JP2001509961A - 固定部品を有する電気機械の巻線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 静的な部分を有する電気的装置中の巻線（１３）は、高圧ケーブル（１）からなり、あらかじめ組み立てられるドラム（１５）に巻線を形成するケーブル（１）を巻き付けることによりドラムの形状の中に収納される。ドラム（１５）は、現場で装置に取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 固定部品を有する電気機械の巻線 本発明は、主に１０ｋＶを上回る電圧を意味する高圧で使用するための、例え ば電力変圧器などの、静止部品を有する電気機械の請求項１の序文で述べるよう な巻線に関する。本発明による変圧器の典型的な使用範囲は、３６〜８００ｋＶ でよい。 従来通りの電力変圧器は、例えばFredrik Gustavsonによる著書「Elektriska Maskiner」(Kungliga Tekniska Hogskolan，1996)の３．６〜３．１２で開示さ れているように、通常はオイルで冷却され、絶縁されている。しかし、このよう なオイルを充填する電力変圧器に固有の問題が幾つかある。巻線、絶縁および冷 却用のオイル、および種々のタイプの機械的ブレーシング手段を備えた変圧器に は、外部筐体が必要である。この筐体に対する機械的要求は大きく、製造および 組立プロセスは非常に時間がかかる。最後に、筐体の外寸法は大きく、したがっ て必然的に輸送の問題が生じる。オイル冷却、特に加圧したオイルでの冷却は、 オイル・ポンプ、外部の冷却要素および膨張容器なども必要とする。絶縁材料も 極めて純粋で、導電粒子がないものでなければならない。オイルおよび他の絶縁 材料の両方の含水率も、大気よりはるかに低くなければならない。通常の生産で は、別個のプロセスの含水率が、紙および他のセルロース材料では１％未満、オ イルでは数マイクロパートである。絶縁システム全体を、製造プロセスの最後で 慎重に乾燥させなければならない。この高い純度と低い含水率を、変圧器の輸送 および操作中に維持しなければならない。 例えば日本特許第4 179 107号、第6 196 343号および第7 057 951号により、 予備製造したドラムの形態の巻線が既に知られている。しかし、巻線は高圧ケー ブルには使用されていない。 米国特許第5,036，165号により、絶縁体に半導体熱分解グラスファイバの内部 および外部層を設けた導体が知られている。ダイナモエレクトリック機械の導体 に、例えば米国特許第5,066,881号に記載されているような絶縁体を設け、半導 体熱分 解グラスファイバ層が導体を形成する２本の平行な棒と接触して、固定子スロッ ト内の絶縁体を半導体熱分解グラスファイバの外層で囲むことも知られている。 熱分解グラスファイバ材料が適切とされるのは、含浸処理の後にも抵抗率を維持 するからである。 本発明の目的は、上記の問題を解決し、さらに製造を単純化し、輸送を容易に して、製造および組立費用を削減することによって、このような機械を改善する ことである。この目的は、本発明による機械に請求項１の特徴的の部分で規定し た特徴を与えることによって達成される。 本発明は、複数の撚り線を有する芯、芯を囲む内部半導体層、内部半導体層を 囲む絶縁層、および絶縁層を囲む外部半導体層で構築されるタイプの高圧ケーブ ルに使用することを主に意図し、その利点はこの高圧ケーブルで特に明白である 。特に、直径が２０〜２００ｍｍの範囲で導電面積が８０〜３０００ｍｍ²の範 囲のこのようなケーブルに関する。したがって、本発明のこのような用途が、好 ましい実施形態となる。 本発明による配置構成では、巻線はＸＬＰＥケーブルのように、現在配電に使 用されているタイプの固体押出し絶縁体を有するケーブル、またはＥＰＡ絶縁体 を有するケーブルに対応するタイプであることが好ましい。このようなケーブル は、１本以上の撚り線部分で構成された内部導体、導体を囲む内部半導体層、こ れを囲む固体絶縁層、および絶縁層を囲む外部半導体層を備える。このようなケ ーブルは可撓性であり、これはこの状況では重要な特性である。というのは、本 発明による装置のテクノロジーが、主に、巻線が組立中に曲げられるケーブルか ら形成される巻線システムをベースとするからである。ＸＬＰＥケーブルの可撓 性は、通常、直径３０ｍｍのケーブルの場合は約２０ｃｍの曲率半径に、直径８ ０ｍｍのケーブルの場合は約６５ｃｍの曲率半径に相当する。本出願では、「可 撓性」という用語は、巻線がケーブル直径の４倍、好ましくはケーブル直径の８ 倍から１２倍のオーダーで曲率半径まで撓むことができることを示す。 巻線は、使用中に曲げられ、熱応力がかかった場合でも、その特性を維持する よう構築するとよい。ケーブルの層が、この状況で互いに対する付着力を保持す ることがきわめて重要である。ここでは層の材料特性、特にその弾性および相対 熱膨張率が非常に重要である。例えばＸＬＰＥケーブルでは、絶縁層が架橋低密 度ポリエチレンで構成され、半導体層が、煤および金属粒子を混合したポリエチ レンで構成される。温度変動の結果生じる体積の変化は、ケーブルの半径の変化 として完全に吸収され、これらの材料は弾性に対して層の熱膨張率の差が比較的 わずかであるので、層間の付着が失われることなく半径方向に膨張することがで きる。 上述した材料の組合せは、例証にすぎないと考えられる。規定された状態を満 たす他の組合せ、および半導性である、つまり抵抗率が１０^-1〜１０^-6Ωｃｍ、 例えば１〜５００Ωｃｍまたは１０〜２００Ωｃｍの範囲である状態も、当然、 本発明の範囲に入る。 絶縁層は、例えば低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（Ｈ ＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン（ＰＢ）、ポリメチルペンタ ン（ＰＭＰ）などの固体熱可塑性材料、架橋ポリエチレン（ＸＬＰＣ）などの架 橋材料、またはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）またはシリコンゴムなどのゴ ムで構成することができる。 内部および外部半導体層は、同じ基本的材料でもよいが、煤や金属粉などの導 電材料の粒子が混入される。 これらの材料の機械的性質、特にその熱膨張係数は、煤または金属粉が混入さ れているか否かには、少なくとも本発明により必要な導電性を達成するのに必要 な割合では、それほど影響されない。したがって、絶縁層および半導体層は、ほ ぼ同じ熱膨張率を有する。 エチレン酢酸ビニル共重合体／ニトリル・ゴム、ブチル・グラフト・ポリエチ レン、エチレン酢酸ブチル共重合体およびエチレンエチルアクリレート共重合体 も、半導体層の適切な重合体を構成することができる。 種々の層のベースとして異なるタイプの材料を使用する場合でも、その熱膨張 率がほぼ同じであることが望ましい。上に挙げた材料の組合せは、これに当ては まる。 上に挙げた材料は弾性が比較的良好で、弾性率がＥ＜５００ＭＰａ、好ましく は＜２００ＭＰａである。 弾性率は、層の材料の熱膨張率にわずかな差があっても、ひび割れや他の損傷 が現れず、層が互いから剥離しないよう、半径方向の弾性率に吸収されるのに十 分である。層の材料は弾性であり、層間の付着力は、少なくとも最も弱い材料と 同じ大きさである。 ２つの半導体層の導電性は、各層に沿って電位をほぼ等しくするのに十分であ る。外部半導体層の導電性は、ケーブル内に電界を封じ込めるのに十分なほど大 きいが、層の縦方向に誘導された電流によって有意の損失が生じることがないほ ど十分に小さい。 したがって、２つの半導体層はそれぞれ、基本的に１つの等電位面を構成し、 これらの層を有する巻線はその間に電界をほぼ封じ込める。 言うまでもなく、絶縁層内に１つまたは複数の追加の半導体層を配置するのは 差し支えない。 次に、本発明について、添付図面類を参照しながらさらに詳細に述べる。 図１は、本発明による電力変圧器の１位相の概略断面図を示す。 図２は、本発明による変圧器に使用する巻線ケーブルの断面図を示す。 図１は、変圧器芯１１、低圧巻線１２および高圧巻線１３を有する電力変圧器 の部分を断面で示す。本発明によると、巻線をあらかじめ組み立てられたドラム １４および１５に巻き付ける。これらのドラムは、工場で完全に巻かれてから、 電圧器を使用する現場に輸送され、そこで個々の位相の芯（図１では変圧器の１ 位相のみを図示する）に取り付けられる。 図１に示す例では、高圧巻線１３が製造および輸送上の理由により、２つのド ラム１５に分割される。巻線を幾つかのドラムに分割する場合は、現場で個々の 巻線のケーブルをケーブル・ジョイント１６によって接続する。 図２は、本発明による乾式電力変圧器に使用する電力ケーブル１の断面を示す 。ケーブル１は、円形断面の例えば銅で作成された導体で構成される数本の撚り 線２を備える。この導体は、ケーブル１の中央に配置される。ケーブルの周囲に は第１半導体層３がある。第１半導体層３の周囲には、例えばＸＬＰＥ絶縁体な どの絶縁層４がある。絶縁層４の周囲には第２半導体層５がある。したがってこ の場合、ケーブルは、通常は配電のためにこのようなケーブルを囲んでいる外部 筐 体を含まない。ケーブルは、導入部で述べたサイズでよい。 冷却空気用の管またはダクトが、巻線ケーブル間に配置されて、本発明による 変圧器の巻線を冷却する。これらの管またはダクトは、変圧器を使用場所に輸送 する前に、製造時にドラム１４および１５内に適切に配置される。 本発明により、従来通りの変圧器より単純に製造される乾式電力変圧器が実現 される。変圧器は、工場から現場までユニットとして輸送する必要はなく、輸送 および組立の両方の費用が減少する。 本発明は、言うまでもなく電力変圧器に限定されるものではなく、誘導リアク トルなどの固定部品を有する他の電気機械にも適用することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 フロム，ウド スウェーデン．エス―724 67 ヴェステ ロス，リーガタン 33 (72)発明者 リウ，ロンシェン スウェーデン．エス―722 28 ヴェステ ロス，バンガタン １ エフ (72)発明者 サッセ，クリスチャン スウェーデン．エス―724 64 ヴェステ ロス，ドロットニングガタン ４ ビー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．固定部品を有する電気機械の巻線で、巻線が巻線を形成する導体（１）を 巻き付けられるあらかじめ組み立てられたドラム（１５）の形状に収納され 、前記ドラム（１５）が現場で機械に取り付けられ、巻線（１３）が高圧ケ ーブル（１）で構成されることを特徴とする巻線。 ２．高圧ケーブル（１）が、複数の撚り線を有する芯（２）、芯（２）を囲む 内部半導体層（３）、内部半導体層を囲む絶縁層（４）、および絶縁層を囲 む外部半導体層（５）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の巻線。 ３．高圧ケーブル（１）が、２０〜２００ｍｍの範囲の直径、および８０〜３ ０００ｍｍ²の範囲の導電面積を有することを特徴とする、請求項２に記載 の巻線。 ４．機械が、芯を囲む低圧および高圧ケーブル（１２、１３）を備えた芯（１ １）を有する電力変圧器を構成し、巻線（１２、１３）が、巻線（１２、１ ３）を形成するケーブル（１）を巻き付けられるあらかじめ組み立てられた ドラム（１４、１５）の形状に収納され、前記ドラム（１４、１５）が変圧 器を使用する現場で変圧器芯（１１）に取り付けられることを特徴とする、 請求項１から３のいずれか１項に記載の巻線。 ５．高圧コイル（１３）が位相ごとに幾つかのドラム（１５）に分割され、ド ラム（１５）間のケーブル・ジョイント（１６）が現場で組立中に適用され ることを特徴とする、請求項４に記載の巻線。 ６．巻線（１２、１３）を冷却する管またはダクトが、変圧器を使用する現場 に輸送する前に、製造時にドラム（１４、１５）内に配置されることを特徴 とする、請求項１または２のいずれか１項に記載の巻線。 ７．請求項１から６のいずれか１項による巻線を特徴とする電力変圧器。 ８．請求項１から６のいずれか１項による巻線を特徴とする誘導リアクトル。