JPS603542Y2 - 電気機器の高圧巻線 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電気機器の高圧巻線に関する。

更に評言すれば、高圧巻線を形成するコイルが多層巻き
の場合、このコイルの最大層間電位差を減少して層間の
絶縁性を向上させるようその構造を改良したものである
。

高圧回転電機の電機子巻線、変圧器の巻線などの電気機
器の高圧巻線においては、高圧巻線自体あるいはそれを
形成するコイルの総巻回数は甚だ多くなり、それだけ一
層当りの絶縁電線の並び数（列数）はもとよりその層数
も多くなる傾向にある。

高圧回転電機の電機子巻線に丸線を使用いた場合の例を
採れば、巻線工作の都合で電機子巻線のコイルは例えば
第１図ａに示す素線並び（ターン順序）で巻回・形成さ
れるのが従来、一般的である。

第１図ａに示すように、コイルＡは絶縁電線Ｂを一層当
り７列に７層巻回してなるものである。

したがって４鉢の素線は図中符号１〜４９を付した番号
順に並んでいる。

なお、同図中、Ｃは鉄心、Ｄは溝、Ｅは楔、Ｆはは対地
絶縁であり、ＧはＲＤ内で前記コイルＡの上方にて巻回
された他のコイルでその構成は前記コイルＡと同様なの
で詳細な図示を省いである。

斯かる構成の従来のコイルＡにおいて、絶縁電線Ｂの２
線間絶縁耐力と素線間の最大電位差とを調べてみる。

絶縁電線Ｂが、例えば、ポリエステル電線、ポリアミド
イミド電線、ポリイミド電線等のエナメル線であればそ
の２線間絶縁耐力は１５、 ｏｏｏｖ＜らいある。

これに対し、例えば高圧誘導電動機の固定子巻線等の高
圧回転電機の電機子巻線では、常時印加される電圧を１
ターン当り分担する電圧はせいぜい数１０Ｖであり最大
でも１００Ｖぐらいである。

したがって、この場合には素線１，１４間、素線８，２
１間、素線１５，２８間、素線２２，３５間、素線２９
，４２間及び素線３６，４９間、即ち隣接層間の最大電
位差は夫々１ターン当りの上記分担電圧の１３＠の値と
なる。

それでも常時印加電圧による最大層間電位差はたかだか
千数百Ｖ位にしかならず前記１５゜０００Ｖという絶縁
耐力に比較すれば全く問題にはならない。

なお、一般には一層当りｎ列に巻回されていれば隣接層
間の上記最大電位差は１ターン当りの分担電圧の（２ｎ
−１）倍となる。

ところが、自然言過電圧もしくは内部異常電圧によるサ
ージ、特に急峻波頭のサージがコイルＡに侵入する場合
には前述した常時印加電圧による最大層間電位差に比較
し甚大な電位差が生ずる。

この電位差は下式（１）で与えられる。

但し、Ｖａ−ｂ：２素線ａ、ｂ間の電位差（Ｖｏｌｔ） ′Ｌ！−：侵入サーシノす頭峻度（Ｖｏｌｔ／５ｅｃ）
ｔｆ ＶＳ：侵入サージの波高値（Ｖｏｌｔ） ｔｆ：侵入サージの波頭長（ｓｅｃ） Ｊａｂ：２素線ａ、ｂ間のコイル長（ｒｒＬ）υ。

：侵入サージの平均伝搬速度（ｃｍ／５ｅｃ）したがっ
て、１ターン当りの長さを１１としてｎ列のコイルに上
記式（１）をあてはめれば侵入サージによる最大層間電
位差■１−２ｎ（１ターン目とかターン目の電位差で代
表される）は下式（２）で与えられる。

ｓ 例えば・、−＝３°ＫＶ／μ°°°・１・＝１゛・”＝
７及びｕｍ＝ ２ Ｘ １０”ｃｍ／ｓｅｃとすれば、
この場合のサージによる最大層間電位差Ｖ１−□、は下
式（３）の計算により約２０．０ＯＯＶとなる。

／、、、＋ １、サージが侵入する場合には、上
述の如く隣接層に係る最大層間電位差Ｖ、−，，が約２
０．０ＯＯＶとなりエナメル線等の絶縁電線Ｂの２線間
絶縁耐力（１５，０ＯＯＶ）を遥に超えてしまい絶縁破
壊の危険に晒される。

これに耐えるため、第１図すに示すように絶縁電線Ｂ自
体に更に層間絶縁用被覆Ｂ３を特別に施すかあるいは層
間毎に絶縁物（図示せず）を挾み込まねばならず、これ
らの絶縁処理は価格的あるいは工作的に非常に大変であ
る。

又、その結果層間絶縁用被覆Ｂ３あるいは層間絶縁物の
厚みによってコイルＡの断面積が大きくなるため巻線及
び鉄心ひいては回転電機の形状・寸法が大きくなってし
まう。

上述した如くサージ対策のために生起する絶縁処理の問
題及び形状・寸法の問題は回転電機のみならず電気機器
一般に共通したものである。

なお、第１図す中、Ｂ□は導体、Ｂ２は導体ａに対する
本来の絶縁被覆である。

本考案は上記従来技術の諸問題に鑑み、層間の絶縁性が
向上しひいては形状・寸法が小形化する電気機器の高圧
巻線を提供することを目的として新規な着想に基づいて
案出されたものであって、その特徴とする構成は、電線
が複数層に亘り一層につき複数列巻回されてなるコイル
を有する電気機器の高圧巻線において、上記コイルは列
方向にて複数に分割されており、各分割コイルは絶縁電
線を整列巻回して形成されたものであり、分割コイル中
の隣接層では列方向における巻回進行方向が互いに逆方
向であり、分割コイルどうしでは下から同数番目の層の
列方向における巻回進行方向が同方向であり、複数個の
コイルは、隣接する一方の分割コイルの最大層コイル端
と他方の分割コイルの最下層コイル端とが接続されて直
列接続されており、更に、上記各分割コイルの一層当り
の巻回列数は当該各分割コイル内の隣接層間の最大電位
差が上記絶縁電線の２線間絶縁耐力以下となる数値とし
、分割コイル間には素線群間絶縁物をまたコイル全体に
は対地絶縁物を夫々施したことにある。

以下、本考案の一実施例を第２図ａ、 ｂに基づいて説
明する。

実施例に係る高圧巻線は従来技術の一例として第１図ａ
に示した高圧回転電機の電機子巻線に本考案を適用した
ものである。

そこで、従来技術を同一部分には同一符号を付して重複
する説明は省略する。

第２図ａに示すように、電機子巻線を構成するよう鉄心
Ｃの下段に配設されたコイルＬは２個の分割コイルＬ１
． Ｌ２に分割されその直列接続として形成される。

この場合一方の分割コイルＬの一層当りの巻回列数は４
列であり、他方の分割コイルＬ２の一層当りの巻回列数
は３列である。

したがってコイルＬの一層等りの巻回列数は従来のコイ
ルＡの巻回列数と同じ７列であるが、コイルＬは列方向
に４対３の割合で２分割されている。

この場合、各分割コイルＬ１． Ｌ２内での素線並び（
ターン順序）は前記コイルＡの場合に準じていて、素線
並びに順を夫々示す符号１′〜２８′及び２９′〜４９
′のように絶縁電線Ｊ（ポリエステル電線、ポリアミド
イミド電線、ポリイミド電線等のエナメル線）は整列し
て巻回されている。

即ち、分割コイルＬ□は４列７層に巻回され、分割コイ
ルＬ２は３列７層に巻回されている。

また第２図ａより判るように、各分割コイルＬ□、Ｌ２
では下から奇数番目の層では列方向における巻回進行方
向が１′→２′→３′→４′、２９′→３０′→３１′
という如くともに右方向であり、逆に偶数層では、８′
→７′→９′→５′、３４′→３３′→３２′という如
くともに左方向である。

つまり、各分割コイルＬｌ−Ｌ２中の上下の隣接層では
巻回進行方向が互いに逆方向であり、分割コイルＬｌ、
Ｌ２どうしでは下から同数番目の層の巻回進行方向は同
じである。

また分割コイルＬＬ、Ｌ２どうしは直列接続されている
が、第２図ａより判るように、一方の分割コイルＬ１の
最上層のコイル端素線２８′に他方の分割コイルＬ２の
最下層のコイル端素線２９′が接続されている。

更に、分割コイルＬ１． Ｌ２間は後述する如く、やや
大きな電位差（素線間型位差）が加わるため、素線群間
絶縁物Ｋをその間に介在させている。

ここで両分割コイルＬ工、１．でのサージによる最大層
間電位差を調べるに、前述と同様、１ターン当りの長さ
を１□＝１ｒｒＬ１サージの波頭峻度をＶｓ／ ｔ 、
＝３０ＫＶ／ μｓｅｃ及びサージの平均伝搬速度を
υ□＝ ２ Ｘ １（Ｐ ｃｍ／ｓｅｃとする。

分割コイルＬ１においては、巻回列数がｎ＝４であるか
ら前記式（２）により最大層間電位差Ｖ１−ｓ＝１０ｔ
５００Ｖを得る。

これは絶縁電線Ｊの通常の絶縁耐力（１５゜ｏｏｏｖ）
を十分に下廻っていて何らの問題は生じない。

また、分割コイルＬ２においても、巻回列数がｎ＝３で
あるから前記式（２）により最大層間電位差Ｖ□−５＝
７ｖ５００Ｖとなりこれまた絶縁電線Ｊの絶縁耐力（１
５，０ＯＯＶ）を下廻っている。

なお、前記式（２）より前記条件下で逆算するに、この
場合分割コイルの巻回列数が最大５列であれば１５、０
ＯＯＶの絶縁耐力を超えることはない。

上述のように最大層間電位差がいずれも絶縁電線Ｊの絶
縁耐力以下となる巻回列数で形成された両分割コイルＬ
、、 Ｌ２は前述の如く直列に接続されてコイルＬを形
成するが、この場合両分割コイルＬＸ、Ｌ２間の電位差
は前記式（１）から算出されるようにサージに関する前
記条件を考慮すると最大３５、０ＯＯＶとなる。

したがって、両分割コイルＬｌ−Ｌ！間は素線群絶縁物
にで仕切って絶縁処理を施しである。

分割コイルＬ□、Ｌ２でなるコイルＬは当然のことなが
ら従来と同様に対地絶縁下で絶縁処理が施されている。

なお、上記電位差３ふ０００Ｖは素線４′と素線２９′
との間を例にとった次式（４）の算出結果であることを
付言しておく。

このようにコイルＬを巻回列方向に２分割し、分割コイ
ルＬ、、 Ｌ２間を素線群間絶縁物にで絶縁したので、
使用される絶縁電線Ｊは、第２図すに示すように、導体
Ｊ１に本来的な絶縁被覆りが施されたままで良く、従来
更に施した層間絶縁用被覆Ｂ３あるいは層間絶縁物が不
要となる。

これはコイルＬの断面積が小さくなり、巻線全体ひいて
は電気機器が小形化され得る。

また電気機器全体の価格に対する電線価値の占める割合
が大きいため、余分な層間絶縁用被覆烏や層間絶縁物を
省けるので電線価格あるいは作業工数が低下し電気機器
が安価になる。

上記実施例において、コイルＬを分割コイルＬｌ−Ｌ２
に２分割したが、コイルＬのもともとの巻回列数と絶縁
電線Ｊの２線間絶縁耐力とのより３分割以上にしても良
いことは明白である。

また、絶縁電線Ｊもエナメル線に限定されずその絶縁耐
力も１５．０ＯＯＶに限ることはない。

更に、素線群間絶縁物には分割コイル間の最大電位差に
耐えるものであればその材質、形状等が限定されるもの
ではない。

なお、第２図ａ中上段のコイルＨも上述のコイルＬと同
様に形成されるので説明を省略した。

以上実施例とともに詳細に説明したように、本考案によ
れば、層間の絶縁性が向上し、絶縁電線が安価になると
共に巻線も小形になる。

それにより電気機器が安価且つ小形になる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、 ｂは従来の高圧巻線に係り、第１図ａは回
転電機コイルを示す断面図、第１図すはそれに使用され
る絶縁電線を示す断面図、第２図ａ、 ｂは本考案の一
実施例に係り、第２図ａは回転電機のコイルを示す断面
図、第２図すはそれに使用される絶縁電線を示す断面図
である。 図面中、１′〜４９′は素線、Ｃは鉄心、Ｄは鉄心の溝
、Ｅは楔、Ｆは対地絶縁、Ｈ，Ｌはコイル、Ｌ□、Ｌ、
は分割コイル、Ｊは絶縁電線、Ｊ□は導体、Ｊ２は絶縁
被覆、Ｋは素線群間絶縁物である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電線が複数層に亘り一層につき複数列巻回されてなるコ
   イルを有する電気機器の高圧巻線において、上記コイル
   は列方向にて複数に分割されており、各分割コイルは絶
   縁電線を整列巻回して形成されたものであり、分割コイ
   ル中の隣接層では列方向における巻回進行方向が互いに
   逆方向であり、分割コイルどうしでは下から同数番目の
   層の列方向における巻回進行方向が同方向であり、複数
   個の分割コイルは、隣接する一方の分割コイルの最上層
   コイル端と他方の分割コイルの最下層のコイル端とが接
   続されて直列接続されており、更に、上記各分割コイル
   の一層あたりの巻回列数は当該各分割コイル内の隣接層
   間の最大電位差が上記絶縁電線の２線間絶縁耐力以下と
   なる数値とし、分割コイル間には素線群間絶縁物をまた
   コイル全体には対地絶縁物を夫々施したことを特徴とす
   る電気機器の高圧巻線。