JPS59103546A

JPS59103546A - 水車発電機の改造方法

Info

Publication number: JPS59103546A
Application number: JP21062382A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Furusawa; 古沢　俊博
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-12-02
Filing date: 1982-12-02
Publication date: 1984-06-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は６極以上の多極水車発歇機でアスファルトコン
パウンドを絶縁層に使用した固定子巻線の絶縁更新に伴
なう水車発電機の改造方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

水力発心の歴史は非常に古いが、昨今はエネルギー単価
が高く々す、又、老朽比した水力発電所でも、火力発或
所より効率が高いため、設備機器の最も劣化の進んだ部
分のみを、その関係に補修して運用されるのが通例であ
る。水車発電機では軸受、固定子巻線及び回転子界磁巻
線の絶縁物、潤滑油及び冷却用空気の冷却器、ファン、
ブレーキ装置、励磁装置など、摺動部分や絶縁物を持つ
部品、通水される部品等が比較的劣化し易いので、ある
一定の期間毎に補修或いは新品との取替えが行なわれる
。固定子巻線の場合、その絶縁物のみを取替えると、発
電所の停止期間が長くなり、又、取替費用も新しく製作
した場合よシ高価である為、一般には新しい銅線（素線
）Ｋ新しい絶縁処理を施して製作したコイルを現地へ送
夛、発電機を分解して旧コイルと取替えるいわゆる巻替
という方法が採られる。この場合、固定子鉄心は従来の
ままか、又は積替という方法がとられるため、スロット
数、スロット寸法は不変であり、巻線法も電気的には変
更されないのが普通である。（物理的には例えば並列回
路数が２でコイルのターン数が４のような約数関係にあ
る場合は、各々１と２に変更することがあるが、これは
眠気的には不変とみなされる。）然るに、近年、コイル
の絶縁物は長足の進歩をとげ、非常に硬い合成樹脂が採
用されるので、マルチターンコイルにおいて必然的な揚
げコイル作業が困難（今より約３０年程以前迄は絶縁層
にアスファルトコンパウンドを含浸硬化していたので、
揚げコイル作業をする時はコイルを暖めれば絶縁層が軟
らかになり、揚げコイル作業に困難がなかった。）で、
巻線として組立てた場合、コイルの絶縁を高性能に維持
できないことがある。これは、今より約３０年程以前迄
の水車発鴫機はスロット数が相対的に多く、又、絶縁物
の電気的、熱的特性が劣っていたため、コイル断面寸法
を大きくし、従ってスロット寸法が大きいため、第１図
に示すように固定子鉄心＋１）から出だコイル（２）の
コイルエンド（２ａ）部のループ部（２ｂ）　、　（２
ｂ）間の余裕間隔（３）が十分広くないことによる。こ
れに対し、第２図に示すように、素線（４）に巻回した
絶縁（５）の厚さが昔より薄くなっても、スロット（６
）寸法を小さくすることはできないので、素線（４）の
幅（４ａ）を太きくし、電流密度がほぼ昔と同じになる
ように素線（４）の厚さく４ｂ）を小さくし、又は並列
素線の数を減らし、このためスロット（６）底に生じた
空間には絶縁物のつめ物（７）を挿入するという方法が
とられる。これＫよシ揚げコイル作業がいくらか容易に
はなるが、幅方向の余裕間隔（３）は拡大されない。従
って、揚はコイル作業の困難さは根本的には解決されな
い。従って新コイルの高性能が維持できない固定子巻線
となってしまい、コイル絶縁の改修という本来の目的を
完全に達成できない。即ち固定子巻線を改造したにも拘
らず、長い寿命を期待できないという欠点があった。又
、絶縁物製のつめ物（力は楔（８）よシ厚さが大きい場
合が多く、！　（８）よシ温度の高い部分に挿入される
ので、数年の運転により、楔（８）よシ多く収縮し枯れ
る。

そのため、コイル（２）を固定する強度が落ちて、コイ
ル（２）が電磁振動し、摩耗して絶縁破壊に至るという
問題点があった。

又、固定子鉄心（１）（第１図および第２図参照）の鉄
心の磁気振動が発生しているものけ勿論、将来、磁気振
動の発生する可能性がある場合、固定子鉄心ｆｌ）の積
層鉄板の積替が行なわれるが、この場合、古い鉄心を一
枚毎に分解して、絶縁フェスの剥離している部分は補修
塗シを行なって再組立するので、非常に長い期間を要し
、それだけ長い工事期間となり、溢水損が多大となる欠
点があった。そのために将来磁気振動を発生する可能性
があっても、現状で磁気振動が発生していない場合は、
鉄心積替えをしないことがあり、問題点を残すことがあ
った。また古い固定子鉄心は分割形固定子の場合の合せ
目に１／２や１／３又は２／３幅に切断した抜板（積層
用鉄板）が使用されていて、これらは積替えの際、全周
に分散して積まれるが、外周側のキー溝（９）が１個の
みであるため、固定されず、ずれてコイル（２）を傷つ
ける危険があった。

〔発明の目的〕

本発明はコイル納めの際の揚げコイルが容易で巻替え作
業を簡単にし、かつ絶縁の信頼性を向上し、巻替え工事
期間を短縮できる水車発電機の改造方法を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明においては、突極形回転子を有する同期機から成
る水車発電機の固定子巻線を巻替える改造方法において
、固定子鉄心を製作し、スロット寸法とスロット数と固
定子巻線の並列回路数と固定子巻線用コイルのターン数
とコイルピッチの組合せを変更し、コイルエンドループ
部の余裕間隔を拡げ、１相当シの直列巻回数を定格電圧
において巻替え前の１磁極当シの磁束とほぼ等しくなる
ような値に合わせ、界磁電流を既設励磁装置の容量以下
に抑えることによシ、所望の定格出力を可能ＫＬ−６か
ら、コイル納めの際の揚げコイルを容易にし、絶縁の信
頼性を向上し、巻替え工事期間を短縮するものである。

〔発明の実施例〕

実施例１この実施例１では改造前の水車発電機定格は１８極−１
６０００ｋＶＡ　−１１ｋＶ　−８４ＯＡ　−５０／６
０Ｈｚで、固定子鉄心（１）内径は３２００朋、スロッ
ト数は２１６、固定子巻線用コイル（２）は５ターンコ
イルでコイルピンチは０．８３３とし、巻線としては３
重星形結綜されている。１相の直列巻回数は１２０ター
ンである。固定子鉄心（１）の抜板−周のセクター数は
１８で、各セクターに２個のキー溝（９）が設けである
。コイル素線（４）は５ＷＴＩＬ幅、２．６ｍｙｐｉ厚
さのものを８並列列にして１導体としている。スロット
（６）の寸法は２１ｔｇ幅（−１１５５朋深さくｈ）で
ある。

これを６０Ｈｚ専用機にする条件で次のように改造した
。

固定子鉄心（１）の外径、内径とセクター数は変えない
。スロット数は１６２とする。スロット寸法は１８．６
龍幅（−１１０３，５朋深さくｈ）とする。コイル素線
（４）は６．０龍幅、３．ＯＩＩＩ厚さのものを１２本
並列にして１導体としている。フィルターン数は２とし
、シングルの星形結線にしている。コイルピッチは０．
８８９にし１相の直列巻回数を１０８にする。固定子枠
（１０１および回転子０１）の界磁巻ｍａ７Ｊは改造し
ない。従って空隙寸法（Ｏも変えない。

次に作用について説明する。

まず改造における発明思考−の推移を説明する。

改造前の１相の直列巻回数は１２０ターンであるので、
このターン数に等しいか、又は近いターン数となるよう
な新しいスロット数、コイルのターン数、巻線の並列回
路数の組合わせを作ってみる。

３相機の場合、１相の直列巻回数２はスロット数Ｎｓ、
コイルのターン数Ｎｃ、並列回路数ＣｒＫよシ、１極１
相のスロット数Ｎ５ｐｐと極数Ｐの関係から次の（１０
１）式で計算される。

この（１０１）式から分るように、Ｎ５ｐｐは整数にな
る場合即ち分母が１の場合もあるし、２以上の数になる
場合もあるが、そのＮ５ｐｐの分母と並列回路数Ｃｒの
積は極数Ｐの約数でなければ１相の直列巻回数２は整数
にならない。この２は整数でなければ固定子巻線は成立
しない。従って、改造前のＮｓより小さなＮｓで改造前
の２に等しいか、又はほぼ等しいＺを得る組合わせは、
Ｎ５＝１６２．　Ｎｃ＝２．　Ｃｒ＝ｌ。

Ｚ＝１０８の場合か、又は、Ｎｓ＝　１８９　、　Ｎｃ
＝　２　、　Ｃｒ＝　１　、　Ｚ＝１２６等が得られる
。この他にも組合わせは存在するが、鉄心内径における
スロットピッチ（ＳＰ）（第１図参照）が大きすぎるこ
と、〔定格電流ＸＮｃ／Ｃｒ）で示される１コイル当シ
の電流が大きすぎるなど、眠気機械として適当でないの
で、除外する。

次にこの実施例で改造の場合現状の固定子枠００）を使
用するので、固定子鉄心（１）を支持するキー溝（９）
の数とピッチを合わせねばならないという制約がある。

この実施例では、鉄心のセクター数は１８で、各セクタ
ーに２個のキー＃（９）があるので、改造後も同じセク
ター数か又はその２／３又は１／２のセクター数にせざ
るを得ない。上記２例の組合わせのうち、Ｎ５＝１６２
の案は１８セクターにとれるが、Ｎ５１８９の案はスロ
ットを抜板に整数的に分配し、同一の形状の抜板を作る
にはキー溝の位置とスロットの位置の関係を修正せねば
ならず、固定子枠ＱＯ）を作シ直さない限シ採用できな
いことが判る。そこでこの実施例では前記したようＫＮ
ｓ＝１６２０案を採用したものである。そして、６０Ｈ
ｚ運転専用にするという条件も考慮して、６０Ｈｚ運転
における短絡比を巻替前の０．８１より高くとシ、０．
８８とし、安定度を増大させた。又、スロット寸法を小
さくし、スロット数を減らしたこととコイルピッチを０
．８３３から００８８９に上げたことにより、磁束は１
相の直列巻回数が１２０から１０８になったため増えた
が、固定子鉄心（１）の磁束密度は６０Ｈｚにて鉄心背
部（Ｉａ）　（ヨーク部）は１．０４　Ｔから０．９Ｔ
に減少し、鉄心内部（１ｂ）は１．１９Ｔから１．１３
Ｔへ減少することができた。空隙（０と磁極ａυの磁束
密度は６０Ｈｚだけの場合で比較すれば、］相の直列巻
回数の比に近い比で増大したが、５０Ｈｚ運転時の磁束
密度に比較すれば約８％減であって、問題にならない。

回転子ａυの界磁電流については、固定子のスロット寸
法が小さくなり、洩れリアクタンスが減った為、６０Ｈ
ｚにおいて３３０Ａから３０ＯＡに減った。即ち特性上
何ら問題なかった。固定子鉄心（１）については１８セ
クターにした為、外周を１８等分した扇形の抜板のみを
１／２重ねで積層し、これも問題が生じなかった。

以上の条件を勘案してみるに１発ｍ周波数が５０゜６０
Ｈｚ両用機を６０１ｉｚ専用機に改造する場合は、固定
子巻線の１相当りの直列巻回数が巻回前の−５〜−３０
チの範囲ならば、特性上問題なく、巻替えが出来ること
が判った。

しかしてスロットピッチ（Ｓｐ）は巻替え前は４６゜５
朋でスロット幅（→が２１ｍ＋Ｒであるため、コイル幅
も２１　＊ｍ　”’Ｃｈ　リ、コイルエンドループ部（
２ｂ）からコイル巻始めの日出線（２Ｃ）を引き出すと
、残シが４６．５−２１　Ｘ　２−＝１．５朋となり、
非常に余裕間隔（３）が密であり、揚コイル作業が困娃
であったが、改造後はスロットピッチ（Ｓｐ）が５２．
１ｍｍでスロット幅（−が１８．６ｍｍであるため、コ
イルエンドループ＝ｔｓ　（２ｂ）の余裕間隔（３）は
６２．１−１８．６Ｘ２＝２４．９ｍ７１Ｉとな９、錫
コイル作業が非常に容易になった。又、同時にスロット
深さくｈ）も１５５ｎ＋ｍから１０３．５關に浅くした
ので、これも揚コイルを容易にする要素となった。次に
固定子鉄心（１）を最新の材料で製作し、しかも磁束密
度を下けたので、鉄損が１０３．５ｋＷから５０ｋＷに
半減し、効率が向上しただけでなく、固定子巻線（２）
の温度」二昇も、中６’ｉ；密度を２８Ａ／ｒｎｍ’か
ら４．ＯＡ／ｍ＋ａ’に増したにも拘らず、８番え前と
同等μＦに冷却することができた。価格的にも、鋼重量
の低減、コイル数の低減、コイルターン数の低減、巻物
としての並列回路数の低減などにより、鉄心とその付い
シ用品を新しく製作する費用程度は十分に低減できた。

実施例実施’？ＩＪ　］の場合は５０，６０１（ｚ両用機を（
３１ＪＨｚ専１−Ｉａ儀への定格変更を加味した改造と
した為、やや特性が変ｒｂ　ｔ−だが、定格変更のない
一般の場合で特性をほぼ一定にするし１１を、実施例１
に準じてあてはを改造前の空隙（０と改造後の空隙（Ｏ
の差の２倍だけ小さく製作することにより、実施例１と
同等の効果を得ることができる。この考え方によシ、逆
に巻替え前より１相の直列巻回数が増大する改造例にｊ
、、−いては、鉄心内径を大きく製作する（せいぜい数
ｍｍ程度であり、磁束密度上も強度上も問題ない）こと
により、空隙長を拡大して短縮比を巻替え前に合わせる
ことができ、実施例１と同様な効果を得ることができる
。

以上の条件を勘案してみるに、改造前後の周波数定格が
同一ならば、固定子巻線の１相当りの直列巻回数が巻回
前の±１５％の範囲内ならば特性上問題なく巻替えが出
来ることが判った。

実施例３次に巻替え前の固定子鉄心（１）のセクター数の関係で
、適当なスロット数が存在しない場合は、固定子枠（１
０）を新しいスロット数に合うように製作することによ
り、価格的にはやや利点が失われるが、実施例１，２に
近い作用効果を得ることができる。

実施例４次に界磁巻線Ｑ２）も同時に修理する場合け、磁極が遠
心力に耐える範囲まで界磁巻線α２の銅量を増大できる
ので、その分、界磁起磁力を大きくすることができる。

従って前記各実施例の狙う改造案の自由度が増し、実現
可能性を上げ、ひいては同等の作用効果を得ることがで
きる。

尚、本発明は上記し、かつ図面に示した実施例のみに限
定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で種
々変形して実施できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば固定子鉄心を新架
し、コイルエンドループ部の余裕間隔を拡げたことによ
り、コイル納めの際の揚げコイルが容易で、巻替え作業
を簡単にし、かつ絶縁の信頼性を向上し、巻替え工事期
間を短縮できる水車発北様の改造方法となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の改造方法を適用する対象の水車発酵機
の一例を固定子の内周側から見た要部平面展開図、第２
図は第１図の…−■線に沿う矢視て回転子をも含めた要
部断面図である。１、・・・固定子鉄心　　　２・・・固定子巻繊用コイ
ル２ｂ・・・コイルエンドルーフ部３・・・余裕間隔　　　　６・・・スロット１０・・・
固定子枠　　　　１１・・・回転子１２・・・界磁巻縮代理人　弁理士　　井　上　−男

Claims

【特許請求の範囲】

（１）突極形回転子を有する同期機から成る水車発電機
の固定子巻線を巻替える改造方法において、固定子鉄心
を製作し、スロット寸法とスロット数と固定子巻線の並
列回路数と固定子巻線用コイルのターン数とコイルピッ
チの組合せを変更し、コイルエンドループ部の余裕間隔
を拡け、１相当りの直列巻回数を定格電圧において巻替
前の１磁極当りの磁束とはは等しくなるような値に合わ
せ、界磁電流を既設励磁装置の容量以下に抑えることを
特徴とする水車発電機の改造方法。
（２）　　発電周波数は改造前と同一定格とし、１相当
りの直列巻回数が巻替前の±１５％の範囲としたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の水車発電機の改
造方法。
（３）発電周波数は５０．６０Ｈｚ両用機を６０Ｈｚ専
用機に変え、１相当シの直列巻回数が巻替え前の−５〜
−３０％の範囲としたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の水車発電機の改造方法。
（４）固定子鉄心を製作するに当り、その内径を巻替え
前よシ変更することによシ回転子との空隙長を変更し、
短絡比を巻替前のものに合わせることを特徴とする特許
請求の範囲第１項ないし第３項いずれかに記載の水車発
電機の改造方法。
（５）　　固定子枠も改造時に製作することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項ないし第４項いずれかに記載の
水車発電機の改造方法。。
（６）回転子界磁巻線の巻回数を多くすることを特徴と
する特許請求の範囲第１項ないし第５項いずれかに記載
の水車発電機の改造方法。