JPH0444500B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

本発明は素線導体と絶縁被覆を施した素線を所
定の個数集束し樹脂で固着させてなる素線コイル
に内部電界緩和処理を施しかつその外側に対地絶
縁層を設けてなる絶縁コイルに関する。この種の
絶縁コイルにおいては電気的応力にもとづく絶縁
劣化に対してだけでなく、機械的応力あるいは熱
的応力特に熱サイクルにもとづく応力に原因する
絶縁劣化に対しても十分な予防処理を施すことが
肝要である。

【従来技術とその問題点】

一般に回転電機の絶縁コイル特に高圧絶縁コイ
ルとしては第３図に例示する如く素線導体１１に
絶縁被覆１２を施した素線の表面に樹脂を塗布す
るか、あるいは前記素線を樹脂中に浸すかしたも
のを所定の個数集束した上で前記樹脂を加熱硬化
させてなる素線コイル１３の外周面に、ガラス布
あるいはポリエステル不織布などの基材にマイカ
はくのシートをはり合わせてなるマイカ絶縁テー
プを所定の量巻回し、エポキシ樹脂あるいはポリ
エステル樹脂などの熱硬化性樹脂を真空含浸し加
熱硬化させて対地絶縁層１４を成形する真空含浸
絶縁法か、あるいは前記のマイカテープに半硬化
性のエポキシ樹脂あるいはポリエステル樹脂を塗
布したものを素線コイル１３に所定の量巻回した
後加熱硬化させて対地絶縁層１４を形成するレジ
ンリツチ絶縁法かにより絶縁処理を施し、所謂空
隙なしの対地絶縁層１４を形成する如くした絶縁
コイル１５が知られている。 前記の如く構成された絶縁コイル１５において
素線コイル１３に高電圧が印加されるとその平坦
部１７における電界に比較してより高い電界が素
線コイル１３の角部１６に現われる結果、前記角
部１６付近の対地絶縁層１４が電気的に劣化し耐
電圧特性が低下することになる。このような不都
合を防止するために従来の絶縁コイル１５におい
ては、素線コイル１３の角部１６近傍の電界集中
を緩和する手段として絶縁コイル１５の内部に電
界緩和処理を施すことが行われている。 第４図に例示する絶縁コイル２０においては素
線コイル１３の外周面に電界緩和層１８を設け、
その上に対地絶縁層１４を形成する如くにし、そ
の際電界緩和層１８と素線コイル１３との電気的
接続はその素線の絶縁被覆１２を一部はぎ取り素
線導体１１に電界緩和層を接触させる如くにした
直接接続法か、あるいは素線の絶縁被覆１２はそ
のままとし素線コイル１３の外周面に電界緩和層
１８を設け、素線導体１１に対しては静電的に接
続する間接接続法かによつて行われる。その場合
前記何れの方法によつても結局電気的に接続され
て素線導体１１と同電位になる電界緩和層１８が
素線コイル１３の角部１６を覆うことにより、前
記角部１６における素線導体１１の曲率半径が見
掛け上大になつたことになり、この部分における
電界集中が緩和される結果、絶縁コイル２０の対
地絶縁層１４の耐電圧特性が著しく改善されるこ
とは周知の如くである。 しかしながら回転電機の高圧絶縁コイルに生ず
る応力としては単に前記の如き電気的応力にとど
まらず機械的応力、熱的応力特に熱サイクルによ
る応力が問題になる。殊に電力供給のために近年
さかんに行われるようになつた火力発電機の所謂
デイリースタートストツプ運転方式の場合の固定
子コイルにおいては従来この種発電機のそれに比
較してはるかに多数回の熱サイクルにさらされる
から、この種固定子コイルの絶縁劣化の原因とな
る主要な応力は熱サイクルによるものと考えて良
い。したがつて第４図に例示する如き素線コイル
１３の外周面に電界緩和層１８を設けその外側に
対地絶縁層１４を備えてなる絶縁コイル２０にお
いては、素線コイル１３電界緩和層１８並びに対
地絶縁層１４のそれぞれにおいて線膨張率が異な
る場合には繰返し加えられる熱サイクル応力によ
り、相互の接着状況によつては電界緩和層１８と
対地絶縁層１４との間で、あるいは電界緩和層１
８と素線コイル１３との間で剥離が生ずる可能性
がある。今仮に前者の剥離が生じたとすると素線
コイル１３と同電位に保持されている電界緩和層
１８の内部に空隙が生じることになり、該空隙に
おいて部分放電が発生し折角の電界緩和効果が失
われて対地絶縁層１４の耐電圧特性が低下するに
至る。また前者の剥離に加えて後者の剥離が同時
に生ずると素線コイル１３と対地絶縁層１４とが
熱サイクルの度に別々に伸縮することになるか
ら、当該絶縁コイル２０の軸方向にコイル端に至
る曲線部分の対地絶縁層１４に伸張と収縮とが反
復生ずる結果、前記曲線部分において対地絶縁層
１４が破断しその絶縁耐力が急激に低下して重大
事故に至る可能性がある。即ち従来の素線コイル
１３の外周に電界緩和層１８を設けその外側に対
地絶縁層１４を備えてなる絶縁コイル２０におい
ては、熱サイクルによる応力が原因で対地絶縁層
１４の絶縁耐力が徐々に、あるいは場合によつて
は急激に低下するという欠点を免れることができ
ない。

【発明の目的】

素線コイルの外周面に電界緩和層を設けその外
側に対地絶縁層を備えてなる従来の絶縁コイルが
有する前記の如き欠点に鑑み、本発明は簡単な手
段により熱サイクルによる応力に対して極めて耐
久性を有する電界緩和層を前記素線コイルに設
け、端に電気的にだけでなく機械的にもまた熱的
にも絶縁耐力の低下を生じ難くした絶縁コイルを
提供することを目的とする。

【発明の要点】

前記の目的を達成するために本発明では首記の
絶縁コイルにおいて、該コイルの軸方向の直線部
分および該直線部分とコイル端との間の曲線部分
とにわたり前記素線コイルの外周面に半導電性物
質からなる電界緩和層を設け、かつ前記素線コイ
ルの全長にわたり最も外側にマイカ絶縁テープと
熱効果性樹脂とからなる対地絶縁層を施す如くに
するとともに、前記直線部分と曲線部分との前記
対地絶縁層の内側に半導電性の片面離型性電界緩
和層をその離型面側が前記半導電性物質からなる
電界緩和層の外周面に接触する如くに設け、かつ
前記曲線部分には更に前記片面離型性電界緩和層
と前記半導電性物質からなる電界緩和層との間に
半導電性の伸縮性電界緩和層を挿入し、かつ前記
コイル端の前記素線コイルと前記対地絶縁層との
間に絶縁性の伸縮緩和層を設ける如くにすること
により前記素線コイル、前記各電界緩和層並びに
前記対地絶縁層におけるそれぞれの線膨張率の相
違にもとづく相対運動を、前記片面離型性電界緩
和層、前記伸縮性電界緩和層並びに前記伸縮緩和
層により吸収する如くにするものである。

【発明の実施例】

次に図面に表わされた実施例にもとづいて本発
明の詳細を説明する。 本発明に関わる絶縁コイル１０においては、既
に第３図の絶縁コイル１５について説明した如く
素線導体に絶縁被覆を施した素線を所定の個数集
束し樹脂で固着してなる素線コイル１を第１図に
示す如く、軸方向に直線部分１ａと曲線部分１ｂ
とにわたつてポリエステル、ポリアミドなどの不
織布あるいはガラス布などにカーボンが混交され
たレジンを含浸あるいは塗布したもの、またはカ
ーボンが混交されたレジンそのものである表面抵
抗値が10²ないし10⁴オームの半導電性からなり、
その電位が素線コイル１の電位と同一である電界
緩和層３が、後に絶縁コイル１０の最外周面に設
けられる低抵抗層７の全長と該低抵抗層に連続す
る如くに設けられる高抵抗層８の半分の長さにま
で達する距離にわたり素線コイル１を覆う如くに
設けられている。更に素線コイル１の曲線部分１
ｂには電界緩和層３の外側に厚さ約２ないし７mm
でその表面抵抗値が電界緩和層３のそれと同等の
10²ないし10⁴オームの半導電性のゴムからなる伸
縮性電界緩和層４が設けられ、更に電界緩和層３
及び伸縮性電界緩和層４の端部から素線コイル１
のコイル端１ｃ全体にわたり絶縁性のゴムからな
る伸縮緩和層６が設けられる。 次に素線コイル１の直線部分１ａの電界緩和層
３及び曲線部分１ｂの伸縮性電界緩和層４の外側
に、ポリエステル、ポリイミドなどの高分子フイ
ルムまたは不織布あるいはガラス布などにカーボ
ンを混交したレジンを含浸あるいは塗布したもの
の片面に、導電性シリコーン離型剤の100重量部
にキシレン、トルエンあるいはトリクロエチレン
などの有機溶剤の30ないし100重量部を添加した
導電性シリコーン溶液を塗布あるいは散布した後
風乾もしくは加湿乾燥してなり、その表面抵抗値
が10²ないし10⁴オームである片面離型性のクロス
あるいはテープを、その離型面が電界緩和層３及
び伸縮性電界緩和層４に接する如くに巻回して片
面離型性電界緩和層５を形成し、更にその外側に
ポリエステル不織布、ガラス布あるいは高分子フ
イルムなどを基材としたマイカテープを巻回し、
エポキシあるいはポリエステルなどの熱硬化性樹
脂を真空含浸して加熱硬化させるか、あるいは前
記マイカテープをエポキシ樹脂あるいはポリエス
テル樹脂などで処理したセミキユア状のものを巻
回し加熱硬化させるかして対地絶縁層２を形成す
る。 次に更に前記の如くにして構成された絶縁コイ
ル１０の対地絶縁層２と前記コイルが装着される
回転電機の鉄心との間の部分放電を抑制するため
に、半導電性塗料あるいは半導電性テープを用い
て絶縁コイル１０の直線部分１ａと曲線部分１ｂ
とを覆う如くに低抵抗層７を設け、更に低抵抗層
７と端部からの部分放電あるいはストリーマ放電
を防止するための高抵抗層８を低抵抗層７の端部
からコイル端１ｃに向かつて適宜の距離設ける。 前記の如くにして構成された本発明の絶縁コイ
ル１０においては軽度の熱サイクルによる応力程
度では容易に内部の剥離を生ずることはないが、
仮に過度の熱サイクルによる応力により剥離が生
じたとしても、当該剥離個所は電界緩和層３と片
面離型性電界緩和層５との間か、あるいは伸縮性
電界緩和層４と片面離型性電界緩和層５との間で
あり、その際前記剥離の生じた電界緩和層相互は
接触したまま相対運動を行うから、素線コイル
１、電界緩和層３、伸縮性電界緩和層４並びに片
面離型性電界緩和層５の間にける電位関係は剥離
の発生以前と変りがなく、したがつて各電界緩和
層の電界緩和機能は損なわれない。 その場合剥離が生じた結果として絶縁コイルと
してそれまで総合されていた線膨張率に替つてほ
ぼ素線コイル１のみの線膨張率が現われるから、
曲線部分１ｂにおける対地絶縁層２には剥離が生
ずる以前よりは大なる伸縮による機械的応力が加
わるはずであるが、本発明の絶縁コイル１０にお
いては曲線部分１ｂに伸縮性電界緩和層４を、ま
たコイル端１ｃには伸縮緩和層６を設けている結
果前記機械的応力の大部分が吸収され、対地絶縁
層２には伸縮にもとづく過大な応力が加わらなく
なる。 本発明に関わる電界緩和処理を施した絶縁コイ
ルＡと従来通りの電界緩和処理を施した絶縁コイ
ルＢそれぞれの長尺ものにおいて、コイル端を拘
束して常温から、170℃の間を昇降する温度条件
における熱サイクルを加え強制的にコイル内部に
剥離が生ずる如くにして行つた比較試験の結果を
Δtanδの変化で示したものが第２図である。従来
通りの絶縁緩和処理を施した絶縁コイルＢにおい
ては素線コイル１と電界緩和層３との間で剥離が
生じた場合は熱サイクルによる伸縮にもとづく機
械的応力が加わる結果対地絶縁層２の特性が徐々
に劣化してB₁に示す経過をたどり、また電界緩
和層３と対地絶縁層２との間で剥離を生じた場合
は電界緩和機能が失われてB₂に示す如く熱サイ
クル試験開始後100サイクルあたりまでの間に対
地絶縁層２の特性が急激に劣化する経過をとり、
何れにしても対地絶縁層２の特性が劣化すること
を免れない。これに対して本発明の各電界緩和層
などを施した絶縁コイルＡにおいては、打音観察
によつて熱サイクル試験開始後100サイクル辺り
までにコイル内部に剥離が生じていることが認め
られるにもかかわらず、A₁，A₂に示す如く
Δtanδの変化がほとんどなく、剥離発生個所が所
期の如く片面離型性電界緩和層５の離型面側であ
り電界緩和の機能がほとんど損なわれていないこ
とが理解され、かつ伸縮性電界緩和層４により曲
線部分１ｂにおける対地絶縁層２の伸縮による機
械的応力も所期の如くに緩和されていることも証
明されている。

【発明の効果】

本発明は以上に説明した如く素線導体に絶縁被
覆を施した素線を所定の個数集束し樹脂で固着さ
せてなる素線コイルに内部電界処理を施しかつそ
の外側に対地絶縁層を設けてなる絶縁コイルにお
いて、該コイルの軸方向の直線部分及び該直線部
分とコイル端との間の曲線部分とにわたり前記素
線コイルの外周面に半導電性物質からなる電界緩
和層を設け、かつ前記素線コイルの全長にわたり
最も外側にマイカ絶縁テープと熱硬化性樹脂とか
らなる対地絶縁層を施す如くにするとともに、前
記直線部分と前記曲線部分との前記対地絶縁層の
内側に半導電性の片面離型性電界緩和層をその離
型面側が前記半導電性物質からなる電界緩和層の
外周面に接する如くに設け、かつ前記曲線部分に
は更に前記片面離型性電界緩和層と前記半導電性
物質からなる電界緩和層との間に半導電性の伸縮
性電界緩和層を挿入し、かつ前記コイル端の前記
素線コイルと前記対地絶縁層との間に絶縁性の伸
縮緩和層を設ける如くにすることにより、本発明
に関わる絶縁コイルは万が一熱サイクルにもとづ
く応力により内部に剥離が生じても、該剥離個所
が前記片面離型性電界緩和層の離型面側であり、
かつ前記剥離面個所においては前記片面離型性電
界緩和層と前記電界緩和層とが相互に接触したま
ま相対運動を行うから電界緩和の機能の損なわれ
ることがなく、更に前記剥離が原因で生ずる対地
絶縁相における伸縮にもとづく機械的応力も前記
伸縮性電界緩和層と伸縮緩和層とにより吸収され
るから対地絶縁層の絶縁特性の劣化の虞れがな
く、特に熱サイクルにもとづく応力に対して格段
に対地絶縁層の信頼性が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関わる絶縁コイルの主要部を
示す概略縦断面図を、第２図は熱サイクル試験に
おける本発明に関わる絶縁コイルと従来の絶縁コ
イルとのΔtanδに関する特性を比較する線図を、
第３図は素線コイル一般の概略横断面図を、第４
図は従来の半導電性絶縁緩和層が設けられた絶縁
コイルの概略横断面図をそれぞれ表わす。 １……素線コイル、２……対地絶縁層、３……
電界緩和層、４……伸縮性電界緩和層、５……片
面離型性電界緩和層、６……伸縮緩和層、７……
低抵抗層、８……高抵抗層、１０……絶縁コイ
ル、１ａ……絶縁コイルの直線部分、１ｂ……絶
縁コイルの曲線部分、１ｃ……絶縁コイルのコイ
ル端。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 素線導体に絶縁被覆を施した素線を所定の個
   数集束し樹脂で固着させてなる素線コイルに内部
   電界処理を施しかつその外側に対地絶縁層を設け
   てなる絶縁コイルにおいて、該コイルの軸方向の
   直線部分及び該直線部分とコイル端との間の曲線
   部分とにわたり前記素線コイルの外周面に半導電
   性物質からなる電界緩和層を設け、かつ前記素線
   コイルの全長にわたり最も外側にマイカ絶縁テー
   プと熱硬化性樹脂とからなる対地絶縁層を施す如
   くにするとともに、前記直線部分と前記曲線部分
   との前記対地絶縁層の内側に半導電性の片面離型
   性電界緩和層をその離型面側が前記半導電性物質
   からなる電界緩和層の外周面に接するごとくに設
   け、かつ前記曲線部分には更に前記片面離型性電
   界緩和層と前記半導電性物質からなる電界緩和層
   との間に半導電性の伸縮性電界緩和層を挿入し、
   かつ前記コイル端の前記素線コイルと前記対地絶
   縁層との間に絶縁性の伸縮緩和層を設ける如くに
   してなることを特徴とする絶縁コイル。