JPH08264349A - 乾式変圧器巻線 - Google Patents

乾式変圧器巻線

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JPH08264349A
JPH08264349A JP7060817A JP6081795A JPH08264349A JP H08264349 A JPH08264349 A JP H08264349A JP 7060817 A JP7060817 A JP 7060817A JP 6081795 A JP6081795 A JP 6081795A JP H08264349 A JPH08264349 A JP H08264349A
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insulating
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wire
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Yoichi Kamo
洋一 加茂
Hiroshi Tsutsui
宏 筒井
Masaaki Takimoto
正章 滝本
Koji Yamanaka
功治 山中
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 巻線コイル製作の作業性を向上し生産性の優
れた乾式変圧器巻線を提供する。 【構成】 導体1の素線絶縁被覆層2の外周に、従来技
術の層間絶縁紙に相当する厚さを有する素線外周絶縁層
3を設け、その厚さを少なくとも巻線の幅方向より積層
方向が厚く構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は乾式変圧器に係り、特に
乾式変圧器の巻線コイルの改良技術に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図17は従来技術の巻線コイルの断面図
である。図示のように乾式変圧器の巻線は、絶縁性や耐
湿・耐塵性の向上を図るため、絶縁被覆層2を表面に含
浸形成した導体1をさらに層間絶縁紙6を介して順次巻
回して積層巻線を構成し、巻線相互間を隔離したり巻線
表面を保護したりしている。実開昭60−121620
号公報には巻回した巻線が示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、乾
式変圧器巻線コイルを製作する過程で、層間絶縁紙6の
挿入作業や樹脂含浸に伴う作業に長時間を要するため、
生産性が低下する問題があった。本発明の目的は、乾式
変圧器の巻線コイル製作における作業性が優れ、生産性
の向上に有効な乾式変圧器巻線技術を提供することにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記目的達成のために、
本発明では、導電体材料で形成した導体(以下単に導体
と記す)の絶縁被覆層の外側に層間絶縁紙に相当する外
周絶縁層を設けることによって層間絶縁紙を廃止するも
のであり、また、この外周絶縁層をプリプレグ絶縁材料
を用いて形成することにより、絶縁した導体巻回後に熱
処理を行なうのみで、素線相互間及び巻線表面を固着す
ることを可能にしている。すなわち、本発明は、特許請
求の範囲に記載されているように、筒形コイル状に巻回
した絶縁導体を複数段に積層成形した乾式変圧器巻線に
おいて、前記導体を絶縁被覆する絶縁被覆層と、この絶
縁被覆層の外周に形成した素線外周絶縁層を有し、この
素線外周絶縁層の厚さは、巻線の幅方向より積層方向が
少なくとも厚くなるように巻回形成されていることを特
徴とする乾式変圧器巻線である。
【0005】
【作用】上記の構成により、本発明の乾式変圧器巻線コ
イルは、層間絶縁紙を挿入する作業や樹脂含浸に要する
作業を省略することができ、生産性の向上と共に、エネ
ルギ−消費量や材料の使用量を低減することができる。
プリグレグ絶縁材料は、例えば、エポキシ樹脂のように
自己融着することが可能な樹脂材料であって、巻線終了
後、レジンの注入によらずに絶縁層の形成と、巻線コイ
ルの機械的強度を保持することができる。このように、
プリプレグ絶縁材料は熱処理によって素線相互間や巻線
表面を固着することができるから、絶縁性、耐湿性、耐
塵性が良好な乾式変圧器巻線が得られる。図16は、本
発明の素線を用いて製作された乾式変圧器の外観を示す
斜視図である。
【0006】
【実施例】
〈実施例1〉以下、本発明の実施例1を図1、図2を用
いて説明する。図1は、本発明に係る乾式変圧器巻線の
実施例1を示す素線断面図、図2は実施例1の素線を用
いた巻線コイルの断面を示す図である。導体1の外周を
薄い絶縁被覆層2で被覆して素線形成し、その外周に素
線外周絶縁層3を形成した構造となっている。この外周
絶縁層3の材質はプリプレグ絶縁材料が好ましく用いら
れる。図2において、図示部分の電位差が、△V1>△
V2≒△V3の関係を保持する場合、図1においては外
周絶縁層3の積層方向の厚さをα1、α2、幅方向の厚
さをβ1、β2とすると、(α1≒α2)>(β1≒β
2)の関係を有するように、外周絶縁層3を形成してい
る。
【0007】〈実施例2〉図3は、本発明の乾式変圧器
巻線の実施例2を示す素線断面図であって、実施例2
は、素線に円形断面導体を用いたものである。実施例1
と同様に、巻線積層方向の外周絶縁層3が従来の層間絶
縁紙6(図1)に相当の厚さを有するように形成するこ
とにより、層間絶縁紙6に代わる所要の絶縁機能を保持
することができ、層間絶縁紙6を廃止することが可能と
なる。
【0008】〈実施例3〉及び〈実施例4〉 図4は、本発明の乾式変圧器巻線の実施例3を示す素線
断面図、図5は、同じく実施例4を示す素線断面図であ
る。図1及び図3と同様に外周絶縁層3の積層方向と幅
方向との間に寸法差を形成するため、絶縁被覆層2を被
覆した導体1の積層方向の両面に絶縁補強材7を固着さ
せる。絶縁補強材7の材質としては、PA(ポリアミ
ド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PI(ポ
リイミド)、PEI(ポリエーテルイミド)、PPS(ポ
リフェニレンサルファイド)、PET(ポリエチレンテ
レフタレート)、プリプレグ絶縁材料等が適当で、誘電
率の低い絶縁物が好ましい。図5の実施例4に示すよう
に、積層方向の片面のみに絶縁補強材7を固着しても層
間絶縁機能を満たすことができる。
【0009】〈実施例5〉図6に示すように導体1に直
接、絶縁補強材7を固着させ、その外側に素線絶縁被覆
層2を形成してもよい。この時、絶縁被覆材7として、
プリプレグ絶縁材料を用いれば、導体1を巻回した後に
熱処理を行なうのみで素線相互間や巻線表面を固着する
ことが可能である。
【0010】〈実施例6〉図7は、本発明の乾式変圧器
巻線の実施例6の素線を用いたコイルの断面図である。
巻線積層方向の絶縁厚さを増すために、予め導体1に突
起8aを備えた突起付素線絶縁被覆層8を用いて被覆す
る。巻線作業時に、一層を巻回する毎に短時間硬化型の
ワニス9により、隣合う突起8aと突起8aの間を充填
し絶縁性を確保するものである。この実施例もまた層間
紙不使用、レジン注型不使用の効果を期待することがで
きる。
【0011】図8は、従来通りの巻線構造における層間
電位分布図、図9は、層間紙不使用の構造における層間
電位分布図である。何れも電界強度の解析を行ない電界
集中の有無を確認した結果を示すものである。但し、素
線絶縁被覆層2及び層間絶縁紙6はポリアミド不織布を
使用しており、図8に示す従来の巻線構造では、導体被
覆層2を0.05mm×2枚、層間絶縁紙6を0.13mm×3枚と
しており、また、層間絶縁紙不使用の場合は導体被覆層
2を0.05mm×5枚として計算している。なお、図8は、
層間の電位差を100%として7.7%ごとに、また、
図9では10%ごとに等電位曲線を描いたものである。
図8に比べると図9は、特に電界が集中している箇所は
なく、層間紙不使用としても大きな問題がないことがわ
かる。
【0012】次に具体的な被膜厚を絶縁物の材質に応じ
て定める。一般にコイルの導体間の絶縁厚は材質の絶縁
耐圧等の特性により決定される。一方、コイル層間の空
隙を0とすることは困難である。このため空隙による部
分放電現象が生じ易い。部分放電が生じると絶縁材料が
コロナ放電で劣化し絶縁破壊に至るおそれがある。そこ
でコイル層間すなわち積層方向の絶縁厚さについては、
むしろ部分放電を生じさせない程度の厚さとしなければ
ならない。コイルの導体間には巻線時の空隙を含んだま
ま残る場合が多い。この空隙における放電現象は、同一
層内の巻線間では電位差が小さいので発生せず、層間の
巻線間で発生する。層間の電位差を次第に大きくし、空
隙の分担電圧がその空隙の放電電圧を超えるとき部分放
電を開始するに至る。これは固体誘電体と空隙との複合
誘電体として、空隙の分担電圧とその空隙の放電電圧の
関係から求めることができる。
【0013】図10は、コイルの層間部に空隙を有する
場合の模式図である。図10において、電極間に電圧V
0を付加したとき、前記空隙の分担電圧Va及び誘電体の
分担電圧Vsはそれぞれ(数1)式、(数2)式で表さ
れる。
【0014】
【数1】
【0015】
【数2】
【0016】ただし、V0:電極間電圧
a:空隙長 Va:空隙の分担電圧 ds:誘電体の厚さ Vs:誘電体の分担電圧 εa :空隙の誘電率 εs :誘電体の誘電率 コイル層間に高電位が生じると層間の被覆材の誘電率に
比べ空隙の誘電率が小さいこと、さらに空気の絶縁破壊
電圧は誘電体のそれに比べ低いことから、層間電圧を上
昇していくと、まず空隙の部分が絶縁破壊する。したが
って部分放電開始電圧は、空隙が分担する電圧として
(数1)式により求められる。空気の誘電率εa=1と
すると電極間電圧V0は(数3)式で表される。
【0017】
【数3】
【0018】ここで層間のコロナ開始電圧V0を定格電
圧V0′の1.5倍とし、空隙の長さdaを変化させ、そ
のdaにおけるパッシェン曲線の大気圧の放電電圧Va
(数3)式に代入し、誘電率εsの絶縁物の厚さを求め
ていくと、ある空隙長daで絶縁厚が最大となる。この
値を層間電圧V0′に対する誘電率εsの対層間厚さとす
る。以下各種絶縁材の層間厚さを記す。層間定格電圧が
700Vの場合、プリプレグ(εs=4.5)が絶縁材ならば厚さ
t=0.36mm、PET(εs=3.2)が絶縁材ならばt=0.26mm、
PEN(εs=3.0)が絶縁材ならば0.24mmとなる。層間定
格電圧が500Vの場合、プリプレグが絶縁材ならばt=0.1
9mm、PETが絶縁材ならばt=0.13mm、PENが絶縁材
ならばt=0.12mmとなる。層間電圧が300Vの場合では、
プリプレグが絶縁材ならばt=0.06mm、PETが絶縁材な
らばt=0.04mm、PENが絶縁材ならばt=0.04mmとな
る。一方、ターン間に対する絶縁層は各材質の絶縁破壊
電圧から求められるが、実際にごく小さな電位しかター
ン間には生じないので、絶縁厚は製造方法及びコストを
考慮し、0.01〜0.05mmであれば十分である。
【0019】図11は、図7に示す巻線コイル用素線の
製造装置の実施例を示す図である。図11はエナメル被
覆線の一般的な製法を利用したもので、エナメル塗料を
導体上に塗布→焼付け→塗布の繰返しにより行なう。塗
装部は導体1がエナメル液の槽を通過直後に塗膜が適当
な厚さになるよう過剰に付着した塗料を絞りとる。特に
粘度の高いワニスは、金属ダイス13を用いて絞る。図
7に示すように、導体1の絶縁被覆面に突起部8aを形
成するには、金属ダイス13に突起部8aに相当する凹
部を形成し、引き抜き成形することにより可能である。
【0020】次にこれまで述べてきた導体1素線を巻線
する手段について図12、図13、図14を用いて説明
する。図12は図4及び図5に示した素線の巻線装置を
示す図である。巻型17に導体1を巻回する直前に、ロ
ール状の絶縁補強材7を導体1の積層方向上下から導体
1に密着するように合流させて巻線するものである。図
6の素線の場合は、図13に示すように、導体1にロー
ル状の絶縁補強材7を積層方向上下から導体1に合流さ
せたのち、素線絶縁被覆層2が導体1と絶縁補強材7を
内包するように巻き付け、巻型17にこれらの導体1の
構成物を巻回するものである。図14は、図7に示した
巻線コイルの巻線装置を示す図である。巻線時に、一層
を巻き終る毎にワニス9をコイル全周に塗布し、突起8
aと突起8a間の溝部にワニス9を充填し確固とした層
間絶縁層を形成する。層間に塗布するワニスは、紫外線
照射、赤外線照射及び加熱処理等の手段により短時硬化
させることが好ましい。特に巻線作業に支障をきたさな
いほど短時間で硬化するワニス材を使用するならば、図
7のような突起8aを設けずに、絶縁被覆厚を一定にし
て層間絶縁層を確保することができる。さらに素線絶縁
被覆層2を自己融着性ワニスで形成すれば、巻線後の熱
処理のみでコイルを固着することができる。
【0021】以上の導体素線及び巻線作業によって形成
した巻線コイルの断面を示す一実施例を図2に示した
が、一層目の巻線を終了した後、そのままUターンして
折り返したU巻きコイルの端部では、層間電圧が最大と
なる部分が生ずる。この部分の絶縁強度が劣るため、図
16のようにコイル端面において層間絶縁層が突き出る
ような被覆形状とすると、導体1間の沿面距離を長くす
ることができ、高電位に対する絶縁強度を増加すること
ができる。この種の導体素線もまた、図11における金
属ダイス13のような専用ダイスを用いたワニス塗工に
より成形することができる。図16は、上記各実施例に
よる巻線を用いて形成された変圧器の外観斜視図であ
る。本実施例のコイルは巻線終了後にレジン等の樹脂注
型作業の必要がなく、巻線間の自己融着により固着され
るから、コイル円周方向にコイル縞部20が形成され
る。
【0022】
【発明の効果】本発明の実施により、乾式変圧器巻線の
製作過程において、従来の巻線の積層毎に挿入していた
層間絶縁紙を廃止することができ、また、素線外周絶縁
層をプリプレグ材とすることにより、熱処理を施すだけ
で素線相互間及び巻線の表面を固着させることが可能と
なり、樹脂含浸作業の廃止が可能となり、作業性の向上
と材料費、エネルギー費の低減が図られ、低原価で乾式
変圧器巻線コイルを製作することができるなどの顕著な
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る乾式変圧器巻線の実施例1を示す
素線断面図である。
【図2】図1に示した実施例1の素線を用いた巻線コイ
ルの断面を示す図である。
【図3】本発明の乾式変圧器巻線の実施例2を示す素線
断面図である。
【図4】本発明の乾式変圧器巻線の実施例3を示す素線
断面図である。
【図5】本発明の乾式変圧器巻線の実施例4を示す素線
断面図である。
【図6】本発明の乾式変圧器巻線の実施例5を示す素線
断面図である。
【図7】本発明の乾式変圧器巻線の実施例6の素線を用
いたコイルの断面図である。
【図8】従来通りの巻線構造における層間電位分布図で
ある。
【図9】層間紙不使用の構造における層間電位分布図で
ある。
【図10】コイルの層間部に空隙を有する場合の模式図
である。
【図11】図7に示した導体素線の製造装置の実施例を
示す図である。
【図12】図4及び図5に示した素線導体に絶縁補強材
を貼着する巻線装置の実施例を示す図である。
【図13】図6に示した絶縁補強材を内包した素線導体
の巻線装置の実施例を示す図である。
【図14】図7に示した巻線コイルの巻線装置を示す図
である。
【図15】本発明の素線より形成されるコイルの一例を
示す図である。
【図16】本発明の素線を用いて製作した乾式変圧器の
外観図を示す斜視図である。
【図17】従来技術の巻線コイルの断面図である。
【符号の説明】
1…導体 2…素線絶縁被覆 3…素線外周絶縁層 4…巻線内周絶縁層 5…巻線外周絶縁層 6…層間絶縁紙 7…絶縁補強材 8…突起付素線絶縁被覆 9…ワニス 10…電極 11…焼鈍炉 12…ワニス塗装部 13…金属ダイス 14…焼付け炉 15…素線ボビン 16…巻取ボビン 17…巻型 18…ワニス硬化手段 19…ポンプ 20…コイル縞部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 功治 新潟県北蒲原郡中条町大字富岡46番地1号 株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】筒形コイル状に巻回した絶縁導体を複数段
    に積層成形した乾式変圧器巻線において、 前記導体を絶縁被覆する絶縁被覆層と、 この絶縁被覆層の外周に形成した素線外周絶縁層を有
    し、 この素線外周絶縁層の厚さは、巻線の幅方向より積層方
    向が少なくとも厚くなるように巻回形成されていること
    を特徴とする乾式変圧器巻線。
  2. 【請求項2】前記素線外周絶縁層をプリプレグ絶縁材料
    で形成したことを特徴とする請求項1記載の乾式変圧器
    巻線。
  3. 【請求項3】前記絶縁被覆層、及び前記素線外周絶縁層
    をプリプレグ絶縁材料で形成したことを特徴とする請求
    項1記載の乾式変圧器巻線。
  4. 【請求項4】前記絶縁被覆層、若しくは前記素線外周絶
    縁層断面に複数の突起部と、この突起部間に充填する絶
    縁材を介設したことを特徴とする請求項1記載の乾式変
    圧器巻線。
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