JPS62104449A

JPS62104449A - 高圧回転電機のコイル

Info

Publication number: JPS62104449A
Application number: JP24299385A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Inoue; 良之井上; Tetsuo Yoshimitsu; 哲夫吉満
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-10-31
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1987-05-14

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〕本発明は高圧回転電機に用いられるステータ巻線用コイ
ルに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来の定格電圧６ｋＶ級以」二のかご形誘導電動機の鉄
心（１，ａ）、　（１，ｂ）端付近の要部断面図を第６
図に示す。コイル導体■の周囲に絶縁層（３）を形成し
。

その上にステータ鉄心（１ａ）に接する部分から鉄心端
部外の所定の位「ｌまでス「１ツ１〜放電を防止するた
めの低抵抗コロナ防１１２層Ｓ＞を設（づ、その端部に
連続して、絶縁層表面の電位を緩やかに変化させ沿面放
電を抑止するための電界緩和層０をコイルエンド曲線部
の所定の位ＩＶ（まで設けたコイルを、ステータ鉄心（
１ａ）のスロワ１−にスベーザ０，０を介して納め、ス
ロッＩ〜楔ωで固定する。ステータ鉄心（１ａ）は薄い
電気鉄板を積層して作られるので、放射状に配設された
外側間隔片（８）を介して押え板（４）で締め付け、一
体化されている。一方、ロータはロータ鉄心（１ｂ）の
スロワ１−にロータバー（１（４）を挿入し、その端部
に端緒環（１１）を溶接又はろう付して作られる。

ところで回転電機のステータのコイルは耐圧試験として
、ロータを入れた状態で、定格電圧をＥとした場合、（
２１ｉ＋１−　）　ｋＶ　（ＨＩＭ　Ｗ未満）場合）、
又は（２Ｅ＋３）ｋＶ　（ＩＯＭＷ以」−）場合）、ノ
商用周波電圧を１分間印加して良否が判定されることに
規定されている。ところが、ロータバー（１（４）とス
テータの上コイルとの間隔は狭いので、第６図のＡで示
すロータバ一端の部分で大きな放電が起き、更に大きな
音を伴なってステータコイルの絶縁層（３）上の沿面放
電へと発展する場合がある。

従って、この部分Ａの構造によっては、激しい放電が発
生して、規定の試験電圧まで」二げられず、正規の耐圧
試験に合格しない場合が生じる。また激しい沿面により
、コイルエンド部の絶縁層が損傷を受ける恐れもある。

またステータの構造によっては、第６図のＢで示す下コ
イル下面と押え板（９）との間の部分において、耐圧試
験時に大きな放電が発生することもある。

」二記のＡ、Ｂで示される部分のギャップ長は、最近の
回転電機の小形軽量化の傾向により、益々狭くなりつつ
ある。これらの部分で発生する放電を防ぐために、低抵
抗コロナ防止層Ｏ）を設ける範囲を広げ、その端部をコ
イルの直線部の端まで設けてみたものもあるが、この手
段では次の欠点がある。

（４）　コイル曲線部の絶縁耐力は直線部に比べて劣る
ものであるが、この劣った部分にアース電圧＝３− が直接印加されるので、絶縁の寿命を縮める恐れがある
。

■　電界緩和層０の働きにおいて最も重要な部分は、低
抵抗コロナ防止層（４）との連接点近傍で、ここの電界
が最も高くなる。」二記の対策では、この部分がコイル
の曲線部にかかるので、均一な電界緩和層を形成しにく
く、低い電圧から沿面放電を生じるコイルも現われる。

特に、高抵抗又は非線形抵抗のテープを巻回して電界緩
和層を形成する場合には、曲線部において、テープにし
わ、浮きが発生し易いので、上記現象が現われ易い。

また、別の手段として、電界緩和層０の材質として抵抗
の低いものを使い、コイルエンド部方向のコイル表面電
位の」―昇率を小さくし、ロータバー　（１（４）の端
部とコイル表面の電位差を小さくすることも試みられた
。しかし、この手段にも次の欠点がある。

即ち、電界緩和層０の抵抗を小さくすることにより、電
界緩和層０を流りる電流が増加し、発熱による損失が増
大する。一方、ステータのコイルの製造時の品質管理及
び運転後の絶縁診断のために、誘電正接−電圧特性試験
が行なわれる。電動機の場合、一般に鉄心長が短かく、
電界緩和層の損失がコイル全体の特性に大きな影響を与
えるので、電界緩和層の抵抗を下げることは、見かけ上
、巻線全体の特性を悪くする。そのため、本来の試験目
的である絶縁層■中のボイド中の放電の情報が、見かけ
上発見できなくて、コイルの品質管理及び絶縁診断の判
定を困難にする。

〔発明の目的〕

本発明は、表面放電の開始電圧が高く、ロータを挿入し
た状態でも問題なく、耐圧試験を行なうことのできる高
圧回転電機のコイル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、主電界緩和層の他に、大地電位の構
造物に対向する位置に、表面抵抗率が主電界緩和層より
低く、低抵抗コロナ防止層より高い補助電界緩和層を設
けることにより、耐圧試験を問題なく行なえるようにす
るものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について、第１図および第２図
を参照して説明する。コイル導体■」二にドライマイカ
テープを巻回して絶縁層（３）を形成し、次にステータ
の鉄心（Ｉ　ａ　）のスト１ツ１〜内部を含め、鉄心（
１ａ）の端部から外側へ２０−５０　ｎｗｎ　’ＪＪｒ
Ｓ度の範囲に低抵抗コロナ防止層（４）を形成する。そ
の端に１０〜３０ｎｗｎ重ね、コイルエンドの電界緩和
を要する所定の位置まで、シリコンカーバイド粒子を熱
硬化性樹脂に混入し、ガラスクロスに塗布し、半硬化状
にした電界緩和テープ又はシー１〜を巻回し、主電界緩
和層■を形成する。この主電界緩和層の表面抵抗は第３
図の曲線ａに一例を示すように、非線形抵抗特性を有す
る。次に第３図の曲線すに示すように表面抵抗率が主電
界緩和層０より低く、かつ低抵抗コロナ防止層より高い
長方形の補助電界緩和層（１２）を大地電位の構造物に
対向する位置にて、一部低抵抗コロナ防止層（４）に重
ねて配設する。

次に主電界緩和層０および補助電界緩和層（１２）の周
囲に熱収縮性テープを巻回し、熱収縮テープ層（１３）
を形成する。なお、補助電界緩和層（１２）の抵抗値を
主電界緩和層０より下げるためには、シリコンカーバイ
ドの粒子径を大きくしたり、シリコンカーバイド粒子の
樹脂への含有量を増したり、四三酸化鉄など抵抗の低い
粒子を添加するなどの手段にて、必要な値に調節するこ
とができる。

以」−のようにして製作したコイルを鉄心（１ａ）のス
ロットに納め、楔ωで固定した後、含浸タンク中で熱硬
化性樹脂を真空加圧含浸し、次に加熱炉中に搬入して加
熱硬化することにより、全含浸絶縁方式の高圧回転電機
のコイルが完成する。

次に作用について説明する。

上記実施例のように補助電界緩和層（１２）がある場合
と、これが無い従来の場合のものとを製作し、鉄心（１
ａ）を接地し、定格電圧］、１ｋＶのコイル導体■に商
用周波の２５ｋＶ　（＝　２Ｅ＋　３　ｋＶ）を印加し
た場合のコイル表面電位を第４図の曲線Ｃ（従来のもの
）。

曲線ｄ　（本実施例のもの）に示す。ここでコイル表面
の位置Ｄ−Ｇは第１図中に示したように、それぞれ主電
界緩和層０の鉄心側端部、低抵抗コロナ防止層（４）の
端部、補助電界緩和層（１２）の端部及び主電界緩和層
（ハ）のコイルエンド部側端部である。

従来例の曲線Ｃをみると、■・：点の外側では速い速度
で表面電位が」−Ｈし、６点に達する前に飽和し、印加
電圧の２５ｋＶに達する。従って大地電位のロータ／＜
−（１（４）の先端とコイル表面の間には１　ｆｌｋＶ
程の電圧が加わることになり、ロータバーの先端がとが
っていることも手伝って、激しい放電が発生した。これ
に対して補助電界緩和層（１２）を設けたコイルの表面
電位を示す曲線ｄは、Ｄ点からＦ点までは緩やかに上昇
するので、ロータバー（１（４）の先端とコイル表面間
の電位差は１０ｋＶ弱であり、放電は発生しない。

即ち、本実施例のコイルでは、大地電位の構造物がコイ
ルエンドに接近していても、コイルの耐圧試験において
、大きな放電が発生することはなく、従ってコイルエン
ド部絶縁層が損傷を受けることもなくなる。また補助電
界緩和層（１２）を適用するのは局部的であるため、補
助電界緩和層（１２）における発熱による電気的損失は
殆ど増大しない。

次に他の実施例について、第５図を参照して説明する。

これは補助電界緩和層（１２）としてコイルの大地電圧
対向面だけでなく、低抵抗コロナ防止層に）に近い方に
深く、遠い方に浅くコイル側面に添着する側辺（１２ａ
）を設けたものである。

このようにすることにより、発熱の大きい低抵抗コロナ
防止層（４）端の近傍の補助電界緩和層（１２）の断面
積を大きくし、その発熱を軽減することができる。

また、補助電界緩和層（１２）の材質としては、非線形
抵抗材料だけでなく、表面抵抗率が１０６Ω以」二の線
形抵抗材料でもよく、また、チタン酸バリウムのような
強誘電体粉末を樹脂に混入した材料でも本発明の目的に
合う効果を発揮する。線形抵抗材料としては、カーボン
ブラックを樹脂に混入したものや、炭素繊維を絶縁材料
の繊維又はフィブリッドと混抄したもの（例えば日本ア
ロマ社のＡカーボン）などが使用できる。強誘電体粉末
混入樹脂層を設けた場合には、絶縁層（３）の静電容量
と補助電界緩和層（１２）の静電容量との分圧により、
コイルの表面電位の−Ｉ−昇を低く抑える作用がある。

上記各実施例においては、全含浸絶縁を用いて説明した
が、同様な作用効果は、コイル単体含浸方式絶縁及びプ
リプレグ絶縁においても得られる。

そして、これら三者の絶縁においては、電界緩和層（５
１，（１２）の」二をもモールドして加熱硬化すること
が出来ので、熱収縮テープ（１３）はなくしても必要な
特性が得られる。また先に補助電界緩和層（１２）を形
成し、次に主電界緩和層０を形成する手段、即ち主と補
助の電界緩和層の］１下の位置を逆にしても、以上の説
明と全く同様な作用により、同じ効果が得られる。

〔発明の効果〕

以」―説明したように、本発明によれば、主電界緩和層
の他に、補助電界緩和層を大地電位の構造物に対向する
コイル部分に設けたことにより、大地電位の構造物に対
向する部分の表面電位の上昇は低く抑えられて、運転時
は１↑うまでもなく、耐圧試験時においても、絶縁層に
有害な沿面放電を生じることはない。また、補助電界緩
和層により、強い電界緩和を効かすのは部分的であるた
め、電気的損失が少なく、回転電機製造時の品質管理及
び運転後の絶縁診断において、測定結果に悪影響を与え
ることなく、正しい判断を下すことを可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高圧回転電機のコイルの一実施例を示
す要部縦断面図、第２図は第１図のＨ−■線に沿う矢視
断面図、第３図は第］−図の主及び補助の電界緩和層の
表面抵抗率−電界特性を示す曲線図、第４図はコイル表
面の電位分布を示す曲線図、第５図は他の実施例を示す
要部斜視図、第６図は従来例の要部を示す縦断面図であ
る。］、ａ、　１．１）・・鉄心、　　　　２・コイル導体
、３・・絶縁層、　　　　４　・低抵抗コロナ防止層、
５・・・主電界緩和層、９・・大地電位の構造物である押え板、１０・・大地電
位の構造物であるロータバー、１２・・・補助電界緩和
層、１．２ａ・・・側辺。 −１１＝第　　２　図一＠界（ＫＶ／Ｃ祠第　　３　図 −コイル＆耐引立置第　　４　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）コイル導体の外周に巻付けた対地絶縁層の外周の
低抵抗コロナ防止層端部から、コイル直線部の端部とコ
イルエンド曲線部を含む所定の範囲にシリコンカーバイ
ド粒子を含有する非線形抵抗特性の材料を用いた主電界
緩和層を有する高圧回転電機のコイルにおいて、主電界
緩和層の他に、大地電位の構造物に対向する位置に、表
面抵抗率が主電界緩和層より低く、低抵抗コロナ防止層
より高い補助電界緩和層を設けたことを特徴とする高圧
回転電機のコイル。
（２）補助電界緩和層は低抵抗コロナ防止層に近い方に
深く、遠い方に浅くコイル側面に添着する側辺を有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高圧回転
電機のコイル。
（３）補助電界緩和層は強誘電体粉末を樹脂に混入した
材料、あるいはその材料を基材に塗布したテープ又はシ
ートを用いて形成したことを特徴とする特許請求の範囲
第１項又は第２項記載の高圧回転電機のコイル。
（４）補助電界緩和層は主電界緩和層の外側に設けたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
ずれかに記載の高圧回転電機のコイル。
（５）補助電界緩和層は主電界緩和層の内側に設けたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
ずれかに記載の高圧回転電機のコイル。