JP2580038B2 - 巻線及びその製造法 - Google Patents

巻線及びその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は絶縁体を備えた導電体から成り、分散する温
度を測定する目的で光伝導体によって監視される巻線に
関する。
〔従来の技術〕
電力変圧器の寿命をいわゆる過熱点温度によって判定
することは今日では公知である。(例えばA.J.ウェイク
リング著、「電力変圧器について」CIGRE SC 12、198
5年を参照) 最近では、変圧器内の過熱点と推定される部位に配設
された温度センサによって変圧器の監視が行なわれてい
る。(ランペ他、大型高圧電気システムの国際会議、19
84年2月12日)端部に光学式センサを備えたガラスフィ
イバが、推定される(及びコンピュータ・シミュレーシ
ョンによって探知した)過熱点と、できるだけ熱接触が
良いように設置される。ところが推定した過熱点は必ら
ずしも実際の過熱点ではない。この食い違いは公知のDT
S・システム(分散温度センサ)によって克服すること
ができる。すなわち、それに沿って温度測定がなされる
センサ・ファイバーを変圧器の巻線内に備えると、実際
の過熱点を探知することができる。
変圧器巻線すなわちインピーダンス・コイルの温度分
布を測定するには適切な測定システム(DTS)が必要な
だけではなく、温度センサを適切に巻線中に埋設しなけ
ればならない。この場合、光伝導体を事後的に巻線の回
りに巻付ける必要はなく、光伝導体と導電体の組合わせ
の形式で光伝導体を直接導電体に統合し、その後でこの
組合わせから巻線を製造しなければならない。しかし光
伝導体は圧力及び曲げに対して繊細であるため、機械的
な負荷から十分に保護されなければならず、しかも動作
時の導体の不可避の熱膨張に耐えるように構成されなけ
ればならない。
(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的は、導電体と光伝導体の双方の間に良好
な熱接触が与えられ、巻線中の温度分布を正確に測定可
能であり、かつ光伝導体が機械的過負荷から保護される
構成、絶縁体を備えた導体から成り、分散する温度を測
定する目的で光伝導体によって監視される巻線を提供す
ることにある。
本発明の目的は更に、このような巻線の製造法を示す
ことにある。
(課題を解決するための手段) 本発明に基づき前記の目的は、導電体が絶縁体の下部
の巻線の中心側に縦みぞを備えており、光伝導体が縦み
ぞ内にゆるく配置され、かつ導電体の強い熱膨張の際に
該光伝導体が過度な引張りから防護されるために光伝導
体は導電体に対して十分な余剰長さを有することによっ
て達成される。
このような巻線を製造するための本発明に基づく製造
法では、先ず光伝導体を導電体の縦みぞ内にゆるく挿入
し、次に該縦みぞが挿入された光伝導体と共に外側に出
るように導電体を半径rTの補助ドラムに巻付け、最後に
縦みぞが導体の内側になるように導電体を補助ドラムか
ら巻わくへと巻付ける各段階から成っている。
〔作 用〕
本発明の核心は、導電体が動作温度で大きく膨張する
際に光伝導体が補償できるような導電体に対する余剰長
さを室温時で該光伝導体が有するように、光伝導体を導
電体と組合わせて統合することにある。
〔実施例〕
次に本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明す
る。
第1a図は、本発明に基づく巻線の平面図、第1b図は、
横断面図、第1c図は縦断面図である。これら3つの図面
の同一部分には同一の符号を付してある。
バンド状の導電体1、例えば厚さ約2.5mm、幅が約12m
mの銅線から出発する。導電体1には縦みぞ3を設け、
この縦みぞ内に光伝導体2、例えばアルシリカファィバ
ーが装入される。好適な実施例では導電体1と縦みぞ3
内の光伝導体2は紙絶縁体4で被覆される。
第1c図から、巻線の一部である導電体1は曲っている
ことがわかる。導電体は半径rS(巻わく半径)の円上に
ある。巻わく半径rSは巻わくの中心からバンド状の導電
体1の中心面Mまでを測ったものである。縦みぞ3はそ
れぞれの巻線の導体1の内側に備えられてある。
光伝導体2は縦みぞ3内にゆるく配置されている。更
に光伝導体2は導電体1に対して余剰長さを備えてい
る。すなわち、光伝導体は縦みぞ3に直線的にではなく
波行線を描いて配置されている。あるいは換言すると、
巻線の完全な一巻分を切断して、導電体1と光導電体2
とを伸ばすと、光伝導体2の方が導電体1よりも余剰長
さLだけ長いということである。縦みぞ3の寸法は極め
て重要な意味を持つ。
第1の重要なポイントは縦みぞは導電体1の中心面M
に対して非対称に配置されていることである。すなわ
ち、縦みぞは基本的に中心面Mに到達するほど深くはな
い。この構造の目的は縦みぞ3内の光伝導体2の軸Aが
中心面Mに対して最小距離αを保つことである。
好適な一実施例では縦みぞ3は、距離αが中心面Mに
向かって光伝導体2の直径のちょうど半分になるように
なっている。
第2の重要なポイントは、直線的に延在する縦みぞ3
が、光伝導体2の余剰長さを、光伝導体を波状線の形態
にすることによって吸収できる横寸法を有していること
である。従ってその横幅が光伝導体2の直径の2倍乃至
5倍であることが必要である。同様に縦みぞの深さは光
伝導体2の直径の1倍乃至2倍であることが必要であろ
う。いずれにせよ、光伝導体2が縦みぞ3内で自由にず
れることができ、かつ何らかのかたちで堅く締めつけら
れる(例えば絶縁体によって)ことがないようにされな
ければならない。
第1a図乃至第1c図の実施例では、紙絶縁体4によって
光伝導体2が縦みぞ3から離脱し得ないようにされてい
る。光伝導体2が導電体1と表面的に接触していない場
合でも、光伝導体2が導電体1によって三方から囲まれ
ているという理由、あるいは巻線の全体が油浴に浸漬さ
れているという理由で導電体1及び2の両方の間には熱
接触が保たれる。
導体1が大きく熱膨張した際の機械的負荷から光伝導
体を保護するのに必要な相対的余剰長さは、次のように
定めることができる。
表Iは温度が0゜から300℃まで上昇した場合の代表
的な素材の膨張率を示している。
表I:石英ガラス、銅及びアルミニウムの0゜〜300℃
まで温度上昇した場合の熱膨張率 石英ガラス 0.19×10-3 銅 5.2 ×10-3 アルミニウム 7.7 ×10-3 この表から、相対余剰長さΔL/Lは少なくとも約0.00
1、好適には約0.005とすべきことがわかる。
余剰長さによって光伝導体2は曲折するので、余剰長
さが過度になると、光伝導体2の局部的わん曲(ミクロ
−マクロ曲折)は、曲折による減衰が生じるほど、すな
わち光線がしゃ断されるほど強くなってしまう。
実験では、本発明に基づく巻線は厚さ2.5mm、幅12mm
の銅バンドから製造された。銅バンドの内部に設けられ
た縦みぞ3は幅、深さとも1.2mmとされた。縦みぞ内に
ゆるく配設したガラス・ファィバの直径は約0.6mmであ
った。銅バンドは紙絶縁体で巻つけられた。巻線全体が
油浴に浸漬された。
DTS−測定によって銅バンドに沿った実効温度が計測
された。その際第1に明白に判明したことは、巻きと共
に温度分布が周期的に上昇・下降することだった。更
に、温度分布の平均値は油浴の下方にある巻きより上方
にある巻きの方が上昇するということが判明した。
次に本発明に基づく巻線の製造方法を説明する。
これには基本的に2つの段階がある。第1の段階では
導体の組合わせ(導電体+光伝導体)を補助ドラムに巻
付け、第2の段階では導体の組合わせを補助ドラムから
巻わくへと巻直す。
第2a図は第1の段階を示したものである。導電体1に
は既に本発明に基づく縦みぞが設けてあるものとする。
この縦みぞ内に光伝導体2が先ず、ゆるく、すなわち引
張応力なしに挿入される。次に導電体1と光伝導体2に
紙絶縁体4を被覆する。そこで導体の組合わせを、縦み
ぞ3が外側になるように補助ドラムに巻付ける。
光伝導体2の軸Aは中心面Mに対して距離dだけ更に
外側に位置するので、光伝導体は導電体よりもやや大き
な円弧上に位置する。
第2a図は第2の段階を示している。導体の組合わせは
補助ドラム5から巻取られ、巻わく6に巻付けられる。
その際、巻き方向は逆にならなければならない。すなわ
ち、巻わく6は、補助ドラム5では外側に位置していた
導電体1の縦みぞ3が、巻わく6では内側にくるように
巻付けられなければならない。
補助ドラム5上では光伝導体2は縦みぞ3内に直線的
に収納されている。補助ドラムから巻き戻す際に最初の
余剰長さが生じ、巻わくに巻付ける際に2番目の余剰長
さが生ずる。この余剰長さは非対称の縦みぞ3、すなわ
ち距離αだけで発生する。
導電体1の中心面Mが、前記導電体を曲げた際の中立
面であると言う前提のもとで、本発明に基づく方法によ
り次の相対余剰長さΔL/Lが生ずる。
相対余剰長さΔL/Lは導電体1の長さLを基準にして
光伝導体と導電体1との間の長さの差ΔLによって規定
される。距離αは第1b図との関連で定められたものであ
る。rTはドラム半径、rSは巻わくの半径である。
前述の実験ではrT=0.3m、rS=0.2mであった。距離α
=0.6mmとすると、相対余剰長さ となる。ミクロないしマクロ曲折による著しい付加減衰
を生起せずに0.02までの相対余剰長さを収容するには、
縦みぞ3の幅は1.2mmで十分である。
本発明に基づく方法では、導電体1を巻わくに巻取る
前に、先ず補助ドラムに完全に巻付ける必要はないとい
うことが理解されよう。基本的に、適当なわん曲半径を
有する方向転換ドラムを通過させるだけで十分である。
しかしいずれにせよ、方向転換ドラムを通過後、所望の
最初の余剰長さが生じ、かつ維持されるように留意しな
ければならない。
補足的な余剰長さは縦みぞ内の光伝導体2の曲折を強
めることによっても得られる。これは、光伝導体1を縦
みぞ内に挿入する前に取り付け、巻線の稼働時に取りは
ずす補助節によって実施できる。
例えば、縦みぞ3内にろう製の節を取り付け、その間
で光伝導体2が蛇行するようにすることができる。巻線
の巻取り後に前記ろう製の節は熱破壊され、又は油浴内
の浸漬油内で溶解される。
最後に、本発明によって、例えばインピーダンス・コ
イル及び変圧器巻線においてDTS(分散温度センサ)を
利用できる前提がつくられることを付言しておく。
【図面の簡単な説明】
第1a図、第1b図、第1c図は本発明に基づく巻線の断面図
である。 堕2a図、第2b図は本発明に基づく巻線の製造工程の概略
図である。 1……導電体 2……光伝導体 3……縦みぞ 4……紙絶縁体 5……補助ドラム 6……巻わく A……軸 M……中心面 α……距離 rS……巻わく半径 rT……ドラム半径

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁体(4)を備えた導電体から成り、分
    散する温度を測定する目的で光伝導体(2)により監視
    される巻線において、 a)導電体(1)が絶縁体の下の巻線の中心側に縦みぞ
    (3)を備えており、 b)光伝導体(2)が縦みぞ(3)内にゆるく配置さ
    れ、かつ、 c)導電体(1)の強い熱膨張の際に該光伝導体(2)
    が過度な引張りから防護されるために、光導電体(2)
    は導電体(1)に対して充分な余剰長さを有することを
    特徴とする巻線。
  2. 【請求項2】縦みぞ(3)は導電体(1)の曲げ中心か
    らの中心面(M)に到達するほど深くはないので、光導
    電体(2)の縦軸(A)は中心面(M)に対して距離α
    だけ巻線の中心に向かって変位していることを特徴とす
    る請求項(1)に記載の巻線。
  3. 【請求項3】縦みぞが光伝導体(2)の直径の1倍乃至
    2倍の深さと2倍乃至5倍の幅を有することを特徴とす
    る請求項(2)記載の巻線。
  4. 【請求項4】光伝導体の相対余剰長さ(△L/L)は0.001
    以上であることを特徴とする請求項(2)記載の巻線。
  5. 【請求項5】前記相対余剰長さ(△L/L)は0.005以上で
    あることを特徴とする請求項(4)記載の巻線。
  6. 【請求項6】絶縁体は光伝導体(2)を側方に移動でき
    るように縦みぞ内に保持する紙絶縁体(4)であること
    を特徴とする請求項(3)記載の巻線。
  7. 【請求項7】請求項(1)記載の巻線の製造法におい
    て、光伝導体(2)を導電体(1)の縦みぞ(3)内に
    ゆるく挿入し、 該縦みぞ(3)が挿入された光伝導体(2)と共に外側
    に出るように導電体(1)を半径rTの補助ドラム(5)
    に巻き付け、 その後、縦みぞ(3)が導電体(1)の内側になるよう
    に導体(1)を補助ドラム(5)から巻わく(6)へと
    巻付ける各段階から成ることを特徴とする製造法。
  8. 【請求項8】光伝導体(2)を縦みぞ(3)内に保持す
    るため、導電体(1)は光伝導体(2)の挿入後、紙絶
    縁体(4)で被覆されることを特徴とする請求項(7)
    記載の製造方法。
  9. 【請求項9】距離αとドラム半径rTと巻わく半径rSとは
    相対余剰長さ△L/Lが公式 に基づき定められる値を選択されることを特徴とする請
    求項(7)記載の製造法。
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