JPS6166539A - 固定子コイル - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、回転電線の固定子コイルとして、鉄８端から
外部にあるコイル端部迄の長さく以下コイル鉄心外有効
長さヱと称する）の短かい固定子コイルに係り、特に、
良好なコロナ防止が図られ且つコロナシールド特性のバ
ラツキを少なくした固定子コイルに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点］ 近年、回転電機として水車発電機、タービン発電観は超
大容量化の傾向にあり、水車発電機では２５０　Ｍ　Ｖ
　Ａ以上、タービン発電機では５００ＭＶＡ以上となり
、これに伴い定格電圧も１１ｋＶ以上となり、２５ｋＶ
も採用され且つ小形化の傾向にある。

また、上記の如くの高電圧回転電機の固定子コイルは、
対地絶縁層内のコロナ放電を防止するため、その絶縁層
は、できるかぎり空げき（ボイド）のない絶縁層とする
努力によって昭和３０年代に比較して、その厚さが近年
は２７３程度となった。

しかも、水車発電機の固定子コイルにおけるコイル鉄心
外有効長さは、定格電圧１３．８　ｋＶで４００ｍのも
のが製造され、従って、高抵抗コロナシールドは良好且
つより厳しさを要求されてきた。

一般に、ＪＥＳ　　ＡＳＭ等の規格では、回転電顕の固
定子巻線の耐圧試験電圧を、定格電圧×２＋３０００Ｖ
、又、ハ定４’８’ｌ圧Ｘ　２　＋　１０００　Ｖ　ト
しているが、近時に至っては、それを上まる定格電圧×
２．５という過酷な試験の要求も出てきた。

しかも、固定子巻線用コイル単体の耐電圧値は、鉄心ス
ロットへ固定子コイルを収納する際の工作落ちを見込ん
で、品質管理上では定格電圧×３、又は定格電圧×４と
いう耐圧試験を実施している。

上記耐圧試験を満足する固定子コイルとしての最大の課
題は、鉄心端或いは鉄心を模擬して固定子コイルに巻付
けた錫箔端から外部に延出したコイル端部の沿面コＯす
を抑制するための高抵抗コロナシールド層が完全である
か否かであり、また一般の水車発電機の一台当り約８０
０本もある固定子コイルのコイル端部の沿面コロナを、
バラツキなく抑制し得ることである。

従来、定格電圧１１ｋＶ以上の回転′Ｒ機の固定子コイ
ルとして、第３図のように構成されたちのがある。即ち
、固定子鉄心１のスロット１ａに固定子コイル２が納め
られている。この固定子コイル２は、コイル素線導体３
に絶縁Ｈ４が設けられ、スロット１ａ内に収納される部
分と、鉄心１の端部から少し延出した部分までとに、ス
ロットコロナ防止用低抵抗コロナシールド層５が設けら
れると共に、それより先の部分には、低抵抗コロナシー
ルド層５に連接してエンドコロナ防止用の高抵抗コロナ
シールド！！６が設けられている。

上記高抵抗コロナシールド１！！６は、これが含鉄アス
ベストテープの巻回で構成される場合には、その巻付は
部長さを約２００＃とじて定格電圧１３．８　ｋＶの固
定子コイルが出来上がる。この固定子コイルの単体耐圧
試験の印加電圧は４１．４　ｋＶ、又は５５．２　ｋＶ
であるが、３５ｋＶ近傍になると、沿面コロナを発生す
ることがある。

上記沿面コロナの発生箇所は、含鉄アスベスト層にプリ
プレグ絶縁層のワニスが冬場に浸入する部位である鉄心
端想定線近傍より発生する。また固定子コイル鉄心外有
効長さくｉ＞が４００ｍ以下の場合のものにあっては、
含鉄アスベストテープ巻回終端９とコイル導体３に沿面
せん略することがある。

しかし、この固定子コイルを水車発ｍｌに用いるときは
、コイルの電磁振動を抑制するためにコイル端部相互又
はコイル端部とへインド帯とを強固に固定するようにし
ている。このため、上記定格電圧にみあうた所定の電圧
で耐圧試験をしようとすると隣接コイル又は固定箇所間
に沿面コロナが生じ、この沿面可視コロナの発生が多く
なると耐圧試験の規格を満足しない場合が生ずる。

そこで、上記沿面コロナの発生を防止するために、高電
圧固定子コイルの高抵抗コロナシールド層を、電圧非線
形抵抗特性を有する塗料を塗布したテープ（以下８ｉＣ
コロナ防止テープと称する）を巻回して形成する方式が
行なわれている。このＳｉＣコロナ防止テープの巻付は
長さは、約１５０ｍｍとしている。しかし乍ら、単体耐
圧試験として電圧印加３８ｋＶ近傍になると、沿面コロ
ナを発生することがある。

この沿面コロナの発生は、プリプレグ絶縁層のワニスが
加圧加熱硬化時に鉄心端近例の高抵抗コロナシールド層
に多重に浸入し、コロナシールド効果を半減させるため
である。これを防止するため上記ＳＩＣコロナ防止テー
プの巻回を、プリプレグ絶縁層の加圧加熱硬化後に行な
うことが考えられる。

この場合、上記ＳｉＣコＯす防止テープの巻付長ざは１
５０ｍとし、固定子コイル２の直線部２ａから曲線部２
ｂへ移行する曲り部２Ｃを越えることになり、またこの
ＳｉＣコロナ防止テープへ塗布するシリコンカーバイト
塗料をなるべく可撓性を有したものを用いたとしても、
プリプレグ絶縁層の表面部には微小な突起が生じており
、しかも絶縁層は固く硬化しているので、特に曲り部２
Ｃの絶縁層と上記ＳｉＣコロナ防止テープとは互に密着
しない。従って、印加電圧が３７ｋＶ近傍の高電圧にな
ると、上記密着しない部分から沿面可視コロナが生じる
場合がある。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、定格電圧が１１ｋＶ以上でコイル鉄心
外有効長さくＬ）の短かい固定子コイルにおいて、良好
なコロナ防止が図られ且つコイル毎のコロナシールド特
性のバラツキを少なくした固定子コイルを提供すること
にある。

［発明の概要］ 本発明は、鉄心端から外部に延出したコイル端部までの
長さが短い固定子コイルにおいて、上記鉄心スロットに
収納される直線部と鉄心外にて上記直線部から曲線部に
移行する曲り部とを有した導体上に絶縁被膜を施して導
体素線コイルが形成され、この導体素線コイルにプリプ
レグ絶縁テープを巻回してプリプレグ状の絶縁層が設け
ら机、該コイル直線部の鉄心想定線より鉄心外直線部に
渡る長さ１０〜８０ｓｎの上記プリプレグ絶縁層上に芳
香族ポリイミド系導電性繊維からなる高密度半導電性薄
葉シートを巻回して半導電層が設けられ、この半導電層
上の上記鉄心端に近い部分より外側に１０〜５０＃の距
離を離して高抵抗コロナシールド材料が巻回されたもの
を真空加圧加熱することにより上記プリプレグ絶縁層が
硬化されると共に高抵抗コロナシールド層が形成され、
上記鉄心スロットに収納される直線部とその近傍の低抵
抗塗料を塗布すべき部位の外方直線終端部付近まで上記
高抵抗コロナシールド層より低抵抗を有した低抵抗コロ
ナシールド層を設けることにより、上記半導電層には上
記プリプレグ絶縁層のワニスは微倦しか浸入しないよう
にし、上記低抵抗コロナシールド層を設けることにより
、表面電位分布を緩やかに上昇させるようにしてコロナ
シールド作用を良好にし、また、上記プリプレグ絶縁層
の硬化の際には、上記含鉄アスベスト層に上記プリプレ
グ絶縁層から適度にワニスを浸入させると共に上記プリ
プレグ絶縁層が硬化した対地絶縁層と上記半導電層及び
上記高抵抗コロナシールド層とが微小な隙間もない一体
となることにより長年月の回転常態の運転に耐える固定
子コイルとしたことを特徴とするものである。

〔発明の実施例］ 以下本発明に係る固定子コイルの第１の実施例について
その製造の順序に従って第１図を参照して説明する。

まず、エポキシ系樹脂としてエピコート１００１（シェ
ル社製商品名）１０〜２０重量部と、°エピコート８２
８（シェル社製商品名）１５〜２５重量部と、硬化剤と
してナデイツクメチルアンハイドライド（ＮＭＡ＞２５
〜４０重ｆｉ１部と、メチルエチルケトン５０〜２０１
１部とを混合してエポキシ系ワニスを製造する。

次いで、マイカシートに、上記エポキシ系ワニス重漬部
２０％を塗布し、加熱乾燥を施してプリプレグマイカシ
ートを製造し、これをテープに成形するべく切断する。

プリプレグマイカテープをコイル鉄心外有効長さ、！３
５０ｍのコイル導体３に所定回数巻回してプリプレグ状
の絶縁＠４を形成する。

次ぎに、表面固有抵抗２．５Ｘ１０３〜４．５Ｘ１０３
（Ω）、体積固有抵抗３．０Ｘ１０Ａ〜７．０ｘ１０’
　　（０ｃｍ　＞になるように芳香族ポリアミド繊維と
半導電性カーボン様相とをからませ不織布シートを製造
する。

次いで、上記不織布シートを加圧して０．７０〜０．８
０（ｇ／ｃｉ）の高密度半導電性シートを製作し、４０
＃に切断する。

次いで、上記プリプレグ絶縁層上の鉄心端想定線Ａから
１５＃離した位置に上記半導電性シートを袋巻１回を施
こし、次に、鉄心想定ｍＡから２０′Ｍ離した位置即ち
半導電！ｆ１７の上から含鉄アスベストテープを１５０
ｍ巻回して含鉄アスベストテープからなる高抵抗コロナ
シールド層６を形成する。

そして、上記固定子コイル全体に非接着性テープを巻回
し、真空加圧加熱タンク内に入れ、真空中で熱軟化性絶
縁フンパウンドをタンク内に流入し、固定子コイル全体
を絶縁コンパウンドで包みこみ、その後、加圧加熱して
半硬化プリプレグ状の絶ｎｒｒａを硬化させる。この時
、含鉄アスベスト層にプリプレグ絶縁層のワニスを浸入
させて高抵抗コロナシールド層６が形成され、この時、
上記プリプレグ絶縁層のワニスは、半導電性シート７に
微量しか浸入しない。

従って、含鉄アスベストテープからなる高抵抗コロナシ
ールド［１６より、低抵抗の半導、電層７が形成できる
。次にタンク内に流入した絶縁コンパウンドをタンク内
より取り出し、その後、固定子コイルを冷却し、非接着
性テープを除去して硬化した絶縁層４の上にスロットに
収納される部分から鉄心端想定線外２０ｍ＋＋にわたっ
てその絶縁層４の保護と、これの後に塗布するスロット
コロナ防止用低抵抗塗料の抵抗値の安定のためがラステ
ープ（ポリエステルチーブ或いはアスベストテープでも
良く、耐熱性の用途に応じて適宜選定できる）とを巻回
し、保護テープ層８を形成する。

次に、この保護テープ層８の上に、スロットコロナ防止
用低抵抗コロナシールド層５を形成する。

次に、上記の如くして製造された本実施例の固定子コイ
ルの作用について説明する。

半導電層７に用いた芳香族ポリイミド系半導電性繊維は
、高密度半導電性シートであるので、プリプレグ状の絶
縁Ｗ！４のワニスの浸み込みが微量で、半導電層７の表
面抵抗値は１０（Ω）程度増す。

従って、本実施例のプリプレグ絶縁層が硬化した時点の
半導電層７の表面抵抗値は２．５Ｘ　１０４〜４．５ｘ
ｌＯ’　　（Ω）となる。且つ耐熱性の良好な芳香族ポ
リイミド系材料を使用しているため、プリプレグ絶縁層
の加圧加熱硬化時の温度の影響によるｆ８縁抵抗の変化
がなく、よって期待されるｔｌｌ！ｉ縁抵抗値が維持さ
れる。

ここで、半導電性薄葉シートの密度を０．２５乃至１，
００　　（ｇ／ｃｔｉ）としたのは、密度が０．２５（
ｇ／　ｃｔｉ　）以下では絶縁層４の近傍からのワニス
の浸み込み岳が多くなり、期待される絶縁抵抗値を維持
できず、また、１．００　　（ｇ／　ｃｍ　）以上では
半導電性薄葉シートが固くなり、プリプレグ絶縁層に密
着させる作業が困難となるためである。

次に、半導電性薄葉シートの表面絶縁抵抗をｌ×１０７
　　（Ω）以下としたのは、ｌＸ１０７（Ω）以上では
、表面電位分布が直線に近い緩やかな分布とならず、半
導電層で急激に上昇するので低抵抗コロナシールド層と
しての役目は半減するためである。

次いで、半導電性薄葉シートの体積固有抵抗値をｌＸ１
０４乃至５Ｘ１０Ｂ　　（ΩｃＩＲ）としたのは、ｌＸ
１０４　　（０ｃｍ　）以下では、低抵抗コロナ防止塗
料を延長した効果と同等となり、コイル鉄心外有効長さ
尤の短い固定子コイルでは、よりよいコロナシールド唐
とならず沿面可視コロナを発生するためであり、また、
５Ｘ１０Ｓ　　（Ωα）以上では、表面電位分布が直線
に近い緩やかな分布とならず半導電層７で急激（上昇し
、低抵抗コロナシールド層としての役目は半減するため
である。

次に、鉄心端から４０＃離して含鉄アスベストテープを
巻回したのは、鉄心端近傍の高抵抗コロナシールド層の
抵抗値が高くなり過ぎてしまい、コロナシールド！！６
の役目が半減してしまうのを防止するためである。

これは、最小１０＃位まで許容でき、最大５゜ｍ８越え
ると、抵抗値の低い範囲が長過ぎてしまい、高抵抗コロ
ナシールド層の役目を果さず、よってコイル鉄心外有効
長さ尤の短かい固定子コイルでは沿面コロナの発生を防
止することが困難となる。

第２図は各種固定子コイルを鉄心スロット内に収納する
部分に錫箔を巻回しアースとして、コイル導体とアース
間に５０Ｈｚの交流電圧３）ｋＶを印加したときの錫箔
端から前方のコイル端側の各長さ位置に対するコイル表
面電位を百分率で示した曲線図である。

曲線Ａは、高抵抗コロナシールド層が無い場合であって
錫箔端近辺において急激に表面電位が上昇してしまい、
可視コロナ発生電圧は４．０〜６．０ｋＶとい極めて悪
い特性となっている。

曲Ｉ！Ｂは、従来の含鉄アスベスト方式の高抵抗コロナ
シールド房の長ざ１５０ｍｍ＋の固定子コイルの場合で
あり、この場合、５本測定した固定子コイルの電位分布
のバラツキが大きく且つ錫箔端近辺で電位が上昇する固
定子コイルもあった。この急上昇するものが耐コロナ性
が悪いものであって可視コロナ光中電圧３２ｋＶの固定
子コイルもあった。これに対し曲線Ｃは、本実施例の固
定子コ゛イルの場合であり、この場合には、表面電位分
布は直線に近く緩やかに分布されており且つ５本測定し
た固定子コイルの電位分布のバラツキは小さく、耐コロ
ナ特性が良好になることを示しており実際に可視コロナ
を発生する電圧を測定したところ５５．０〜５７．Ｏｋ
Ｖという極めて良好な特性を得た。

本実施例による固定子コイル８４０本を、水車発電機の
固定子鉄心に収納する前に４１．４ｋＶの耐圧試験を実
施したところ、沿面可視コロナの発生は見られず、全数
合格したことを確認した。

曲線りは、侵述する第２の実施例の場合のものである。

この第２の実施例のものを水車発電灘の固定子鉄心に収
納しコイル端部及びコイル相互間を厳重に固定し、コイ
ル導体３と図示しない鉄心との間に５０Ｈｚの交流電圧
３４．５ｋＶを印加する耐圧試験を行なったが沿面可視
コロナは見られなかった。即ち、鉄心外有効長さ！３５
０ｍ＋の定格電圧１３．８ｋＶの固定子巻線として合格
したことが確認された。

次に、本発明の第２の実施例についてその製造順序に従
って説明する。

まず、シリコンカーバイド（以下ＳｉＣと称する）とし
て電気用＃２０００　（Ｊ　ＩＳで定める粒度）７０〜
３０重量部と、研磨用＃１０００ＬＩＩＳで定める粒度
）３−０〜７０重量部とを混合したＳｉＣを製造する。

次に、ＳｉＣペイントにするためエピコート１５４（シ
ェル社商品名＞３０〜２０重ψ部と、エポキシフェノー
ルノボラック１０〜４Ｍ世部と、硬化剤として三フッ化
はう素モノエチルアミン５〜１重量部とを混合後、その
中に前述で製造したＳｉ　０４５〜５５重同部とトルエ
ン１０〜２０重量部とを混合したＳｉＣペイントを製造
する。

次ぎに、０．１３Ｍ厚のガラステープにＳｉＣペイント
を３０Ｃｌ／Ｔｄ〜５５０！？／ゴ塗布後、５０°Ｃ〜
８０℃の温度で１０〜３時間乾燥してＳｉＣコロナ防止
用テープを製造する。

そして、第１の実施例のプリプレグマイカテープを、コ
イル鉄心外有効長さ１のコイル導体３に所定回数巻回し
、プリプレグ状の絶縁層を形成する。次ぎに、表面固有
抵抗が６．０Ｘ１０３〜１Ｘ１０４（Ω）で体積固有抵
抗が８Ｘ１０４〜３．０Ｘ１０５　　（ΩｃｒＲ）で、
密度０．３０〜０．４０（ｇ／　ａｉ　）の芳香族ポリ
アミド系高密度半導電性シートを製作し、それを６０Ｍ
長さに切断し、次いで、前述のプリプレグ絶縁層上の鉄
心端想定線Ａから３０１ｎｍｌ！Ｉした位置に、前述の
半導電性シー１〜を袋巻１回７′とし、次に、鉄心端想
定ＰｉｌＡから４５Ｍ離した位置、即ち半導電層７の上
から前述のＳｉＣコロナ防止テープを１１００１ｎ巻回
して（高抵抗コロナシールド層６′を）形成する。

次いで、この固定子コイルを第１の実施例と同様な方法
で半硬化性の絶縁層４を硬化させる。次に、硬化した絶
縁層４の上にスロット内に収納される部分から鉄心端想
定線Ａ外３５＃にわたり、絶縁層４の保護と、これから
塗布するスロットコロチ防止用低抵抗塗料の抵抗値の安
定のためにポリエステルチーブを巻回して保護テープ８
を形成する。　次に、この保護テープ層８の上に、スロ
ットコロナ防止用の低抵抗コロナシールド層５を形成す
る。

次に、上記第２の実施例の作用について説明する。

第２の実施例によれば、第１の実施例に準じた作用効果
を示し、その表面電位分布曲線は第２図の曲１１Ｄに示
すようになる。即ち、曲線Ｃに示す実施例と同様にほぼ
直線的に電位分布し、且つ５本測定した固定子コイルの
電位分布のバラツキは小さい。

そして可視コロナの発生電圧は５５ｋＶ〜５６ｋＶとな
り、第１の実施例と同程度であった。そして、これら固
定子コイルを水車発電撮の固定子鉄心に収納し、コイル
端部及びコイル相互間を厳重に固定し、コイル導体３と
鉄心との間に５０Ｈｚの交流電圧３２．５　ｋＶの電圧
印加の耐圧試験を行なうと、沿面可視コロナは見られな
かった。即ち、鉄心外有効長さ１３３０ｍの定格電圧１
３．８　ｋＶの固定子巻線として合格したことが確認さ
れた。

ここで可視コロナが見られた位置は、曲線Ｂのものは鉄
心端近傍であり、曲線Ｃ，Ｄについては、アスベストテ
ープ層または、ＳｉＣコロナ防止テープ層の端部９，９
′であった。

尚、本発明は上記しかつ図面に示した実施例のみに限定
されるものでなく、その要旨を変更しない範囲で種々変
形して実施できることは勿論である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、鉄心端から外部に延
出したコイル端部までの長さが短い固定子コイルにおい
て、上記鉄心スロットに収納される直線部と鉄心外にて
上記直線部から曲線部に移行する曲り部とを有した導体
上に絶縁被暎を施して導体素線コイルが形成され、この
導体素線コイルにプリプレグ絶縁テープを巻回してプリ
プレグ状の絶縁層が設けられ、該コイル直線部の鉄心想
定線より鉄心外画線部に渡る長さ１０〜８０ＩｎＭの上
記プリプレグ絶縁層上に芳香族ポリイミド系導電性繊維
からなる高密度半導電性薄葉シートを巻回して半導電層
が設けられ、この半導電層上の上記鉄心端に近い部分よ
り外側に１０〜５０ＩＭＲの距離を離して高抵抗コロナ
シールド材料が巻回されたものを真空加圧加熱すること
により上記プリプレグ絶縁層が硬化されると共に高抵抗
コロナシールド層が形成され、上記鉄心スロットに収納
される直線部とその近傍の低抵抗塗れを塗布すべき部位
の外方直線終端部付近まで上記高抵抗コロナシールド層
より低抵抗を有した低抵抗コロナシールド層を設けたの
で、プリプレグ絶縁層の硬化の際には、半導電層にプリ
プレグ絶縁層から微司のワニスを含浸させると共にプリ
プレグ絶縁層が硬化してなる対地絶縁層と半導電層及び
高抵抗コロナシールド唐とが微小な隙間もない一体のも
のとなり、表面電位分布が緩やかに上昇する直線状とな
り、もってコロナシールド作用の良好な固定子コイルが
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る固定子コイルの一実施例を示す要
部断面図、第２図は同実施例の作用を説明するものであ
って各種固定子コイルの端部の表面電位分布を示す曲線
図、第３図は従来の固定子コイルを示す要部断面図であ
る。 １・・・鉄心、１ａ・・・スロット、２・・・固定子コ
イル、２ａ・・・直線部、２ｂ・・・曲線部、２Ｃ・・
・曲り部、３・・・コイル導体、４・・・絶縁層、５・
・・スロットコロナ防止用低抵抗コロナシールド層、６
・・・高抵抗コロナシールド層、７・・・半導電層、８
・・・保護テープ層、９・・・高抵抗コロナシールド層
端部、Ａ・・・鉄心端想定線、ヱ・・・固定子コイル鉄
心外有効長さ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄心端から外部に延出したコイル端部までの長さ
   が短い固定子コイルにおいて、上記鉄心スロットに収納
   される直線部と鉄心外にて上記直線部から曲線部に移行
   する曲り部とを有した導体上に絶縁被膜を施して導体素
   線コイルが形成され、この導体素線コイルにプリプレグ
   絶縁テープを巻回してプリプレグ状の絶縁層が設けられ
   、該コイル直線部の鉄心想定線より鉄心外直線部に渡る
   長さ１０〜８０ｍｍの上記プリプレグ絶縁層上に芳香族
   ポリイミド系導電性繊維からなる高密度半導電性薄葉シ
   ートを巻回して半導電層が設けられ、この半導電層上の
   上記鉄心端に近い部分より外側に１０〜５０ｍｍの距離
   を離して高抵抗コロナシールド材料が巻回されたものを
   真空加圧加熱することにより上記プリプレグ絶縁層が硬
   化されると共に高抵抗コロナシールド層が形成され、上
   記鉄心スロットに収納される直線部とその近傍の低抵抗
   塗料を塗布すべき部位の外方直線終端部付近まで上記高
   抵抗コロナシールド層より低抵抗を有した低抵抗コロナ
   シールド層が設けられたことを特徴とする固定子コイル
   。
2. （２）高抵抗コロナシールド材料として、含鉄アスベス
   トテープを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第（
   １）項記載の固定子コイル。
3. （３）高抵抗コロナシールド材料として、電圧非線形抵
   抗特性を有したシリコンカーバイド塗料を塗布したテー
   プを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の固定子コイル。
4. （４）高密度半導電性薄葉シートとして、繊維密度０．
   ２５〜１．００（ｇ／ｃｍ＾２）で表面固有抵抗１×１
   ０＾７（Ω）以下で体積固有抵抗１×１０＾４〜５×１
   ０＾６（Ωｃｍ）のものを用いたことを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の固定子コイル。