JPH10257706A - 回転機固定子コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コロナ防止シートとして必要な導電率を持ち、
しかも導電率にむらがあったりはがれたりあるいは含浸
樹脂を劣化させたりするなどの恐れのない導電シートか
らなる回転機固定子コイルのコロナ防止シートを提供す
る。 【解決手段】アラミド繊維３２とカーボン繊維３１とを
所定の割合で混合して織ってシート状に形成すれば、カ
ーボン繊維３１は導電性を持っているので、その混合比
に応じた任意の導電率を持った導電シートを製作でき
る。カーボン繊維３１はアラミド繊維３２とからまって
容易に離れることはないので、安定した導電率が得られ
る。また、アラミド繊維３２は耐熱性があるので、回転
機固定子コイルの耐熱強度に応じたコロナ防止シートを
得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、大容量の火力用
発電機のような、高電圧の回転機固定子コイル、特に、
コイルが固定鉄心の溝から引き出された位置での部分放
電の発生を防止するためにこの部分のコイルに巻き付け
る導電シートからなるコロナ防止シートに関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は火力用発電機の主要部の模式的な
回転軸を含む平面の断面図である。この図において、固
定子鉄心１１、固定子コイル１３とが固定子を構成し、
回転子鉄心１２とこの回転子１２に装着されている界磁
巻線１４とが回転子を構成している。固定子コイル１３
は電機子鉄心１１に埋め込まれた埋込部１３１、この直
線状の埋込部１３１と同じ直線状であるけれど鉄心１１
から引き出された部分である引出部１３２及び埋込部１
３１と引出部１３２とからなる直線部の両側に連なる端
部１３３とからなっている。端部１３３は固定子コイル
１３を構成する個々の単位コイルが互いに電気的機械的
に接続される部分である。

【０００３】図３は図２のＢ−Ｂ断面図の一部としての
電機子鉄心１１の周方向に等配に軸方向に沿って複数本
設けられた鉄心溝のうちの１つの溝の断面図である。こ
の図において、鉄心溝１１１は略長方形の断面をしてい
て、この中に２本の電機子イル１３０が挿入され、開口
部には楔１１２が挿入されて２本の単位コイル１３０を
溝１１１内に固定する。単位コイル１３０は断面が長方
形の複数本の素線１５を図のように２列に並べて所定の
本数重ね、その外側を絶縁テープで被覆して絶縁層１６
を形成したものであり、この絶縁層１６によって接地電
圧の固定子鉄心１１と高電圧の単位コイル１３０との間
の絶縁強度が確保されている。

【０００４】火力用発電機のように大容量の回転機では
固定子コイルの定格電圧をなるべく高くして電流を小さ
くするのが設計上合理的である。定格電圧を高く設定す
るためには、その電圧に耐えるだけの絶縁強度が確保さ
れねばならない。図４は図２の固定子コイルが鉄心から
引き出された部分のＡ部拡大断面図である。この図にお
いて、鉄心１１から引き出された固定子コイル１３の部
分である引出部１３２には絶縁層１６の外側にコロナ防
止シート１７が巻き付けられている。なお、この図での
厚み寸法の比率は実際の寸法比率を表すものではない。
また、素線１５の部分は図３に示すように複数本の素線
が重ねられているのであるがそのような構成の図示は省
略してある。

【０００５】コロナ防止シート１７が設けられない場合
には引出部１３２で部分放電が発生しやすいことが知ら
れている。それは固定子鉄心１１の溝１１１の中では固
定子コイル１３の導体と鉄心との間は固体絶縁物が充填
された状態になっていて部分放電の発生が抑制されてい
るのに対して、引出部１３２では鉄心１１と固定子コイ
ル１３との間にガス空間が介在し、しかも鉄心１１のす
ぐ近くではこの空間に電界が集中することによって部分
放電が発生するのである。したがって、図４のように引
出部１３２に導電シートを巻き付けてコロナ防止シート
１７を形成することによってこの部分での部分放電の発
生を防止又は低減する構成か採用される。（例えば、広
瀬 敬一、清水 照久 現代電気工学講座「電気機器
Ｉ」 P.233オーム社（昭和37年 4月20日））なお、部分
放電は慣用的にコロナと呼ばれることが多い。

【０００６】導電シートにはその抵抗値や用途によって
種々のものがある。例えば、黒鉛や金属などの導電性物
質の粉を溶剤に混入してなる導電塗料を絶縁性シートに
塗布して形成したもの、絶縁繊維に導電性物質の粉を混
入させてすいて紙状にしたもの、（絶縁繊維がクラフト
パルプにカーボン粉を混入したものは単にカーボン紙と
呼ばれる）などがある。

【０００７】このようなシート状の抵抗体の抵抗値は一
般に面積抵抗が定義される。すなわち、単位体積当たり
の抵抗値で導電シートの素材としての抵抗値が定義され
るのが普通である。この抵抗値は導電性物質の抵抗値が
小さいほど、その量が多いほど、そして導電部の厚み寸
法が大きいほど小さい、すなわち導電率が高い。回転機
固定子コイルのコロナ防止シートとして使用される導電
シートには適切な抵抗値と耐熱性が必要であり、しかも
固定子コイル１３の引出部１３２に巻き付けるのでその
作業性が良いことという必要条件もあり、ポリエステル
系の繊維にカーボン粉を混入した不織布、又は、同じ繊
維からなる絶縁シートの表面に、溶剤にカーボン粉を混
入した導電塗料を塗布したものが実際に使用されてい
る。

【０００８】コロナ防止シート用として必要とする抵抗
値はカーボン粉を使用した導電シートとしては比較的抵
抗値が小さい、すなわち高い導電率であることが必要な
ので、絶縁繊維に混入するカーボン粉の量の多い導電シ
ート、又は溶剤に混入させるカーボン粉の量の多い導電
塗料が塗布されてなる導電シートが使用される。なお、
カーボン粉の代わりに金属粉を使用するとより高い導電
率の導電シートが得られるが、この場合にはコロナ防止
シート１７に適した導電率を得るためには混入する金属
粉の量が少な過ぎることから、導電シートの抵抗値のば
らつきが大きくなって実用的でないのが実際である。

【０００９】図５は絶縁繊維にカーボン粉を混入して不
織布に成形した導電シートの構成図である。この図にお
いて、カーボン粉２１は黒鉛を粉砕して生成したもの
で、これを絶縁繊維２２に混ぜて導電シートとしたもの
である。前述のように、コロナ防止シート１７として使
用される導電シートではカーボン粉２１の量が比較的多
いために図のように枠で囲って示す不織布の表面からカ
ーボン粉２１が離脱して表面に付着した状態になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】カーボン粉を溶剤に混
入した導電塗料を絶縁繊維に塗布した導電シートを使用
して形成されるコロナ防止シートの場合、導電塗料の塗
布のむらが生じやすいし、導電塗料が剥がれる恐れがあ
る。したがって、コロナ防止シートの製作及び回転機固
定子コイルへの巻き付けとその後の取扱に細心の注意を
払う必要がある。もちろん、塗料が剥がれたことが発見
されれば再度塗布しなおすなどの対処が必要である。細
心の注意を払わねばならいないために作業性が悪く作業
時間が多くなりコスト増の要因になるという問題があ
る。

【００１１】また、絶縁繊維にカーボン粉を混入した不
織布の場合、コロナ防止シート１７として必要とする高
い導電率を得るためにカーボン粉の混入量を多くしなけ
ればならないが、そのために図５に示したようにカーボ
ン粉の一部がシートの表面からはみ出して表面に付着し
ている状態になっていることがある。単位コイル１３０
の製作過程には熱硬化性樹脂を絶縁被覆内に浸透含浸さ
せて硬化させるという工程がある。この樹脂含浸作業で
は単位コイル１３０を容器に入れてその中に液状の含浸
樹脂を注入し真空引きしたり加圧成形したりして単位コ
イル１３０の絶縁層１６内に含浸樹脂が充分に浸透する
ようにするが、このときに前述のコロナ防止シート１７
の表面にはみ出したカーボン粉が含浸樹脂に混入するる
という現象が生ずる。含浸樹脂は絶縁層１６内に含浸さ
れる量よりもはるかに多量をこの樹脂含浸工程で使用す
るので、僅かのカーボン粉の混入であっても、繰り返し
この含浸樹脂が使用されることよって絶縁機能が低下す
ることから含浸樹脂の使用可能回数が減ってしまうこと
になる。このことは含浸樹脂の消費量が増加することを
意味し、その分コスト増大の要因になるという問題があ
る。

【００１２】この発明の目的はこのような問題を解決
し、コロナ防止シートに適した導電率が得られ、しかも
導電率にむらがあったりはがれたり、あるいは含浸樹脂
に混入するなどの恐れのないコロナ防止シートを備えた
回転機固定子コイルを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明によれば、絶縁繊維とカーボン繊維とを所定
の割合で混合してシート状に形成すれば、カーボン繊維
は導電性を持っているので、その混合比に応じた導電率
を持った導電シートを製作できる。カーボン繊維は絶縁
繊維とからまって容易に離れることはないので、安定し
た導電率が得られる。そして、絶縁繊維に耐熱性繊維を
採用すれば、回転機固定子コイルの耐熱強度に応じたコ
ロナ防止シートを得ることができる。この場合の絶縁繊
維としてはアラミド繊維が適している。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下この発明を実施例に基づいて
説明する。図１はこの発明の実施例を示す回転機の固定
コイルのコロナ防止シートとして使用される導電シート
の構成図である。この図において、導電シート３は耐熱
性絶縁繊維としてのアラミド繊維３２とカーボン繊維３
１とを混紡してなる。この図ではアラミド繊維３２とカ
ーボン繊維３１との混紡の比率を同じとして図示してあ
るが、この比率にこだわるものではない。

【００１５】周知のようにカーボン繊維３１は長尺のも
のが製作されているから、このようにアラミド繊維３２
と混紡した場合、カーボン繊維３１の混入量が多くても
カーボン繊維３１が脱落して抵抗値が変化するようなこ
とはない。また、広い範囲に渡って導電シートを一様に
製作することができるので、一様な抵抗値の分布も得ら
れることから、回転機固定子コイルのコロナ防止シート
として適切な導電シートといえる。なお、アラミド繊維
は高温が許容される電気製品の絶縁素材として使用され
るものであり、したがって、アラミド繊維３２とカーボ
ン繊維３１を混紡した導電シートは耐熱性の優れたもの
であるから、この点でもコロナ防止シートに適してい
る。

【００１６】図１ではアラミド繊維３２とカーボン繊維
３１とを混紡した図を示してあるが、布状に織ったもの
ではなくいわゆる不織布に成形してもよい。このような
場合には、両方の繊維を所定の比率で混ぜて不織布にす
ることによってその比率に応じた導電率を持った導電シ
ートを得ることができる。回転機固定子コイルのコロナ
防止シートとしては耐熱性導電シートである必要がある
が、他の電気製品で例えば変圧器のように回転機ほどの
耐熱性を必要としない電気製品、例えば静電シールド材
などに使用される導電シートの場合には絶縁繊維として
は例えばクラフトパルプを使用して差し支えなく、必ず
しもアラミド繊維にこだわるものではない。

【００１７】

【発明の効果】この発明は前述のように、カーボン粉の
代わりにカーボン繊維を使用し、これを絶縁繊維とを所
定の割合で混合して織るか不織布にするかしてシート状
に形成すれば、カーボン繊維は導電性を持っているので
その混合比に応じた導電率を持った導電シートを製作で
きる。カーボン繊維は絶縁繊維とからまって容易に離れ
ることはないので、安定した導電率が得られるともにり
離脱したカーボンが他の絶縁物に混入して劣化させると
いうような問題が起こることもない。絶縁繊維に耐熱性
繊維を採用すれば、回転機固定子コイルの耐熱強度に応
じたコロナ防止シートを得ることができ、このような耐
熱性絶縁繊維としてはアラミド繊維が適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す導電シートの構成図

【図２】火力用発電機の回転軸を含む断面図

【図３】図２のＢ−Ｂ断面図の一部としての固定子鉄心
の周方向に等配に軸方向に沿って複数本設けられた鉄心
溝のうちの１つの溝の断面図

【図４】図２のＡ部の拡大図断面図

【図５】従来の導電シートの一例を示すカーボン粉を絶
縁繊維に混入してなる導電シートの構成を示す模式図

【符号の説明】

１１…鉄心、１３…固定子コイル、１３０…単位コイ
ル、１３１…中央部、１３２…引出部、１６…絶縁層、
１７…コロナ防止シート、３１…カーボン繊維、３２…
アラミド繊維（耐熱性絶縁繊維）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁繊維とカーボン繊維とを所定の割合で
   混合してシート状に形成した導電シートを固定子コイル
   に巻き付けてなることを特徴とする回転機固定子コイ
   ル。
2. 【請求項２】絶縁繊維が耐熱性繊維からなるなることを
   特徴とする請求項１記載の回転機固定子コイル。
3. 【請求項３】耐熱性繊維がアラミド繊維からなることを
   特徴とする請求項２記載の回転機固定子コイル。