JPS6319709A - 整形導体からなる高電圧絶縁導体 - Google Patents

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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は高電圧回転電機のコイル、乾式静止誘４１！器
のコイルなど高電圧絶縁導体の絶縁簿成に関する。

〔従来技術とその問題点〕

一般１／Ｃ３ＫＶを超える高電圧絶縁導体においては、
導体を包囲する絶縁層中にはく離や残存気泡などの空隙
（ボイド）があると、＃定容量分圧の原理に基づいて訪
電率の小さいボイドに電界が集中してボイド中で部分放
電が発生し、絶縁層が損傷するなどの不都合を生ずるの
で、絶縁層はボイドを含まず、また熱劣化などによりボ
イドが生じ難いものが望まれている。

第６図は従来技術の一例を示す断面図であり、高電圧回
転電機の固定子コイルの断面構造の一例を示したもので
ある。図において、１は整形導体であ）、角部に半径ｒ
なる面取シを施した絶縁被覆された複数の素線１Ａ、　
１Ｂ等を相互に固着させて一体化するよう形成されてお
シ、整形導体１の外側は厚みｄなる主絶Ｒ層２によシ包
囲されている。主絶縁層２け、織布、不織布あるいは耐
熱性フィルムからなる基材に、はがしマイカ、集成マイ
カ等を貼ｐ合わせたシートあるいはテープをコイル導体
１に複数層巻回した後、ポリエステル樹脂、エポキシ樹
脂などの熱硬化性樹脂を真空加圧含浸、加熱加圧硬化す
る（真空加圧含浸法）Ａあるいは上記シートマたはテー
プにあらかじめ樹脂を含浸、半硬化させ、コイル導体に
巻回した機成定温度で刀口圧成形する（プリプレグ法）
などの方法によシ、前述の妾求性能を満たす高電圧絶縁
導体が得られる技術がすでに確立されている。また、３
は主絶縁層２の外周面に被着された接地導電層である。

第４図は第６図に示す高電圧絶縁導体を回転電機のスロ
ットに収納した状態を示す説明図であシ、回転電機の固
定子鉄心５のスロットに収納された高電圧絶Ｒ４体の接
地導電層３Ｊｒｉ鉄心５を介して大地電位に保持される
ことによシ、主絶縁層２と鉄心５との間に間隙があった
場合発生する部分放電を阻止できるとともに、接地導電
層６の端部には半導電性の電界緩和層４が被着され、接
地導電／６３の端部における電界集中を主絶縁層２の聚
面の沿面方向に分散させることにより、接地導電層乙の
端部における部分放電の発生をも阻止するよう構成され
ている。

前述のように絶縁上の欠陥が逐次排除された結果、高電
圧絶縁導体の主絶縁Ｎｉ２の厚みｄは徐々に縮小され、
したがって印加電圧Ｖを絶縁厚ｄで除した平均電界Ｅｏ
＝Ｖ／ｄが高まシつつある。ところが平均電界ＥＯを高
めようとする場合、従来問題とならなかった面取半径ｒ
なる整形導体１の角部の局部的な電界集中Ｅｍが新たに
問題となり、その対策が求められている。

面取半径ｒなる角□部の電界の強さＥｍは次式で表わさ
れる。

第５図は導体角部における電界の集中度を表わす特性線
図であシ、縦軸は角部の電界Ｋｍと平均電界Ｅｏとの比
Ｔ２ｍ／Ｅｏ　、横軸は面取半径ｒと主絶縁厚さｄとの
比ｒ／ｄでそれぞれ標準化しである。図において、ｒ　
＝　０．６　ｒｒｔｎ　、　ｄ　＝　５閣とした場合、
半径ｒなる導体１の角部には平均電界Ｅｏの約６．５倍
に相当する電界Ｅｍが発生することになシ、この部分が
絶縁の欠陥となるとともに、主絶縁寸法ｄｔ−縮小して
導体の占積率を高めることを阻害する原因になっている
。また、電界の集中度を一定に保つためには、絶縁厚さ
ｄに比例して面取半径ｒを大きくする必要があることを
示しておシ、素線の面取加工費の増大ならびに導体占積
率の低下をまねく欠点がある。

さらに、コイル導体１の外側に半導電性のシートまたは
テープを巻回して面取半径ｒを等測的に大きくする方法
も知られているが、導体占積率の大幅な低下をまねくと
ともに、導電性物質によシ主絶縁層が汚損するという大
荒がある。

さらにまた、主絶縁層中に導電層ｔ−複数層設け、各導
電層間の静電容量を調整することによシ、導体角部の電
界集中を緩和する方法も知られているが、導電層と絶縁
層の接着性に新たな問題が発生するばかりか、加工費の
大幅な増大をまねくという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は前述の状況に鑑みてなされたもので、導体占積
率の低下や絶縁加工工数の増大を伴うことなく導体角部
の局部的な電界集中を緩和でき、したがって高電圧化、
高電界化可能な高電圧絶縁導体を提供することを目的と
する。

〔発明の要点〕

本発明は、絶縁被覆された平角導体からなる素線の絶縁
被覆層を高誘電率材料で、複数の素線の集合体からなる
整形導体を覆う主絶縁層を前記絶縁被覆層に比べて誘電
率の小さい絶縁材で形成するよう構成したことにより、
高電圧絶縁導体に加わる電圧によって生ずる絶縁層中の
平均電界を、静電容量分圧の原理に基づいて比誘電率の
大きいイ則 絶縁被覆層例で低く、比誘電率の小さい主絶縁層側で高
く制御することが可能となシ、整形導体角部の局部的な
電界集中を絶縁被覆層中の平均電界が低減されることに
よシ緩和できるようにしたものであり、素線の絶縁被覆
層の比誘電率を大きくすることによシ、導体の形状や主
絶縁層の構成を変えることなく平角導体角部の局部的な
電界集中の低減効果を最大限に活用するとともに、絶縁
被覆層が平角導体角部から剥離することが無いことを利
用して電界緩和効果の耐久性を高めるようにしたもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例を示す要部の断面図であシ、高
圧回転電機の固定子コイルへの適用例を示したものであ
る。図において、整形導体１を構成する素線ＩＡ、ＩＢ
、　１Ｃ，ＩＤ等それぞれの平角導体１１にはその角部
１１Ａに面取半径ｒなる丸みが形成されており、平角導
体１１の外周は高誘電率絶縁テープからなる絶縁被覆層
１２によって覆われておシ、整形導体１の外周は従来技
術におけると同様な主絶縁層２および図示しない接地導
電層６によって覆われるよう構成されている。

前述のように構成された高電圧導体において、印加電圧
を■、絶縁被覆層１２の角部（外周側）の曲率半径をｒ
ｌ、比誘１！率を’ｔ　ｓ主絶縁層２の厚みをｄ、比誘
電率をｇｌ　とした場合、平角導体１１の角部１１Ａの
表面における電界強度Ｅｍ□は次式で表わされる。また
、（１）式で表わされる従来技術における電界強度Ｅｍ
と（２）式で表わされる電界強度Ｋｍ、との比は（３）
式で表わされ、ｇｌ〉ε、。

ｒｌ）ｒすなわち主絶縁層の誘電率ε、よシ大きな誘電
率ε１なる絶縁被覆層１２で導体角部１１Ａを覆うこと
により、Ｅｍ１７Ｋｍ　　は１：り小さくなシ、平角導
体１１の角部の電界強度Ｅｍｌを従来技術におけるＥｍ
に比べて低減することができる。

上述の原理に基づいて実施例における高置１！率絶縁被
葎層の具体的構成を説明する。先ず、高誘電率の接着樹
脂として、ビスフェノール形エポキシ樹脂（チパ社製、
　Ｃｙ　２０５）　１００ｍ景部に硬化剤として三ふり
化はう素モノメチルアミン（セニルチェルニー社製、　
ＢＦ＃−４００）　５　Ｍｉ部を配合した樹脂をペース
樹脂とし、これにアセトン５０重量部に加えて溶液とし
、この溶液に粒径０１０６μｍのチタン酸バリウム微粉
末を１５！：１１部加えて攪拌したものを用いた。つぎ
に、厚さ０．１閑のガラスクロスと集成マイカシートと
を前記高誘電率の接着樹脂的８０９／−で相互に貼シ合
わせ、常温で６０分、１２０℃で２０分間の乾燥。

半硬化処理を行い厚さ０．１５ｍの高誘１！率集成マイ
カシーＩｆ作成した。ついで、シートを幅１２Ｉのテー
プに切断し、角部の曲率半径ｒ　＝　０．６ｔｔｎ。

断面寸法２Ｘ１０＋ｓの平角銅線に半重ね２回巻回して
厚さ約０．６　ｍの絶縁被覆層を有する素線を製作した
。得られた素線１Ａ、ｊＢ等の絶縁被覆層１２の比誘電
率ε１　は約８であった。このようにして製作した素線
を１０段積み重ねて整形導体１を作シ、この整形導体１
の外周にガラスクロス基材の集成マイカテープｆ、巻回
し、エポキシ樹脂を真空加圧含浸、加熱硬化することに
よシ厚さｄ＝６關の主絶縁）ｆｉｔ　２を形成した。主
絶縁層の比誘電率ε１は別の積層板試料を用いて測定し
た結果約４であった。したがって（３）式によｐ　Ｅｍ
ｌ　／　Ｅｍ　を求めると約０．６となる。

第２図は実施例絶縁被覆導体の交流破壊電圧特性図であ
シ、図中従来法とは前述の実施例導体の高誘電率接着樹
脂からチタン酸バリウム微粉末を除いたものを用いて製
作した絶縁導体である。図から明らかなように、実施例
絶縁導体の破壊電圧は従来技術のそれの１．２倍を示し
、平角導体１１の角部１１Ａを主絶縁層２の厚みｄの１
／１０程度の厚みを有する高誘電率の絶縁被覆層で覆う
ことによる約４０％の局部的電界集中の緩和効果によ）
、変流絶縁破壊電圧を２０％も向上できることが明らか
となった。また本発明によれば、素線の絶縁被覆層の接
着樹脂にチタン酸バリウム微粉末のような強誘電体微粉
末を配合するだけの極めて簡単な方法によって局部的電
界集中を緩和でき、したがって導体の占積率の低下を伴
わないという利点が得られる。ま念、素線の絶縁被覆層
をあらかじめ高誘ｖ１率化しておくことによシ、高電圧
絶縁導体の製作にあたって整形導体および主絶縁層の形
成を従来技術において培われた技術をそのまま利用して
行うことができ、絶縁加工工数の増加を伴うことなく信
頼性の高い絶縁導体を得ることができる。さらにまた、
整形導体の素線間の静電容量が増大するので、例えば高
圧コイルのターン間に加わるサージ電圧等の異常送圧を
吸収することができ、かつ主絶縁層の熱劣化に伴って絶
縁被覆層と主絶縁層との間に剥離が生じた場合において
も、高誘電率の絶縁被覆層は導体角部の電界集中部を密
着して覆い電界緩和効果を安定して維持できる利点が得
られる。

なお、高誘１！率の接着樹脂に配合する強誘電体微粉末
としては、チタン酸バリウム粉末の他に、チタン酸マグ
ネシウム粉末、チタン酸亜鉛粉末を用いてもよく、また
テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）踏体などを添加
しても高誘電率の接着樹脂を得ることができる。また、
本発明は高圧回転電慨の整形コイルにとどまらず、静止
誘４電器のコイル導体等に適用しても電界緩和作用を得
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように、主絶縁層によって覆われた整形
導体を構成する素線の絶縁被覆層を主絶縁層の比誘電率
に比べて高誘電率のテープ絶縁層で形成するよう構成し
た。その結果、素線の平角導体角部における局部的電界
集中を大幅に緩和することが可能とな）、耐電圧性能に
優れ、したがって高電界化、高電圧化可能な高電圧絶縁
被覆導体を提供することができる。また、高訪電嘉の絶
縁被覆層は強誘電体微粉末を配合した接着樹脂を用いる
ことによって容易に形成することができ、平角導体の面
取半径を犬きくしたシ、整形導体を導電層で覆ったりす
る従来技術における導体占積率の低下を伴わず、また主
絶縁層の形成に影響を及ぼさないので、絶縁加工工数の
増加を伴わず、優れた導電性能を有する絶縁導体を小形
かつ安価に形成することができ、高電圧回ｖｒＡ電機や
静止誘導電器の高電圧化、大容量化に貢献することがで
きる。また、素線の絶縁被覆層を高誘電率化したことに
より、素線間に加わるサージ電圧等の異常電圧を吸収で
きるとともに、主絶縁層が熱劣化した場合においても平
角導体角部を密着包囲し、局部的電界集中の緩和効果を
安定して維持できるので、絶縁信頼性の高い高電圧絶縁
導体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部の概略断面図、第２
図は実施例における絶縁破壊電圧向上効果を示す特性図
、第６図は従来技術を示す要部の断面図、第４図は回転
電機への適用状況を示す要部の断面図、第５図は導体角
部のα界集中度特性線図である。 １・・・竪形導体、１Ａ、　１Ｂ、　１Ｃ・・・素線、
２・・・主絶縁層、６・・・接地導電層、１１・・・平
角導体、１２・・・高誘電率の絶縁被覆層、１１Ａ・・
・平角導体角部、ｒ・・・面取半径、ｄ・・・主絶縁層
。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）絶縁被覆された平角導体からなる複数条の素線を相
   互に固着させて断面がほぼ方形に整形された整形導体と
   、この整形導体を密着包囲するよう形成された主絶縁層
   とを有するものにおいて、前記主絶縁層に比べて比誘電
   率の大きい絶縁被覆層を有する複数の素線からなる整形
   導体を備えてなることを特徴とする高電圧絶縁導体。 ２）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、絶縁被
   覆層が強誘電体微粉末が配合された接着樹脂を含むこと
   を特徴とする高電圧絶縁導体。