JPH02307345A - 巻線の絶縁劣化診断方法及び回転電機 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は先ファイバーを利用した巻線の絶縁劣化診断方
法及び回転電機に関する。

（従来の技術） 例えば高圧回転電機の巻線における絶縁は次のようにな
されている。即ち、第７図に示すように、まず素線１を
昼間形成した原形コイルに、マイカテープ２を巻き付け
て巻線３を形成する。そして、この巻線３を図示しない
固定子鉄心に収納し、エポキシ樹脂等の樹脂を真空加圧
含浸して加熱硬化させる。これにより、樹脂が素線１の
表面を覆い素線１同士を接着固定しつつ素線間絶縁層４
を形成すると共に、樹脂がマイカテープ２に含浸して強
固な対地絶縁層５が形成される。

ところで、高電界下において、前記絶縁層４゜５に空気
層やボイドが存在すると、いわゆるコロナ放電が発生し
て部分的な絶縁破壊が起こることが知られている（以下
これをコロナ劣化という）。

このコロナ劣化が長時間にわたり進行すると、遂には絶
縁破壊に至るようになる。また、サージと呼ばれる異常
電圧によってもコロナ劣化は起こるものであり、特にこ
のサージによるコロナ劣化は、第７図に破線Ａで示す素
線１間部分で起こりやすい。この場合、素線間絶縁層４
が破壊されていわゆるレヤー破壊（コイル内短絡）が起
こり、大きな循環電流のため巻線３が異常発熱してやが
て対地絶縁層５が熱劣化する。尚、このサージによるコ
ロナ劣化は、第８図に示すように、電源線側に最も近い
第１コイルに大部分のサージ電圧が分担されることから
、第１コイルにおいて著しく早く進行することになる。

ところが、このようなコロナ劣化の要因となるボイドは
、巻線３の製造時には存在しなくとも、回転電機の使用
時における熱、振動；外力等による絶縁層４．５の劣化
に伴う剥離やクラックによって発生するようになるので
、コロナ劣化の進行は避けられないものであった。この
ため、回転電機の更新あるいは補修の時期の判断のため
に、巻線３の絶縁劣化の進行状態を診断することが必要
となる。

このような絶縁劣化の状態を診断する方法としては、従
来では、絶縁層に交流電圧を加えて誘電損の大小によっ
てボイドに基づく部分放電の発生状態を推定する、誘電
正接試験（Ｌａｎδ試験）。

Ｌａｎδ−電圧特性試験、交流電流試験等が行われてい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のｔａｎδ試験等の方法では、次の
ような欠点があった。

即ち、試験に時間がかかると共に、データの判断も難し
く、しかも検出感度がさほど高いものではなかった。特
に、第７図に破線Ａで示した部位の素線間絶縁層４の絶
縁劣化の診断は不可能であった。

また、試験時には回転電機を停止させなければならず、
絶縁劣化の状態を回転電機の運転中に継続的に監視する
ことができなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その第一の
目的は、ボイドに基づくコロナ放電を継続的に監視てき
、そのコロナ放電による絶縁劣化の状態を容易にしかも
感度良く診断することができる巻線の絶縁劣化診断方法
を提供するにある。

そして、本発明の第二の目的は、上記方法を効果的に具
体化でき、運転中の絶縁劣化の状態を継続的に監視でき
る回転電機を提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の巻線の絶縁劣化診断方法は、巻線の絶縁層内に
埋め込んだ先ファイバーにより巻線内で発生する放電光
を検出し、検出した光に基づいて絶縁劣化状態を診断す
るところに特徴を有する。

そして、本発明の回転電機は、巻線の絶縁層内に、その
巻線内で発生する放電光を検出するための光ファイバー
を配置したところに特徴を有する。

また、巻線の絶縁層内に、その巻線内で発生する放電光
を検出するための複数本の先ファイバーを配置し、それ
ら複数本の光ファイバーの入光端部を夫々巻線内の互い
に異なる部位に位置させると効果的である。

さらに、巻線の絶縁層内に、その巻線内で発生するａ電
光を検出するための光ファイバーを、コア部を露出させ
て配置しても良い。

（作用） 巻線の絶縁層内でコロナ放電が発生すると、そのコロナ
放電のエネルギーに対応した強さの放電光が発生する。

光ファイバーを絶縁層内に配置することにより、先ファ
イバーに放電光が入光するようになるから、その光ファ
イバーを伝搬してくる光を検出することにより、巻線の
内部で発生するコロナ放電に起因する巻線のコロナ劣化
を診断することができる。この場合、先ファイバーを巻
線製造時に埋め込むように設けることにより、光ファイ
バーを巻線内の所望の位置に配置することができて素線
間絶縁層の絶縁劣化の診断も可能となる。また、光ファ
イバーは電磁的ノイズの影響を又けることがない利点も
ある。

従って、上記方法によれば、コロナ放電に起因する巻線
の絶縁劣化を容易にしかも感度良く診断することができ
る。

そして、本発明の回転電機によれば、巻線の絶縁層内に
先ファイバーを配置することにより、コロナ放電に起因
する巻線の絶縁劣化を、運転中に継続的に監視できる。

マタ、複数本の光ファイバーの入光端部を夫々巻線内の
互いに異なる部位に位置させれば、コロナ放電が発生し
ている部位の特定が可能となる。

さらに、光ファイバーをコア部を露出させて配置させれ
ば、広い領域にわたるコロナ放電を検出することができ
る。

（実施例） 以下本発明の第１実施例について、第１図乃至第３図を
参照して説明する。

第２図は本実施例に係る高圧回転電機の１個の巻線１１
を示しており、この場合、この巻線１１はいわゆる亀甲
形コイルと称される六角形状をなしている。この巻線１
１は、第１図に示すように、素線１２を所定の形状に春
目形成してなり、周囲表面の対地絶縁層１３、及び前記
素線１２同土間の素線間絶縁層１４よりなる絶縁層１５
が形成されている。この巻線１１は、例えば次のように
して製造される。即ち、まず素線１２を巻回形成した原
形コイルに、マイカテープ１６を巻き付け、この後その
ものを図示しない固定子鉄心に収納し、エポキシ樹脂等
の樹脂を真空加圧含浸して加熱硬化させる。これにより
、その樹脂が素線１２の表面を覆い素！ｌ［１２同士を
接着固定しつつ素線間絶縁層１３を形成すると共に、そ
の樹脂がマイカテープ１６に含浸して強固な対地絶縁層
１３が形成されるものである。

さて、この巻線１１の絶縁層１５内には、複数本の光フ
ァイバー１７が埋め込まれるように設けられる。尚、本
実施例では、この光ファイバー１７として、■昭和電線
電纜製の大口径高ＮＡファイバーｒｓＨＯＷ　　ＧＵＩ
ＤＥ−ＨＣＦＪコア径５０μｍを用いている。

第１図に示すように、光ファイバー１７は６本が束ねら
れてファイバー束１８とされ、さらに、このファイバー
束１８を構成している６本の光ファイバー１７は、長さ
を夫々異ならせることにより、夫々の入光端部１７ａ（
第３図参照）が互いにファイバー束１８のうちの異なる
位置にあるようになっている。かかるファイバー束１８
は、素線１２の巻回形成時に、素線１２の延びる方向に
沿って略−回転巻回されるようにして素線１２間に巻き
込まれあるいは宛がわれ、この後、マイカテープ１６の
巻き付は及び樹脂の含浸がなされることにより絶縁層１
５内に設けられる。この場合、ファイバー束１８は、例
えば巻線１１内のうち外側、内側及び中間部の３本（光
ファイバー１７としては１８本）設けられている。また
、このとき、第２図に示すように、各ファイバー束１８
（１束のみ図示）の６ｇＩの入光端部１７ａは夫々巻線
１１の６個の角部に配置され、以て、複数本この場合１
８本・の光ファイバー１７の入光端部１７ａは、巻線１
１内の互いに異なる部位に位置されるようになっている
。

そして、光ファイバー１７の基端側は、全体がまとめら
れた状態で巻線１１の外部に導出され、各光ファイバー
１７の出光端部１７ｂが、光受信機１９に接続されてい
る。詳しく図示はしないが、この光受信機１９は、光を
電気信号に変換するＯＥ変換器及び増幅器を備え、光フ
アイバー１７内を伝搬された光を受光してその光の強さ
に応じた電気信号を図示しない診断装置に出力するよう
になっている。診断装置は、前記光受信機１９から出力
された電気信号の大きさを予め設定された基準値と比較
して、基準を越えた場合には、異常を表示すると共に回
転電機を停止させるようになっている。

次に、上記構成の作用について説明する。

回転電機の運転時に、高電界下において巻線１１の絶縁
層１５内にボイドが存在すると、いわゆるコロナ放電が
発生して部分的な絶縁破壊が起こる。このコロナ放電は
、サージと呼ばれる異常電圧によっても発生する。この
ようなコロナ放電が発生すると、そのコロナ放電の強さ
に対応した放電光りが発生する。すると、第３図に示す
ように、絶０Ｗ１１５内に配置されている光ファイバー
１７に入光端部１７ａからその放電光りが入光するよう
になり、その光ファイバー１７のコア１７ｃ内を伝搬さ
れて出光端部１７ｂから光受信器１９に入力される。尚
、本実施例では、光受信器１９は、各光フアイバー１７
毎に設けられた図示しない１８個の受光素子からの信号
のうち最も大きいものを選択して診断装置に出力するよ
うになっている。

このように光受信器１９にて放電光りの強さが険出され
、この放電光りの強さが異常に大きいときには、診断装
置が異常を表示すると共に回転電機を停止させる。

また、１８本の光ファイバー１７の入光端部１７ａは夫
々巻線１１内全域にわたって互いに異なる部位に位置さ
れており、各光ファイバー１７は夫々の入光端部１７ａ
近傍の放電光りを検出するので、コロナ放電が発生した
部位が特定される。

このように本実施例によれば、巻線１１の絶縁層１５内
に放電光りを検出するための光ファイバー１７を配置し
たので、従来のような絶縁層に交流電圧を加えて誘電損
の大小によって部分放電の発生状態を推定する誘電正接
試験等を行なわなくとも、コロナ放電に起因する巻線１
１の絶縁劣化状態を診断することができる。従って、回
転電機の運転中にコロナ放電を継続的に監視できる。さ
らに、巻線１１の製造時に先ファイバー１７を埋め込み
この先ファイバー１７の出光端部１７ｂに光受信器１９
を接続しさらに診断装置を設けることにより診断できる
ので、困難な試験やデータの判断を行う必要もなく、さ
らに、コロナ放電の７ｉｋ電光りを直接的に検出するも
ので電磁的ノイズの影響も受けないから、コロナ放電に
よる巻線１１の絶縁劣化の状態を容易にしかも感度良く
診断することができる。そして、光ファイバー１７は絶
縁層１５の所望の部位に配置することができるから、従
来の試験方法では診断てきなかった素線間絶縁層１４の
絶縁劣化の診断も可能となった。

また、本実施例では、複数本の光ファイバー１７により
巻線１１内全域にわたってのコロナ放電の検出ができる
と共にコロナ放電発生の部位の特定も可能であり、ひい
ては巻線１１の補修等に有効となる。

尚、光ファイバーの本数や入光端部の位置等は、適宜の
変更が６１能である。また、絶縁層１５の形成方法とし
ては、予め樹脂を含んだ絶縁材料を原形コイルに巻き付
けて加熱硬化させるプリプレグ方式を採用しても良い。

次に、本発明の第２実施例について第４図Ｐノ至第６図
を参照して説明する。尚、上記第１実施例と同一部分に
は同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分に
ついてのみ述べる。

本実施例が上記第１実施例と異なるところは、巻線１１
の絶縁層１５に、先ファイバー２０を、コア部２０ａを
露出させて配置した点である。この場合、第４図及び第
５図に示すように、１本の光ファイバー２０が素線間絶
縁層１４内に、巻線１１の巻回方向に沿って略−回転巻
回されるように埋め込まれている。そして、第６図に示
すように、この光ファイバー２０のうち、素線間絶縁層
１４内に埋め込まれた部分は全てクラッド２０ｂが除去
されてコア部２０ａが露出し、巻線１１から外部へ導出
されている部位はクラッド２０ｂ付きの通常の光ファイ
バーとされている。尚、先ファイバー２０として本実施
例では、■昭和電線電纜製のｒｓＨＯＷ　　ＧＵＩＤＥ
−ＨＣＦＪコア径２００μｍを用いている。

この構成においては、光ファイバー２０のコア部２０ａ
が、このコア部２０ａの屈折率（１，４〜１．５）より
も大きな屈折率（１，６〜１．７）を白−する透明のエ
ポキシ樹脂よりなる素線間絶縁層］４に工われた状態と
なっているので、第６図に示すように、光ファイバー２
０に入光した放電光は、一部が光ファイバー２０から透
過するものの、残りの部分がその先ファイバー２０のコ
ア部２０ａを全反射し、減衰しつつ伝搬されて出光端部
２゜Ｃから先受信器１９に入力される。従って、上記第
１実施例と同様に、先ファイバー２０により険出した光
の強さに基づいて、コロナ放電に起因する巻線１１の絶
縁劣化状態を容易にしがも感度良く診断することができ
る。しかも、本実施例では、先ファイバー２０のコア部
２０ａを巻線１１内の略全体にわたって露出させている
ので、１本の光ファイバー２０を用いて、広い領域にわ
たるコロナ放電を検出することができる。

尚、上記各実施例では、光ファイバーを巻線１１の素線
１２の表面部分あるいは巻線１２同土間に設けるように
したが、重ね巻きされているマイカテープ同土間に設け
るようにしても良い。

その他、本発明は上記各実施例に限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る
ものである。

［発明の効果］ 以上の説明にて明らかなように、本発明によれば次のよ
うな優れた効果を奏する。

即ち、請求項１０巻線の絶縁劣化診断方法によれば、ボ
イドに基づくコロナ放電を継続的に監視でき、そのコロ
ナ放電による絶縁劣化の状態を容易にしかも感度良く診
断することができる。

請求項２の回転電機によれば、運転中のコロナ放電によ
る絶縁劣化の状態を継続的に監視でき、更新あるいは補
修の時期を確実に判断することができる。

請求項３の回転電機によれば、運転中のコロナ放電によ
る絶縁劣化の状態を継続的に監視できるものであって、
コロナ放電が発生している部位の特定が＋ｊＪ能となる
。

請求項４の回転電機によれば、運転中のコロナ放電によ
る絶縁劣化の状態を継続的に監視できるものであって、
広い領域にわたるコロナ放電を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の第１実施例を示すもので、
第１図は巻線の縦断面図、第２図は巻線の平面図、第３
図は光ファイバーを概略的に示す断面図である。また、
第４図乃至第６図は本発明の第２実施例を示すもので、
第４図は第１図相当図、第５図は第２図相当図、第６図
は第３図相当図である。そして、第７図は従来例を示す
第１図相当図であり、第８図は巻線のサージ電圧の分担
率を示す特性図である。 図面中、１１は巻線、１２は索線、１３は対地絶縁層、
１４は素線間絶縁層、１５は絶縁層、１７．２０は光フ
ァイバー、１８はファイバー束、１９は光受信機を示す
。 代理人　弁理士　　則近　　憲佑 同　　　第子丸　健 第　１　図 第　２　図 第３図 第　５　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、巻線の絶縁層内に埋め込んだ光ファイバーにより前
   記巻線内で発生する放電光を検出し、検出した光に基づ
   いて絶縁劣化状態を診断することを特徴とする巻線の絶
   縁劣化診断方法。 ２、巻線の絶縁層内に、前記巻線内で発生する放電光を
   検出するための光ファイバーを配置したことを特徴とす
   る回転電機。 ３、巻線の絶縁層内に、前記巻線内で発生する放電光を
   検出するための複数本の光ファイバーを配置し、それら
   複数本の光ファイバーの入光端部を夫々巻線内の互いに
   異なる部位に位置させたことを特徴とする回転電機。 ４、巻線の絶縁層内に、前記巻線内で発生する放電光を
   検出するための光ファイバーを、コア部を露出させて配
   置したことを特徴とする回転電機。