JPH048382Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の属する技術分野〕 本考案は回転電機の鉄心中に収納され外表面に
低抵抗コロナシールド層を備えたコイルの絶縁劣
化検出装置に関する。この種の絶縁結果検出装置
は、前記コイルを鉄心から取外すことなくまた前
記回転電機の運転中においても、絶縁劣化の進行
する可能性の最も高い個所において非破壊的にか
つ的確に当該コイルの絶縁劣化を検出し得るもの
であることが必要である。

〔従来技術とその問題点〕

回転電機特に高圧回転電機のコイル絶縁は該回
転電機の運転中に遭遇する連続熱、熱サイクルの
如き熱的作用、あるいはサージ電圧の如き電気的
作用もしくは振動、衝撃の如き機械的作用などに
もとづくストレスにより初期に備えていた機能が
次第に減退し、それがある限界を越えると所謂絶
縁破壊に至る。この種コイルの絶縁破壊により回
転電機の不測の運転休止からは更にはプラント自
体が操業中止を生ずるに至ると非常な損害を招来
することになるから、近年プラントの大形化、高
度化が進むに伴ない前記の如き不祥事を防止して
設備を信頼し得る状態に保持することを目的とす
る予防保全の一環として、回転電機のコイルの絶
縁診断が重要視されるに至つている。

前記の如きコイルの絶縁診断に必要な試験とし
て、絶縁抵抗試験、誘電正接試験、交流電流試験
あるいは部分放電試験などが実施されるが、その
際通常前記回転電機を一たん停止させ、当該コイ
ルは鉄心スロツト内に収納されたままの状態で、
試験用高圧電源装置並びに各種のコイル絶縁特性
測定器を使用して前記の各試験が非破壊的に行な
われる。

更に前記の如き絶縁診断の対象となる主として
定格電圧が6kV以上の所謂高圧コイル１は第２図
に示す如く、導体４の外表面の絶縁層３と該コイ
ル１が収納される鉄心７のスロツト壁との間に発
生する表面コロナを防止する目的で、コイル絶縁
層３の外表面に低抵抗コロナシールド層２が形成
され、かつ半導体正ライナ６を介して前記低抵抗
コロナシールド層２が鉄心７に対して同電位にな
る如くに電気的に接続される。回転電機の鉄心の
スロツトに収納される前記の如き状態の全てのコ
イル１が３個の群に分割されかつ各群の各コイル
１は直列に接続されて例えば第３図に示す如く中
性点Ｎを備えた三相星形結線を構成している。

前記の如き三相星形結線において前記の各種の
試験を行なう場合に、従来は前記三相星形結線の
中性点Ｎを接地から外し三相巻線を一括して、あ
るいは三相の各相巻線毎にコイル導体４と鉄心７
との間に電圧を印加して行なつている。

一方前記熱的、電気的あるいは機械的要因が回
転電機のコイル絶縁の劣化に及ぼす影響は機種、
運転条件あるいは環境条件などにより当然一様で
はないが、前記の如く定格電圧6kV以上のコイル
特に大形電機に使用される如き長尺のコイルの絶
縁劣化においては、熱サイクルの影響が主であつ
てそれに電磁力による機械的要因が加わるものと
考えられる。本考案者が特に熱サイクルの影響に
ついて行なつた実験と解析との結果によれば、当
該コイル１が鉄心のスロツト内に収納されていな
い場合はコイル導体４と絶縁層３との線膨脹率差
並びに温度差による熱応力が決定的であるが、該
コイル１が鉄心スロツト内に収納された実際の場
合には、これらに鉄心７による拘束力が加わる。
その結果コイル絶縁層３に生ずる応力はコイル１
の長さ方向において一様でなく、コイル１の鉄心
７の端部に対応する部分において最大を示し、当
該鉄心端部を中心としてコイル１の鉄心７の内側
の部分と外側の部分で前記鉄心端から遠ざかるに
つれて徐々に減少する結果、コイル絶縁層３内部
における熱応力分布は第４図に示す如く、またせ
ん断応力分布は第５図に示す如くになることが明
らかになつた。

更に過去に納入した回転電機のコイル絶縁事故
における調査データにおいても事故個所が鉄心７
の端部を中心としてその近傍に集中していること
が明らかになつている。

前記の如く実験的にもまた経験的にも鉄心端近
傍に局所的な集中を示す回転電機のコイル絶縁の
劣化を、従来行なわれている如き三相のコイルを
一括して実施する診断あるいは各相毎に分けて行
なう試験においては、回転電機の全コイルあるい
は全コイルの1/3を並列にして測定するので検出
感度が著しく低く、当面問題にしている如き局所
的な絶縁劣化を検出することができないという欠
点がある。例えばコイル絶縁の誘電正接試験の場
合、コイル１の絶縁層３の局所的な劣化部分３１
に対してその他の多数の健全な絶縁層を有するコ
イルからなる部分３２が並列に存在する第６図の
等価回路において、前記絶縁層の劣化部分３１の
誘電正接をtanδ₁、その静電容量をC₁、また前記
絶縁層の健全な部分の誘電正接をtanδ₂、その静
電容量をC₂とすると、全コイルの絶縁層の誘電
正接は tanδ＝C₁／C₁＋C₂tanδ₁ ＋C₂／C₁＋C₂tanδ₂ しかるにこの場合C₁≪C₂であるから結局 tanδ≒C₁／C₂tanδ₁＋tan≪₂δtanδ₁ となり、従来の如く全コイルを一括してあるいは
各相コイル毎に実施する試験においては局所的な
絶縁層の劣化を検出することができないという結
果になる。

従来の試験における前記の如き欠陥に対し、被
試験コイルの低抵抗コロナシールド層の鉄心スロ
ツト出口近傍に位置する部分を鉄心と電気的に接
続された前記コイルのその他の部分から切り離
し、この部分を測定用電極としてコイルの絶縁劣
化を測定する如くにした回転電機コイルの絶縁劣
化測定装置が既に提案されている。しかし該提案
においては測定用電極となる低抵抗コロナシール
ド層の分離された部分が鉄心端近傍の外側に求め
られている。しかるに既に第４図及び第５図に示
した如く、熱サイクルによるコイル絶縁層内の熱
応力並びにせん断応力は鉄心端並びに鉄心端を中
心として鉄心外の近傍だけでなく、鉄心内の近傍
においても局部的に著しく大になる分布を示して
いるから、前記の提案の如く単に鉄心端近傍の鉄
心外の低抵抗コロナシールド層の部分に測定用電
極を求めて検出する装置ではコイルの絶縁劣化の
真相を的確に判断することは無理である。

〔考案の目的〕

本考案は絶縁層の外表面に低抵抗コロナシール
ド層を備えたコイルにおける絶縁劣化を検出する
ための従来の手段装置が有する前記の如き欠点に
鑑み、回転電機が運転中と休止中とを問わず簡易
にかつ的確と前記コイルの絶縁層の劣化を検出し
得る感度の良好な回転電機のコイルの絶縁劣化検
出装置を提供することを目的とする。

〔考案の要点〕

前記の目的を達成するために本考案では首記の
検出装置において、半導電性ライナを介して前記
鉄心に電気的に接続される前記低抵抗コロナシー
ルド層に前記鉄心の端部近傍の鉄心内部及び鉄心
外部にわたり必要に応じて前記鉄心に対し電気的
に絶縁し得る部分を形成し、該部分を検出用電極
として前記コイルの絶縁劣化を検出する如くにし
た絶縁劣化検出装置により、前記コイルを前記鉄
心から取り外すことなくかつ非破壊的に該コイル
の絶縁劣化を検出するものである。

〔考案の実施例〕

次に図面に表わされた実施例にもとづいて本考
案の詳細を説明する。

第１図に示す回転電機の固定子部分図におい
て、固定子鉄心７に形成されたスロツト内に収納
されたコイル１は、既に第２図について説明した
如く導体４の外側に施された適宜の絶縁層３の、
前記スロツト内に位置する部分の外表面と前記ス
ロツトの外に位置するコイル端の一部分の外表面
とにそれぞれ低抵抗コロナシールド層２ａ，２ｂ
並びに２ｃが形成され、低抵抗コロナシールド層
２ａと２ｂとは適宜の絶縁物５ｂを介して、また
低抵抗コロナシールド層２ｂと２ｃとはギヤツプ
９を介して、それぞれ相互に分離独立しており、
その際低抵抗コロナシールド層２ｂは鉄心７の端
部を中心として前記鉄心の内側と外側とにわたつ
て位置している。更に低抵抗コロナシールド層２
ａは直接に、また低抵抗コロナシールド層２ｂは
適宜の絶縁物５ａを介して半導電性ライナ６によ
つて被覆され、かつ低抵抗コロナシールド層２ａ
は前記半導電性ライナ６により鉄心７に対して同
電位になる如くに電機的に接続されている。また
低抵抗コロナシールド層２ｃは高抵抗コロナシー
ルド層２０により覆われない部分に設けられたリ
ード線８ａにより前記半導電性ライナ６に接続さ
れ、したがつて同様に鉄心７に対して同電位にな
る如く電気的に接続される。一方低抵抗コロナシ
ールド層２ｂは、リード線８ｂと切換スイツチ１
１とを備え、回転電機の定常運転時には前記スイ
ツチ１１により前記半導電性ライナ６に設けられ
たリード線８ｃに結合され、したがつて絶縁物５
ａに覆われているにもかかわらず半導電性ライナ
６を介して同様に鉄心７に対して同電位になる如
く電気的に接続される。

前記の如き構成により、コイル１において絶縁
層３の最も絶縁劣化が進行する可能性の高い鉄心
７の端部に当接する部分と該鉄心端を中心として
鉄心の内外にわたる部分とに他のコイルの部分の
低抵抗コロナシールド層２ａ及び２ｃから分離独
立しかつ絶縁物５ａにより被覆された低抵抗コロ
ナシールド層２ｂが形成されるから、該低抵抗コ
ロナシールド層２ｂを絶縁劣化検出用電極として
測定することにより、他の健全な絶縁層によつて
影響されることなく当該被測定部分における局所
的な絶縁劣化を的確に検出することが可能にな
る。即ちその場合第１図において前記切換スイツ
チ１１を切換えてリード線８ｂをリード線８ｃか
ら測定器１０に至るリード線８ｄに接続替えを行
なうとともに、リード線８ｅを介して被測定コイ
ル１の導体４に所定の電圧を印加することにより
前記低抵抗コロナシールド層２ｂに被われた部分
のコイルの絶縁層３の劣化状態を測定することが
できる。その際測定器１０には、コイル導体４に
印加される電圧が対流である場合はコロナ測定
器、誘電正接測定器、交流電流測定器を使用し、
また直流である場合は直流電流測定器を使用す
る。更に当該回転電機が運転中である場合には検
出インピーダンスの小さい測定器を使用するのが
良い。

今一例として三相巻線の各相毎のライン側に１
個づつ第１図に示す如き前記検出電極部２ｂを備
えたコイルを挿入し、他は通常のコイルを使用し
た回転電機の前記検出電極部２ｂを備えたコイル
のみについて測定した誘電正接の対電界特性を示
すと第７図の曲線Ａの如くになる。これを従来の
如く前記検出電極部２ｂを備えたコイルを含んで
三相巻線を一括して測定した場合の誘電正接の対
電界特性を示す曲線Ｂに比較すると、三相巻線を
一括して測定を行なう従来の測定手段では到底検
出し得なかつた局所的な絶縁劣化の状態が本考案
の検出装置により良好な感度で顕著に検出し得る
ことが明らかである。

したがつて本考案に関わる検出電極部分２ｂを
備えたコイルを固定子巻線の熱サイクル劣化によ
り絶縁層のはく離あるいは空隙の発生し易い高電
圧側に配置すると、コイル絶縁層の劣化を早期に
かつ的確に発見することができ、回転電機の予防
保全の面で大きな効果を期待することができる。

〔考案の効果〕

本考案は以上に説明した如く、回転電機の鉄心
中に収納され外表面に低抵抗コロナシールド層を
備えたコイルの絶縁劣化検出装置において、半導
電性ライナを介して前記鉄心に電気的に接続され
る前記低抵抗コロナシールド層に前記鉄心の端部
近傍の鉄心内部及び鉄心外部にわたり、必要に応
じて前記鉄心に対し電気的に絶縁し得る部分を形
成し、該部分を電極として前記コイルの絶縁劣化
を検出し得る如くにした絶縁劣化検出装置によ
り、回転電機の鉄心中に収納されたコイルの絶縁
劣化が生じる可能性の最も高い部分において、該
コイルを鉄心中に保持したまま良好な感度で前記
絶縁劣化を検出し得るから、予防保全の効率を高
め当該回転電機の不測の運転休止を未然に防止し
得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のコイルの絶縁劣化検出装置を
備えたコイルと該コイルを収納する鉄心との関係
を示す部分断面概略図、第２図は鉄心中に収納さ
れた一般的な高圧コイルの構成を示す横断面概略
図、第３図は一般的な回転電機の三相星形結線
図、第４図及び第５図は熱サイクルにもとづいて
前記コイルの絶縁層に生ずる熱応力分布及びせん
断応力分布を示す図、第６図は絶縁劣化検出試験
においてコイルの絶縁劣化部分と絶縁の健全な部
分とからなる測定時の等価回路を示す図並びに第
７図は本考案のコイルの絶縁劣化検出装置を用い
て測定する試験における対電界誘電正接特性と全
コイルを一括して測定する従来の試験における対
電界誘電正接特性とを示す図を表わす。 １……コイル、２ａ，２ｂ，２ｃ……低抵抗コ
ロナシールド層、３……コイル絶縁層、４……コ
イル導体、５ａ，５ｂ……絶縁物、６……半導電
性ライナ、７……鉄心、８ａ，８ｂ，８ｃ，８
ｄ，８ｅ……リード線、９……ギヤツプ、１０…
…測定器、１１……切換スイツチ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転電機の鉄心中に収納され外表面に低抵抗コ
   ロナシールド層を備えたコイルの絶縁劣化検出装
   置において、半導電性ライナを介して前記鉄心に
   電気的に接続される前記低抵抗コロナシールド層
   に前記鉄心の端部近傍の鉄心内部及び鉄心外部に
   わたり、必要に応じて前記鉄心に対し電気的に絶
   縁し得る部分を形成し、当該部分を検出用電極と
   して前記コイルの絶縁劣化を検出する如くにして
   なることを特徴とする回転電機の絶縁劣化検出装
   置。