JP2005032615A - 高電圧巻線用ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、ケーブスロットへの挿入時、ケーブル表面への傷の発生を少なくでき、また高電圧巻線用ケーブルに流れる負荷電流の変化、温度変化によって高電圧巻線用ケーブルの表面に結露が生じても水トリーの発生を防止でき、かつ高電圧巻線用ケーブルと周囲の設置物との間で放電が起こり難くでき、加えてケーブスロットの開口面積を小さくできてエネルギー変換効率を劣化させることのない高電圧巻線用ケーブルを提供することにある。
【解決手段】 本発明の高電圧巻線用ケーブルは、導体に内部半導電層、架橋ポリエチレン製絶縁層、外部半導電層を施した絶縁ケーブルの外方に金属箔を含む遮水層が施され、該遮水層の外方に、表面に絶縁ケーブル長手方向に延びる複数の突条が施されてなる半導電性被覆層が絶縁ケーブル長手方向に連続的にまたは間欠的に設けられているものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水力発電機あるいは火力発電機等の発電機の鉄心内を貫通させる高電圧巻線用ケーブル、より具体的には導体に内部半導電層、絶縁層、外部半導電層を施した高電圧巻線用ケーブルの改良に関するものである。

従来から、発電機の鉄心部に巻回される高電圧巻線用ケーブルとしては、例えば導体上に内部半導電層、架橋ポリエチレン製絶縁層、そして外部半導電層をこの順に、例えば３層同時押出し被覆して得た絶縁ケーブルが使用されている（特許文献１）。
この特許文献１に記載されている絶縁ケーブル（以下高電圧巻線用ケーブルという）は、発電機の鉄心に設けられているケーブルスロット内に巻線として挿入され、巻回される。

ところで、このような３層被覆構造の高電圧巻線用ケーブルをケーブルスロット内に挿入した場合、高電圧巻線用ケーブルが通電に伴う熱膨張を起こすため、この熱膨張を考慮して、高電圧巻線用ケーブルの最外層の外部半導電層とケーブルスロットの内壁との間にはある程度の隙間を設けておく必要がある。
一方、高電圧巻線用ケーブルの最外層の外部半導電層とケーブルスロットの内壁とは電気的接触状態を安定して維持しておかなければならない、という相反する課題もある。
上記２つの課題を満足させるように、高電圧巻線用ケーブルの最外層とケーブルスロットの内壁との間には予め所定の大きさの隙間が設けられているが、現実には高電圧巻線用ケーブルが熱膨張や熱収縮を繰り返している間に、次第に両者、すなわち外部半導電層とケーブルスロット内壁との電気的接触状態が不安定になる、という問題がある。

そこでこの問題を解決すべく、前記高電圧巻線用ケーブル１を、図５及び図６に示すように、導電性のクッションホース５と共に発電機の鉄心２に設けられているケーブルスロット３内に挿入し、このクッションホース５のクッション性により高電圧巻線用ケーブル１の熱膨張や熱収縮を吸収し、同時に高電圧巻線用ケーブル１の最外層の外部半導電層１４とケーブルスロット３の内壁との電気的接触状態を安定して維持しよう、との提案がなされている（非特許文献１）。

より具体的には、この非特許文献１におけるクッションホース５は、その内部に冷媒６が圧入され、これが流動することにより負荷電流による高電圧巻線用ケーブル１の熱膨張や熱収縮を吸収し、常に高電圧巻線用ケーブル１をケーブルスロット３の内壁に押し付け、高電圧巻線用ケーブル１の外部半導電層１４とケーブルスロット３の内壁とを電気的に安定して接触させる。

ここで図６に示すように、符号１２は中心に位置する導体１１の外側に施された内部半導電層を、符号１３は架橋ポリエチレン製絶縁層１３を、そして符号１４は前述した外部半導電層を示している。
尚、図６では図を簡明にするためケーブルスロット３に一組の高電圧巻線用ケーブル１及びクッションホース５のみ挿入した状態を示しているが、他のケーブルスロット３にも同様に高電圧巻線用ケーブル１とクッションホース５とが一組づつ一緒に挿入される。

特表平１１―５１４１９９号公報 「New applications of extruded solid dielectric cables」 1999年６月20日. Proceedings of Jicable 1999, A7.5, p247-251.

ここで前記高電圧巻線用ケーブル１をケーブルスロット３内に挿入する場合には、予め高電圧巻線用ケーブル１の引き込み側先端にメッセンジャーワイヤを結び付け、これを前記ケーブルスロット３内に引き込んで布設していた。
ところでケーブルスロット３の内壁面は厚さ０．５ｍｍ程度の薄い金属板を多数枚積層させて形成したものであるため平滑な面にはなっていない。そのためケーブルスロット３への引き込み時、高電圧巻線用ケーブル１の表面に少なからず傷を付ける結果になっていた。

この傷は通常は深さ０．６ｍｍ程度であって、傷の先端が高電圧巻線用ケーブル１の架橋ポリエチレン製絶縁層１３まで達していることは少ない。
そのためケーブルスロット３へ高電圧巻線用ケーブル１を挿入直後の試験では合格するものの、その後の発電機の運転に伴う高電圧巻線用ケーブル１の熱膨張や熱収縮により、この傷が次第に成長し、最悪の場合、数ヶ月後に絶縁破壊に至る可能性がある。

さらにまた、発電機の起動、運転、停止に伴い、高電圧巻線用ケーブル１に流れる負荷電流が変化し、温度の上昇や下降が起こるが、その際周囲の雰囲気や湿度によっては高電圧巻線用ケーブル１の表面に結露が生じることが考えられる。この結露の時間が長いと、高電圧巻線用ケーブル１の架橋ポリエチレン製絶縁層１３の内部に水分が拡散し水トリーの発生原因になる可能性もある。

また高電圧巻線用ケーブル１の外部半導電層１４の体積固有抵抗値は１０^４Ωｃｍオーダーであるため、高電圧巻線用ケーブル１がケーブルスロット３の内壁に電気的に接触している場合は問題がないが、ケーブルスロット３外では導体１１の通電電流に誘起されてケーブル長手方向の起電力が発生する。その結果、高電圧巻線用ケーブル１と周囲の設置物との間で放電が起こり、高電圧巻線用ケーブル１の表面が劣化する、という可能性もある。

加えてケーブルスロット３内の高電圧巻線用ケーブル１に注目すると、ケーブルスロット３内には高電圧巻線用ケーブル１に加えクッションホース５も一緒に縦添えされて挿入されているので、少なくともクッションホース５の分だけケーブルスロット３の開口面積を大きくしなければならない。ところが開口面積を大きくすると磁束の漏れが大きくなり、エネルギー変換効率が悪くなる、という問題もある。

上記問題に鑑み本発明の目的は、ケーブルスロットへ高電圧巻線用ケーブルを挿入する際、ケーブル表面への傷の発生を少なくでき、その結果経時的な絶縁破壊の可能性を低減でき、また高電圧巻線用ケーブルに流れる負荷電流の変化、温度変化によって高電圧巻線用ケーブルの表面に結露が生じても水トリーの発生を防止でき、かつまた高電圧巻線用ケーブルと周囲の設置物との間で放電が起こり難くでき、加えてケーブルスロットの開口面積を大きくする必要がなく、それ故エネルギー変換効率を劣化させることのない高電圧巻線用ケーブルを提供することにある。

前記目的を達成すべく本発明の請求項１記載の高電圧巻線用ケーブルは、導体に内部半導電層、架橋ポリエチレン製絶縁層、外部半導電層を順に施した絶縁ケーブルの外方に金属―プラスチックラミネートテープから成る遮水層が施され、該遮水層の外方に、表面に絶縁ケーブル長手方向に延びる複数の突条が施されてなる半導電性被覆層が絶縁ケーブル長手方向に連続的にまたは間欠的に被覆されていることを特徴とするものである。

このようにしてなる本発明の請求項１記載の高電圧巻線用ケーブルによれば、外部半導電層の外側に金属―プラスチックラミネートテープからなる遮水層を施したことにより、結露等外部からの水分のケーブル内部への浸入を抑制でき、もって水トリーの発生を防止でき、かつケーブル長手方向の表面抵抗を減少させることができるため、外部の設置物との間の放電も防止できる。またケーブルスロット内に本発明の高電圧巻線用ケーブルを挿入する際、仮にケーブルスロットの内壁により高電圧巻線用ケーブルの表面に傷がついたとしても、そしてこの傷が仮に成長したとしても、この遮水層で傷のさらなる成長を止めることができる。よって傷が経時的に成長し、架橋ポリエチレン製絶縁層まで達して絶縁破壊に至る可能性を大幅に低減できる。

また遮水層の外側に、その表面に絶縁ケーブル長手方向に延びる複数の突条が施された半導電性被覆層がケーブル長手方向に連続的にまたは間欠的に被覆されているため、ケーブルスロット内に本発明の高電圧巻線用ケーブルを挿入する際、ケーブルスロットの内壁との接触摩擦を減少でき、ケーブルをよりスムースにケーブルスロット内に挿入できる。それ故、高電圧巻線用ケーブル表面への傷の発生をより少なくできる。
また仮にケーブルスロットの内壁により高電圧巻線用ケーブルの表面に傷がついたとしても、この傷は突条部分の傷に止まることが多く、経時的に架橋ポリエチレン製絶縁層まで達して絶縁破壊に至る可能性を低減できる。

またこの複数の突条は半導電性を有しているため、高電圧巻線用ケーブルと鉄心、より具体的にはケーブルスロット３の内壁との間で良好な電気的接触を保持しつつ、通電等による温度変化に伴なう高電圧巻線用ケーブルの熱膨張や熱収縮をも吸収できる。すなわち従来のクッションホースの役割をこの複数の突条が担うことができる。
よって従来のようにクッションホースを高電圧巻線用ケーブルと共にケーブルスロット内に挿入する必要がなくなる。その結果、ケーブルスロットの開口面積を小さくできるので、磁束の漏れを抑制でき、エネルギー変換効率の劣化を防止できる。

また請求項２記載の発明は、請求項１記載の高電圧巻線用ケーブルにおいて、前記半導電性被覆層は高電圧巻線用ケーブルが発電機の鉄心内を貫通する部分にのみ被覆されていることを特徴とするものである。
この請求項２記載の発明によれば、表面に複数の突条が設けられている半導電性被覆層は発電機の鉄心内を貫通する部分にのみ被覆されている。それ故、ケーブル長手方向全長に半導電性被覆層を被覆する場合に比してケーブルコストを低減できる。

さらにまた請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の高電圧巻線用ケーブルにおいて、前記半導電性被覆層は半導電性を有する熱収縮チューブで形成されていることを特徴とするものである。
このように半導電性被覆層を半導電性を有する熱収縮チューブで形成すると、本発明の高電圧巻線用ケーブルをより容易に製造することができる。

前述したように本発明の高電圧巻線用ケーブルによれば、最外層にケーブル長手方向に複数の突条が設けられた半導電性被覆層を有するため、ケーブルスロットへ高電圧巻線用ケーブルを挿入する際、ケーブル表面への傷の発生を少なくでき、また仮に傷が発生しても、その傷を突条の先端に止める可能性が高く、その結果、経時的な絶縁破壊の可能性を低減できる。
加えて突条の存在により従来必要としていたクッションホースが不要になり、ケーブルスロットの開口面積を小さくできる。それ故エネルギー変換効率を劣化させることのない高電圧巻線用ケーブルを提供することができる。

また本発明の高電圧巻線用ケーブルでは、金属箔を含む遮水層を有しているため、結露等外部からの水の浸入を防止でき、もって水トリーの発生を防ぐこともできる。また高電圧巻線用ケーブルの表面に仮に傷が発生してもこの遮水層でこの傷の成長を遮ることができる。

かつまたこの金属箔を有する遮水層の存在により、ケーブル長手方向の表面抵抗を著しく低減できる。そのため高電圧巻線用ケーブルと周囲の設置物との間で起こる放電による劣化も防止できる。

図１〜図４に本発明の高電圧巻線用ケーブルの一実施例を示す。

図１は本発明の高電圧巻線用ケーブル１の横断面図を示している。図１に示すように本発明の高電圧巻線用ケーブル１は、例えば、外径が２４mmで、断面積が４００mm²の導体１１の外側に、厚さ約１．５mmの内部半導電層１２、厚さ約９．５mmの架橋ポリエチレン製絶縁層１３、そして厚さ約０．５mmの外部半導電層１４が順に３層同時押出し被覆された外径約４７mmの絶縁ケーブルの外側に、厚さ３０μmの鉛箔を接着剤を介して厚さ１５０μmの半導電性ポリオレフィンテープでサンドイッチ状にラミネートした金属―プラスチックラミネートテープを、重ね合わせ幅が約１５mmになるように縦添えし、この重ね合わせ部分を熱融着させて遮水層１５を形成し、さらにこの遮水層１５の外側に、図２に示すように高さＨが約０．８mm、幅Ｗが約１mmのケーブル長手方向に延びる複数の突条１６を有する厚さＴが約１mmの半導電性ポリオレフィン製の半導電性被覆層１７をケーブル長手方向に連続的に押出し被覆したものである。尚、この高電圧巻線用ケーブル１の外径は約５１．５mmである。

この外径約５１．５mmの高電圧巻線用ケーブル１を、その先端を引き込み用メッセンジャーワイヤに結んで、内径約５３．５mmのケーブルスロット３内に単独で挿入した。この状態を図３、図４に示す。尚、図４では図を簡単にするため、１つのケーブルスロット３内にのみ高電圧巻線用ケーブル１を挿入した状態を示し、他は省略した。
上記実施例の高電圧巻線用ケーブル１では、前述したように最外層の半導電性被覆層１７にはケーブル長手方向に延びる複数の突条１６が設けられているため、従来の高電圧巻線用ケーブル１に比してケーブルスロット３の内壁との接触面積が少なくなっている。そのためケーブル挿入時の接触抵抗が少なくなって、従来のものに比してよりスムースにケーブルスロット３内に挿入できた。

またケーブルスロット３内に高電圧巻線用ケーブル１を挿入する際、仮に半導電性被覆層１７に傷が付いたとしても、その傷は突条１６の先端部にしか発生しないので、内側の架橋ポリエチレン製絶縁層１３までは極めて達し難く、絶縁破壊は起こり難くなっている。
さらに仮に最悪、この傷がケーブル内側へと成長していったとしても、この半導電性被覆層１７の内側には遮水層１５が存在するため、傷の成長は遮水層１５で遮られてさらに内側までは成長し難くなっている。よってこの点からも経時的に傷が成長して、絶縁破壊が起こる可能性は極めて小さくなっている。

また、発電機に通電が行われ、高電圧巻線用ケーブル１が熱膨張や熱収縮を繰り返しても、この熱膨張や熱収縮を半導電性被覆層１７の表面に設けられている複数の突条１６の弾性で吸収することができる。そのため高電圧巻線用ケーブル１の半導電性被覆層１７とケーブルスロット３の内壁との電気的接触が、従来のようにクッションホース５がなくとも、常に安定して保持できる。

そしてこのようにクッションホース５を必要としない分、ケーブルスロット３の内径を従来のものに比して狭くできた。
具体的に説明すると、ほぼ同一外径の高電圧巻線用ケーブル１をケーブルスロット３内に挿入する場合、従来のものではケーブルスロット３の内径が約６３mmであったが、本発明にあってはケーブルスロット３の内径は約５３．５mmでよく、開口面積は従来のものの約７２％で十分であった。
このように開口面積を小さくできた結果、磁束の漏れを低減でき、エネルギー変換効率を約５％向上させることができた。

また本発明の高電圧巻線用ケーブル１では遮水層１５があるため、高電圧巻線用ケーブル１の表面に結露が生じても、該遮水層１５の内部への水分の拡散が防止され、水トリーに起因する劣化の心配もなくなった。
併せて導電率に優れた金属箔を有するこの遮水層１５の存在により、高電圧巻線用ケーブル１のケーブル長手方向の表面抵抗が著しく低く抑えられる。そのため等価的な体積固有抵抗は１０^０Ωcmとなり、通電による表面電位の上昇を実質上無視できる状態になった。それ故、周囲の設置物との間の放電やケーブル表面の漏洩電流による劣化の危険性も無視できるようになった。

上記実施例ではケーブル最外層の半導電性被覆層１７を押出し被覆によりケーブル長手方向に連続して形成したが、半導電性被覆層１７は少なくとも発電機の鉄心２のケーブルスロット３内を貫通する部分にのみ被覆されているだけでその効果を発揮する。
それ故、ケーブル長手方向の必要な箇所、必要な長さ分だけ半導電性被覆層１７を設ければ、すなわちケーブル長手方向に間歇的に半導電性被覆層１７を設ければケーブルの製造コストを低減できる。

またこのように半導電性被覆層１７をケーブル長手方向に間歇的に設ける方法として、例えばケーブル長手方向の遮水層１５上の必要な箇所に、必要長を有する半導電性熱収縮チューブを被せ、これを加熱して半導電性被覆層１７を形成する方法がある。
このようにすれば高電圧巻線用ケーブル１の製造が容易で、かつ製造コストの低減も図れる。

また前記実施例では遮水層１５を形成する金属―プラスチックラミネートテープとして、鉛の金属箔を使用したが、例えばアルミニウム製の金属箔を使用しても同様の効果を期待できる。

本発明の高電圧巻線用ケーブルの一実施例を示す横断面図である。 図１に示す本発明の高電圧巻線用ケーブルの一部拡大横断面図である。 本発明の高電圧巻線用ケーブルを発電機の鉄心に設けられているケーブルスロットに挿入している状態を示す斜視図である。 本発明の高電圧巻線用ケーブルを発電機の鉄心に設けられたケーブルスロット内に挿入した状態を示す横断面図である。 従来の高電圧巻線用ケーブルを発電機の鉄心に設けられたケーブルスロットにクッションホースと共に挿入した状態を示す斜視図である。 従来の高電圧巻線用ケーブルをクッションホースと共に発電機の鉄心に設けられたケーブルスロット内に挿入した状態を示す横断面図である。

符号の説明

１ 高電圧巻線用ケーブル
２ 鉄心
３ ケーブルスロット
５ クッションホース
１５ 遮水層
１６ 突条
１７ 半導電性被覆層

Claims (3)

1. 導体に内部半導電層、架橋ポリエチレン製絶縁層、外部半導電層を順に施した絶縁ケーブルの外方に金属―プラスチックラミネートテープから成る遮水層が施され、該遮水層の外方に、表面に絶縁ケーブル長手方向に延びる複数の突条が施されてなる半導電性被覆層が絶縁ケーブル長手方向に連続的にまたは間欠的に被覆されていることを特徴とする高電圧巻線用ケーブル。
2. 前記半導電性被覆層は高電圧巻線用ケーブルが発電機の鉄心内を貫通する部分にのみ被覆されていることを特徴とする請求項１記載の高電圧巻線用ケーブル。
3. 前記半導電性被覆層は半導電性を有する熱収縮チューブで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高電圧巻線用ケーブル。

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