JP2000125498A - 三相交流回転機用固定子コイルの絶縁構造 - Google Patents

三相交流回転機用固定子コイルの絶縁構造

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JP2000125498A
JP2000125498A JP10289782A JP28978298A JP2000125498A JP 2000125498 A JP2000125498 A JP 2000125498A JP 10289782 A JP10289782 A JP 10289782A JP 28978298 A JP28978298 A JP 28978298A JP 2000125498 A JP2000125498 A JP 2000125498A
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stator
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slot corona
electric field
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JP10289782A
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Yoshikatsu Nakamura
美勝 中村
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】スロットコロナ防止層端部の沿面放電の防止に
有効な三相交流回転機用固定子コイルの絶縁構造を提供
する。 【解決手段】固定子鉄心1に装着した固定子コイル2の
表面にマイカテープ等の絶縁材を巻回して形成した主絶
縁層3と、主絶縁層3の表面を覆い、且つ固定子コイル
2のスロット11に収納された部分と固定子鉄心1の端
部から突き出した部分に形成されたスロットコロナ防止
層4と、固定子鉄心1の端面から突出させて設けたダク
トピース5とを備えた三相交流回転機用固定子におい
て、ダクトピース5の先端部からスロットコロナ防止層
4の先端部より僅かに突出した位置に、スロットコロナ
防止層4の全周にテープ、不織布、または織布からなる
電界緩和層6を複数回巻回し、スロットコロナ防止層4
を、スロットコロナ防止層4先端の空気中における最大
電界値が、2.0kV/mm以下になる厚みに設定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、三相交流回転機用
固定子コイルの絶縁構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、三相交流回転機用の固定子および
固定子コイルの絶縁構造は、図4(a)、(b)のよう
になっている(第1の従来例)。1は薄板鋼板を積層して
形成した固定子鉄心、11は固定子鉄心1の軸方向に延
びるように設けた複数のスロット、2はスロット11の
中を通り、且つ、固定子鉄心1の両端部から突出するよ
うに装着された固定子コイル、2aは固定子コイルの各
相の電線、3は固定子コイルの電線2aの表面にフィル
ム裏打ちマイカテープ等の絶縁材を巻回して形成された
主絶縁層、4は固定子コイル2のスロット11に収納さ
れた部分と固定子鉄心1の端部から突き出した部分に、
主絶縁層3の表面を覆うように形成されたスロットコロ
ナ防止層である。5は主に固定子コイルの各相の電線2
a間を流れる冷却空気をガイドすることを目的として、
固定子鉄心1の端面から突出させるように設けたダクト
ピースである。7はスロットコロナ防止層4の一部と主
絶縁層3の一部にまたがる位置の外周に設けた絶縁材料
から成る保護層であり、スロットコロナ防止層4の端部
のめくれを防止するために1回巻きしたものである。。
このうち、スロットコロナ防止層4は、固定子鉄心端に
おける気中放電を防止する目的として、一般に表面抵抗
率が約103Ω、且つカーボン等の導電性粉末を混合し
た半導電性樹脂をガラスクロス若しくはフィルムに塗布
・乾燥したテープ、またはシートを複数回巻回若しくは
平巻きして形成したもので構成されている。図5は図4
の固定子コイルの形状Dに基づき有限要素法による2次
元電界解析に用いたモデル図であって、固定子鉄心端か
らのスロットコロナ防止層の長さX1=15mm、固定子
鉄心端からのダクトピースの長さX2=10mm、ダクト
ピース5の厚みX3=2mm、固定子コイルとダクトピー
ス間の空間距離X4=4.5mmとした場合の、隣り合う
スロットコロナ防止層および保護層の間の電界計算から
得られた電位分布である。ここで,解析では電線に印加
される電圧を運転電圧の波高値5400V[=(660
0/√3)×√2]、スロットコロナ防止層に印加され
る電圧を0V、主絶縁層の誘電率を4.0として計算し
た。この結果から、スロットコロナ防止層端部の主絶縁
層中において等電位線は密に、つまり最も電界が集中し
ており、最大電界値は7.5kV/mmとなっている。ま
た、空気中では、スロットコロナ防止層端部が最も電界
が集中しており、最大電界値は2.2kV/mmとなって
いる。一方、主絶縁層3の絶縁破壊電圧は、実測の結果
x―3σで30kV/mm以上となっており、上記の計算
結果7.5kV/mmに対し4倍高く、絶縁破壊の問題は
無いと考えられる。また、空気中の場合を見ると、空気
の平等電界中における絶縁破壊電界値は、図6に示す文
献(電気学会オゾナイザ専門委員会:オゾナイザハンド
ブック、コロナ社発行、昭和35年、p194)から、
空げき長11mm(=4.5+2+4.5mm)の時、3.
17kV/mmとなる。また、その他、第2の従来例とし
て、スロットコロナ防止層の端部に重複して、約108
Ωの表面抵抗率を有する材料からなる高抵抗エンドコロ
ナ防止層を形成した絶縁構造、もしくは第3の従来例と
して、スロットコロナ防止層の端部を折り曲げておき反
力により接触させる絶縁構造がある。さらに第4の従来
例としてスロットコロナ防止層と高抵抗エンドコロナ防
止層の重複部外周に熱収縮チューブを巻回してなるもの
が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は以下の問題があった。 (1)第1の従来例では、実際の空気中の絶縁破壊電界
値は、上記文献より求めた計算値より低い電界値におい
て気中放電を生じることになるため、上記に述べた電界
計算結果2.2kV/mmは余裕の無い値となっている。
したがって、スロットコロナ防止層の端部において沿面
放電を防止することができない。 (2)第2の従来例に示したスロットコロナ防止層端部
に高抵抗エンドコロナ防止層を重複させた絶縁構造で
は、長期間において両方の防止層間の接触抵抗が大きく
なる。 (3)第3の従来例に示したスロットコロナ防止層の端
部を折り曲げて反力により接触させた絶縁構造では、ス
ロットコロナ防止層と高抵抗エンドコロナ防止層とが点
接触であるため、長期的に見ると構成材料の熱膨張の違
いから抵抗値が不安定となり信頼性に欠ける。 (4)第4の従来例に示したスロットコロナ防止層と高
抵抗エンドコロナ防止層の重複部外周に熱収縮チューブ
を巻回してなる絶縁構造では、材料費が高価になった
り、製作時間がかかる。そこで、本発明は高抵抗エンド
コロナ防止層を用いることなく、スロットコロナ防止層
端部の空気中における最大電界値を小さくし、沿面放電
を防止することのできる三相交流回転機用固定子コイル
の絶縁構造を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明は薄板鋼板を積層して形成した固定子鉄心
と、前記固定子鉄心の軸方向に延びる複数のスロット
と、前記スロットの中を通り、且つ、前記固定子鉄心の
両端部から突出するように装着された固定子コイルと、
前記固定子コイルの表面にマイカテープ等の絶縁材を巻
回して形成された主絶縁層と、前記主絶縁層の表面を覆
い、且つ前記固定子コイルのスロットに収納された部分
と前記固定子鉄心の端部から突き出した部分に形成され
たスロットコロナ防止層と、前記固定子鉄心の端面から
突出させるように設けたダクトピースとを備えた三相交
流回転機用固定子において、前記ダクトピースの先端部
から軸方向に向かって前記スロットコロナ防止層の先端
部より僅かに突出した範囲に渡り、前記スロットコロナ
防止層と前記主絶縁層の外周に、テープ状またはシート
状の絶縁材料を複数回巻回してなる電界緩和層が設けて
あり、前記スロットコロナ防止層は、前記スロットコロ
ナ防止層の空気中における最大電界値が2.0kV/mm
以下になるような厚みを有していることを特徴とする。
上記手段により、スロットコロナ防止層端部の空気中に
おける最大電界値を小さくすることができ、気中放電、
つまり沿面放電を防止することができる。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図1は、本発明の実施例を示す三相交流
回転機用固定子コイルの絶縁構造を示す図であって、
(a)は固定子の側面図、(b)は固定子コイルの絶縁
構造を拡大した要部Aの断面図である。本発明が従来と
異なる構成は、以下のとおりである。すなわち、ダクト
ピース5の先端部から軸方向に向かってスロットコロナ
防止層4の先端部より僅かに突出した範囲に渡り、スロ
ットコロナ防止層4と主絶縁層3の外周に含浸性に優れ
る有機または無機の絶縁材料で構成されたテープ、不織
布、または織布からなる電界緩和層6を複数回巻回した
ものである。また、スロットコロナ防止層4は、スロッ
トコロナ防止層4先端の空気中における最大電界値を、
2.0kV/mm以下になるような厚みを有するものであ
る。図2は図1の固定子コイルの形状Bに基いて有限要
素法による2次元電界解析に用いたモデル図であって、
電界緩和層の誘電率を4.0として隣り合うスロットコ
ロナ防止層と電界緩和層との間の電界計算から得られた
結果を示したものである。その結果、空気中における最
大電界値は1.0kV/mmまで小さくなったことが確
認されている。さらに、電界緩和層6の効果を検証する
ために、モデルコイルにおいて実際に部分放電特性の測
定を行い、電界緩和層6の効果を検証した。モデルコイ
ルは、電界計算に使用したものと同形状である。電界緩
和層6は、スロットコロナ防止層4端部に厚さ0.13
mmのガラステープを20回巻回して形成した。部分放電
特性の測定結果を図3に示す。これから、電界緩和層6
があると、部分放電開始電圧は高くなり、各印加電圧に
おける最大放電電荷も減少している。つまり部分放電特
性が向上しており、外部絶縁層6は効果があることが明
らかである。したがって、ダクトピースの先端部から軸
方向に向かってスロットコロナ防止層の先端部より僅か
に突出した位置に、スロットコロナ防止層の全周に含浸
性に優れる有機または無機の絶縁材料で構成された不織
布、または織布からなる電界緩和層を複数回巻回すると
共に、スロットコロナ防止層を、スロットコロナ防止層
先端の空気中における最大電界値が、2.0kV/mm以
下になるような厚みに設定したので、スロットコロナ防
止層端部の空気中において、電界集中が緩和され沿面放
電を防止することができる。その結果、部分放電特性を
向上することができ、回転機の長寿命化に寄与できる。
なお、スロットコロナ防止層先端の厚みは、スロットコ
ロナ防止層に用いる絶縁材料の誘電率により変化するの
で、上記設定した空気中における最大電界値を満足する
ように、絶縁材料を適宜選択すると良い。
【0006】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によればダク
トピースの先端部からスロットコロナ防止層の先端部よ
り僅かに突出した位置に至る長さに、スロットコロナ防
止層の全周に有機または無機の絶縁材料でできたテー
プ、不織布、または織布からなる電界緩和層を複数回巻
回し、スロットコロナ防止層を、スロットコロナ防止層
先端の空気中における最大電界値が、2.0kV/mm以
下になるような厚みに設定した絶縁構造により、スロッ
トコロナ防止層端部の空気中において、電界集中が緩和
され沿面放電を防止することができる。すなわち、部分
放電特性を向上することができ、回転機の長寿命化に寄
与することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す三相交流回転機用固定子
コイルの絶縁構造を示す図であって、(a)は固定子の
側面図、(b)は固定子コイルの絶縁構造を拡大した要
部Aの断面図である。
【図2】図1の固定子コイルの形状Bに基づき有限要素
法による2次元電界解析に用いたモデル図であって、隣
り合うスロットコロナ防止層および電界緩和層の間の電
界計算から得られた電位分布を示すものである。
【図3】本発明の部分放電特性の実測結果である。
【図4】従来の三相交流回転機用固定子コイルの絶縁構
造を示す図であって、(a)は固定子の側面図、(b)
は固定子コイルの絶縁構造を拡大した要部Cの断面図で
ある。
【図5】図4の固定子コイルの形状Dに基づき有限要素
法による2次元電界解析に用いたモデル図であって、隣
り合うスロットコロナ防止層および保護層の間の電界計
算から得られた電位分布を示す図である。
【図6】空隙長に対する空気の平等電界中における絶縁
破壊電界値の関係を示す図である。
【符号の説明】 1:固定子鉄心 11:スロット 2:固定子コイル 2a:電線 3:主絶縁層 4:スロットコロナ防止層 5:ダクトピース 6:電界緩和層 7:保護層 X1:固定子鉄心端からのスロットコロナ防止層の長さ X2:固定子鉄心端からのダクトピースの長さ X3:ダクトピースの厚さ X4:固定子コイルとダクトピース間の空間距離

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】薄板鋼板を積層して形成した固定子鉄心
    と、前記固定子鉄心の軸方向に延びる複数のスロット
    と、前記スロットの中を通り、且つ、前記固定子鉄心の
    両端部から突出するように装着された固定子コイルと、
    前記固定子コイルの表面にマイカテープ等の絶縁材を巻
    回して形成された主絶縁層と、前記主絶縁層の表面を覆
    い、且つ前記固定子コイルのスロットに収納された部分
    と前記固定子鉄心の端部から突き出した部分に形成され
    たスロットコロナ防止層と、前記固定子鉄心の端面から
    突出させるように設けたダクトピースとを備えた三相交
    流回転機用固定子において、 前記ダクトピースの先端部から軸方向に向かって前記ス
    ロットコロナ防止層の先端部より僅かに突出した範囲に
    渡り、前記スロットコロナ防止層と前記主絶縁層の外周
    に、テープ状またはシート状の絶縁材料を複数回巻回し
    てなる電界緩和層が設けてあり、 前記スロットコロナ防止層は、前記スロットコロナ防止
    層の空気中における最大電界値が2.0kV/mm以下に
    なるような厚みを有していることを特徴とする三相交流
    回転機用固定子コイルの絶縁構造。
JP10289782A 1998-10-12 1998-10-12 三相交流回転機用固定子コイルの絶縁構造 Pending JP2000125498A (ja)

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