JPS6046621B2 - 背後電極構成を有する導体の絶縁被覆端末の電界緩和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、回転電機における固定子コイルエンドの
部分放電あるいは滑面放電の防止に対する電界緩和装置
に関するものである。

特に、背後電極構造となる固定子コイルのエンド部と
かケーブルのエンド部の滑面放電の防止装置に関するも
のである。

最近に至り、高性能な有機あるいは無機絶縁材料の開
発実用化により回転電機などの高電圧化、単機大容量化
をともない、固定子コイルの定格電圧が高くなり、この
ため、固定子コイルエンドの電界緩和が重要な問題とな
つてきた。

上記の問題は回転電機の日常運転時はもとより、電気
規格調査会標準規格ＪＥＣ−１１４（１９６４）に準拠
して実施する絶縁耐力試験時に重要な問題である。

固定子コイルエンドの電界緩和装置としては、第１図
に示すように固定子鉄心１のスロット２から張出した固
定子コイル３のインボリュート部にまで主絶縁層５の表
面に低抵抗コロナシールド層６を施し、さらに当該低抵
抗コロナシールド層６のコイルエンド側の主絶縁層５の
表面における滑面電位傾度が大きくなる部分に電界緩和
層７を設ける構成が一般にとられている。

このような構造を有する固定子コイル３の導体４に電
圧が課電された場合のコイルエンド部は、導体４と低抵
抗コロナシールド層６による接地電極とがそれぞれ電極
となる背後電極構成になり、電極間における電気力線が
主絶縁層５の表面に交さし、かつ対向する電極間の静電
容量が大きいため、主絶縁層５の表面におけるコイル滑
面方向の’電位傾度が大きくなる。

特に、接地電極となる低抵抗コロナシールド層６の端部
においては電位傾度が著しく大きくなつて、この電位傾
度の大きい部分で部分放電あるいは滑面放電が発生しや
すくなる。この電位傾度の大きくなる部分に電界緩和層
７を設ける。電界緩和層７としては、線形抵抗特性を有
する高抵抗塗料、あるいは電圧非直線抵抗特性を有する
電界緩和塗料を塗布して構成されるが、一般に、特性面
、作業性などから後者の材料による電界緩和層７が施さ
れる。

また、電圧非直線抵抗特性を有する電界緩和塗料は、抵
抗が電界に対して非直線的に変化する特性を有している
もので、低電界においては絶縁物程度の抵抗値を示し、
高電界においては半導体程度の抵抗値を示す材料によつ
て構成されている。

上記のような電界緩和塗料による電界緩和層７の従来例
の電界緩和の挙動は第２図ａに示すように、低抵抗コロ
ナシールド層６の一端と電界緩和層７との継目をＸ＝０
としてコイル沿面方向の座標をＸにとつて表わし、固定
子コイル３の導体４に交流電圧を課電した楊合の固定子
コイル３のコイルエンドにおける等価回路は同図ｂのよ
うに、電界緩和層７の抵抗Ｒと主絶縁層５の静電容量Ｃ
とで表示てきる。この場合電界緩和層７の表面電位■の
分布は電界緩和層７の電界緩和塗料が保有する制御電界
Ｅｍの大きさに応じて同図ｃに示す曲線１０のようにな
る。この電界緩和層７と導体４との間の電位差にもとづ
いて主絶縁層５に充電電流が発生する。この充電電流は
電界緩和層７に集積されて流れ、低抵抗コロナシールド
層６に流れ込む。したがつて、電界緩和層７に流れる電
流Ｊの固定子コイル３の軸方向の分布は、Ｘ＝０におい
て最大となる。この電界緩和層７における制御電界Ｅｍ
と電流Ｊとの相乗積は、電界緩和層７における消費電力
ＥｍＪとして表わすことがで．き、その分布は同図ｄに
示す曲線１１のようになる。この場合、電界緩和層７の
消費電力ＥｍＪにもとづくジュール発熱量はほぼＥｍＪ
に比例するため、Ｘ＝０付近の電界緩和層７の温度は著
しく高！くなる。

一般に、電界緩和塗料は温度が高くなると熱破壊し、電
界緩和塗料本来の機能である電界緩和の能力を失つてし
まい、固定子コイル３の電界緩和層７の表面において沿
面放電や部分放電を起こ・す。

この結果、主絶縁層５においては、電界緩和層７の著し
く温度が上昇した付近での熱劣化、沿面放電や部分放電
による放電劣化をきたし、この劣化の進行により短絡事
故を発生することになる。また、絶縁耐力試験時におい
て、所定の課電電圧以下の電圧で上記の熱破壊とか放電
を発生すると絶縁耐力試験が実施できなくなるため、電
界緩和塗料が適用できる課電電圧に制限がある。

したがつて、上述のような事故を防止したり電界緩和塗
料が適用できる課電電圧を上昇させるため、電界緩和塗
料のジュール発熱による電界緩和層７の熱破壊を防止す
る必要がある。ノ この発明はこのような点に鑑みてな
されたもので、電界緩和層７の外周に誘導体を介した分
圧電極を設け、当該分圧電極の一端を電界緩和層７の中
間に電気的に接続することによつて、電界緩和層７に流
れる電流Ｊを減少させることにより、上・記従来のもの
の欠点を除去しようとするものである。

以下、図面を参照しつつこの発明の詳細な説明する。

第３図ａはこの発明の基本的な一実施例を示す“部分断
面図で、電界緩和層７の外周にマイカテープなどの縁物
から成る誘導体９を施し、さらに導電性の箔から成る分
圧電極８を順次設け、当該分圧電極８ａ，８ｂおよび８
ｃの一端をＸ＝０からＬｌ，ｌ−２およよびＬの距離で
もつて電界緩和層７にそれぞれ電気的に接続したもので
ある。

誘導体９および分圧電極８の材料、形状およびその大き
さは特に限定されるものではなく、従来から用いられて
いるマイカテープを巻回して誘電体９としたり、導電性
の金属箔を巻回して分圧電極８として形成したものでよ
い。

なお、誘電体９は比誘電率が大きく、かつ、その破壊電
圧特性が高い材料で形成すれば効果的である。

また、マイカテープを使用する場合は含浸樹脂を含浸し
て固めても効果は同じである。以上のように構成された
固定子コイル３の導体４に交流電圧を課電した楊合の固
定子コイル３のコイルエンドにおける等価回路は、同図
ｂのように、低抵抗コロナシールド層６と分圧電極８ａ
、分圧電極８ａと８ｂ１分圧電極８ｂと８Ｃ１および分
圧電極８ｃと導体４との間にそれぞれ挿入された誘電体
９部分がそれぞれ静電容量Ｃｌ，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４
となつて直列に接続され、かつ、当該Ｃｌ，Ｃ２，Ｃ３
およびＣ４のそれぞれの一端が電界緩和層７を表わす抵
抗の一端Ｘ＝０と、Ｘ＝ＯからＬｌ，Ｌｌ＋Ｌ２おむび
Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３の距離の位置で接続されたものとして
表示できる。また、Ｃ４の他端は導体４に課電した同じ
電位の大きさになるのて、導体４を表わす交流電源の非
接地側と電気的に接続された回路で示すことができる。
この場合電界緩和層７のＬｌ，Ｌ，，Ｌ３および残りの
一端のそれぞれの範囲における抵抗に比べてＣｌ，Ｃ２
，Ｃ３およびＣ４のインピーダンスが充分小さければ、
分圧電極８ａ，８ｂおよび８ｃの電位は、Ｃｌ，Ｃ２，
Ｃ３およびＣ４の容量分圧された電位に強制的に支配さ
れる。

このため、電界緩和層７における表面電位■の分布は同
図ｃに示す曲線１２のよになる。すなわち、電界緩和層
７の電位■は分圧電極８ａ，８ｂおよび８ｃの電位に強
制的に支配されるため、従来の実施例における曲線１０
の勾配よりゆるやかな勾配で電位が上昇する曲線１２と
なる。また、電界緩和層７における消費電力ＥｍＪの分
布は同図ｄに示す曲線１３のようになる。

すなわち、上述の電位■の分布で示されるように、その
勾配は電界緩和層７の制御電界Ｅｍとして与えられ、曲
線１２のＥｍは曲線１０のＥｍより小さい。さらに、主
絶縁層５で発生した充電電流にもとづく電界緩和層７に
流れる電流はインピーダンスの低いＣｌ，Ｃ２，および
Ｃ３へ分圧電極８ａ，８ｂおよび８ｃを通じてかなり分
流されるため、電界緩和層７を通じて低抵抗ゴロナシー
ルド層６に流れ込む電流Ｊは減少する。つまり、制御電
界Ｅｍと電流Ｊとの相乗積て与えられる電界緩和層７に
おける消費電力ＥｍＪは曲線１１に比べてかなり小さく
、かつ、ほぼ均一な分布である曲線１３のようになる。
したがつて、曲線１３の消費電力にもとつく電界緩和層
７のジュール発熱の分布がほぼ均一になり、かつ、その
温度上昇は従来の実施例に比べて非常に低くなる。

しかるに、電界緩和塗料が熱破壊する温度がほぼ一定で
あるので、従来例において電界緩和層７が破壊した課電
電圧ては、この発明の実施例においては破壊しない。

すなわち、電界緩和層７が破壊する課電電圧が上昇する
ことは容易に理解されよう。なお、この発明においては
、電界緩和層７の抵抗Ｒに比べて誘電体９と分圧電極８
などから構成される静電容ヒＱｌ，Ｃ２，Ｃ３およびＣ
４のインピーダンスが充分小さい場合に、この発明の効
果が顕著であるが、抵抗Ｒ＜５Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３および
Ｃ４のインピーダンスとの比率は特に限定するものでは
ない。

以上説明した実施例では、分圧電極８の個数は３個とし
たが、分圧電極８の個数は多いほどよく、その数は特に
限定するものではない。

すなわち、分圧電極８の個数、電極間の距離、静電容量
Ｃｌ，Ｃ２，Ｃ３およびＣ４の大きさ、あるは課電電圧
大きさなどに応じて適宜設定することができる。また、
電界緩和層７に電圧非直線抵抗の電界緩和塗料を適用し
た場合に、その効果が特に顕著となるものであつて、線
形抵抗特性を有する電界緩和層７とした場合にも適用で
き、同様な効果が得られる。固定子コイル３のコイルエ
ンドにおける等価回路は第２図ｂに示すように、電界緩
和層７の抵抗Ｒと主絶縁層５の静電容量ＣとのＲＣ等価
回路で表示できる。

電界緩和層７を設けていない場合は、主絶縁層５の表面
抵抗Ｒと当該主絶縁層５の静電容量Ｃとの等価回路で表
示できる。

すなわち、本発明の第３図を例にとれば、主絶縁層５と
誘電体１０との界面抵抗て、主絶縁層５の表面抵抗Ｒを
表わすことができる。但し、電界緩和層７を設けた場合
と設けていない場合とでは抵抗Ｒの大きさが異なるので
、第３図ｃ及びｄに示した電位Ｖの分布曲線１２と消費
電力ＥｍＪの分布曲線１３の分布状態は異なる。本発明
はＲＣ等価回路て表わすことがてきるものには全て適用
てきるので、電界緩和層７を設けていない場合にも同様
の効果を奏しうるものである。

なお、この発明の方法は、固定子コイル３の主絶縁層５
に何ら影響を与えないことは容易に理解されよう。

以上の説明は回転電機の固定子コイルについてであるが
、ケーブルの導体と外周接地被覆とがそ゛れぞれ電極と
なつて背後電極構造となるケーブルのエンドにも同様に
適用し同様の効果を奏し得るものである。

以上詳述したように、この発明による背後電極構成を有
する導体の絶縁被覆端末の電界緩和装置においては低抵
抗コロナシールド層とこれに連なる主絶縁層表面又は電
界緩和層とを誘導体を介してとりまく分圧電極を設け当
該分圧電極の一端を主絶縁層表面又は電界緩和層の中間
に電気的に接続するようにしたもので、コロナシールド
層に連らなる主絶縁層５表面又は電界緩和層における消
費電力を著しく減少させることができるため、主絶縁層
表面又は電界緩和層の温度上昇を防止し、主絶縁層表面
又は電界緩和層が破壊するにいたる課電電圧の大幅な向
上ないしは短絡事故を防止できる効果があるなど、実用
上大きな効果を奏しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転電機の固定子コイルの一部の構成を示す概
略図、第２図ａ−ｄは従来の電界緩和層の構成を示す部
分断面図及びその説明図、第３図ａ−ｄはこの発明の一
実施例の部分断面図及びその説明図である。 図において、１は固定子鉄心、２はスロット、３は固定
子コイル、４は導体、５は主絶縁層、６は低抵抗コロナ
シールド層、７は電界緩和層、８ａ，８ｂおよび８ｃは
分圧電極、９は誘電体、１０および１２は電位■の分布
を示す曲線、１１および１３は消費電力ＥｍＪの分布を
示す曲線である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 背後電極構成を有する導体の絶縁被覆を端末部分を
   残して覆う低抵抗コロナシールド層と、この低抵抗コロ
   ナシールド層に続いて上記絶縁被覆端末部分を覆う線形
   または非線形電圧特性を有する電界緩和層と、この電界
   緩和層及び上記低抵抗コロナシールド層を誘電体層を介
   してとりまくとともに、それぞれ一方の端部が上記電界
   緩和層表面に当接し、この各当接側端部はそれぞれ隣接
   した次段の非当接側端部に上記誘電体層を介してとりま
   かれ積層状に構成された複数の分圧電極とを備えた背後
   電極構成を有する導体の絶縁被覆端末の電界緩和装置。