JP2001525657A - 高電圧機用巻線のための絶縁された導体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気機械内の高電圧巻線のための絶縁された導体（１０）は、多数の素線（１２）と、この素線（１２）を囲む第１半導電層（１４）と、この第１半導電層（１４）を囲む第１絶縁層（１６）と、この第１絶縁層（１６）を囲む第２半導電層（１８）と、この第２半導電層（１８）を囲む第３半導電層（１９）とを備えている。前記第２半導電層（１８）は、絶縁された導体（３０）に沿った少なくとも２つの異なる箇所において接地される。第３半導電層（１９）の電気的な連続性は、接地された箇所の間（２０）で中断されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 技術分野 本発明は、第１の態様において、回転電気機械あるいは変圧器内の高電圧巻線
のための絶縁された導体に関する。 本発明の第２態様は、上述したタイプの絶縁された導体を備える回転電気機械
に関する。 本発明の特に有用な適用対象は、発電所において電力を発電する発電機である
。

【０００２】 本発明は、同期機のような回転電気機械に適用できる。本発明はまた、好まし
くは高電圧で、本発明の絶縁された導体が巻線として用いられる、二重給電形機
(dual-fed machines)のような他の電気機械および非同期静電カスケード機(asyn
chronous static current cascades)、外側磁極機(outer pole machines)および
同期フロー機(synchronous flow machines)にも適用できる。ここで「高い電圧 」とは１０ｋＶを超え、特に３６ｋＶを超え、好ましくは７２．５ｋＶを超えて
４００ｋＶ乃至８００ｋＶ若しくはそれ以上に及ぶような非常に高い電圧を表す
。

【０００３】 背景技術 機械を説明しかつ記述することを可能とするために、同期機に基づいて例示さ
れる回転電気機械の簡単な説明をまず最初に行う。この説明の最初の部分は実質
的に、そのような機械の磁気回路およびそれが古典的な技術によってどのように
形成されるかに関する。ここで言及される磁気回路は、ほとんどの場合に固定子
内に設置されるので、以下においては磁気回路を一般的に積層されたコアを有す
る固定子として記載し、その巻線を固定子巻線と言い、かつ巻線のための積層さ
れたコア内のスロットを固定子スロットまたは単にスロットと言う。

【０００４】 固定子巻線は鋼板製コアのスロット内に設置されるが、このスロットは一般的
に矩形若しくは台形の断面形状を有している。各巻線相は多数の直列に接続され
たコイルグループから成り、かつ各コイルグループは多数の直列に接続されたコ
イルから成る。コイルの異なる部分は、固定子内に配置される部分をコイルサイ
ド(coil side)と称し、かつ固定子の外側に配置される部分を巻線端部(winding
end)と称する。コイルは、高さおよび／または幅方向に一体に接合された一つ若
しくは複数の導体から成る。

【０００５】 各導体間には、例えばエポキシとグラスファイバからなる薄い絶縁がある。

【０００６】 コイルはコイル絶縁、すなわち、機械と接地電位と間の定格電圧に耐えるよう
に意図された絶縁によってスロットから絶縁される。絶縁体として、種々のプラ
スチック、ワニスおよびグラスファイバ材料を用いることができる。通常は、雲
母と硬質プラスチックの混合物であり、かつ絶縁を急激に破壊する部分放電に対
する抵抗性を提供するために特に製造された、いわゆる雲母テープが用いられる
。絶縁は、雲母テープを何層にもわたってコイルに巻きつけることにより付加さ
れる。絶縁は含浸され、次いで接地電位に接続された周囲の固定子との接触を改
善するために、コイルサイドには黒鉛ベースの塗料が塗布される。

【０００７】 巻線における導体の有効断面は、問題となる電流の強度および使用する冷却方
法によって決定される。導体およびコイルは、スロット内における導体材料の量
を最大にするために、一般的には断面形状が矩形に形成される。典型的なコイル
はいわゆるローベル棒(Roebel bars)の形に形成され、いくつかの棒は冷却液の ために中空に形成される。ローベル棒は、スロットに沿って３６０度にわたって
交差する、平行に接続された複数の矩形で銅製の導体から成る。５４０度にわた
って交差するリングランド棒(Ringland bars)や、他の交差もまた見受けられる 。交差は、磁界から考察されるように、導体材料の断面形状において生成される
循環電流の発生を避けるために行われる。

【０００８】 機械的および電気的な理由によって、機械を任意の適正サイズに製造すること
ができない。機械の能力は、以下の３つの要因によって実質的に決定される。 - 巻線の導体の有効断面。一般的な動作温度で、例えば銅製の場合には、最大で
３〜３．５Ａ／ｍｍ^２である。 −固定子およびロータ材料の最大束密度（磁束）。 −絶縁材料の最大電界強度、いわゆる絶縁強度。

【０００９】 多相の交流巻線は、単層巻線若しくは２層巻線として設計される。単層巻線の
場合には１つのコイルサイドのみがスロット内にあり、２層巻線の場合には２つ
のコイルサイドがスロット内にある。２層巻線は通常ダイヤモンド巻線(diamond
windings)として設計される。一方、この点について関連する単層巻線は、ダイ
ヤモンド巻線若しくは同軸巻線(concentric winding)として設計される。ダイヤ
モンド巻線の場合、一つのコイルスパン（あるいは２つのコイルスパン）だけが
生じる。一方、フラット巻線は大きく変化するコイルスパンを有した同軸巻線と
して設計される。コイルスパンは、関連する磁極ピッチ若しくは中間スロットピ
ッチに関連するような、同じコイルに属する一対のコイルサイド間の円周方向距
離を意味する。通常、巻線に所望の特性を与えるために、異なる可変要素のコー
ディング(chording)、例えば短いピッチが用いられる。

【００１０】 巻線のタイプは実質的に、スロット内のコイル、すなわちコイルサイドがどの
ようにして固定子の外側、すなわち巻線端部と一体に接続されるかを決定する。

【００１１】 固定子の積層されたシートの外側においては、コイルには半導電性の接地電位
層が設けられない。巻線端部の端には、半径方向に延びる界を軸線方向の界に変
換することを意図するような、いわゆるコロナ防止ワニス型の電界(E-field)制 御が一般的に設けられるが、このことは巻線端部の端の絶縁上に接地電位に対し
て相対的に高い電位が生じることを意味している。このことは、時々、巻線端部
領域に破壊的なコロナ放電を引き起こす。巻線端部におけるいわゆる界制御点は
、回転電気機械に対する問題を伴う。

【００１２】 通常、全ての大きい機械は２層巻線および等しい大きさのコイルで設計される
。各コイルは、一方の側が一つの層内にあり他方の側が他の層内にあるように配
置される。このことは、全てのコイルが巻線端部において互いに交差することを
意味する。２つ以上の層が用いられる場合には、これらの交差が巻線作業を困難
としかつ巻線端部を劣化させる。

【００１３】 電力ネットワークの電圧が一般的に回転電気機械の電圧より高いレベルにある
ために、電力ネットワークに対する同期機／発電機の接続がＡＥ／ＹＤ接続(AE/
YD-connected)されたいわゆる逓昇変圧器を介してなされなければならないこと は、一般的に公知である。同期機と共に、この変圧器はプラントの統合された部
分を構成する。変圧器は、特別なコストを生じさせるとともに、システムの全体
効率を低下させるという不利な点を有している。かなり高い電圧の機械を製造す
ることが可能であれば、逓昇変圧器を省略することができる。

【００１４】 ここ数十年の間、従前に設計が可能であったものよりも高い定格電圧の回転電
気機械に対する要求が強まっている。現状技術によれば、コイル生産における良
好な得率を有する同期機にとって達成可能な最高電圧レベルは２５〜３０ｋＶで
あった。

【００１５】 同期機の設計に関する新規な取り組みのある試みが、なかでもＪ．Ｅｌｅｋｔ
ｒｏｔｅｃｈｎｉｋａ、Ｎｏ．１、１９７０、ｐｐ．６−８における「水、油冷
却のタービン発電機ＴＶＭ―３００」と題された記事、米国特許第４，４２９，
２４４号「発電機の固定子」およびソ連邦特許第９５５３６９号に記載されてい
る。

【００１６】 Ｊ．Ｅｌｅｋｔｒｏｔｅｃｈｎｉｋａに記載されている水、油冷却される同期
機は、最高で２０ｋＶの電圧を意図するものである。この記事は、固定子を完全
に油に浸すことを可能にとする、油／紙絶縁からなる新しい絶縁システムを記載
している。油は、冷却液として、かつ同時に絶縁体として用いられる。固定子内
の油がロータの方へ洩出することを防止するために、コアの内部表面に誘電性の
油分離リングが設けられている。固定子巻線は、油および紙の絶縁が設けられた
中空卵形の導体から製造されている。コイルサイドは、くさびによって、断面形
状を矩形状とされつつ、それらの絶縁と共にスロット内に固定される。冷却液と
して、油が中空の導体および固定子壁の穴に用いられる。そのような冷却装置は
、しかしながら、油とコイル端部における電気接続との両方が多数の接続を伴う
。厚い絶縁もまた導体の湾曲半径の増加を引き起こし、翻って巻線突出の寸法増
加に帰結する。

【００１７】 上述した米国の特許は、固定子巻線のための台形状のスロットを有する積層シ
ートの磁気コアを備えた同期機の固定子部分に関する。中立点の最も近くに設置
された巻線の部分が設置されるロータの内部に向かって、固定子巻線における絶
縁の必要性が小さくなるので、スロットにはテーパが付けられている。加えて、
固定子部分は、コアの内側表面の最も近くに誘電性の油分離シリンダを備えてい
る。この部分は、このリングを持たない機械に対して磁化要件を増加させる。固
定子巻線は、各コイル層において同じ直径を有した含油ケーブルからできている
。これらの層は、スロット内のスペーサによって互に分離されるとともに、くさ
びによって固定されている。

【００１８】 巻線にとって特別なことは、一対のいわゆる半巻線が直列に接続されていると
いうことである。一対の半巻線の一方は、絶縁スリーブ内に配置されて芯出しさ
れる。固定子巻線の導体は、周囲の油によって冷却される。システム内のそのよ
うに大量な油の不利な点は、漏洩のリスクおよび故障状態の結果として生じるか
なりの量の清掃仕事のリスクである。スロットの外側に設置された絶縁スリーブ
のそれらの部分は、円筒部分と電流通過層で補強される円錐形末端部とを有して
いるが、その目的はケーブルが端部巻線に入る領域における電界強度を制御する
ことにある。

【００１９】 ソ連邦特許第９５５３６９号から明らかなように、同期機の定格電圧を上げる
他の試みにおいては、油冷却される固定子巻線が全ての層において同じ寸法を有
する従来の高電圧ケーブルを備えている。ケーブルは、半径方向に設置されたケ
ーブルの断面形状に対応する円形の開口部として、かつ固定および冷却液のため
の必要スペースとして形成された固定子スロット内に配置される。半径方向に設
置された異なる巻線の層は、絶縁チューブ内に囲まれて固定される。絶縁スペー
サがチューブを固定子スロット内に固定する。油による冷却であるため、内側の
エアギャップに対して油冷却液を封止するための内側の誘電性リングがここに必
要である。上述したシステムにおける油の不利な点は、この設計にも当てはまる
。この設計はまた、異なる固定子スロット間における非常に狭い半径方向のくび
れ（waist）を呈し、このことは機械の磁化要件にかなり影響する大きなスロッ ト漏洩磁束を意味する。

【００２０】 電力研究所（ＥＰＲＩ）のレポートＥＬ―３３９１は、１９８４年から、中間
変圧器なしに機械を電力ネットワークに接続可能とすることを目的として、回転
電気機械のより高い電圧を達成するというコンセプトの再検討についてを記載し
ている。そのような解決案は、この検討によって、良好な効率増加および大きな
経済効果を提供すると判断されている。電力ネットワークに対する直接接続のた
めの発電機の開発開始が可能であると１９８４年に考えられた主な理由は、その
時に超伝導ロータが生み出されたからである。

【００２１】 超伝導場の大きな磁化容量は、電気的なストレスに耐える充分な絶縁厚さを有
したエアギャップ巻線の使用を可能にする。プロジェクトに基づいて、巻線を有
する磁気回路の設計の最も有望なコンセプト、いわゆるモノリス・シリンダ電機
子、３つの円筒状絶縁ケーシング内に同軸に囲まれた一対の導体のシリンダを備
える巻線のコンセプト、および歯のない鉄製コアに固定される全体構造を組み合
わせることにより、高電圧の回転電気機械を電力ネットワークに直接接続できる
と判断された。この解決策は、ネットワークとネットワークとの間およびネット
ワークと地面との間の電位に対処するために、主要な絶縁を充分な厚さに作らな
けれならないことを意味した。

【００２２】 その時点において公知の全ての技術を再検討した後に、より高い電圧への増加
をなんとか成し遂げるために必要であると判断された絶縁システムは、電力変圧
器のために一般に用いられているような、電解液を含浸させたセルロース圧搾板
紙から成るものであった。提案された解決案が有する明らかに不利な点は、超伝
導ローターを必要とすることに加えて、機械の寸法を増加させるような非常に厚
い絶縁を必要とすることにある。端部巻線は、絶縁されなければならず、かつ端
部の強い電界を制御するために油またはフレオンで冷却しなければならない。誘
電性の液体が大気から湿気を吸収することを防止するために、機械全体を密封し
て囲まなければならない。

【００２３】 日本国特許公開公報８−１９５１２９号は、一対の外側の半導電層を有すると
ともにその内側の層が外側の層よりも高い抵抗率を有した高電圧ケーブル、特に
長い超高電圧ＣＶケーブルを記載している。しかしながら、このケーブルの外側
の金属スクリーンのために、回転機械若しくは変圧器に用いることには全く適し
ておらずかつ危険である。

【００２４】 より一般的には、電気エネルギーの伝達のための高電圧ケーブルが、内側およ
び外側の半導体部分を有する押出し成形された中実の絶縁を備えた導体から成る
ことは公知である。電気エネルギーを伝達する工程においては、絶縁は欠陥を有
しないことが求められる。電気エネルギーを伝達する間、絶縁は欠陥を有しては
いけないということが、長いこと出発点であった。電気エネルギーの伝達のため
に高電圧ケーブルを用いるときには、送電ケーブルにはスペースの制約がないの
で、ケーブルを流れる電流を最大にすることがねらいではない。

【００２５】 現状技術で回転電気機械を製造するときには、巻線はいくつかの段階において
導体および絶縁システムを有して製造されるので、巻線は磁気回路に取り付けら
れる前に予め形成されなければならない。絶縁システムを調製するための含浸は
、磁気回路上に巻線を取り付けた後に実行される。

【００２６】 回転電気機械の能力を増加させるために、ＡＣコイルの電流を増加させること
は公知である。このことは、伝導材料の量を最適化する、すなわち矩形のロータ
スロット内に矩形の導体を緊密に詰め込むことによって達成される。狙いは、絶
縁材料の量を増加させるとともに、より耐熱性の高い、したがってより高価な絶
縁体を使用することにより、結果として生じる温度上昇に対処することであった
。絶縁に対する高温および界負荷はまた、絶縁の寿命に関する問題を引き起こし
た。高電圧設備のために用いられる比較的壁の厚い絶縁層、例えば含浸させた雲
母テープの層においては、部分放電（ＰＤ）が重大な問題を引き起こす。これら
の絶縁層を製造するときには、空洞、空孔等が容易に生じ、この絶縁が高い電界
強度にさらされると内部コロナ放電が生じる。これらのコロナ放電は、徐々に材
料を劣化させ、絶縁による電気的な故障に至る。

【００２７】 発明の概要 本発明の目的は、巻線のいかなる複雑な予備成形もなしに、かつ巻線を取り付
けた後に絶縁システムを含浸させる必要なしに、高電圧用の回転電気機械を製造
できるようにすることにある。

【００２８】 本発明は、技術的および経済的に正当な方法で回転電気機械の能力を増加させ
ることができるようにすることは、上述した現象によって絶縁が破壊されないこ
とを保証することによって達成されなければならない、という認識に基づいてい
る。このことは、絶縁として、空洞および空孔のリスクが最小となるような方法
で作られた層、例えば熱可塑性樹脂、架橋された熱可塑性樹脂、シリコンゴム等
のゴムのような適切な固体絶縁材料を押し出し成形した層、を使用することによ
り達成される。

【００２９】 それに加えて、絶縁層が、導体を囲む半電導性の特性を有した内側の層を備え
るとともに、半電導性の特性を有して前記絶縁層を囲む少なくとも一つの追加の
外側の層を絶縁に設けることが重要である。「半導電性」は、この文脈において
、電気導体よりかなり低い伝導率を有するが、絶縁体のような低い伝導率は有し
ない材料を指す。最小の欠陥を有して製造される絶縁層のみを用いることに加え
て、内側および外側の半導電層を絶縁層に設けることにより、熱的および電気的
な負荷の減少を確実なものとすることができる。少なくとも一つの隣接した半導
電層を有する絶縁部分は、本質的に同じ熱膨張係数を有しなければならない。温
度勾配により、絶縁および周囲の層における異なる温度膨張によって生じる欠陥
が生じてはならない。

【００３０】 絶縁の周りの半導電層が等電位面を構成するとともに、絶縁部分内の電界が絶
縁の厚み全体にわたって比較的均一に分配されるという事実の結果として、材料
の電気的な負荷は減少する。外側の半導電層は、選択された電位、例えば接地電
位に接続される。このことは、そのようなケーブルにおいて、巻線の外側のケー
シングがその全長にわたって、例えば接地電位に保たれることを意味する。外側
の層はまた、導体の長さに沿った適切な場所で切り離すことができ、かつ各切り
離し部分を、選択した電位に直接接続することができる。

【００３１】 本発明は、請求項１に定義されるような回転電気機械における高電圧巻線のた
めの絶縁された導体、およびそのような絶縁された導体を備える回転電気機械を
提供する。本発明の高電圧ケーブルは、第１半導電層に囲まれた１つ若しくは複
数の素線を備えている。第１半導電層は、翻って第１絶縁層に囲まれているが、
この第１絶縁層は第２および第３半導電層に囲まれている。第２半導電層の電気
抵抗は第３半導電層のそれより高く、かつ第３半導電層は高電圧ケーブルに沿っ
た少なくとも２つの異なる箇所において接地されている。固定子スロット内にあ
るケーブルの部分は、固定子の磁性鋼から電気的に絶縁されなければならない。
高電圧ケーブルに沿った２つの接地箇所どうしの間において、第３半導電層にお
ける電気接触の連続性が中断される。第３半導電層におけるそのような各中断部
で、当該中断部における電界強度の増幅を減少させるように装置が構成される。

【００３２】 本発明の高電圧ケーブルのおかげで、外側の半導電層内には誘導電圧による熱
損失が生じない。電気的な貫通のリスクが最小の高電圧ケーブルが得られる。第
３半導電層に中断部を形成する際には、絶縁層に食い込むようないかなるリスク
も回避され、第２半導電層は実質的に損われないままである。

【００３３】 本発明に関連して得られた更なる知見は、増加した電流負荷がコイル断面の角
部において電（Ｅ）界集中に関する問題につながり、かつこのことが絶縁上に大
きな局所負荷を引き起こすということである。同様に、固定子の歯における磁（
Ｂ）界が角部に集中する。このことは、磁気飽和が局所的に生じて磁気コアが完
全には利用されず、生成された電圧／電流の波形が歪められることを意味する。
それに加えて、導体の内部に誘導された渦電流によって引き起こされるうず電流
損は、Ｂ界に関連した導体の幾何形状を原因として生じ、電流密度を増加させる
際に追加の問題点を引き起こす。

【００３４】 本発明の更なる改良は、コイルと、このコイルがその内部に配置されるスロッ
トとを、矩形ではなくて本質的に円形とすることによって達成される。コイルの
断面形状を円形とすることにより、コイルは磁気飽和が生じる集中のない一定の
Ｂ界によって囲まれる。また、コイル内のＥ界は断面形状の全体にわたって均一
に分配され、絶縁の局所的負荷がかなり減少する。それに加えて、コイルグルー
プ当たりのコイルサイドの数が増加し、かつ導体内の電流を増加させる必要なし
に電圧の増加が生じるような方法で、円形のコイルをスロット内に配置すること
は、より簡単である。このことの理由は、一方では低い電流密度、したがって絶
縁を横切る低い温度勾配によって、他方では断面形状内のより均一な温度分布を
生じさせるスロットの円形形状によって、導体の冷却が容易となるということに
ある。

【００３５】 追加の改良はまた、導体をより小さな部分、いわゆる素線から作ることによっ
て達成される。素線は、互いに絶縁されるとともに、その少数だけが絶縁されず
に内側の半導電層と接触し、内側の半導電層が導体と同じ電位にあることを保証
する。

【００３６】 本発明による回転電気機械を使用することの利点は、そのような機械を損傷さ
せることなしに過負荷で作動させることができる時間が、ありふれた機械のそれ
よりもかなり長いということにある。これは、機械の構成および絶縁の限られた
熱負荷の結果である。例えば、最高１００％におよぶ過負荷を、１５分を超え最
長２時間にもおよぶ時間の間、この機械に負荷することが可能である。

【００３７】 本発明の一実施例は、回転電気機械の磁気回路が、導体およびケーシングの両
方に半導電層を有した固体の絶縁を有するような、押出成形で絶縁された１つ若
しくは複数の導体が撚り合わされたケーブルの巻線を備えている。外側の半電導
層は、接地電位に接続することができる。全てのタイプの高電圧電力ネットワー
クに回転電気機械を直結する場合に生じる問題に対処することを可能とするため
に、本発明による機械は、それを現状技術を区別する多数の特徴を有している。

【００３８】 上述したように、回転電気機械のための巻線は、導体およびケーシングの両方
に半導電層を有した固体の絶縁を有するような、押出成形で絶縁された１つ若し
くは複数の導体を有するケーブルから製造される。固体絶縁のための典型的ない
くつかの例は、架橋されたポリエチレン（ＸＬＰＥ）およびエチレン・プロピレ
ンゴムである。素線から成る導体の更なる発展は、導体内の渦電流損失の量を減
少させるために素線を互いに絶縁することが可能であるという点で可能である。
導体を囲む半導電層が導体と同じ電位にあることを保証するために、１つ若しく
は２、３の素線を絶縁しないままとすることができる。

【００３９】 回転電気機械のための導体の絶縁は、押し出し以外の他のいくつかの方法、例
えばスプレー若しくは同様の方法で付加することができる。しかしながら、絶縁
がその断面形状の全体にわたって欠陥を有するべきでないこと、および同様の熱
特性を有するべきことが重要である。半導電層には、導体に付加されている絶縁
に関連した絶縁を設けることができる。

【００４０】 好ましくは、円形の断面形状を有するケーブルが用いられる。とりわけ、より
良好な充填密度を得るために、異なる断面形状を有するケーブルを用いることが
できる。回転電気機械内の電圧を確立するために、ケーブルは磁気コアのスロッ
ト内に連続するいくつかのターンで配置される。巻線は、巻線の端部同士の交差
の数を減少させるために、多数層の同軸ケーブル巻線として設計することができ
る。磁気コアをより良い方法で活用するために、ケーブルをテーパ状の絶縁を有
するように製造することができるが、その場合には、スロットの形状を巻線のテ
ーパ状絶縁に合わせることができる。

【００４１】 本発明による回転電気機械の重大な利点は、外側半導体の外側で巻線端部領域
におけるＥ界がゼロに近く、かつ接地電位にある外側ケーシングによって電界を
制御する必要がないということにある。このことは、シートの内部、巻線端部領
域若しくは交差部分間のいずれにおいても界の集中がないことを意味している。

【００４２】 本発明に基づいて作られた巻線は、磁気コア内のスロット内の開口部にケーブ
ルを通すことによって、スロット内に配置される。ケーブルがフレキシブルであ
るので、曲げることができるとともに、ケーブル全長をいくつかのターンでコイ
ル内に設置することが許容される。巻線端部は、ケーブルの曲げ領域からなる。
ケーブルはまた、その特性がケーブル長の全体にわたって一定のままであるよう
な方法で接続することができる。この方法は、現状技術と比較してかなりの簡略
化を意味する。いわゆるローベル棒はフレキシブルではなく、予め所望の形状に
形成されなければならない。コイルの含浸もまた、今日回転電気機械を製造する
際には、非常に複雑かつ高価な技術である。

【００４３】 添付の図面に関して、本発明は現在以下の好適な実施例の詳細な説明において
更に詳細に説明される。

【００４４】 発明の実施例の詳細な説明 図１は、電力を送電するために伝統的に使用されているものと同様な高電圧ケ
ーブル１０の断面図を示している。図示の高電圧ケーブル１０は、シースないし
スクリーンがない点を除いて、日本国特許公開公報８−１９５１２９号（１４５
ｋＶ）に開示されたものに類似している。高電圧ケーブル１０は、銅（Ｃｕ）製
の一つ若しくは複数の素線１２からなる（例えば断面形状が円形の）電気導体を
備えている。これらの素線１２は、高電圧ケーブル１０の中央に配置されている
。

【００４５】 素線１２の周囲には第１半導電層１４があり、この第１半導電層１４の周囲に
は第１絶縁層１６、例えばＸＬＰＥ絶縁がある。第１絶縁層１６の周囲には第２
半導電層１８があり、この第２半導電層１８の外側には第２半導電層１８より低
い固有抵抗の第３半導電層１９がある。半電導層１４、１８、１９は全て、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セン、エチレン・
アクリル酸エチル共重合体、エチレン・プロピレンゴム、若しくはカーボンブラ
ックが充てんされた高密度若しくは低密度のポリエチレンのようなベースポリマ
ーから形成される。

【００４６】 図２は、第３半導電層１９に中断部を有した高電圧ケーブルの一部分の側面図
を示している。図２から分かるように、第３半導電層１９は、中断部２０が形成
されるように、高電圧ケーブル１０の外周に沿って細長いリング状に取り除かれ
ている。第２半導電層１８は、このようにして中断部２０において露出している
。中断部２０の軸線方向の長さｌは５〜３０ｃｍである。第３半導電層１９内に
おける２つの接地点の間での電気的な接触の中断は、制限された電流が流れ、し
たがって誘導電圧によって引き起こされる熱損失が本質的に生じないことを保証
する。

【００４７】 我々の国際特許出願Ｎｏ．ＷＯ９７／４５９１８は、第３半導電層１９だけが
なく、かつ第２半導電層１８に中断部が設けられたケーブルを開示している。こ
の従来発明においては、第２半電導性層１８の中断が、その縁部における電界強
度の増加を引き起こす。電界強度はスロットの端部で急激に増加し、残念ながら
電気的な絶縁破壊のリスクを増加させる。本発明の実施例においては、中断部２
０の下の領域で、依然として第２の半導電層１８内をいくらかの電流が流れるこ
とができるので、この問題点を緩和することができる。

【００４８】 図１の高電圧ケーブル１０は、一つ若しくは複数の素線１２からなる電気導体
と、第１半導電層１４と、第１絶縁層１６と、第２半導電層１８とを有しており
、かつ第３半導電層１９は適切な型を用いた押し出し成形によって設けることが
できる。第３半導電層１９は、高電圧ケーブルに沿った少なくとも２つの異なる
箇所において接地される。次の段階では、各接地点どうしの間で、第３半導電層
１９における電気接触の連続の途中に中断部２０を設ける。高電圧ケーブルに沿
ってＮ個の接地点がある場合には、したがって、Ｎ―１個の中断部２０が半導電
層１９にあることになる。

【００４９】 本発明による電気導体の電気絶縁は、非常に高い電圧、例えば８００ｋＶ若し
くはそれ以上におよぶ高電圧、およびその結果としてこの電圧において生じる電
気的および熱的な負荷を取り扱うことができるように意図されている。例証とし
て、本発明の電気的な導体は、数百ｋＶＡから１０００ＭＶＡ以上にも及ぶ定格
電力、および３〜４ｋＶから４００〜８００ｋＶ若しくはそれ以上の高い送電電
圧にまで及ぶ定格電圧を有した電力変圧器の巻線を構成することができる。高い
作動電圧においては、部分放電すなわちＰＤが、公知の絶縁システムにとって重
大な問題を引き起こす。空洞または空孔が絶縁の内部に存在する場合には、内部
コロナ放電が生じ、それによって絶縁材料が徐々に劣化し、ついには絶縁破壊に
いたる。

【００５０】 本発明による電気導体の電気絶縁に対する使用の際における電気的な負荷は、
絶縁システムの半導電性材料の内層が、それに囲まれた中央部の導電手段の導体
と実質的に同じ電位にあること、および半導電性の外層が制御された電位、例え
ば接地電位にあること保証することにより減少する。したがって、これらの内層
と外層との間の電気絶縁層における電界は、中間層の厚み全体にわたって実質的
に一様に分布する。絶縁システムのこれらの層に、同様の熱特性を有するととも
に欠陥のない材料を与えることにより、所与の動作電圧におけるＰＤの可能性は
減少する。電気導体は、このようにして典型的に８００ｋＶ若しくはそれ以上に
及ぶ、非常に高い動作電圧にも耐えるように設計されいる

【００５１】 本発明は示される実施例に限定されない。いくつかの変更が添付の請求項の範
囲内において可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 高電圧ケーブルの断面図。

【図２】 第３の半導電層に中断部を有した高電圧ケーブルの側面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 27/32 Ｈ０１Ｆ 27/32 Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，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，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5E043 AB01 AB05 AB09 5E044 CA01 5H604 AA01 BB03 BB10 CC01 CC05 DB03 DB16 PB01 PB03 PD06 PD07 5H619 AA04 BB02 PP01 PP05 PP11

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械の高電圧巻線のための絶縁された導体（１０）であって、 当該絶縁された導体は、 一つ若しくは複数の素線（１２）と、 この素線（１２）を囲む内側の第１半導電層（１４）と、 この内側の第１半導電層（１４）を囲む第１絶縁層（１６）と、 この第１絶縁層（１６）を囲む第２半導電層（１８）と、 この第２半導電層（１８）を囲む外側の第３半導電層（１９）と を備え、 前記第３半導電層（１９）は、当該絶縁された導体に沿って、少なくとも２つ
   の異なる箇所で接地され、 前記第３半導電層（１９）内における電気接触の連続性が、連続する２つの接
   地点どうしの間において中断されている、ことを特徴とする絶縁された導体。
2. 【請求項２】 前記第３半導電層（１９）における電気接触の連続性は、当該絶縁された導体
   （１０）の外周面で前記第３半導電層（１９）を前記第２半導電層（１８）に至
   るまで取り除いて、前記第３半導電性の層（１９）で端部を画されるような中断
   部（２０）を形成することによって中断される、ことを特徴とする請求項１に記
   載の絶縁された導体（１０）。
3. 【請求項３】 前記中断部（２０）の軸線方向の長さが５〜３０ｃｍであることを特徴とする
   請求項２に記載の絶縁された導体。
4. 【請求項４】 前記絶縁層および前記半導電層は、最適には１０ｋＶを超え、特に３６ｋＶを
   超え、好ましくは７２．５ｋＶを超えて４００ｋＶ乃至８００ｋＶ若しくはそれ
   以上の非常に高い電圧にまで及ぶ、高電圧用に設計される、ことを特徴とする請
   求項１乃至３のいずれかに記載の絶縁された導体。
5. 【請求項５】 前記絶縁層および前記半導電層は、０．５ＭＶＡを超え、好ましくは３０ＭＶ
   Ａを超えて１０００ＭＶＡにまで及ぶ電力範囲用に設計される、ことを特徴とす
   る請求項１乃至４のいずれかに記載の絶縁された導体。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載されている絶縁された導体（１０）を備える
   ことを特徴とする電気機械。
7. 【請求項７】 回転電気機械であることを特徴とする請求項６に記載の電気機械。
8. 【請求項８】 大型発電器であることを特徴とする請求項６に記載の電気機械。
9. 【請求項９】 前記第３半導電層（１９）は、固定子スロットの内部で当該固定子から電気的
   に絶縁されるとともに、 前記第３半導電層（１９）は、ケーブルの通過する各固定子スロットに対する
   突出領域において、少なくとも一つの前記中断部および一つの接地点を有する、
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の電気機械。