JPH0332336A - 高圧回転電機固定子コイルの外部コロナ防止層 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高電圧の電動機２発電機などの高圧回転電
機固定子コイルに外部コロナ放電を防止するために設け
られる外部コロナ防止層、ことにスロット内コロナを防
止するための低抵抗コロナ防止層に関する。

〔従来の技術〕

多分割導体の束からなりほぼ方形断面を有するコイル導
体上樹脂含浸によってボイドレス化された主絶縁層で被
覆した固定子コイルは、固定子鉄心のスロットに収納さ
れ、かつ複数のコイルが互いに導電接続されて固定子巻
線を形成するものであるが、固定子コイルをスロットに
収納するためには固定子コイルと固定子鉄心の歯との間
に若干の隙間（空気ギャップ）を必要とする。したがっ
て、固定子巻線に電圧を印加すると主絶縁層と空気ギャ
ップとの静電容量分圧に基づいて誘電率の小さい空気ギ
ャップにその火花電圧を超える電界が発生し、いわゆる
スロット内コロナ放電が発生し、折角ボイドレス化され
た主絶縁層をその外側から侵食するという事態が発生す
る。そこで主絶縁層の表面に密着して低抵抗コロナ防止
層を設け、これを固定子鉄心ヲ介して接地することによ
って空気ギャップの分担電圧をほとんど零にする対策が
とられる。また、スロット内からコイルエンド側に数１
０鴨程度延長して形成されかつ大地電位に保持される低
抵抗防止層の両端部は電界が集中するエツジ部を形威し
、またこれに近い主絶縁層の表面の電位傾度も高くなる
ために、この部分で沿面放電（以下エンドコロナとよぶ
）が発生する。

このエンドコロナを防止するために、低抵抗コロナ防止
層の端部に若干の束なシをもって主絶縁層を密着して覆
う高抵抗コロナ防止層を設け、低抵抗コロナ防止層のエ
ツジから先の主絶縁層の沿面方向の電位傾度をなだらか
に下げてエンドコロナの発生を防止する処置がとられる
。

第６図は従来の外部コロナ防止層を備えた固定子コイル
を鉄心のスロットに収納した状態を示す平面図であシ、
固定子コイル１はその主絶縁層３の表面を密着して覆う
低抵抗コロナ防止層５が固定子鉄心１０のスロットに収
納される部分を超える所定の長さにわたって設けられ、
低抵抗コロナ防止層５の端部に連続して高抵抗コロナ防
止層７が設けられる。低抵抗コロナ防止Ｎｌｌ５として
は、グラファイト粉末やカーボン粉末等を配合した導電
性塗料を主絶縁層表面に所定の厚みで均一に塗布したコ
ーティング層を形成する方法。または導電性テープ、導
電性シート等を主絶縁層表面に巻きつけて隙間なく接着
する方法等が知られていも一方、高抵抗コロナ防止層７
としては半導電性粉末または負の電圧特性を有する半導
電性粉末を含む塗料を低抵抗コロナ防止層の端部に若干
重ねて塗布する方法、あるいはこの塗料を無機質基材に
含浸したテープ金券き付けた後同化する方法などが知ら
れている。

また、低抵抗コロナ防止層５の表面抵抗率は一般に１ｃ
ｒｎ四方の対辺間の抵抗値Ωで表わされ、前記スロット
内コロナ放電を防止するためには表面抵抗率の上限をｉ
　ｏｘΩ以下に抑さえる必要があ勺、かつ固定子鉄心の
誘導電圧によって低抵抗コロナ防止層内に発生する循環
電流とこの電流によるコロナ防止層の発熱を抑さえるた
めには表面抵抗の下限を１ＫΩ以上とする必要があるこ
とが知られておシ、文献として例えば「日本規格協会発
行の電気絶縁材料選択のポイント」にも上記範囲１ＫΩ
からＩＯＫΩが記載されている。したがって、低抵抗コ
ロナ防止層５の表面抵抗率はスロット内コロナ防電の防
止機能と循環電流の抑制機能との兼ね合いで１ＫΩから
１０にΩの範囲内の一定値を一様に保持するよう、防止
層の厚みと素材の表面抵抗率あるいは体積固有抵抗が決
められる。

（５） 〔発明が解決しようとする課題〕 固定子コイルを鉄心のスロットに組み込む場合、スロッ
トの内壁面に沿ってあらかじめコ字状にセットされた導
電性シートからなるスロットライチを清勺材として固定
子コイルの組み込に作業を行い、かつくさびの打ち込み
もスロットライチを介在させて行うので、これらの作業
によって鉄心内に収納される部分の低抵抗コロナ防止層
を損傷すルコとは少い。また、運転中におけるコイルの
熱膨張、熱収縮や電磁機械力による振動に対してもスロ
ットライチが滑す材または緩衝材として機能してコロナ
防止層の損傷上阻止するとともに、低抵抗コロナ防止層
がこれと同程度の表面抵抗率を有するスロットライチを
介して鉄心と多点接触し、コロナ防止層の電位を大地電
位近くに保持するの財 で、スロットコロナの発生を長期間にわたって保止 格することができる。

ところが、鉄心１０からコイルエンド側に突き出た部分
の低抵抗コロナ防止層は上記作業中ばもとよシ、複数コ
イル相互の接続作業時にも露出しく６） た状態となってふ・す、作業時に局部的に損傷上受けて
主絶縁層が雑出する欠損部分が発生する可能性がある。

このような製作上の不具合による欠損部分が存在すると
、欠損部分を包囲する低抵抗コロナ防止層のエツジに電
界が集中していわゆるコロナ放電が発生し、主絶縁／ｌ
を侵食すると同時に放電の生成熱によってコロナ防止層
のエツジも侵食され、益々欠損部分が拡大するという問
題が発明者等の永年の経験ネ・よび実験的検討によって
明らかになって来た。

また、高抵抗コロナ防止層７の吸湿や汚損によってその
表面抵抗率が低下したシ、あるいは低抵抗コロナ防止／
ｉｉ５との接続部に不具合が生じ、低抵抗コロナ防止層
５の端部近傍の電界緩和機能が低下した場合にも、低抵
抗コロナ防止層のエツジに電界が集中してエンドコロナ
が発生し、主絶縁層訃よび低抵抗コロナ防止層の侵食が
発生する。

このような低抵抗コロナ防止層の欠陥が製造時の目視点
検で発見できずに残存し、運転中に欠陥の侵食が進行し
た場合には高圧回転１１機の絶縁事故に進展する危険性
があり、普た劣化が進行した欠陥が定期点検時などに発
見された場合には固定子コイルの巻き替え金要するため
に、長期間の運転停止上余儀なくされるとともに、その
捕修に多額の補修費が必要になる。

この発明の目的は、低抵抗コロナ防止層の欠損の侵食速
度を遅くすることによってコロナ放電の激化とこれに基
づく主絶縁層の損傷と會軽減することにある。

Ｃ課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、この発明においては、固定
子コイルの対地絶縁層表面金固定子鉄心への収納部分か
ら突き出し部分にかけて覆う低抵抗コロナ防止層と、こ
の低抵抗コロナ防止層の端部に連続して形成された高抵
抗コロナ防止層とを有するものにおいて、前記突き出し
部分の低抵抗コロナ防止層の表面抵抗率を前記固定子鉄
心への収納部のそれよシ低くしてなるものとし、具体的
には突き出し部分の低抵抗コロナ防止層の表面抵抗率が
ＯｏｌにΩから１ＫΩの範囲にあることとし、かつ低抵
抗コロナ防止層の鉄心収納部分および突き出し部分を互
いに体積固有抵抗が異なる導電性材料で形成するか、あ
るいは低抵抗コロナ防止層の鉄心収納部分および突き出
し部分が共に体積固有抵抗がほぼ等しい導電性材料から
なシ、突き出し部分の低抵抗コロナ防止層の厚みが固定
子鉄心への収納部分の低抵抗コロナ防止層のそれに比べ
て厚く形成されてなるものとする。

〔作用〕

上記手段は、低抵抗コロナ防止層の欠損部分でのコロナ
防電によシコロナ防止層のエツジ部が侵食される速度が
、低抵抗コロナ防止層の表面抵抗率金低くすることによ
って抑制できるという発明者等による実験的笑事に基づ
いて構成されたものであって、表面抵抗率を従来のそれ
のほぼ１０分の１程度とすることによって、欠損部分の
拡大速度を半分８度に１で低減できる機能が得られる。

また、鉄心のスロットからコイルエンド側に突き出た部
分の低抵抗コロナ防止層は、固定子鉄心の誘導電圧の影
響を受けないので、循環Ｎａの発生（９） やその生成熱による熱劣化合懸念する必要がないので、
突き出し部分の低抵抗コロナ防止層の表面抵抗率’ｋｌ
ＫΩ以下０．１ＫΩ程度に筐で下げて欠損部の拡大速度
を低減することができる。なお、低抵抗コロナ防止層の
鉄心的収納部分および突き出し部分を互いに体積固有抵
抗が異なる導電性塗料または導電性テープ等で構成すれ
ば、低抵抗コロナ防止層全体金−様な厚みとすることが
可能であシ、かつグラファイト粉末やカーボン粉末等の
無機質材料の充填率が増すので放電極としての機能が高
まり、エツジ部の侵食、いいかえれば放電による電極の
消耗を減らすことができる。

また、低抵抗コロナ防止層全体を体積固有抵抗の等しい
一種類の導電相料で形成すれば、突き出し部分の厚みが
当然厚くなシ、エツジ部の電界集で 中がいわゆる電極の厚み効果甑緩和されるとともに、そ
のボリウム効果によって電極としての欠損部の拡大速度
金低減することができる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

（１０） 第１図はこの発明の実施例になる固定子コイルを鉄心に
収納した状態を示す平面図、第２図は第１図の要部の拡
大断面図である。図において、整形コイル導体２とこれ
を包囲する主絶縁層３とからなる固定子コイル１は、主
絶縁層３の表面に低抵抗コロナ防止層１５とその両端に
それぞれ連続して設けられた一対の高抵抗コロナ防止層
７とからなる外部コロナ防止層金偏え、固定子鉄心１０
のスロット１１Ｋ導電性ライナ１２′ｔ−介在させた状
態で収納される。低抵抗コロナ防止層１５は、表面抵抗
率が１ＫΩ以上１０にΩ以下の範囲で所望の値を有する
鉄心的収納部分５と、スロット１１からコイルエンド側
に突き出した部分で若干２ツブして連続するよう形成さ
れ、表面抵抗率が１ＫΩ以下０．ＩＫΩ程度の範囲で所
望の値を有する突き出し部分１６とで構成され、突き出
し部分１６の端末に若干の重なシラもって連続するよう
高抵抗コロナ防止層７が設けられる。

低抵抗コロナ防止層１５は、体積固有抵抗が鉄心的収納
部分５側で高く、突き出し部分１６側で低い導電性テー
プたは導電性テープ、導電性シート＝ｉ用いて形成され
、両方の部分５および１６で厚みが互いにほぼ等しいコ
ーティング７＊ｔたはテーピング層として形成される。

つぎに、上述のように外部コロナ防止層が形成された固
定子コイル金層いて人工欠陥の拡大速度を求めた実験結
果について説明する。

第３図は実験に用いた固定子コイルの要部を示す側面図
であυ、低抵抗コロナ防止層の鉄心的収納部分５の表面
抵抗率を約５にΩとして直径５＋＋＋ｍの人工欠陥５ｄ
Ｔｈ複数個所に形成した。突き出し部分１６には体積固
有抵抗の低い導電性塗料を用いて表面抵抗率が約０゜５
にΩで厚みが鉄心的収納部分５のそれとほぼ等しいコー
ティング層とし直径が５１Ｍ＋＋の人工欠陥１６ｄを複
数個所に形成した。咬た、高抵抗コロナ防止層７にも低
抵抗コロナ防止層１６の先端に近い位置にスリット状の
欠陥部７ｄ’に形成した。このように構成された固定子
コイルは、低抵抗コロナ防止層５を接地し、整形コイル
導体２に運転中の対地電圧より高い交流電圧を印加して
欠陥部５ｄ、１６ｄ、７ｄそれぞれに可視コロナを発生
させ、人工欠損の直径の拡大、すなわち低抵抗コロナ防
止層５および１６の侵食：ｔを時間を追って測定した。

第４図は上述の実験によって得られた人工欠陥の拡大量
と電圧中力ｎ時間との関係を示す特性線図であυ、人工
欠陥の拡大量は表面抵抗率が高いスロット内収納部側の
人工欠陥５ｄで大きく、表面抵抗率が低い突き出し部１
６側の人工欠陥１６ｄで小官く、表面抵抗率をほぼ１け
た下げることによって低抵抗コロナ防止層の侵食速度（
直線の傾斜）をほぼ半分程度に低減できることが明らか
になった。また人工欠陥７の拡大量についても人工欠陥
１６ｄにおけるとほぼ同等に侵食速度を遅らせることが
明らかになった。

以上の実験結果から明らかなように、低抵抗コロナ防止
／ｉ＃１５の表面抵抗率を従来の１ＫΩないし１０にΩ
の範囲から０．１ＫΩないし１ＫΩの範囲にまで下げる
ことによシ、欠損部を包囲するコロナ防止層エツジ部の
コロナ放電による侵食速（１３） 度を少くとも％以下に低減することが可能であジ、これ
に伴なって主絶縁層の侵食速度金も低減できるので、高
圧回転電機の固定子コイルの長期絶縁信頼性を向上でき
るものと期待される。

しかしながら、固定子鉄心のスロットに収納される部分
では、磁束の変化に対応して固定子鉄心１０の積層され
た磁性鋼板相関に電圧が誘起し、これら磁性鋼板に多点
接触する低抵抗コロナ防止層に循環電流が流れるために
、鉄心収納部分の低抵抗コロナ防止層５の表面抵抗率は
従来通Ｄ１ＫΩないし１０にΩの範囲を保持して過大な
循環電流を抑制してジュール熱による低抵抗コロナ防止
層のバインダーや基材等の有機物の熱劣化を防止する必
要がある。一方、磁性鋼板と接触しない突き出し部分の
低抵抗コロナ防止ｊｉｉｔ１６は鉄心の誘起電圧による
循環電流が流れることがないので、その表面抵抗率はう
ず電流を抑制するに必要な程度の表面抵抗率に１で低減
することが可能であう。

この部分の表面抵抗率を従来の％程度の抵抗範囲０゜１
ＫΩないし１ＫΩにまで下げることができ（１４） る。ことに、巻線作業時に傷つけやすい突き出し部分の
低抵抗コロナ防止層１６の表面抵抗率を例えば０．１Ｋ
Ω程度に１で下げることにより、コロナ放電による欠損
部分の拡大速度が遅くなり１また高抵抗コロナ防止層７
の不具合によって生ずる低抵抗コロナ防止層１６の端部
の侵食速度も遅くなるので、固定子コイルの絶縁の信頼
性を向上することができる。鵞た、突き出し部分の低抵
抗コロナ防止層１６の欠陥の拡大は定期点検時における
目視点検によって発見しやすく、會た欠陥部分の補修も
可能なので、固定子巻線の巻き換え工事などの犬がかシ
な補修を回避することができる。

第５図はこの発明の異なる実施例を示す外部コロナ防止
層部分の拡大断面図であり１低抵抗コロナ防止層２５の
固定子鉄心収納部分５と突き出し部分２６とを共に体積
固有抵抗が等しい導電性塗料のコーティング層、導電性
テープ層、導電性シート層を用い、突き出し部分２６側
で防止層の厚みＴが鉄心収納部分の厚みｔより厚い低抵
抗コロナ防止層２５とした点が前述の実施例と異なって
いる。このように構成された低抵抗コロナ防止層２５は
、厚い突き出し部分２６が固定子鉄心のスロット寸法金
欠きくすることなく外力によって損傷を受けにくい構造
にするとともに、たとえ欠損部分を生じてもこれを包囲
するエツジ部が厚いために電界の集中が少く、損傷の拡
大を抑制できるオＵ点が得られる。

なお、低抵抗コロナ防止贋金構成する導電性材料の体積
固有抵抗と厚みとの組み合わせを変えて突き出し部分の
表面抵抗率を鉄心収納部分のそれの十分の一程度として
よいことはいう１でもないことである。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、低抵抗コロナ防止層釦よび高
抵抗コロナ防止−層からなる外部コロナ防止層のうち、
低抵抗コロナ防止層乞鉄心収納部分釦よび突き出し部分
に分け、前者の表面抵抗率を１ＫΩないしＩＯＫΩ、後
者の表面抵抗率を０゜１ＫΩないし１ＫΩとするよう構
成した。その結果、鉄心の誘導電圧に基づいて低抵抗コ
ロナ防止層に流れる循環電流の抑制に支障を及ぼすこと
なく突き出し部分に生じた欠損の拡大速度を従来の％以
下に遅くすることが可能になシ、シたがって固定子の巻
線作業時に低抵抗コロナ防止層の突き出し部分を損傷し
たシ、あるいは高抵抗コロナ防止層の不具合によって低
抵抗コロナ防止層の先端部分が損傷した場合にも、損傷
の拡大速度が遅いので定期点検筐では固定子コイルを巻
きかえなければならないように致命的損傷に進展するこ
とを回避でき、絶縁信頼性の高い高圧回転電機を提供す
ることができる。また、損傷の拡大は定期点検時の目視
点検によシ発見することが可能であシ、かつその補修も
局部的な補修ですむので、固定子巻線の巻きかえなどの
大がかシな補修工事を回避でき、かつこれに伴う運転休
止期間を短縮できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例になる固定子コイルを鉄心に
収納した状態會示す平面図、第２図は第１図の要部の拡
大断面図、第３図は人工欠陥のコ（１７） ロナ放電による拡大速度金求める実験に用いた固定子コ
イルの要部を示す側面図、第４図は実験で得られた人工
欠陥の拡大量と電圧印加時間との関係を示す特性線図、
第５図はこの発明の異なる実施例を示す外部コロナ防止
層の要部を示す断面図、第６図は従来の外部コロナ防止
層を示す平面図である。 １・・・固定子コイル、２・・・整形コイル導体、３・
・・主絶縁層、５・・・低抵抗コロナ防止層の鉄心収納
部分、７・・・高抵抗コロナ防止層、１０・・・固定子
鉄心１６．２６・・・低抵抗コロナ防止層の突き出し部
（１８） ｎつ Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）固定子コイルの対地絶縁層表面を固定子鉄心への収
   納部分から突き出し部分にかけて覆う低抵抗コロナ防止
   層と、この低抵抗コロナ防止層の端部に連続して形成さ
   れた高抵抗コロナ防止層とを有するものにおいて、前記
   突き出し部分の低抵抗コロナ防止層の表面抵抗率を前記
   固定子鉄心への収納部のそれより低くしてなることを特
   徴とする高圧回転電機固定子コイルの外部コロナ防止層
   。 ２）突き出し部分の低抵抗コロナ防止層の表面抵抗率が
   ０．１ＫΩから１ＫΩの範囲にあることを特徴とする請
   求項１記載の高圧回転電機固定子コイルの外部コロナ防
   止層。 ３）低抵抗コロナ防止層の鉄心収納部分および突き出し
   部分を互いに体積固有抵抗が異なる導電性材料で形成し
   てなることを特徴とする請求項１または２記載の高圧回
   転電機固定子コイルの外部コロナ防止層。 ４）低抵抗コロナ防止層の鉄心収納部分および突き出し
   部分が共に体積固有抵抗がほぼ等しい導電性材料からな
   り、突き出し部分の低抵抗コロナ防止層の厚みが固定子
   鉄心への収納部分の低抵抗コロナ防止層のそれに比べて
   厚く形成されてなることを特徴とする請求項１または２
   に記載の高圧回転電機固定子コイルの外部コロナ防止層
   。