JP2000516015A - 高圧巻線用の絶縁導体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電気機械の高圧巻線用の絶縁導体（１０）に関する。前記絶縁導体（１０）は、一本またはそれ以上ストランド（１２）、前記ストランド（１２）を囲む内部の第一の導電層（１４）、前記内部の第一の導電層（１４）を囲む第一の絶縁層（１６）、および前記第一の絶縁層（１６）を囲む外部の第二の導電層（１８）を備える。第二の導電層（１８）は、一方では、第二の導電層（１８）の電気的損失を最小限度に低減し、他方では、第二の導電層（１８）の誘導電圧の発生を助け、グロー放電を最小限度まで少なくする抵抗率を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】 高圧巻線用の絶縁導体 技術分野 第一の観点から見ると、本発明は、電気機械の高圧巻線用の絶縁導体に関する 。 第二の観点からみると、本発明は、前記タイプの絶縁導体を備える電気回転機 械または靜的電気機械に関する。 本発明は、同期機械または非同期機械のような電気回転機械、およびトランス および発電炉のような静的電気機械に適用することができる。本発明は、またそ の巻線が、冒頭の説明したタイプの、好適には、高圧の絶縁電気導体からなる場 合には、二重供給機械、非同期静電流カスケードの諸用途、外側回転機械および 同期磁束機械のような他の電気機械にも適用することができる。本明細書におい ては、「高圧」という用語は、１０キロボルト以上の電圧を意味する。本発明の 高圧巻線用の絶縁導体の通常の作動範囲は、１〜８００キロボルトである。 背景技術 前記機械を説明および記述の理解を助けるために、非同期機械を例にとって、 回転電気機械について最初に説明する。この説明の第一の部分は、実質的に、前 記機械の磁気回路および従来技術による組立方法に関する。前記磁気回路は、ほ とんどの場合、固定子内に位置しているので、その下の磁気回路は、通常、積層 コア付き固定子と呼ばれ、その巻線は、固定子巻線と呼ばれ、前記巻線用の前記 積層コア内のスロットは固定子スロットまたは単にスロットと呼ばれる。 前記固定子巻線は、薄鋼板のスロット内に位置していて、前記スロットは、通 常、長方形または菱形のそれのように、長方形または菱形の横断面を持つ。各巻 線相は、直列に接続している多数の直列接続のコイル・グループを備え、各コイ ル・グループは、直列に接続している多数の直列接続コイルを備える。前記コイ ルのいくつかの部分は、固定子に設置される部分に対するコイル側面、および固 定子の外側に位置する部分に対する端部巻線端部と呼ばれる。一つのコイルは、 高さおよび／または幅が揃っている一本またはそれ以上の導体を備える。 各導体間には、例えば、エポキシ／ガラス繊維のような薄い絶縁材が設置され る。 前記コイルは、コイル絶縁材、すなわち、機械−アース間の定格電圧に耐える ことができる絶縁材により、前記スロットから絶縁されている。絶縁材としては 、種々のプラスチック、ニス、ガラス繊維材を使用することができる。通常、絶 縁材を急速に破壊する恐れがある部分放電に耐えるように特に作られた、マイカ と硬質プラスチックの混合物であるマイカ・テープが使用される。前記絶縁は、 コイルの回りにマイカ・テープを数層の厚さに巻くことにより行われる。前記絶 縁材が含浸され、その後、アース電位に接続している周囲の固定子との接触を改 善するために、前記コイル側には黒鉛をベースとするペンキが塗られる。 巻線の導体の面積は、問題の電流の強さおよび使用する冷却方法により決まる 。前記導体およびコイルは、通常、スロット内の導体材の量を最大にするために 、長方形に形成される。通常のコイルは、いく本かのバーが冷却剤を収容するた めに中空になっている、いわゆるロエベル・バー（Ｒｏｅｂｅｌ ｂａｒ）から 形成される。ロエベル・バーは、並列に接続している複数の長方形で、並列接続 の銅の導体を備える。前記銅の導体はスロットに沿って３６０度転位している。 ５４０度および他の角度の転位を持つリングランド・バーも存在する。前記転位 を行うのは、磁界上の見地から、導体材の横断面での循環電流の発生を防止する ためである。 機械的および電気的理由から、機械を任意の大きさに作ることができない。機 械のパワーは、三つの要素によりほぼ決定される。 ・巻線の導体面積。通常の動作温度においては、例えば、銅は３〜３．５Ａ／ ｍｍ²の最大値を持つ。 ・固定子およびロータ材の最大フラックス密度（磁束） ・絶縁材の最大電界強度、いわゆる、絶縁破壊強さ 多層交流巻線は、一層または二層巻線として設計される。一層巻線の場合には 、スロット当たり一つのコイル側面しか存在しない。二層巻線の場合には、スロ ット当たり二つの孔部側面が存在する。二層巻線は、通常ダイヤモンド巻線の形 に 設計され、一方、この接続に関連する一層巻線は、ダイヤモンド巻線の形に、ま たは同心巻線の形に設計される。ダイヤモンド巻線の場合には、コイル・スパン は一つしかないか、（あるいは、二つのコイル・スパンもあり得る）が、一方、 平巻線は同心巻線として設計される。すなわち、コイル・スパンは様々に変化す る。コイル・スパンという用語は、関連電極ピッチまたは中間スロット・ピッチ の数に関連する、同じコイルに属する二つのコイル側面の間の円形に延びる距離 を意味する。通常、巻線に必要な特性を与えるために、例えば、短いピッチを持 つピッチのような異なる間隔が使用される。 巻線のタイプは、実質的に、複数のスロットの複数のコイルが、すなわち、コ イル側面が、固定子の外側、すなわち、端部巻線の端部で、どのように相互に接 続しているかを示す。 固定子の積重ねたシートの外側には、コイルはペンキが塗布された半導体アー ス電位層を持たない。端部巻線の端部は、通常、半径方向の電界を軸方向の電界 に変換するために必要な、いわゆるコロナ保護ニスの形をした電界を持つ。この ことは、端部巻線の端部の絶縁が、アースに対する高い電位で行われることを意 味する。そのため、ある場合には、端部巻線の端部領域内でコロナが発生するが 、このコロナはコイルを破壊する恐れがある。端部巻線の端部のところでの、複 数のいわゆる電界制御点は、必然的に、回転電気機械に対していくつかの問題を 発生する。 通常、すべての大型機械は、二層巻線および同じ大型のコイルを持つように設 計される。各コイルは、一方の側面が複数の層の中の一つの層内に存在するよう に、また他方の側面が端部層内に存在するように設計される。このことは、端部 巻線の端部で、すべてのコイルが相互に交差することを意味する。二つ以上の層 が使用される場合には、前記交差により巻線の動作が困難になり、端部巻線の端 部が劣化する。 同期機械／発電機を電力ネットワークに接続する場合には、ＡＥ／ＹＤ接続の 、いわゆる昇圧トランスを通して、行わなければならないことは周知である。何 故なら、電力ネットワークの電圧は、通常、回転電気機械の電圧より高いレベル にあるからである。それ故、前記同期機械と一緒に、前記トランスはプラントの 内 蔵部分を形成する。前記トランスは、余分なコストを必要とし、またシステムの 全効率が低下するという欠点および利点を持つ。かなり高い電圧用の機械を製造 することができる場合には、昇圧トランスを使用する必要はない。 最近数十年間の間に、以前設計可能であったものに比較すると、より高圧用の 回転電気機械に対する要件が厳しくなってきている。現在の技術レベルにおいて は、コイル製造の際に高い歩止まりで、同期機械を生産することができた最大電 圧レベルは、約２５〜３０キロボルトである。 とりわけ、１９７０年のジャーナル・エレクトロテクニカ１号、６〜８ページ の「水冷および油冷ターボ発電機、ＴＶＭ−３００」（“Ｗａｔｅｒ−ａｎｄ− ｏｉｌ−ｃｏｏｌｅｄ Ｔｕｒｂｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ ＴＶＭ−３００”ｉｎ Ｊ．Ｅｌｅｋｔｒｏｔｅｃｈｎｉｋａ，Ｎｏ．１ １９７０，ｐａｇｅ ６− ８）という名称の論文、米国特許第４，４２９，２４４号「発電機の固定子（Ｓ ｔａｔｏｒ ｏｆ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）」およびロシアの文献ＣＣＣＰ特許９ ５５３６９に、同期機械の設計に関する新しい方法によるいくつかの試みが記載 されている。 ジャーナル・エレクトロテクニカに記載されている水冷および油冷同期機械は 、２０キロボルトまでの電圧に対するものである。前記論文は、固定子をオイル の中に完全に埋没させることができる、オイル／紙絶縁材からなる、新しい絶縁 システムを記載している。その後、前記オイルは、冷却剤として使用することが でき、同時に絶縁材としても使用することができる。固定子のオイルがロータの 方に漏れ出すのを防止するために、前記コアの内面に誘電オイル分離リングが設 けられている。固定子巻線は、オイルおよび紙絶縁材を含む中空の楕円形の導体 から作られる。その絶縁材を持つコイル側面は、クサビより長方形の断面を持つ スロットに固定される。冷却剤としては、中空の導体および固定子壁部の孔部の 両方にオイルが使用される。しかし、前記冷却システムは、必然的に、端部巻線 のところに、オイルおよび電気の両方の多数の接続を必要とする。前記厚い絶縁 材は、また必然的に導体のより大きな曲率半径を必要とし、その結果、巻線の出 っ張りが大きくなる。 上記米国特許は、固定子巻線用の菱形のスロットを持つ、積層シートの磁気コ アを備える同期機械の固定子部分に関する。前記スロットは先細になっている。 何故なら、中点に最も近いところに位置する巻線の一部が配置される、ロータ内 部に近づくにつれて、必要な固定子の絶縁材の量が少なくなるからである。さら に、前記固定子部分は、このリングがないと、機械の磁化要件が増大する恐れが ある、コアの内面に最も近い誘電オイル分離円筒形を備える。固定子巻線は、各 コイル層と同じ直径を持つ、オイルを浸み込ませたケーブルから作られる。複数 の層は、スロットのスペーサにより、相互に分離されていて、クサビにより固定 されている。前記巻線の特殊な点は、この巻線が直列に接続している二本のいわ ゆる半巻線であることである。二本の半巻線の中の一方は、絶縁スリーブ内に位 置し、そこに中心を持つ。固定子巻線の導体は、周囲のオイルにより冷却される 。システムでこのような大量のオイルを使用する場合の欠点は、漏洩の危険があ ることであり、故障した場合、オイルを除去するのにかなりの大規模な清掃を必 要とすることである。スロットの外側に位置する絶縁スリーブの前記部分は、電 流を流すための層で補強された円筒形の部分と円錐形の部分とを持つ。これら部 分の目的は、ケーブルが端部巻線に入る部分の電界強度を制御することである。 ＣＣＣＰ９５５３６９を読めば、同期機械の定格電圧の数値を上げるためにの 他の試みの場合、油冷固定子巻線は、すべての層において同じ太さを持つ高電圧 ケーブルからなることは明らかである。前記ケーブルは、円形の固定子スロット 、ケーブルの断面に対応する軸方向に位置する開口部、および固定作業および冷 却剤のために必要な空間に設置される。前記巻線のいくつかの半径方向に位置す る複数の層は、絶縁チューブにより取り囲まれ、前記チューブにより固定される 。絶縁スペーサは、固定子スロットにチューブを固定する。オイル冷却を行うた めに、ここでは、内部エアギャップに対して冷却剤を密封するために内部誘電リ ングが必要になる。前記システムでオイルを使用することの欠点は、この設計に ついてもあてはまる。前記設計の場合には、機械の磁化要件に有意な影響を与え る、大量のスロット漏洩磁束を含む、いくつかの固定子スロットの間は、非常に 細い半径方向に延びるくびれた部分になっている。 １９８４年の電力研究所、ＥＰＲＩの報告、ＥＬ−３３９１（Ｅｌｅｃｔｒｉ ｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＥＰＲＩ，ＥＬ−３ ３９１，ｆｒｏｍ Ａｐｒｉｌ １９８４）は、中間トランスを使用しないで、 ある機械を電力ネットワークに接続できるようにするために、回転電気機械の動 作電圧をより高くするための機械コンセプトの再検討について記載している。調 査の結果、このような解決方法は、効率が良く、大きな経済的な利点があると判 断される。１９８４年に、電力ネットワークに直接接続するための発電機の開発 に着手することが、可能であると考えられた主な理由は、その時点で、超伝導ロ ータがすでに製造されていたからである。超伝導磁界の大きな磁化容量は、電気 的ストレスに耐えることができる十分な絶縁厚さを持つエアギャップ巻線の使用 を可能にする。巻線を持つ磁気回路、すなわち、いわゆるモノリス・シリンダ・ アーマチャの、本プロジェクトにより最も有望と思われるコンセプトと、巻線が 三つの円筒形絶縁ケース内に、同心状に囲まれた導体の二つのシリンダを備え、 全構造体が歯を持たない鉄のコアに取り付けられているコンセプトとを組合せる ことにより、高電圧用の回転電気機械を電力ネットワークに直接接続することが できると判断された。前記解決方法は、主絶縁材を、ネットワークとネットワー クとの間、およびネットワークとアースとの間の電位に耐えるだけの十分な厚さ にしなければならないことを意味する。その当時周知のすべての技術を再検討し た後で、より高い電圧への増大を管理するために必要であると判断された絶縁シ ステムは、電力トランスとして通常使用されている、誘電流体含浸セルローズ・ プレス・ボードであった。提案された解決方法の明らかな欠点は、この方法が超 伝導ロータを必要とする他に、機械のサイズを大きくする厚い絶縁材を必要とす ることである。端部の大きな電界を制御するために、端部巻線を絶縁し、オイル またはフレオンで冷却しなければならない。液体誘電媒体が大気中から湿気を吸 収しないようにするために、機械全体を密閉する必要がある。 現在の技術レベルで回転電気機械を製造する場合には、いくつかのステップに より、導体および絶縁システムにより、巻線を製造し、磁気回路上に装着する前 に、巻線を予め形成しなければならない。前記絶縁システムを製造するための含 浸は、磁気回路上に巻線を装着した後で行われる。 発明の概要 本発明の一つの目的は、巻線の複雑な予備形成、および巻線装着後の絶縁材シ ステムの含浸を行う必要のない、高圧用の回転電気機械を製造することである。 回転電気機械の電力を増大するには、ＡＣコイルの電流を増大することは周 知である。このことは、導電性材の量を最適化することにより、すなわち、長方 形のロータ・スロット内に、長方形の導体をぎっしり詰め込むことにより達成さ れた。その目的は、絶縁材の量を増大することにより、また温度に対する抵抗が もっと高くし、そのためにもっと高価な絶縁材を使用することにより、前記によ る温度上昇を処理することであった。高温および絶縁材に対する磁界負荷は、ま た絶縁材の寿命についての問題を引き起こす。例えば、マイカ・テープの含浸層 のような、高圧装置用に使用される比較的壁の厚い絶縁層においては、部分的放 電、ＰＤは、重大な問題である。前記絶縁層を製造する場合、凹部、孔部等が容 易に発生し、絶縁材に強い電界が掛かると、その内部でコロナ放電が行われる。 前記コロナ放電は、絶縁材を次第に劣化させ、絶縁材を電気的に破壊してしまう 場合がある。 本発明は、技術的にも、経済的にも引き合う方法での、回転電気機械の電力の 増大できるようにすることに基づいている。この目的は、例えば、熱可塑性樹脂 、架橋熱可塑性樹脂のような適当な固体絶縁材、シリコーン・ゴムのようなゴム の押し出し層のような凹部および孔部の発生の危険が最も少ない方法で製造した 、絶縁層を使用して本発明により達成することができる。さらに、前記絶縁層が 、半導体特性を持つ導体を取り巻く内部層を備えること、および前記絶縁材が、 半導体特性を持つ前記絶縁材を取り巻いている、少なくとも一つの追加の外部層 を持つことが重要である。この場合の半導体特性という用語の意味は、電気導体 よりかなり低い導電率を持つが、絶縁材のような低い導電率を持たない材料を意 味する。欠陥が最も少なくなるように製造することができる絶縁層だけを使用し 、さらに、内部および外部半導体層により絶縁することにより、確実に熱負荷お よび電気的負荷を低減することができる。少なくとも一つの隣接半導体層を持つ 絶縁部分は、本質的に、同じ熱膨張係数を持つものでなければならない。温度勾 配のところでは、絶縁材および周囲の層の異なる温度膨張による欠陥を防止しな け ればならない。絶縁材の周囲の複数の導体層が、等電位面を形成し、前記絶縁部 分の電界が、絶縁材の厚さ全体に比較的均等に分布しているので、材料上の電気 的負荷は減少する。外部半導体層は、例えば、アース電位のような、選択した電 位に接続することができる。このことは、前記ケーブルの場合には、巻線の外部 ケーシングを、例えば、アース電位に維持することができることを意味する。外 部層は、また導体の長さに沿った適当な位置で切断することができるし、また各 切断部分の長さを選択した電位に直接接続することができる。外部半導体層の周 囲には、また、金属シールドおよび保護被覆のような他の複数の層、ケーシング 等が配置されている。 本発明に関連して得られる他の知識は、電流負荷が増大すると、コイルの横断 面の隅のところに、電界（Ｅ）の集中が起こるという問題が発生することであり 、そのことが必然的にその絶縁材の上に、大きなローカル負荷を掛ける結果にな るということである。同様に、固定子の歯の磁界（Ｂ）も隅のところに発生する 。このことは、局部的に磁気飽和が発生すること、磁気コア全体を使用すること ができないこと、発生する電圧／電流波形が歪むことを意味する。さらに、磁気 に関連する導体の幾何学的形状により、導体内に誘起された渦流による渦流損が 、必然的に、電流密度の増大という他の欠点が生じる。本発明の他の改良は、コ イルおよびその中にコイルが収容されるスロットを、長方形ではなく、本質的に 、円形にすることにより達成される。コイルの横断面を円形にすることにより、 前記コイルを、磁気飽和を起こす恐れがある集中を起こさないで、一定の磁界で 囲むことができる。また、コイル内の電界が、横断面全体にわったて均等に分布 し、絶縁材の局部負荷がかなり低減する。さらに、コイル・グループ当たりのコ イル側面の数を増大することができ、導体内の電流を増大しなくても電流を増大 することができるという方法で、スロット内に円形のコイルをより容易に設置す ることができる。その理由は、一方では、電流密度がもっと低いため、またスロ ットが円形で、必然的に横断面全体にわたる温度分布がより均一になるために、 導体の冷却が容易になるからである。他の改良は、導体をもっと小さな部分、い わゆるストランドで構成することにより達成される。前記ストランドは、相互に 絶縁することができ、内部半導体層を確実に導体と同じ電位にするために、ほん の少 しのストランドだけを絶縁しないで、前記内部半導体層に接触させることができ る。 本発明の回転電気機械を使用することによる利点は、損傷を与えないで、通常 の場合のこのような機械と比較すると、かなり長い時間、過負荷状態で運転する ことができることである。このような利点は、機械の構成および絶縁材の熱負荷 が小さいことによるものである。例えば、１５分以上最大２時間まで、最大１０ ０％の負荷を機械に掛けることができる。 本発明の一実施形態の場合、回転電気機械の磁気回路は、導体およびケーシン グの両方が導体層を含む固体絶縁材を持つ、一つまたはそれ以上の絶縁導体を含 む、貫通しているケーブルの巻線を備える。前記外部導体層は、アース電位に接 続することができる。すべてのタイプの電力ネットワークに、回転電気機械を直 接接続する場合に起きる問題を解決することができるように、本発明の機械は、 現在の技術レベルの機械とは異なる多くの特徴を持つ。 すでに説明したように、回転電気機械用の巻線は、導体およびケーシングの両 方のところに導体層を含む、固体絶縁材を持つ一つまたはそれ以上の押し出し絶 縁導体を持つケーブルから製造することができる。 絶縁材の通常のいくつかの例としては、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、Ｈ ＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＢ（ポリブタジエ ン）、ＰＭＰ（ポリメチルペンテン）またはＸＬＰＥ（架橋ポリエチレン）のよ うな架橋材、またはＥＰＲ（エチレン・プロピレンゴム）またはシリコーンゴム のようなゴムのような熱可塑性材がある。 ストランドからなる導体がさらに開発することができれば、導体の渦流損の量 を低減するために、ストランドを相互に絶縁することができる。導体を囲んでい る導体層が、確実に導体と同じ電位になるように、一本または数本のストランド を絶縁しないでおくことができる。 電気エネルギーを送電するための高圧ケーブルが、内部および外部導体部分を 持つ固体押し出し絶縁材を含む導体からなることは周知である。電気エネルギー を送電するプロセスの場合には、絶縁材は欠陥のあるものであってはならなっか った。電気エネルギーの送電中、長い間、最も基本的なことは絶縁材が欠陥を持 たないことであった。電気エネルギー送電用のケーブルを使用する場合には、そ の目的は、ケーブル内を流れる電流を最大にすることである。何故なら、送電ケ ーブルの場合にはスペースによる制限はないからである。回転電気機械用の導体 の絶縁は、例えば、吹き付けのような、押し出し以外の何等かの他の方法で行う ことができる。しかし、絶縁材は全横断面にわたって欠陥を持たないこと、およ び類似の特性を持つことが重要である。導体層は、導体に現在塗布されている絶 縁材と接続している絶縁材を持つことができる。 好適には、円形の横断面を持つケーブルを使用することが好ましい。とりわけ 、より高い充填密度を得るために、異なる横断面を持つ複数のケーブルを使用す ることができる。回転電気機械に電圧を発生するために、ケーブルは、磁気コア のスロット内に連続して数回巻いた状態で配置される。端部巻線−端部横断の数 を少なくするために、巻線を多層同心ケーブルとして設計することができる。よ りよい方法で磁気コアを使用するために、テーパ上の絶縁材を持つように、前記 ケーブルを作ることができる。その場合、スロットの形を前記巻線のテーパ状の 絶縁材に適応させることができる。 本発明の回転電気機械の有意な利点は、外部導体の外側の端部巻線端部領域内 の電界が、ゼロに近いことであり、外部ケーシングがアース電位にあるので、電 界を制御する必要がないことである。このことは、シートにおいても、端部巻線 端部領域においても、またはその遷移においても、電界集中が起こり得ないこと を意味する。 本発明は、また磁気回路および、特に巻線の製造方法に関する。前記製造方法 は、磁気コアのスロット内の開口部へケーブルを通すことによって、スロットに 巻線を設置するプロセスを含む。ケーブルは柔軟であるので、曲げることができ 、そのため、ケーブルの全長をコイル内で数回巻いて設置することができる。そ のため、端部巻線の端部は、ケーブルの曲げ領域からなる。また、ケーブルをそ の特性が、ケーブル全長にわたって一定のままになるような方法で結合すること ができる。この方法は、必然的に、現在の技術レベルと比較すると、かなり簡単 にすることができる。いわゆるロエベル・バーは、柔軟ではないが、必要な形状 に予め形成することができる。今日の回転電気機械を製造する際、コイルの含浸 も 非常に複雑であり、高価な技術である。 このことは、請求項１記載の電気回転機械の、高圧巻線用の絶縁導体を使用す ることにより、また請求項７記載の前記タイプの絶縁導体を備える電気回転機械 を使用することにより達成される。本発明の高圧ケーブルは、第一導電層により 囲まれた一本またはそれ以上のストランドを備える。前記第一の導電層は、第一 の絶縁層により囲まれ、前記第一の絶縁層は、第二の導電層により囲まれている 。前記第二の導電層は、高圧ケーブルに沿った少なくとも二つの異なる点、すな わち、固定子の入口と出口でアースされている。前記第二の導電層は、一方では 、第二の導電層の電気的損失を最小限度に低減し、他方では、第二の導電層の誘 導電圧の発生を助け、グロー放電を最小限度まで少なくする抵抗率を持つ。 上記の本発明の高圧ケーブルを使用すれば、外部導電層の誘導電圧による、電 気的損失を避けることができる、高圧ケーブルを形成することができる。電気放 電の危険が最も少ない高圧ケーブルを形成することもできる。さらに、前記ケー ブルは簡単に製造することもできる。 添付の図面を参照しながら、好適な実施形態の下記の説明で、本発明をさらに 詳細に説明する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の高圧ケーブルの断面図である。 図２は、導電層とアースとの間の電圧に影響を与えるものを説明するための基 本的な図面である。 図３は、アース点間の距離に関する導電面上の電位を示す図面である。 発明の実施形態の詳細な説明 図１は、本発明の高圧ケーブル１０の断面図である。図示の高圧ケーブル１０ は、例えば、丸い断面を持つ、銅（Ｃｕ）の一本またはそれ以上のストランド１ ２からなる電気導体を備える。前記ストランド１２は、高圧ケーブル１０の中央 部に配置される。前記ストランド１２の周囲には、第一の導電層１４が配置され ていて、前記第一の導電層１４の周囲には、例えば、ＸＬＰＥ絶縁材のような第 一の絶縁層１６が配置されている。前記第一の絶縁層１６の周囲には、第二の半 導電層１８が配置されている。 図２は、導電層とアースとの間の電圧に影響を与えるものを説明するための、 基本的な図面である。前記第二の導電層１８の面とアースとの間の合成電圧Ｕ_s は、下記式により表される。 ここで、Ｕ_maxは前記面の容量性電流の結果であり、Ｕ_indは磁束により誘導さ れた電圧である。表面放電を防止するためには、Ｕ_s＜２５０Ｖでなくてはなら ず、好適には、Ｕ_s＜１３０〜１５０Ｖであることが好ましい。 両方の固定予の端部をアースするならば、原則的には、Ｕ_indは何の問題も起 こさない。それ故、Ｕ_s≒Ｕ_maxである。ここで、前記導体の中央の最大値Ｕ_max は、下記式で表される。 但し、ｆは周波数、Ｃ１は単位長さの横方向キャパシタンス、Ｕ_fは相−アー ス電圧、ρ_sは導電層１８の抵抗率、Ａ_sは導電層１８の断面積、および１は固定 子の長さである。 第二の導電層１８の誘導電圧による損失を防止する一つの方法は、その抵抗を 増大することである。前記層の厚さはケーブルおよび固定子の製造に関する技術 的な理由から、薄くすることができないので、より高い抵抗率を持つコーティン グ、またはコンパウンドを選択することにより抵抗を増大することができる。 抵抗率を増大し過ぎると、アース点の間の中央（すなわち、固定子の内部）の 、第二の導電層１８上の電圧が、グロー放電を起こし、その結果導電層および絶 縁が腐食する恐れがある。 それ故、第二の導電層１８の抵抗率ρ_sは、下記式に示すようにある範囲内に 存在しなければならない。 ρ_min＜ρ_s＜ρ_max （２） ここで、ρ_minは、渦流電流による許容電力損失によって決まり、Ｕ_ind*ρ_maxに よる抵抗性損失は、グロー放電を起こさない要件により決まる。 実験により、第二の導電層１８の抵抗率ρ_sは、１０〜５００オーム*センチの 範囲内に存在しなければならないことが分かっている。すべての大きさの機械の 場合によい結果を得るためには、ρ_sは５０〜１００オーム*センチの範囲内に存 在しなければならない。 図３は、アース点間の距離に関する導電面上の電位を示す図面である。 適当な導電層１８の一例としては、カーボン・ブラックと混合したＥＰＤＭ材 から製造したものがある。抵抗率は、ベース・ポリマーのタイプを変えたり、お よび／またはカーボン・ブラックのタイプを変えたり、および／またはカーボン ・ブラックの割合を変えたりすることにより決定することができる。 ベース・ポリマーおよびカーボン・ブラックの種々の混合物を使用して得た、 種々の抵抗率値の多数の例を以下に示す。 本発明は、図示の実施形態に限定されない。本発明の範囲から逸脱することな しにいくつかの変更を行うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 カルステンセン，ペーター スウェーデン．エス―141 42 フディン ゲ，スヨヴェゲン 62 (72)発明者 リュドホルム，ベングト スウェーデン．エス―722 23 ヴェステ ロス，ブルンビュガタン 68 (72)発明者 アンデルッソン，パー スウェーデン．エス―703 54 オーレブ ロ，マルムガタン 11 (72)発明者 テンプリン，ペーター スウェーデン．エス―421 58 ヴェスト ラ フロルンダ，クムレスケルスガタン 59

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気機械の高圧巻線用の絶縁導体（１０）であって、絶縁導体（１０）が、 一本またはそれ以上ストランド（１２）、前記ストランド（１２）を囲む内部 の第一の導電層（１４）、前記内部の第一の導電層（１４）を囲む第一の絶縁 層（１６）、および前記第一の絶縁層（１６）を囲む、外部の第二の導電層（ １８）を備えることを特徴とする絶縁導体（１０）。 ２．請求項１記載の絶縁導体（１０）において、前記第二の導電層（１８）が、 絶縁導体（１０）に沿った少なくとも二つの異なる点で、アースされているこ とを特徴とする絶縁導体（１０）。 ３．請求項２記載の絶縁導体（１０）において、前記第二の導電層（１８）の抵 抗率が、前記絶縁層（１６）よりは低く、前記ストランド（１２）の材料の抵 抗率よりは高いことを特徴とする絶縁導体（１０）。 ４．請求項３記載の絶縁導体（１０）において、前記第二の導電層（１８）の抵 抗率が、０．１〜１０００オーム*センチの範囲内にあることを特徴とする絶 縁導体（１０）。 ５．請求項４記載の絶縁導体（１０）において、前記第二の導電層（１８）の抵 抗率が、１０〜５００オーム*センチの範囲内にあることを特徴とする絶縁導 体（１０）。 ６．請求項５記載の絶縁導体（１０）において、前記第二の導電層（１８）の抵 抗率が、５０〜１００オーム*センチの範囲内にあることを特徴とする絶縁導 体（１０）。 ７．請求項１記載の絶縁導体（１０）において、前記第二の導電層（１８）の単 位軸長当たりの抵抗が、５〜５００００オーム／ｍの範囲内にあることを特徴 とする絶縁導体（１０）。 ８．請求項１記載の絶縁導体（１０）において、前記第二の導電層（１８）の単 位軸長当たりの抵抗が、５００〜２５０００オーム／ｍの範囲内にあることを 特徴とする絶縁導体（１０）。 ９．請求項１記載の絶縁導体（１０）において、前記第二の導電層（１８）の単 位軸長当たりの抵抗が、２５００〜５０００オーム／ｍの範囲内にあるこ とを特徴とする絶縁導体（１０）。 １０．前記請求項の何れか１項記載の絶縁導体（１０）において、前記第二の導 電層の抵抗率を、ベース・ポリマーのタイプを変えたり、および／またはカ ーボン・ブラックのタイプを変えたり、および／またはカーボン・ブラック の割合を変えたりすることにより決定することができることを特徴とする絶 縁導体（１０）。 １１．請求項９記載の絶縁導体（１０）において、前記ベース・ポリマーが、Ｅ Ｐゴムのエチレン・ブチル・アクリレート・コポリマーから選択されること を特徴とする絶縁導体（１０）。 １２．請求項９−請求項１０記載の絶縁導体（１０）において、前記第二の導電 層（１８）が、過酸化物により架橋されることを特徴とする絶縁導体（１０ ）。 １３．前記請求項の何れか１項記載の絶縁導体（１０）において、絶縁層（１６ ）と第二の導電層（１８）との間の接着が、前記絶縁材の固有強度と同じ程 度であることを特徴とする絶縁導体（１０）。 １４．前記請求項の何れか１項記載の絶縁導体（１０）において、前記第一の導 電層（１４）、前記絶縁層（１６）および第二の導電層（１８）が、導電ス トランド（１２）上に押し出されることを特徴とする絶縁導体（１０）。 １５．請求項１３記載の絶縁導体（１０）において、すべての層が、多重層ヘッ ドを通して押し出すことにより形成されることを特徴とする絶縁導体（１０ ）。 １６．前記請求項の何れか１項記載の絶縁導体（１０）において、前記絶縁層（ １６）が、架橋ポリエチレン、ＸＬＰＥであることを特徴とする絶縁導体（ １０）。 １７．前記請求項の何れか１項記載の絶縁導体（１０）において、前記絶縁層（ １６）が、エチレン・プロピレン・ゴムまたはシリコーン・ゴムから作られ ることを特徴とする絶縁導体（１０）。 １８．前記請求項の何れか１項記載の絶縁導体（１０）において、前記絶縁層（ １６）が、ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ＰＰ、ＰＢ、ＰＭＰのような熱可塑性材に より作られることを特徴とする絶縁導体（１０）。 １９．請求項１−請求項１８の何れか１項記載の絶縁導体を備える電気機械。 ２０．請求項１−請求項１８の何れか１項記載の絶縁導体を備える電気回転機械 。