JPH09120922A - 転位導体巻線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】変電機器等に使用される転位導体巻線の転位部
に形成される空隙部での絶縁性能の低下を防止する高耐
電圧特性を有する転位導体巻線を提供する。 【解決手段】巻線１ｂを構成する複数の転位された素線
被覆導体４の一本を裸導体４ａとして、巻線１ｂの転位
部に形成された空隙部１０をも含めて巻線１ｂの外周部
にカーボン紙１１からなる導電性シート１２を前記裸導
体４ａと導電接触しながら巻回して電界シールド層１３
を設けて、空隙部１０を形成する巻線１ｂと電界シール
ド層１３とを等電位として、この空隙部１０での部分放
電の発生を防止して絶縁的に無害化した転位導体巻線と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、変圧器等の変電
機器及び超電導機器に用いられる転位導体からなる巻線
の絶縁構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７〜図９は、変圧器の巻線構造を示す
ものであり、図７は複数の素線被覆導体を並列に転位し
て構成された転位導体からなる巻線の部分斜視図、図８
は図７の巻線に絶縁を施した転位導体巻線の断面図、図
９は転位導体巻線間の配置例を示す断面図である。ま
た、図１０及び図１１は、超電導機器に用いられる転位
導体巻線の構成を示すもので、図１０は巻線間に絶縁を
施した転位導体巻線の断面図、図１１の（ａ）は巻線を
構成する超電導導体の断面図、（ｂ）は超電導導体を並
列に転位して構成された巻線の断面図である。変圧器及
び超電導機器等の交流磁場が生成されている中に巻線を
配置すると、この巻線に鎖交する磁束により誘起される
電流は、表皮効果により巻線断面に一様に流れにくく巻
線を構成する導体表面に渦電流が発生する。この渦電流
発生による損失は巻線に大電流が流れる大容量の機器ほ
ど大きくなるため、巻線を多数の導体を並列にする構成
としている。また、このように多数導体の並列構成とし
た場合に、各導体の平均周長や鎖交磁束数の差異による
起電力の発生を平衡させ、並列導体間の循環電流を低減
するために、巻線を構成する前記した複数の導体は、そ
の上下，左右の位置を変える転位構造が採用されてい
る。

【０００３】図７に示す変圧器の巻線１は、図８に示す
ように導体２にクラフト紙，エナメル皮膜等の素線絶縁
３を被覆して構成された素線被覆導体４を複数段２並列
にその相対位置を少しづつ変化させて、各素線被覆導体
４の相対位置の偏りをなくする転位導体を採用してお
り、前記したように巻線１を構成する素線被覆導体４の
間の電流分布を均一になるように構成している。そし
て、これらの転位された素線被覆導体４から構成された
巻線１の外周に前記したクラフト紙等の絶縁テープを複
数回巻回して図８に示す転位導体巻線６を作製して、こ
の転位導体巻線６を所定数巻回し隣接配置して図９のよ
うに変圧器巻線を構成している。

【０００４】また、図１０に示すように、超電導機器に
用いられる転位導体巻線６ａは、導体２ａを後記するよ
うに複数本並列に配して構成した巻線１ａを、前記した
変圧器の巻線１の外周部のような巻線絶縁５（図８）を
施さないで、ヘリウム液等の冷却媒体が直接接触するよ
うにして導体２ａの冷却能力の低下を防ぐようにしてお
り、これらの巻線１ａ間に絶縁体７を介装して巻線１ａ
間の絶縁をする構造を採用している。前記した導体２ａ
は、図１１の（ａ）に示すように所定数のＮｂＴｉから
なる超電導線８を、Ｃｕ又はＡｌからなるシース９内に
収納して構成されており、この導体２ａ複数個を前記し
た図７の変圧器の巻線１のように転位して並列に配し
て、図１１の（ｂ）に示すように、占積率を上げるため
に丸形の断面構造の導体２ａを、圧縮成形により断面矩
形状にしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、転位した導
体からなる巻線の断面形状は、転位導体の位置により個
々の導体の位置が変化していることから、導体間が互い
に密着して巻回された場合、転位導体間に不特定形状の
微小空隙の発生することが避けられない。即ち、前記し
た図８に示す変圧器の転位導体巻線６の素線被覆導体４
が転位したことにより形成される巻線絶縁５と素線被覆
導体４との間に形成される空隙部１０は、この巻線１の
絶縁の弱点部となり、図９に示すような転位導体巻線６
間の絶縁や変圧器を構成する他の導体間との絶縁を行う
時には、この空隙部１０で部分放電が発生しない電界強
度で設計しなければならない場合が多く、変圧器の高耐
電圧化及び小型化を推進する上での解決すべき課題とな
っている。

【０００６】また、図１０に示した超電導機器における
裸導体２ａからなる断面矩形状の巻線１ａ間の絶縁体７
による絶縁構成においては、図１１の（ｂ）の複数の導
体２ａの圧縮成形加工により作製される巻線１ａの外周
部に凹凸部ができ、図１０に示す絶縁体７との境界面に
空隙部１０ａを形成する。超電導機器では、巻線の絶縁
媒体がヘリウムガスを用いることが多いが、このヘリウ
ムガスの絶縁破壊強度は空気の約２５％に留まるため
に、この空隙部１０ａが絶縁の弱点部となるために、そ
の対策が望まれている。

【０００７】この発明の課題は、前記の問題を解決し転
位導体巻線の空隙部での絶縁性能の低下を防止する転位
導体巻線の絶縁構成を提供して、機器絶縁の高信頼化、
及び高耐電圧化を達成することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明は、導体を転位することにより形成さ
れる転位導体巻線の巻線の外周部と巻線絶縁、または巻
線と絶縁体との間に形成される空隙部の転位導体巻線が
絶縁上の弱点部とならないようにするために、巻線の外
周部に、空隙部を含めて導電性シートを巻線の電位と等
しくなるようにして巻回した電界シールド層を構成する
ようにする。これより、前記した巻線の空隙部を形成す
る巻線と電界シールド層とが等電位となるので、空隙部
での部分放電の発生を防止することができる絶縁的に無
害化した転位導体巻線とすることができる。

【０００９】そして、上記した導電性シートからなる電
界シールド層は、巻線を構成する転位導体が複数の素線
被覆導体から構成されている巻線の場合には、その一本
を裸導体としてその裸導体と接触して導電性シートを巻
回するか、または、素線被覆導体の素線絶縁を部分的に
剥離して導体部と導電接触させて巻回することにより導
電性シートからなる電界シールドが巻線と等電位とする
ことができる。更に、前記した導電性シートは導電性の
繊維からなるシート、及び金属導電膜を絶縁シートの面
に蒸着して構成したものを用いると巻回性も良好で好適
であり、また裸導体からなる巻線に巻回するような場合
の導体角部での導電性シートの機械的な損傷を防止する
ためには、保護絶縁シートを巻線に巻回してから導電性
シートを巻回するのがよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。実施の形態１ 図１はこの発明の第１の実施の形態を示す変圧器の転位
導体巻線の構成を示す要部断面図である。なお、従来と
同じ部分には同一符号を用いることにより詳細な説明を
省略する。図１に示す転位導体巻線６ｂの巻線１ｂは、
従来の図７に示す巻線１を素線被覆導体４と一本の素線
絶縁３を施さない裸導体４ａとの転位導体で構成したも
のである。この巻線１ｂの外周にカーボン繊維の不織布
を図２のようにテープ状に切断したカーボン紙１１から
なる導電性シート１２を密着して前記裸導体４ａの表面
と導電接触するように巻回することにより、巻線１ｂの
外周部に電界シールド層１３を形成する。そしてこの電
界シールド層１３の外周に巻線１ｂの巻線絶縁５として
クラフト紙を所定回数巻回して転位導体巻線６ｂを構成
している。前記した絶縁構成からなる転位導体巻線６ｂ
では、従来の図８に示す素線被覆導体４の転位部の空間
部１０に相当する空間部１０ｂの部分には、導体２と、
裸導体４ａと導電接触して導体２と同電位の導電性シー
ト１２とからなる電界シールド層１３で囲まれた電位差
のない空間領域を形成するので、素線被覆導体４に高電
圧が課電されても空間部１０での部分放電の発生がな
く、図９に示す転位巻線導体６間の空隙部１０近傍での
巻線絶縁５の絶縁性能が低下することがない絶縁弱点部
のない転位導体巻線６ａを構成することができる。

【００１１】前記した導電性シート１２として、前記し
た図２に示す導電性繊維をシート状にしたカーボン紙１
１の他に、図３に示すように、クラフト紙，クレープ
紙、またはポリエステルフイルム等の可とう性のある熱
硬化性あるいは熱可塑性の絶縁シート１２１の面に、Ａ
Ｉ，Ｃｕ等の導電性金属を真空蒸着して導電性膜１２２
を施した導電性シート１２ａをも用いることができ、こ
の場合には導電性膜１２２の面を巻線１ｂ側に接触して
巻回して電界シールド１３を構成するようにする。これ
らの導電性シート１２は、巻線１ｂとの巻回性が優れて
いるために、素線被覆導体４と裸導体４ａと緊迫して密
着して巻回することができ、裸導体４ａと導電接触する
ので、導体４ａの電位を導電性シート１２に給電するこ
とが可能となる。

【００１２】なお、前記したように巻線１ｂに、導電性
シート１２としてテープ状に切断しものを巻線１ｂの長
手方向に巻回して構成する場合には、導電性シート１２
が互いに重って接触部を形成すると、この接触部に渦電
流の発生により局部加熱が発生する場合があるので、図
４のように互いに接触しないように少なくとも一層分巻
回するようにする。また、幅広の導電性シート１２を図
５のように巻線１ｂにシート巻きにして電界シールド層
１３を形成することもできる。この場合には導電性シー
ト１２の重ね合わせ部１２３は導電性の接着剤で接着す
るのが好ましい。

【００１３】実施の形態２ 前記した実施の形態１での転位導体巻線６ｂの巻線１ｂ
の構成は、巻線１ｂの外周に巻回して設けられる導電性
シート１２に裸導体４ａを介して導体２の電位を給電す
る構成を採用しているが、この裸導体４ａを設けること
なく巻線１ｂの外周部に面している素線被覆導体４の素
線絶縁３を部分的に剥離して、この剥離した導体２から
導電性シート１２に給電するように、前記実施の形態１
と同様に導電性シート１２を前記導体２の部分に導電接
触するようにして巻線１ｂに密着して巻回して電界シー
ルド層１３を形成するようにしてもよい。なお、素線絶
縁３を剥離して露出させた導体２は、素線絶縁３の層よ
り下部に位置しているために導電性シート１２の巻回時
に接触しない恐れがあるために、素線絶縁３の層から露
出している導体２の面に導電性コンパウンドを埋め込ん
で、巻回時には導電性シート１２とこの導電性コンパウ
ンドが導電接触するようにする。また、一方端を導体２
に溶接等より接続させたＣｕ等からなる導電性金属箔を
巻線１ｂ上に設けて、この導電性金属箔とともに巻線１
ｂに前記と同様に導電性シート１２を巻回して、この導
電性金属箔を介して導体２と素線被覆導体４の導体２と
同電位の導電性シート１２からなる電界シールド層を巻
線１ｂに形成することができる。

【００１４】実施の形態３ 図６は、この発明の第３の実施の形態を示す超電導機器
に用いられる転位導体巻線の部分断面図である。前記し
た図１０に示すように、複数の超電導線８をシース９内
に収納して構成される導体２ａ（図１１）を並列に転位
して断面矩形状に成形した巻線１ａの外周部に形成され
る空隙部１０ａによる巻線絶縁の絶縁性能に与える影響
を防止するために、前記した実施の形態１及び２と同様
にカーボン紙１１からなる導電シート１２、またはポリ
エステルフイルム等の絶縁フイルム１２１にＡＩ蒸着を
した導電性シート１２ａを巻線１ａの導体２ａと導電接
触しながら巻回して、巻線１ａの外周部に電界シールド
層１３ａを形成したものである。上記した巻線絶縁構造
とすることにより、前記した図１０に示す巻線１ａと絶
縁体７との境界面に形成される空隙部１０ａに相当する
巻線１ａの表面の凹部と電界シールド層１３ａ間に形成
される空隙部１０ｃは、導体２ａと等電位の電界シール
ド層１３ａから囲まれた構造とすることができるので、
空隙部１０ｃでの部分放電の発生のない構成とすること
ができ、この実施の形態からなる転位導体巻線を採用す
ることにより巻線の絶縁性能の低下を防止することがで
きる。

【００１５】また、素線絶縁を施さない裸導体からなる
前記導体２ａからなる巻線１ａに導電性シート１２を巻
回する際に、導体２ａの角部２１ａにより裂ける等の導
電性シート１２の機械的損傷を受ける恐れがある場合に
は、巻線１ａに前記したクラフト紙等の保護用の絶縁シ
ートを巻回してから導電性シート１２を巻回するように
する。この場合には巻回される導電性シート１２と導体
２ａとが導電接触する個所を設けるように、例えば部分
的に導体２ａ面が露出するように保護絶縁シートを巻回
するか、巻回されたこの保護絶縁シートを部分的に剥離
した部分を設けるようにする。なお、巻線に保護絶縁シ
ートを巻回して導電性シート１２の機械的損傷を防ぐ構
成は、前記した実施の形態１及び２における巻線構成の
場合においても同様に適用できる。

【００１６】更に、超電導機器に使用される転位導体巻
線は、ヘリウム液等の冷却媒体による導体２ａの冷却性
能を考慮した場合に、前記したように巻線１ａに巻回す
る導電性シート１２ａは前記した冷却媒体や絶縁媒体に
対してできるだけ浸透性に優れて直接導体２ａに接触す
るようにしたのものがよく、フイルム等のような均質な
緻密な構造から構成されているものは電界シールドの効
果等の絶縁性能に影響しない程度に微小孔を多数設けた
構成のものがよい。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、この発明においては、変
圧器等の変電機器及び超電導機器の巻線として使用され
る転位導体巻線を、この転位導体巻線内の導体の転位部
に形成される空隙部を含んで巻線の外周に導電性シート
を巻線の電位と等しくなるように巻回して構成される電
界シールドを設けるようにして、空隙部を絶縁的に完全
に無害化し巻線の絶縁性能に影響を与えない構成とし
た。これにより前記した空隙部での絶縁の強化を図るた
めにシート状の絶縁コンパウドを前記した空隙部に埋め
込む等の巻線の絶縁強化作業を講ずることなく、絶縁的
に弱点のない転位導体巻線を得ることができ、機器の高
電圧化、及び小型化が推進できるとともに、絶縁の合理
化及び小型化による機器のコストダンにも寄与すること
ができる。

【００１８】なお、この発明は、前記した素線被覆導体
を構成する素線絶縁に未硬化の熱硬化樹脂を施した自己
融着性導体からなる転位導体巻線の高電界化にも寄与す
る。即ち、上記した自己融着性導体を転位して並列構成
して導体間を加熱圧着して成形する際に素線絶縁に施し
た熱硬化樹脂のはみ出し等による硬化樹脂中の気泡，導
体間の空隙部の発生による転位導体巻線の絶縁性能の低
下をも、前記したこの発明による導電性シートを加熱成
形した後の前記巻線の外周に施して電界シールド層を設
ける構成とすることにより、効果的に防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態を示す変圧器の転
位導体巻線の構成を示す要部断面図である。

【図２】この発明の導電性シートの部分斜視図である。

【図３】この発明に用いられる図２とは異なる導電性シ
ートの構成を示す部分斜視図である。

【図４】導電性シートを巻線に巻回した構成図である。

【図５】導電性シートを巻線にシート巻きした構成の断
面図である。

【図６】この発明の第３の実施の形態を示す超電導機器
の巻線の断面図である。

【図７】従来の変圧器の転位導体からなる巻線の部分斜
視図である。

【図８】従来の巻線に巻線絶縁を施した転位導体巻線の
断面図である。

【図９】図８の転位導体巻線を併置して構成される変圧
器巻線の部分断面図である。

【図１０】超電導機器の転位導体巻線の断面図である。

【図１１】超電導機器に用いられる転位導体巻線の構成
を示すもので、図１１の（ａ）は巻線を構成する超電導
導体の断面図、（ｂ）は超電導導体を並列に転位して圧
縮成形して構成された巻線の断面図である。

【符号の説明】

１ 巻線 １ａ 巻線 １ｂ 巻線 ２ 導体 ２ａ 導体 ３ 素線絶縁 ４ 素線被覆導体 ４ａ 裸導体 ５ 巻線絶縁 ６ 転位導体巻線 ６ａ 転位導体巻線 ６ｂ 転位導体巻線 １０ 空間部 １０ａ 空間部 １０ｂ 空間部 １０ｃ 空間部 １１ カーボン紙 １２ 導電性シート １２１ 絶縁シート １２２ 導電性膜 １３ 電界シールド層 １３ａ 電界シールド層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の素線被覆導体を並列に転位して構成
   された転位導体からなる巻線の外周に巻線絶縁を施して
   形成される転位導体巻線において、巻線が複数の素線被
   覆導体と一本の裸導体との転位導体からなり、巻線と巻
   線絶縁との間に、巻線の外周部に密着して巻回された導
   電性シートからなる電界シールド層を設けたことを特徴
   とする転位導体巻線。
2. 【請求項２】複数の素線被覆導体を並列に転位して構成
   された転位導体からなる巻線の外周に巻線絶縁を施して
   形成される転位導体巻線において、巻線と巻線絶縁との
   間に、素線被覆導体の導体と導電接触して巻線の外周部
   に密着して巻回された導電性シートからなる電界シール
   ド層を設けたことを特徴とする転位導体巻線。
3. 【請求項３】複数の裸導体を並列に転位して構成される
   転位導体からなる巻線の巻線間に絶縁体を設けて形成さ
   れる転位導体巻線において、巻線の外周部に密着して巻
   回された導電性シートからなる電界シールド層を設けた
   ことを特徴とする転位導体巻線。
4. 【請求項４】請求項１〜３に記載のいずれかの転位導体
   巻線において、導電性シートが、導電性繊維をシート状
   にしたものからなることを特徴とする転位導体巻線。
5. 【請求項５】請求項４に記載の転位導体巻線において、
   導電性シートがカーボン紙であることを特徴とする転位
   導体巻線。
6. 【請求項６】請求項１〜３に記載のいずれかの転位導体
   巻線において、導電性シートが絶縁シートの面に金属導
   電膜を蒸着して設けたものであることを特徴とする転位
   導体巻線。
7. 【請求項７】請求項１〜３に記載のいずれかの転位導体
   巻線において、保護絶縁シートを巻回した巻線の外周部
   に導電性シートを巻回し設けたことを特徴とする転位導
   体巻線。