JPH0586135B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

本発明は素線束上に未処理の絶縁テープを巻回
して絶縁層を設けかつその上に半導電性物質から
なる表面コロナ防止層並びに高抵抗性物質からな
るエンドコロナ防止層を施した成形コイルを、固
定子鉄心スロツトに半導電性物質からなる滑り及
び絶縁性物質からなるインターレイヤと共に２層
巻をなす如くに挿入して絶縁性物質からなるくさ
びで前記スロツト内に抑止し、前記各コイルを相
互に接続して固定子巻線を形成させた後熱硬化性
樹脂を真空加圧含浸硬化させて前記コイルの対地
絶縁層を形成する如くにした回転電機に関する。
この種の回転電機においては前記コイルの対地絶
縁形成時の作業管理が容易かつ正確であるととも
に、形成された前記コイルの対地絶縁が信頼性の
高いものであることが肝要である。

【従来技術とその問題点】

一般に定格電圧3kV以上の高圧回転電機におい
てその未処理の固定子コイルに対地絶縁のための
樹脂を含浸させる方法としてはコイル単体含浸方
式と全含浸方式とが知られている。前者の方式に
おいては各コイル毎に未処理のテープを巻回した
ものを所定のコイル金型に挿入し、熱硬化性エポ
キシ樹脂を類を真空加圧含浸して前記金型で締め
付け、更に加熱硬化炉で加熱硬化させて固定子コ
イルとしての対地絶縁層を形成させた後前記金型
から取り出し前記絶縁層の表面仕上げを行い、更
に前記絶縁層の表面に半導電性物質からなる表面
コロナ防止層並びに高抵抗物質からなるエンドコ
ロナ防止層を施して個々の固定子コイルを形成
し、固定子鉄心のスロツト内に挿入し適宜のくさ
びで抑止し結線を行つて固定子巻線を形成させる
如くにする。 これに対して後者の全含浸方式は、未処理のテ
ープを巻回したコイルに前記の如き表面コロナ防
止層並びに外部コロナ防止層を施し、固定子鉄心
のスロツトに半導電性物質からなり滑り並びに絶
縁性物質からなるインターレイヤと共に挿入し絶
縁性物質からなるくさびで抑止し、各コイルを相
互に結線して固定子巻線を形成させ、更に所要の
間隔片、ひもなどを用いて前記固定子コイルを緊
縛する最終段階において熱硬化性エポキシ樹脂の
類を真空加圧含浸を行い加熱硬化させて前記固定
子コイルの対地絶縁層を形成させる如くにする。 前記の如く前者のコイル単体含浸方式は個々の
コイルに対地絶縁層を形成させた後固定子鉄心の
スロツトに組み込むために工程が煩雑でそれだけ
コストの上昇を伴うのに対して、後者の全含浸方
式は個々のコイルを固定子鉄心に組み込んで固定
子巻線を形成させた後工程の最終段階で対地絶縁
層を形成させるため、工程が非常に簡易でそれだ
け回転電機のコストが低減される利点がある。 しかしその反面固定子コイルの絶縁性能の確認
に関しては、コイル単体含浸方式の場合は当然コ
イルを固定子鉄心に巻回する前に電気的非破壊特
性試験によつて誘電正接や部分放電の有無などを
測定して行うことができるから、仮に不良コイル
が検出された場合でもそのコイルだけを補修ある
いは新製するだけで済むのに対し、全含浸方式の
場合には固定子巻線の絶縁処理が完了した最終段
階でコイルの絶縁性能を確認しなければならない
から、仮に絶縁性能に欠陥のある部分が発見され
たとしても、固定子コイルが固定子鉄心に固着さ
れているため固定子コイルの対地絶縁層の健全な
部分を損傷することなく固定子鉄心から取り出す
ことは極めて困難で、結局は固定子巻線の絶縁を
全てやり直すことになり多大の労力と費用とを要
することを余儀なくされるという問題がある。 前記の如き問題を克服するためには全含浸方式
に使用する固定子コイルにおいてはその製造過程
における作業並びに品質管理が重要な役割を果す
ことになる。その点近年はコイルの樹脂含浸工程
における前記管理の手段として、コイルの絶縁層
内に含浸される樹脂の量を電気的な静電容量に置
換して樹脂の含浸状態を監視することが一般に行
われている。しかしこの場合同一絶縁材料により
絶縁の施されたコイルが巻回された1500kVAの
回転電機と290kVAの回転電機とについて、交流
1kHzで測定した前記静電容量の樹脂含浸時間に
対する変化を表示すると第８図のＡ曲線
（1500kVA回転電機）とＢ曲線（290kVA）との
如くになる。かくの如く実際の場合回転電機の固
定子コイルの対地絶縁層の厚さ、固定子鉄心長、
固定子巻線を構成するコイル数などによつて回転
電機毎に静電容量の樹脂含浸時間に対する変化特
性が異なるために、この種の測定だけで全ての回
転電機の固定子コイルにおける樹脂含浸状態を一
律に管理することは困難と言わざるを得ない上
に、この種の測定で極く微少な樹脂含浸不良を検
出することは殆んど不可能であることが知られて
おり、結局は固定子コイルの樹脂含浸が完了した
か否かを経験にもとづいて判断せざるを得ないと
いうのが現状である。その結果前記の判断を誤ま
ると前記の如く固定子コイルの全絶縁をやり直す
羽目になるか、あるいは最悪の場合には実際運転
において回転電機の重大事故を招き著しい損害を
生ずることにもなり兼ねない。 一方コイルに含浸された絶縁樹脂の硬化につい
ても実験室における実験結果と実際の回転電機製
作の経験にもとづいて硬化のための温度と時間と
を決めているが、例えば前記の同様に1500kVA
の回転電機と290kVAの回転電機について温度
140℃で６時間加熱硬化を行つた場合の印加電圧
に対する誘電正接の関係を求めたものでは、第９
図に表示する如く前者の場合のＡ曲線と後者の場
合のＢ曲線との間に相当の相違が生じている。こ
の場合1500kVA回転電機の場合のＡ曲線は印加
電圧の高いところで誘電正接の値が高くなつてお
り、含浸樹脂の硬化が不十分であると判断され
る。その原因は1500kVA回転電機の固定子鉄心
の熱容量が大であることにあるが、今仮にこの回
転電機をそのまま運転に供するとすると、運転に
よる温度上昇に伴なつて前記曲線に沿つて固定子
コイルの対地絶縁層の誘電損失も増加する結果該
対地絶縁層の温度が上昇し、対地絶縁層の温度が
上昇すると更に誘電損失が増加するという悪循環
が行われる結果、ついには前記絶縁層の破壊に至
り重大な損害を招くことになるから、この場合前
記1500kVA回転電機は再度コイルに含浸された
樹脂の加熱硬化処理をやり直すことも止むを得な
くなる。したがつてかくの如くコイル含浸樹脂の
硬化不足を防止するためには結局加熱温度及び加
熱時間が必要以上に過剰な条件下で加熱処理を行
う傾向が強まり、工程の延伸、加熱のためのエネ
ルギの消費の増大などが不可避となつて回転電機
の製作コスト増加の原因にもなる。 前記の如く従来の全含浸方式による回転電機に
おいてはそれぞれの容量などによつてコイルの絶
縁樹脂の含浸条件及び加熱硬化条件を一律に管理
することが著しく困難であり、その結果固定子コ
イルの対地絶縁層を正常に形成し得ない危険があ
り、場合によつては重大な損害を招く虞れがある
という欠点を免れない。

【発明の目的】

予め未処理のまま固定子鉄心に巻回されたコイ
ルに絶縁樹脂を含浸させる過程においてその絶縁
層内に含浸される前記樹脂量を静電容量の変化に
置換して含浸状態を監視し、前記樹脂の含浸完了
後に加熱硬化して前記コイルの対地絶縁を形成す
る如くにした従来の全含浸方式の回転電機に伴な
う前記の如き欠点に鑑み、本発明は簡単な手段に
より前記コイルの絶縁層における絶縁樹脂の含浸
状態と加熱硬化とを直接管理することにより、回
転電機の体格の大小を問わず前記コイルの良好な
対地絶縁を実現し得る全含浸式回転電機を提供す
ることを目的とする。

【発明の要点】

前記の目的を達成するために本発明では首記の
回転電機において、前記固定子鉄心のスロツトに
挿入されるコイル抑止用くさびのうちの特定のく
さびの長さ方向の一部に形成した開溝部の底面に
設けられた導電性あるいは半導電性物質からなる
電極の上に、前記固定子鉄心に巻回される前記コ
イルに施された未処理の絶縁テープと同質のテー
プと同一の構成とからなる絶縁モニタ層を形成
し、該モニタ層の上側に半導電性物質からなる前
記電極の対電極を設け、更に該対電極の上側に適
宜の前記絶縁モニタ層を脱落防止手段を施してな
る絶縁モニタくさびを、前記脱落防止手段が前記
未処理コイルの表面をなす半導電性物質からなる
表面コロナ防止層に接する如くに前記スロツトに
挿入するとともに、前記電極並びに対電極それぞ
れに外部よりの測定のためのリード線を接続し得
る如くにすることにより、全含浸方式による固定
子コイルの絶縁樹脂の含浸並びに加熱硬化の過程
を、外部より前記絶縁層の静電容量及び誘電正接
を測定することにより個々の回転電機において管
理し得る如くにするものである。

【発明の実施例】

次に図面に表わされた実施例にもとづいて本発
明の詳細を説明する。 第１図に例示する本発明に関わる回転電機の絶
縁モニタくさび１においては、フエノール積層板
あるいはガラス積層板などの絶縁性物質からなる
くさび材の幅方向のほぼ中央部に前記くさび材に
よつて固定子鉄心スロツト内に抑止されるコイル
の未処理絶縁層の厚さに等しい深さを有する望む
らくは幅10ないし20mmで長さ約300mmの溝１５が
設けられており、該溝１５の底面には銅、鉄、ア
ルミニウムなどの金属性導電材料あるいは半導電
性処理を行つたガラスクロスあるいはポリエステ
ル不織布などからなる電極２が配置されている。
電極２の上には固定子コイルに巻回された未処理
の絶縁層の構成材料と同一の構成材料即ちガラス
クロス裏打集成マイカテープ、ポリエステル不織
布裏打集成マイカテープ、ガラスクロス基材はが
しマイカテープ、ポリエステル不織布基材はがし
マイカテープなどから構成される同様に未処理の
絶縁モニタ層３が設けられる。更に絶縁モニタ層
３の上には内部の絶縁モニタ層３に対する樹脂含
浸を損うことのない如くに半導電性処理を行つた
ガラスクロスあるいはポリエステル不織布などか
らなる前記電極２に対応する対電極１２を設け、
更にその上に絶縁モニタくさび１を固定子コイル
の抑止のためにスロツト内に挿入する場合に絶縁
モニタ層３、電極２並びに対電極１２が当該くさ
び１から脱落するのを防止するための脱落防止層
４を施す。この場合脱落防止層４としては対電極
１２と同様に絶縁モニタ層３に対する樹脂の含浸
を損うことのない如くにガラスクロスあるいはポ
リエステル不織布などを用い、脱落防止層４と絶
縁モニタくさび１とが接触する面をエポキシ樹脂
などの接着剤を用いて相互に固着させる如くにす
る。 更に第２図に示す別の実施例においては絶縁モ
ニタくさび１１の長さ方向の一部に第１図に例示
したと同様の開溝部１６を形成し、内部に電極
２、絶縁モニタ層３、対電極１２を収めその上に
脱落防止層４を設けることは第１図の実施例の場
合と同様であるが、本実施例では絶縁モニタ層３
の両端面にエポキシ樹脂などの接着剤からなるシ
ール層５を形成し、絶縁モニタ層３に樹脂含浸を
行う際に絶縁モニタ層３の積層方向よりする樹脂
の含浸が有力になる如くにするものである。 更に第３図に例示する別の実施例においては絶
縁モニタくさび２１の材料は前記のくさび１，１
１と同一であるが、当該くさび２１の長さ方向に
一方の端面に開口する如くにした開溝部１７が形
成され、開溝部１７内には前記第１実施例、第２
実施例の場合と同質の物質からなる電極２、絶縁
モニタ層３、対電極１２が収納され、その上に脱
落防止層４が同様の要領で設けられている。この
種の絶縁モニタくさび１７は電極２並びに対電極
１２からの測定用リード線６ａ及び６ｂの引き出
しが容易であるから主として固定子鉄心端部のく
さびとして使用すると都合が良い。 更に第４図に示す別の実施例においては、第１
図ないし第３図に例示した絶縁モニタくさびと同
質のくさび３１の長さ方向のほぼ中央部に長さ方
向に形成された開溝部１８を有し、内部電極２、
絶縁モニタ層３、対電極１２が収納されその上に
脱落防止層４が設けられることは第３図の実施例
の絶縁モニタくさび２１の場合と同様であるが、
この場合絶縁モニタくさび３１の機械的強度が第
１図あるいは第２図の実施例の絶縁モニタくさび
の場合よりも向上して固定子コイル抑止のために
固定子鉄心のスロツト内に打ち込むことが容易に
なるから、複数個直列にして前記スロツト内に打
ち込まれるくさびの固定子鉄心の軸方向に中央部
分に使用すると有利である。 次に前記の如くにして形成された絶縁モニタく
さび１，１１，２１あるいは３１を実際に固定子
鉄心スロツトに適用した場合を第１図に例示する
絶縁モニタくさび１を使用した場合のスロツト内
配置は第５図に例示する如くになる。即ち固定子
鉄心１４のスロツト１９内には素線束７の周囲に
絶縁テープを巻回してなる絶縁層８が設けられそ
の外側に表面コロナ防止層９が形成された固定子
コイル２０が、上下に配置された所謂２層巻の固
定子巻線を形成している。その場合表面コロナ防
止層９は半導電性のグラフアイト紙あるいはガラ
スクロスなどの滑り１０を介して鉄心１４と電気
的に接続され、また２層巻の行われた固定子コイ
ル２０単体相互の間にはフエノール積層板あるい
はガラスクロス積層体からなるインターレイヤ１
１が介在している。前記の如くにスロツト１９内
に収まる固定子コイル２０のスロツト１９の開口
側に前記コイル２０を抑止する如くに絶縁モニタ
くさび１が挿入され、その際絶縁モニタくさび１
の脱落防止層４が固定子コイル２０の上面の表面
コロナ防止層９と接触する如くにする。前記の如
くに配置することにより、固定子に全含浸方式絶
縁を施す際に前記くさび１の絶縁モニタ層３に固
定子コイル２０の絶縁層８と全く同一条件で絶縁
樹脂の含浸並びに加熱硬化を行うことができる。
したがつて絶縁モニタ層３の前後に位置する電極
２と１２とにそれぞれ測定用リード線６ａ，６ｂ
を設けて置くことにより、固定子コイル２０の含
浸過程中にインピーダンスアナライザなどを介し
て絶縁モニタ層３の静電容量並びに誘電正接を測
定し、その結果にもとづいて固定子コイルの樹脂
含浸を監視し加熱硬化を管理することが可能にな
る。 前記の如く絶縁モニタ層３の前記測定と前記イ
ンピーダンスアナライザとによつて6kVの
1500kVAの回転電機と500kVAの回転電機につ
いて得られた樹脂含浸中の静電容量の変化と加熱
硬化時の誘電正接の変化とを示すとそれぞれ第６
図及び第７図に表示する如くになる。この場合両
回転電機における絶縁モニタくさびは同一絶縁モ
ニタ層を有するものでありかつ共に固定子鉄心の
軸方向にほぼ中央部に配置したもので、第６図及
び第７図におけるＣ曲線は1500kVA回転電機の
場合を、またＤ曲線は500kVA回転電機の場合を
示している。第６図において1500kVA回転電機
の静電容量の変化は500kVA回転電機のそれに比
較して遅いが静電容量の最大値は同一になる。こ
の様に回転電機の容量が異なる場合にも同様の絶
縁モニタくさびを適用することにより絶縁樹脂の
コイル内への含浸状態を測定された静電容量の値
から一律に比較することができ。このことは容易
に寸法からの計算で検出することもできる。 一方第７図においても1500kVAの回転電機と
500kVAの回転電機においては硬化時間に対する
誘電正接の変化は一様ではないが、これは固定子
鉄心の熱容量に起因するものである。何れにして
も最小誘電正接に達する時点を捕えて含浸樹脂の
硬化が終了したことを明確に判断することができ
る。 更にこの種の絶縁モニタくさびを備えた回転電
機においては、例えば第５図の固定子コイル２０
の表面コロナ防止層９と対電極１２との間の静電
容量を測定することにより、当該回転電機運転時
のコイル２０と前記くさび１との間のギヤツプを
検出しコイル２０の表面と固定子鉄心１４のスロ
ツト１９の内面との間に発生するスロツト放電を
予知する手段として利用し、また当該回転電機の
一定期間運転後に前記絶縁モニタくさび１を取り
出し、絶縁モニタ層における機械的強度あるいは
熱重量分析を行い固定子コイル２０自体の絶縁の
劣化を判定するなどして、当該回転電機に生じ得
る事故を未然に防止する如くにすることができる
利点がある。 以上回転電機における本発明に関わる絶縁モニ
タ層の適用について説明したが、同様の技術的思
想をモールド変圧器などの他の高圧電気機器に適
用し得ることは論ずるまでもない。

【発明の効果】

本発明は以上に説明した如く、素線束上に未処
理の絶縁テープを巻回して絶縁層を形成しかつそ
の上に半導電性物質からなる表面コロナ防止層並
びに高抵抗性物質からなるエンドコロナ防止層を
施した成形コイルを、固定子鉄心スロツトに半導
電性物質からなる滑り及び絶縁性物質からなるイ
ンターレイヤと共に２層巻をなす如くに挿入して
絶縁性物質からなるくさびで前記スロツト内に抑
止し、前記各コイルを接続して固定子巻線を形成
した後熱硬化性樹脂を真空加圧含浸硬化させて前
記コイルの対地絶縁層を形成する如くにした回転
電機において、前記固定子鉄心のスロツトに挿入
されるコイル抑止用くさびのうちの特定のくさび
の長さ方向の一部に形成した開溝部の底面に設け
られた導電性あるいは半導電性物質からなる電極
の上に、前記固定子鉄心に巻回される前記コイル
に施された未処理の絶縁テープと同質のテープと
同一の構成とからなる絶縁モニタ層を形成し、該
モニタ層の上側に半導電性物質からなる前記電極
の対電極を設け、更に該対電極の上側に適宜の前
記絶縁モニタ層の脱落防止手段を施してなる絶縁
モニタくさびを、前記脱落防止手段が前記未処理
コイルの表面をなす半導電性物質からなる表面コ
ロナ防止層に接する如くに前記スロツト内に挿入
するとともに前記電極並びに対電極それぞれに外
部よりの測定のためのリード線を接続し得る如く
にすることにより、全含浸方式により対地絶縁層
を形成する如くにした回転電機の固定子コイルに
対する絶縁樹脂の含浸と硬化の過程を前記絶縁モ
ニタ層を介して当該回転電機の容量に関係なく電
気的測定により監視し判定することができる上
に、前記絶縁樹脂の含浸硬化の終了時期を明確に
捕えることが可能であるから従来の如く専ら経験
に頼ることまた安全のために余剰の処理時間を消
費することなどによる作業管理の不安、工程の遅
延あるいはエネルギの浪費を解消し高品位で高い
信頼性を有する回転電機を経済的に提供できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はそれぞれ本発明の全含浸
方式回転電機に関わる絶縁モニタくさびの概略横
断面図あるいは概略縦断面図を、第５図は第１図
の絶縁モニタくさびを使用した場合の固定子スロ
ツト内のコイルに対する関係を示す概略縦断面図
を、第６図、第７図はそれぞれ本発明の全含浸式
回転電機の固定子コイルにおける絶縁樹脂の含浸
時間に対する絶縁層の静電容量の関係と硬化時間
に対する絶縁層の誘電正接の関係とを容量の異な
つた回転電機において示す特性曲線を、第８図、
第９図はそれぞれ従来の全含浸方式の回転電機の
固定子コイルにおける絶縁樹脂の含浸時間に対す
る絶縁層の静電容量の関係と、印加電圧に対する
誘電正接の関係とを容量の異なつた回転電機にお
いて示す特性曲線を表わす。 １，１１，２１，３１…絶縁モニタくさび、２
…電極、３…絶縁モニタ層、４…脱落防止層、５
…シール層、６ａ，６ｂ…リード線、７…素線
束、８…絶縁層、９…表面コロナ防止層、１０…
滑り、１２…対電極、１３…インターレイヤ、１
４…固定子鉄心、１５，１６，１７，１８…絶縁
モニタくさびの開溝部、１９…固定子鉄心スロツ
ト、２０…固定子コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 素線束上に未処理の絶縁テープを巻回して絶
   縁層を形成しかつその上に半導電性物質からなる
   表面コロナ防止層並びに高抵抗物質からなるエン
   ドコロナ防止層を施した成形コイルを、固定子鉄
   心のスロツトに半導電性物質からなる滑り及び絶
   縁性物質からなるインターレイヤと共に２層巻を
   なす如くに挿入して絶縁性物質からなるくさびで
   前記スロツト内に抑止し、前記各成形コイルを相
   互に接続して固定子巻線を形成した後熱硬化性樹
   脂を真空含浸硬化させて前記コイルの対地絶縁層
   を形成する如くにした回転電機において、前記固
   定子鉄心のスロツトに挿入されるコイル抑止用く
   さびのうちの特定のくさびの長さ方向の一部に形
   成した開溝部の底面に設けられた導電性あるいは
   半導電性物質からなる電極の上に、前記固定子鉄
   心に巻回される前記コイルに施された未処理の絶
   縁テープと同質のテープと同一の構成とからなる
   絶縁モニタ層を形成し、該モニタ層の上側に半導
   電性物質からなる前記電極の対電極を設け、、更
   に該対電極の上側に適宜の前記絶縁モニタ層の脱
   落防止手段を施してなる絶縁モニタくさびを、前
   記脱落防止手段が前記未処理コイルの表面をなす
   半導電性物質からなる表面コロナ防止層を接する
   如くに前記スロツト内に挿入するとともに、前記
   電極並びに対電極それぞれに外部よりの電気的測
   定を行うためのリード線を接続し得る如くにして
   なることを特徴とする全含浸式回転電機。