溝との間のスペース）における機械的固有振動と、それの冷却とに関し て新たな問題が生ずる。 絶縁導体を溝の中に入れることも問題であって、導体をそれの外側層を傷付け ることなく溝の中に挿入しなければならない。導体には震動をひき起こしやすい １００Ｈｚの周波数を有する電流が流れる。また、外径に関する製作誤差以外に も、その寸法は温度変化、すなわち負荷の変動によっても変化する。 導体には、外側に半導電性層が設けられる。それの作用によって周囲に対する 導体の電位が決定される。したがって、この半導電性層は、機械の少なくともど こか、おそらくコイルの端部のみに、接地しなければならない。この接地は電源 系統に障害が発生した場合にかなりのストレスを受けることが推定できる。 接地としてのそれの目的を達成するためには、外側の半導電性層の抵抗値は低 くなければならない。他方、磁気誘導される電流のために熱損失が起きる。これ は、それのコヒーレントな長さをおそらく制限されなければならないことを意味 する。 本発明の導電体は、銅、アルミニウム、またはその他の適当な金属または合金 などの導電性金属の、ストランドとしても知られている、ワイヤで構成された複 数のねじれ層（twisted layer）を有する。そのワイヤの横断面は、通常は円形 であって、直径が４ｍｍ以下の細いゲージである。しかし、送電用ケーブル中の 従来の導体とは反対に、導体の導電層は磁界にさらされる。従って、その磁界は 電流を誘導し、その結果として損失が生ずる。それらの損失を減少するためには 、ストランドを相互に電気絶縁しなければならない。エナメル線、すなわち、エ ポキシやワックス等などのワニスの形態のポリーマ物質、ポリエテン（polyeten ）などの熱可塑性物質、或いは酸化物層などの層を被覆されたワイヤ、などの絶 縁ストランドを使用することが知られている。しかし、有機材料は高温などの厳 しい条件にはあまり耐えることができず、通常は比較的厚い層として付着しなけ ればならない。従って、本発明の導体に構成されているストランドに絶縁体とし て使用するには、少なくとも厚すぎる。更に、有機材料は導体材料の再利用（リ サイクル）を複雑にすることがある。高温、真空、火または化学的浸食に耐える ことが求められる応用のためには、ガラス繊維または雲母を基にした無機絶縁材 料が知られているが、これは厚い層を生ずる。 発明の説明 本発明は、高電圧で使用することを意図するものである。高電圧というのは、 ここでは主として１０ｋＶを超える電圧を指す。本発明の装置の典型的な動作範 囲は、３６ｋＶから８００ｋＶまでの電圧にできる。 したがって、本発明の目的は、５００ｋＶまたはそれ以上までの電圧用の電気 機械において、高電圧巻線に構成された束ね合わせ導体中の各ストランドを相互 に電気絶縁することによって、電流を一様に分布させ、かつ渦電流損を無くすこ とである。ストランドに対するそのような電気絶縁は、十分にしなやかで機械的 に安定でなければならず、かつ付着中に損傷を受けることを避けるために十分な 磨耗強度を持たなければならない。そのような絶縁は、十分な電気抵抗性と、渦 電流損に耐えるための電気的強度をも示さなければならない。更に、この絶縁は 、ストランドの表面に薄い絶縁層の形で設けられた時にストランドの表面に十分 に付着しなければならず、導体の製作中、巻線の取り付け中、または電気機械の 動作に伴う熱サイクル中に剥離してはならない。 本発明のいくつかの実施例の別の目的は、絶縁系の内側の半導電性層が、運転 中に導体内のストランドの電位と同じ電位を持つようにすることである。 本発明の他の目的は、本発明の、束ねられて絶縁された導体内で全てのストラ ンドを相互に電気絶縁するために使用すべき１つまたは複数のストランドに適当 な電気絶縁を施す工程を含む、本発明の導体を製造する方法を得ることである。 本発明の主目的は、導電性の金属または合金での複数のストランドを有する導 体コアと、束ねられた導体コアを囲む中実の高電圧電気絶縁体とを備え、その電 気絶縁体は内側の半導電性層と、電気絶縁層と、外側の絶縁層とを有し、全ての ストランドが相互に電気絶縁されるようにするために十分な数のストランドに設 けられた、ストランド内に含有される金属の酸化物、たとえば、銅をベースとす るストランドではＣｕＯ、アルミニウムをベースとするストランドではＡｌ₂Ｏ₃ 、を含む電気絶縁層によって金属ストランドは相互に電気絶縁される、電気装置 における高電圧巻線用導体を製造することによって達成される。導体コア中のス トランドは細いゲージ、すなわち、直径が４ｍｍ以下の銅線またはアルミニウム 線の形であることが好ましい。本発明により完成された導体において用いられる ストランドの直径が４ｍｍを超えない、好ましくは２ｍｍより細くすることによ っ て、渦電流損失を最小にすることができる。 電気絶縁層を構成する酸化物は、寸法的な目的、機械的な目的、および電気的 な目的を満たすために、１０μｍ以下の厚さ、好ましくは１ないし５μｍの厚さ とされる。 銅を含むワイアの表面に形成された場合には、この絶縁層は、金属と酸化物層 との間において、銅表面に形成されたくぼみ（indentations）に酸化銅が充填さ れた遷移領域を有する。この遷移領域は、金属ストランドへの酸化銅の付着性を 改善し、かつ実効接触面を十分に減少して、ピンチ効果により隣接するストラン ドの間の接触抵抗値を高くすることによって、隣接するストランドの間の電気絶 縁も向上させる。ストランドの絶縁の目的が比較的低い電圧、ほぼ１０ボルト以 下の電圧、に耐えることであるために、この追加の効果は無視できない。しかし 、主な電気絶縁は、酸化銅層によって行われる。酸化銅層は、適当な電気的特性 、機械的特性および物理的特性を有するので、この応用において絶縁体に必要と される抵抗値、強度および付着性を提供することができる。 絶縁酸化銅層は、水溶液または浴内での強制酸化によってストランド上に付着 することが好ましい。酸化は穏やかで、たとえば、１０００Ａ／ｍ²以下の低い 電流密度、好ましくは３００〜７００Ａ／ｍ²の電流密度を用いる電解酸化、陽 極酸化、または亜塩素酸塩（chlorite）、過硫酸塩（persulfate）または硝酸塩 （nitrate）などの水溶性酸化物を用いる化学的酸化によって行われる。 銅または銅をベースとする加工前の細いゲージのストランド材料は、小さいく ぼみを有する。それらのくぼみは、通常は深さが１μｍであって、相互間に約２ ０μｍの距離をおいて配置され、線引き抜き作業における型（die）から生ずる 可能性が最も高い。前記した諸条件の下における酸化中に、それらのくぼみは大 きくされ、金属銅が酸化銅に変えられて、その酸化銅はくぼみを充たす。この構 造は酸化物層中において発達し、酸化物層は金属の近くに遷移領域を有するこ ととなる。くぼみすなわち穴（pit）は、酸化の後は約５μｍの寸法を有し、そ れらの間の距離は５〜１０μｍまで短縮される。遷移領域の外側では、酸化物層 は元の銅表面の形状構造に類似した滑らかな外面を生ずる、すなわち、遷移領域 における金属／酸化物の境界面におけるほどは、表面ではくぼみは顕著ではない 。前記した陽極酸化および化学酸化は、くぼみが一層丸くされていること、およ び化学処理の後でさえも、陽極酸化の後は一層不規則な形にされることを除いて 、類似の構造を持つ酸化物層を生ずる。しかし、先に述べたように、これらの穴 は、最初の銅線に類似する形状を持つ酸化物層の外面には反映されない。酸化物 層内の構造は、小さなひび割れといくつかの孔とを持つ実質的に中実のものであ る。化学的に形成された酸化物層の方がより多孔性となる傾向があるようである 。 酸化銅を含む適当な酸化物層は、後で具体例によって説明するように、化学酸 化と電解処置とによって得ることができる。 アルミニウムのストランドについては、Ａｌ₂Ｏ₃を含む層が寸法的な目的、機 械的な目的および電気的な目的を満たし、その厚さは１０μｍ以下、好ましくは １ないし５μｍである。この絶縁層は、アルミニウム金属に最も近い障壁酸化物 層（barrier oxide layer）とその上の多孔質酸化物層とを含む遷移領域を有す る。通常は、酸化物層が清浄な水の中で煮沸される際にいわゆる密封処理が行わ れる。この処理によって孔をふさぐアルミニウムの水和物が生じて、表面を滑ら かにし、かつ孔を無くす。アルミニウム酸化物層は、アルミニウムの表面に対す る高い接合強度を示して、酸化物と金属との間のどのような種類のはがれも防ぐ 。酸化物層は高い固有抵抗を有するために、隣接するストランドとの間の電気絶 縁を向上させる。酸化物層の厚さを薄くしても、比較的高い電圧、ほぼ１０ボル ト以下の電圧、に依然として耐えることができる。陽極酸化されたアルミニウム 層に対して最もしばしば用いられる経験則は、ミクロン当り２５Ｖの耐電圧であ る。Ａｌ₂Ｏ₃層も良好な電気的特性、機械的特性および物理的特性を有するため 、 Ａｌ₂０₃層によって提供される電気絶縁は、この応用において絶縁体に求められ ている抵抗値、強度および付着性を提供することができる。 絶縁性のＡｌ₂０₃層は、水溶液中または浴中での強制酸化によってストランド 上に形成することが好ましい。酸化は穏やかで、例えば、１０００Ａ／ｍ²以下 の低い電流密度、好ましくは１００〜２５０Ａ／ｍ²の電流密度、を用いる電解 酸化、陽極酸化、によって行われる。電解質溶液は最も一般的には硫酸を含むが 、クロム酸およびシュウ酸を使用することもできる、 細いゲージの銅線、たとえば、２〜４ｍｍの銅線、に化学酸化によって適当な 酸化物層を形成するためには、水溶性酸化剤を含むアルカリ水溶液を含んでいる 浴を、 −水酸化ナトリウム５〜４０重量部、 −ナトリウムの亜塩素酸塩５〜４０重量部、 を水１００重量部に加えることによって、用意する。 浴中の溶液を５０〜１２０℃の温度まで加熱し、細いゲージ、３ｍｍの銅線を 浴中に浸している間溶液をほぼこの温度に維持し、１０秒ないし１５分の時間中 その銅線を浸し続ける。この化学酸化は銅ストランド上に１〜５μｍの厚さの酸 化物層を形成する。 酸化物層は、前記したように遷移領域と、いくらかの多孔性とを示す。本発明 の実施例によれば、アクリル酸塩またはベンゾトリアゾール（benzotriazole） などの結合剤を、浴溶液中に０．１ないし２０重量部の率で含むことによって孔 は少なくとも部分的にふさがれる。そのように添加しても処理法またはその結果 得られる酸化物層には変化はないが、孔のふさぎ方は変化する。この項で説明し た方法で形成された酸化物層が付着されたストランドは、高電圧回転電気機械の 巻線が、導体中により一様な電流分布の改善と、所望の渦電流損減少とを達成す るために、本発明の絶縁導体中に含むために最も適当であることを示した。 細いゲージの銅線、たとえば、２〜４ｍｍの銅線、に希望の酸化物層を形成す るために適する陽極酸化法は、アルカリ性が高い水性電解質を用いて、１０００ Ａ／ｍ²以下の電流密度、好ましくは３００〜７００Ａ／ｍ²の電流密度を用いて 行われ、電解質中の化学酸化電位はＣｕ＋Ｃｕ₂Ｏ／ＣｕＯ変換のための化学酸 化電位（chemical oxidation potential）に対応する。処理時間は５分までであ る。銅表面の完全な酸化は、ガスの発生によって示される。適当な陰極材料は、 ステンレス鋼である。この項で説明した陽極酸化法によって形成された酸化物層 を有するストランドも、高電圧回転電気機械の巻線が、導体中により一様な電流 分布の改善と、所望の渦電流損減少とを達成するために、本発明の絶縁導体中に 含むために最も適当であることを示した。 ＣｕＯ層は適当な電気的特性、機械的特性および物理的特性を有するため、前 記した原理に従って形成された絶縁層は、ＣｕＯ層によって十分な電気絶縁性を 示し、さらに絶縁体に求められる抵抗値、強度および付着性を提供する。銅の酸 化物によって埋められたくぼみを有する遷移領域が、銅ストランドへの酸化物層 の付着を改善するが、同時に、隣接する２つのストランドの間の実効的な接触面 積を大きく減少することによって、隣接する２つのストランドの間の接触抵抗値 を電流ピンチ効果のために高くし、電気的副作用も生ずる結果となる。ストラン ドの絶縁の目的が比較的低い電圧、すなわち、ほぼ１０ボルト以下の電圧に耐え ることであるために、その電気的副作用は無視できない。 本発明の上記目的は、請求の範囲の従属項に記載されている種々の実施例によ って最適なものとされる。 本発明の更なるもう１つの実施例によれば、あるストランドのみに電気絶縁酸 化物層が設けられるようにストランドの電気絶縁体を配置し、かつ、酸化されて いない、すなわち絶縁されていない２つのストランドが相互に電気的に接触せず 、しかも少なくとも１つの絶縁ストランドが、束ね線からなる導体を囲む高電圧 絶 縁体の内側の半導電性層に電気的に接触するようにストランドを配置することに よって、絶縁系の内側の半導電性層が、動作中に、導体中のストランドの電位と 同じ電位を持つようにされる。これは、以後の例によって説明する、束ね線から なる導体のいくつかの異なる構造を用いて具体化できる。この実施例の導体の例 は、一様な断面を有する円形の絶縁ストランドおよび非絶縁ストランドである。 ストランドは層状に配置され、それらの層は撚りの向き（stranding direction ）が交番（alternating）し、中心から始まる以下の本数、すなわち１＋６＋１ ２＋１８のストランドがそれぞれ異なる層に属する。つまり、第１層目は１本、 第２層目は６本、第３層目は１２本、第４層目は１８本のストランドを有する。 絶縁ストランドは導体の全ての層に存在し、電気的に非絶縁性のストランドは２ 番目の層および４番目の層において絶縁ストランドと交番する。すなわち、外側 の層つまり４番目の層の中の９本の非絶縁性ストランドは、よられた導体コアを とり囲んでいる高電圧絶縁の内側の半導電性層に電気的に接触する結果となる。 他の実施例では、２つの非絶縁性ストランドが相互に接触しないようにするため に、交番的なストランドの向きと層の間の絶縁シールドとが採用される。本発明 のこの実施例の導体は、発電機の固定子巻線中の導体に課される要求に応じて、 より多くのストランド層またはより少ないストランド層でももちろん製作できる 。予め成形されているストランドからストランド層を製作することも可能である 。その場合には、導体の断面積を最小にできる。他の変形例では、本発明の導体 は種々の層で異なる断面積を持つストランドを有することもできる。但し、この 場合に、導通ストランドにおける電位が、動作中に導体の内側の半導電性層にお ける電位と同じになるための条件は、ストランドの外側の層が少なくとも１つの 非絶縁ストランドを有し、その非絶縁ストランドが半導電性層に電気的に接触す ることである。絶縁ストランドと非絶縁ストランドの断面積を一様にするために 、絶縁ストランドの導電面積は非絶縁ストランドの面積より狭くする。導体コア にお いて絶縁ストランドと非絶縁ストランドとを交番させる構成が、本願と共に出願 中のスェーデン特許出願ＳＥ−９６０２０９３−８に詳細に記述されている。 本発明の導体を製作する時には、前記したように、１つまたは複数のストラン ドに電気絶縁酸化物層を最初に設ける。 次に、その線を束ねて導体コアにする。ストランドの配置は、前記したように 、全てのストランドが相互に電気絶縁され、または、酸化されたストランドのみ を含むようにする。次に、束ねられた導体コアに対して、例えば３つの層の同時 押し出しによって、中実の絶縁系が設けられる。一実施例では、３つの層の全て がポリエチレンを含む。そのポリエチレンは、架橋（cross-linked）したもの、 すなわち、通常ＸＬＰＥと称される架橋ポリエチレンであることが望ましい。他 の適当な材料は、他の熱可塑性材料、およびＥＰＤＭやＥＰＭなどのゴムコンパ ウンドである。２つの半導電性層は、すすやカーボンブラックあるいはその他の 黒鉛をベースとした形態の炭素、金属粉末、または半導電性の無機充填剤などの 、導電性または半導電性材料の粒子状充填剤の他に、固有導電性（intrinsic el ectrical conductivity）を持つポリマー材料で構成することもできる。 好適な実施例 高電圧電気装置の巻線用導体を製造する本発明の方法を、いくつかの実施例に ついての以下の説明で更に説明する。以下の説明では、使用すべきストランドに 金属酸化物層を形成するための強制酸化に関するいくつかの処理方法を挙げる。 実施例１ 水溶性酸化剤を含むアルカリ性水溶液を含む浴を、 −水酸化ナトリウム２０重量部、 −ナトリウムの亜塩素酸塩２５重量部、 −水１００重量部中に分散させられたアクリル酸塩１０重量部、 を加えることによって製造した。 この溶液を浴中で８０℃まで加熱し、３ｍｍの細いゲージの銅線を浴中に浸し ながら溶液をほぼこの温度に維持し、その銅線を１０分間浸したままにした。こ の化学酸化によって銅ストランド表面に１μｍ厚の酸化物層が形成され、そのス トランドを高電圧回転電気機械の巻線用の本発明の絶縁導体に用いると、導体内 の電流分布がさらに一様になり、かつ渦電流損失が減少することが証明された。 実施例２ アクリル酸塩の代わりにベンゾトリアゾル（benzotriazole）を用いた点を除 き、実施例１の方法を繰り返した。この処理でも、本発明による高電圧巻線のた めの絶縁されたより導体（insulated stranded conductor）中のストランドとし て用いた時に同じ性能を示す１μｍ厚の酸化物層が得られた。 実施例３ 水溶性酸化剤を含むアルカリ性水溶液を含む浴を、 −水酸化カリウム３０重量部、 −カリウムの亜塩素酸塩２５重量部、 −水１００重量部中に分散させられたアクリル酸塩１０重量部、 を加えることによって製造した。 この溶液を浴中で１００℃まで加熱し、３ｍｍの細いゲージの銅線を浴中に浸 しながら溶液をほぼこの温度に維持し、その銅線を１０分間浸したままにした。 この化学酸化によって銅ストランド表面に３μｍ厚の酸化物層が形成され、その ストランドを高電圧回転電気機械の巻線用の本発明の絶縁導体に用いると、導体 内の電流分布がさらに一様になり、かつ渦電流損が減少することが証明された。 実施例４ アクリル酸塩の代わりにベンゾトリアゾル（ｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ）を 用いた点を除き、実施例３の方法を繰り返した。この処理でも、本発明の高電圧 巻線用絶縁より導体中のストランドとして用いた時に同じ性能を示す３μｍ厚の 酸化物層が得られた。 実施例５ 水１００重量部中に水酸化ナトリウム４０重量部を加えることによって、アル カリ性水性電解質を含む浴を製造した。 この浴中で溶液を１００℃まで加熱し、溶液をほぼこの温度に維持しながら、 ４５０〜６００Ａ／ｍ²の電流密度を用いて、３ｍｍの細いゲージの銅線を陽極 酸化した。陽極とＡｇ／ＡｇＣｌ基準電極との間で−０．２２Ｖの電圧が測定さ れた。これは、Ｃｕ＋Ｃｕ₂Ｏ／ＣｕＯ変換のための化学的電位（chemical pote ntial）に対応する。同表面が銅酸化物で完全に覆われると、この電位は高くな って、陽極で気体が発生した。その気体発生は６０ないし１８０秒後に起きた。 その後、この処理を停止した。その結果得られた酸化物層の厚さは２〜６μｍで 、２種類の銅酸化物ＣＵ₂ＯとＣｕＯの混合物で構成されていた。また、そのス トランドを高電圧回転電気機械の巻線用の本発明の絶縁導体に用いると、導体内 の電流分布がさらに一様になり、かつ渦電流損が減少することが証明された。 実施例６ 水１００重量部中に水酸化ナトリウム２０重量部を加えることによって、硫酸 水性電解質を含む浴を製造した。 この浴中で電解液を２０℃に保ち、溶液をほぼこの温度に維持しながら、１８ Ｖの電圧で、１５０〜２００Ａ／ｍ²の電流密度を用いて、３ｍｍの細いゲージ のアルミニウム線を陽極酸化した。作業時間は約１０分間であった。得られた酸 化物層の厚さは３〜６μｍであった。 また、そのストランドを高電圧回転電気機械の巻線用の本発明の絶縁導体に用 いると、導体内の電流分布がさらに一様になり、かつ渦電流損が減少することが 証明された。 実施例７ 実施例６における手順を繰り返し、付加ステップを追加した。多孔質酸化物の 孔をふさぐために、陽極酸化した線を純水中で約３０分間煮沸した。この層は薄 いため、ストランドの延性は孔をふさぐ処理によって大きな影響は受けなかった 。 また、このストランドを、高電圧回転電気機械の巻線のための本発明による絶 縁導体に用いると、導体内の電流分布がさらに一様になり、かつ渦電流損が減少 することが証明された。 以上の実施例においては、絶縁ストランドを含んでいる導体を回転電気機械の 高電圧巻線中でのみ試験したが、この導体は、変圧器またはリアクトルなどの他 の種類の電気装置の高電圧巻線に使用できることは、当業者には明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ９６０２０９３−８ (32)優先日 平成８年５月29日(1996．5．29) (33)優先権主張国 スウェーデン（ＳＥ） (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 (72)発明者 ピーター、カルステンセン スエーデン国ヒュディンジ、シェベーゲ ン、62 (72)発明者 ベント、リドーム スエーデン国ベステロウス、ブルンビガー タン、68 (72)発明者 ボー、ハルネス スエーデン国ベステロウス、シダーガータ ン、27 (72)発明者 ビヤーヤ、チャンドラモウリ スエーデン国ベステロウス、ルストボーズ ガータン、11

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １. 複数の導電性金属ストランドを有する導体コアを備えた、電気装置にお ける高電圧巻線用導体であって、 前記ストランドを有する前記コアを囲むように設けられ、内側の半導電性層と 、電気絶縁層と、外側の絶縁層とを有する中実の高電圧電気導体絶縁体を備え、 前記導体コア中の前記導電性金属ストランドは、前記ストランドが有する金属 の酸化物を含む絶縁酸化層によって相互に電気絶縁され、 全てのストランドが相互に電気絶縁されるために十分な数のストランドに電気 絶縁が施されてなることを特徴とする高電圧巻線用導体。 ２. 前記ストランドの直径が４ｍｍよりも小さいことを特徴とする請求項１ 記載の高電圧巻線用導体。 ３. 前記ストランドの直径が２ｍｍよりも小さいことを特徴とする請求項２ 記載の高電圧巻線用導体。 ４． 前記絶縁酸化層の厚さが１０μｍよりも小さいことを特徴とする請求項 １〜３のいずれか１つに記載の高電圧巻線用導体。 ５. 前記絶縁酸化層の厚さが１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする 請求項４記載の高電圧巻線用導体。 ６. 前記絶縁酸化層は、前記ストランドの前記金属と前記酸化層の外面との 間に設けられた遷移領域を有し、前記遷移領域は、酸化物が充填されたくぼみを 金属表面に有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の高電圧 巻線用導体。 ７. 前記絶縁酸化層は、多孔性を有することを特徴とする請求項１〜６のい ずれか１つに記載の高電圧巻線用導体。 ８． 前記絶縁酸化層が有する孔は、有機ポリマー物質によって少なくとも部 分的に充填されていることを特徴とする請求項７記載の高電圧巻線用導体。 ９. 前記ストランドは、前記絶縁酸化層を有し、 前記絶縁酸化層は、水溶液中でのストランドの強制酸化によってストランドの 表面に形成された金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１ つに記載の高電圧巻線用導体。 １０. 前記ストランドは銅から製作され、前記絶縁酸化層はＣｕＯを含むこ とを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の高電圧巻線用導体。 １１． 前記ストランドはアルミニウムから製作され、前記絶縁酸化層はＡｌ₂ Ｏ₃を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の高電圧巻線用 導体。 １２． 前記ストランドは、隣接する層間で撚りの向きが交番する同心層状に 配置され、最も外側の層において少なくとも１つのストランドが非絶縁であり、 その非絶縁ストランドは、前記導体絶縁体の前記内側の半導電性層と電気的に接 触していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の高電圧巻線用 導体。 １３． 請求項１〜１２のいずれか１つに記載の高電圧巻線用導体を備えたこ とを特徴とする高電圧巻線を有する電気装置。 １４． 複数の導電性金属ストランドを有する導体コアを備えた請求項１〜１ ２のいずれか１つに記載の高電圧巻線用導体を製造する方法であって、 金属性のストランドを水溶液中で強制酸化することによって、束ね線からなる 導体に用いるべきストランドの表面上に金属酸化物を含む電気的絶縁酸化層を形 成し、 その後に前記コアを形成するために前記ストランドを束ねるとともに、前記コ ア中の全てのストランドを、十分な数のストランド上に設けられた電気絶縁体に よって相互に電気絶縁されるようにして配置して、全てのストランドが相互に電 気絶縁されるようにし、 束ね線からなる導体コアの周囲に、第１の内側の半導電性層と、電気絶縁層と 、第２の外側の半導電性層とを有する中実絶縁体を、配置することを特徴とする 高電圧巻線用導体を製造する方法。 １５． 前記ストランドは銅を含み、前記ストランドをアルカリ性水溶液中で 酸化することを特徴とする請求項１４記載の方法。 １６． 前記ストランドはアルミニウムを含み、前記ストランドを酸性水溶液 中で酸化することを特徴とする請求項１４記載の方法。 １７． 前記銅を含む前記ストランドを水溶性酸化剤の存在中で酸化すること を特徴とする請求項１５記載の方法。 １８． 前記酸化剤は、亜塩素酸塩、過硫酸塩、及び硝酸塩の少なくともいず れかであることを特徴とする請求項１７記載の方法。 １９． 前記ストランドを、１０００Ａ／ｍ²より低い電流密度を用いて電解 質中で陽極酸化することを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。 ２０． 前記ストランドを、１００Ａ／ｍ²以上７００Ａ／ｍ²以下の電流密度 を用いて電解質中で陽極酸化することを特徴とする請求項１９記載の方法。 ２１． 前記電解質中の化学的電位は、金属／金属酸化物状態からストランド の金属が最も酸化される状態への変換の化学的電位にほぼ一致することを特徴と する請求項１９または２０に記載の方法。 ２２． 前記酸化を、２０℃以上１２０℃以下の温度において行うことを特徴 とする請求項１４〜２１のいずれか１つに記載の方法。