JP2010088295A - 回転電気機械用のレーベルバー - Google Patents

Abstract

【課題】スロット部とヨーク部の移行領域における過度の加熱および放電の発生を確実に阻止するレーベルバーを提供する。
【解決手段】スロット部とヨーク部の移行領域における過度の加熱および放電を阻止するために、この移行領域内に容量結合を低減する手段が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電気機械用のレーベルバーに関する。

回転電気機械、殊にターボジェネレータの固定子巻線の電気的な導体として、刊行物EP-A1-0 778 648から公知であるような、いわゆるレーベルバー（Roebel bar）が使用される。その種のレーベルバーにおいては、固定子金属薄板と直接接触している直線状のスロット部ないし溝部と、固定子から突出しており、且つ各バーを別のバーに接続して１つの巻線を形成する湾曲したアーチ部ないしヨーク部とが区別される（上記の刊行物の図１を参照されたい）。固定子金属薄板（スロット部）との短絡または別のレーベルバー（ヨーク部）との短絡を回避するために、レーベルバーには絶縁部が設けられている。

コロナシールドとして、この絶縁部の表面は通常の場合、（直線状の）スロット部内に導電層を有しており（面伝導度は約１０００Ｏｈｍ．ｃｍ／ｃｍ）、且つ（湾曲した）ヨーク部内に半導体層を有しており、この半導体層は有利にはフィールドに依存する伝導度を有する（面伝導度は１０^７〜１０^１２Ｏｈｍ．ｃｍ／ｃｍ）。相応に、これら２つのコロナシールド層をスロットコロナシールド（ＳＣＳ）およびヨークコロナシールド（ＹＣＳ）と称する。

コロナシールド系ＳＣＳ／ＹＣＳの最も危険と思われる点はＳＣＳとＹＣＳの移行部である。ＳＣＳの抵抗が低いために、コロナシールドはその端部までアース電位である。これに対して高抵抗のＹＣＳでは絶縁部を介する容量結合が重要性を増す。これにより、ＳＣＳ端部からの距離が増すに連れ、レーベルバーの表面電位は電気的な導体の電位（Ｕ_L）を有するようになる。したがって表面には、ＳＣＳ／ＹＣＳ移行部の領域において殊に高い調整電流が流れる。

このことはＲ（ＹＣＳ）＝∞の場合には簡単に説明できる。この場合、ヨーク部における個所ｘでの表面電位Ｕ（ｘ）は表面容量（Ｃ_o）と絶縁部の容量（Ｃ_iso）の比によって表されている。つまり、
Ｕ（ｘ）＝Ｕ_L＊ｆ（Ｃ_o，Ｃ_iso）＝Ｕ_L＊Ｃ_iso／（Ｃ_o＋Ｃ_iso）；
ここでｘは、ｘ＝０であるＳＣＳの端部からの距離を表す。Ｃ_oは１／ｘに比例し、他方Ｃ_isoは通常のプレートコンデンサの場合のようにε／ｄ（ｄ＝絶縁部の厚さ）に比例する。図１および図２は、ｘの任意の単位でのＵ（ｘ）／Ｕ_Lの経過を示し、Ｃ_o（ｘ＝１）／Ｃ_iso＝０．１（「通常の結合」、曲線ｂ）ないし０．２（「強力な結合」、曲線ａ）が選択されている。２つの図はｘ軸の異なるスケーリングによって区別される。

ＹＣＳの抵抗がフィールドに依存する場合には状況は類似しているが、説明はより難しくなる（J. Thienpont, T.H. Sie "Suppression of surface discharges in the stator windiＳＣＳ of high voltage machines" in "Conference Internationale des grands resaux electriques a haute tension", Paris, 1964を参照されたい。）
電界Ｅ＝ｄＵ／ｄｘはｘ＝０において最大である。しかしながらこのことは、その電界では変位電流ｊの密度が高まり、それとともにＥ＊ｊに比例する誘電性の熱損失が高まることも意味する。これはＳＣＳの端部における温度上昇の原因となる。さらには電界強度自体も問題となる。この電界強度は、表面放電を生じさせるまで高まる可能性がある。確かに、コロナシールドはこれに対する助けとなるが、任意の高さの電圧および容量結合に対しては助けとならない。温度上昇および放電は殊に以下の条件で生じる可能性がある：
・２０ｋVを上回るＵ_nに関して２Ｕ_nを上回るＵ_testでのテスト。
・誘電性結合が高められている（すなわちＣ_isoが比較的高い）絶縁部を用いるテスト。その種の絶縁部は、例えばＥ_ｎ≧３．５ｋＶを有する絶縁部（標準的にはＥ_n＝２．５ｋＶ／ｍｍ〜３．０ｋＶ／ｍｍ）が達成されるべき場合に存在する。Ｕ_n＝ｃｏｎｓｔ．に関して、上昇するＥ_nとは絶縁部の厚さの２５％〜４０％の低減およびＣ_isoの相応の上昇を意味する。さらにはεが約５０％上昇する。何故ならば、ε＝９の雲母の成分が標準の絶縁部における成分よりも高いからである。

EP-A1-0 778 648

本発明の課題は、スロット部とヨーク部の移行領域における過度の加熱および放電の発生を確実に阻止するレーベルバーを提供することである。

この課題は、スロット部とヨーク部の移行領域における過度の加熱および放電を阻止するために、この移行領域内に容量結合を低減する手段が設けられていることによって解決される。

本発明の１つの実施形態によれば、スロット部とヨーク部の移行領域における容量結合を低減するための手段は、移行領域において局所的に厚くされた絶縁部を有する。殊に、局所的に厚くされた絶縁部は、絶縁部の上方に被着される付加絶縁部によって達成される。付加絶縁部は使用される材料に関して絶縁部と異なっていてもよく、例えば付加絶縁部は絶縁部よりも僅かに低い絶縁品質を有する。

本発明の別の実施形態によれば、絶縁部は樹脂の含浸されたガラス／雲母バンドを有し、また付加絶縁部は樹脂の含浸されたガラスバンドおよび／またはガラス織布および／またはガラス不織布から構成されている。

絶縁部が樹脂の含浸されたガラス／雲母バンドを有し、また付加絶縁部が、ポリマーファイバからなる、樹脂の含浸されたバンドおよび／または織布および／または不織布から構成されている場合には、さらに好適な結果が得られる。

バンドおよび／または織布および／または不織布の含浸に関して殊に低い誘電定数を有する樹脂、殊にシアネートエステルが使用される。

しかしながら付加絶縁部を、２〜４の相対誘電定数を有する低極性ポリマー、殊にＰＴＦＥ，ＰＰ，カプトン^(R)、マイラー^(R)およびナイロン^(R)から構成することも考えられる。

殊にそのような場合には、付加絶縁部の材料を収縮適合（Aufschrumpfen）、吹き付け、浸漬、接着、加硫処理または鋳込みによって適用ないし被着することができる。

図１は、ヨークコロナシールド（ＹＣＳ）の抵抗が無限大である場合に関して、「通常の」結合または「強力な」結合の際の、スロットコロナシールド（ＳＣＳ）とヨークコロナシールド（ＹＣＳ）との境界部までの距離ｘと、レーベルバーのヨーク部内での導体電位と表面電位の比率との関係を示す。 図１の曲線の初期部分を拡張したｘ軸で表したものである。 本発明の実施例によるレーベルバーのＳＣＳ／ＹＣＳ移行領域の縦断面を示す。 ＳＣＳとＹＣＳの境界部における、図３のレーベルバーの横断面を示す。

図３および図４は、（直線状の）スロット部ＮＴと（湾曲した）ヨーク部ＢＴの移行領域における、本発明の実施例によるレーベルバー１０の縦断面と横断面を示す。この実施例のレーベルバー１０は、ほぼ矩形の横断面を備えた中央のＣｕ導体１１を有し、このＣｕ導体１１は絶縁部１２によって包囲されており、これは例えば樹脂の含浸されたガラス／雲母バンドから構成されている。スロット部ＮＴにおいて絶縁部１２の表面はスロットコロナシールド１３としての導電層によって覆われている。ヨーク部ＢＴにおいて絶縁部１２の表面はヨークコロナシールド１４としての半導体層によって覆われている。移行領域においてヨークコロナシールド１４とスロットコロナシールド１３が重畳しており、１つの重畳領域１６が形成される。

ＳＣＳとＹＣＳの重畳領域１６ないし境界部１７の下方において、またそれらの両側において、スロット部ＮＴおよびヨーク部ＢＴに突入して付加絶縁部１５が配置されており、この付加絶縁部１５は絶縁部１２を外側から包囲し、且つ端部に向かって厚みが減少するように延在している。

付加絶縁部１５の使用は、ＹＣＳ／ＳＣＳの領域における容量結合を低減するために有利な措置である。

付加絶縁部１５はＹＣＳとＳＣＳの移行領域にける絶縁部１２の局所的な増厚部を形成する。この増厚をレーベルバーの製造プロセスにおいて実施することができるか、事後的に行うことができる。この付加絶縁部１５の品質はスロット部ＮＴにおける絶縁部の品質と必ずしも同じである必要はない。何故ならば、この付加絶縁部１５は既に単独で、絶縁破壊に対する十分な保護を保証することができるからである。

したがって有利には、付加絶縁部１５ないし増厚部が樹脂の含浸されたガラス／雲母バンドから構成されずに、樹脂の含浸されたガラスバンド、ガラス織布またはガラス不織布から構成され、その基本材料としてはＥガラスではなく、石英ガラスが使用される。石英ガラスはε＝３．９の誘電率を有し、これはＥガラスの誘電率（ε＝６．２）または雲母（ε＝７〜１０）の誘電率よりも遙かに低い。これによって、雲母絶縁部とガラス絶縁部から成る系の総誘電率ε_totは低減される。

石英ガラスの代わりに、使用されるバンドまたは織布または不織布がポリマーファイバ、例えばＰＥＴ，ＰＥＮ，アラミド，ポリアミドから構成される場合にはε_totを有利に低減することができる。これらの材料はε＝３〜４を有する。

付加絶縁部１５のバンドまたは織布または不織布の含浸について、通常のエポキシ樹脂またはポリエステル樹脂の代わりに、殊に低いεを有する樹脂、例えばε＝３を有するシアネートエステルが使用される場合にはさらに低いε_totが得られる。

付加絶縁部１５が、巻き付けられて含浸されたバンドまたは織布または不織布から構成される代わりに、完全に、もしくは大部分がε＝２〜４を有する低極性ポリマー、例えばＰＴＦＥ，ＰＰ（ε＝２〜２．２），カプトン^(R)、マイラー^(R)およびナイロン^(R)（ε＝約３）から構成される場合にはさらなる低減が達成される。材料の選択はこれらの例に制限されるものではない。付加絶縁部１５を形成するために、巻き付けおよび含浸の代わりに、部分的に別の方法、例えば収縮適合、吹き付け、浸漬、接着、加硫処理または鋳込みなどによってこの種の材料を適用することができる。

これによって達成可能な改善の例を以下に示す：
本来の絶縁部の容量をε_iso＝６，ｄ_iso＝４ｍｍによって表すと、付加絶縁層の容量は相応の値ε_zu＝３，ｄ_zu＝４ｍｍを有する。

この場合には以下のことが当てはまる：
Ｃ_iso〜6/4＝3/2 Ｃ_zu〜3/4 １／Ｃ_tot〜2/3＋4/3＝２ → Ｃ_tot〜1/2
このことは容量結合がファクタ３低減されたことを意味する。

１０ レーベルバー、 １１ Ｃｕ導体、 １２ 絶縁部、 １３ スロットコロナシールド、 １４ ヨークコロナシールド、 １５ 付加絶縁部、 １６ 重畳領域、 １７ スロット部とヨーク部の境界、 Ｕ（ｘ） 表面電位、 Ｕ_L 導体電位、 Ｃ_o 表面容量、 Ｃ_iso 絶縁部の容量、 ＮＴ スロット部、 ＢＴ ヨーク部

Claims (9)

1. 回転電気機械用のレーベルバー（１０）、例えばターボジェネレータであって、
   回転電気機械の固定子金属薄板においてスロットに嵌め込まれる直線状のスロット部（ＮＴ）と、固定子から突出しており、各バーを別のバーに接続して１つの巻線を形成し、且つ前記スロット部（ＮＴ）と接続されている湾曲したヨーク部（ＢＴ）とを有し、
   絶縁部（１２）によって包囲されているＣｕ導体（１１）を有し、前記絶縁部（１２）の表面は前記スロット部（ＮＴ）内に導電層の形態のスロットコロナシールド（１３）を有し、且つ、前記ヨーク部（ＢＴ）内に半導体層の形態のヨークコロナシールド（１４）を有する形態のレーベルバーにおいて、
   前記スロット部（ＮＴ）と前記ヨーク部（ＢＴ）の移行領域における過度の加熱および放電を阻止するために、該移行領域内に容量結合を低減する手段（１５）が設けられていることを特徴とする、レーベルバー。
2. 前記スロット部（ＮＴ）と前記ヨーク部（ＢＴ）の前記移行領域における容量結合を低減する前記手段（１５）は、前記移行領域において局所的に厚くされた絶縁部を有する、請求項１記載のレーベルバー。
3. 前記局所的に厚くされた絶縁部は、前記絶縁部（１２）の上方に被着される付加絶縁部（１５）によって達成される、請求項２記載のレーベルバー。
4. 前記付加絶縁部（１５）は使用される材料に関して前記絶縁部（１２）とは異なり、例えば異なる絶縁品質を有する、請求項３記載のレーベルバー。
5. 前記絶縁部（１２）は樹脂の含浸されたガラス／雲母バンドを有し、前記付加絶縁部（１５）は樹脂の含浸された石英ガラスからなるバンドおよび／または織布および／または不織布から構成されている、請求項４記載のレーベルバー。
6. 前記絶縁部（１２）は樹脂の含浸されたガラス／雲母バンドを有し、前記付加絶縁部（１５）は樹脂の含浸されたポリマーファイバからなるバンドおよび／または織布および／または不織布から構成されている、請求項４記載のレーベルバー。
7. 前記のバンドおよび／または織布および／または不織布の含浸に関して殊に低い誘電定数を有する樹脂、例えばシアネートエステルが使用される、請求項５または６記載のレーベルバー。
8. 前記付加絶縁部（１５）は、２〜４の相対誘電定数を有する低極性ポリマー、例えばＰＴＦＥ，ＰＰ，カプトン^(R)、マイラー^(R)およびナイロン^(R)から構成されている、請求項４記載のレーベルバー。
9. 前記付加絶縁部（１５）の材料は収縮適合、吹き付け、浸漬、接着、加硫処理または鋳込みによって被着される、請求項８記載のレーベルバー。

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