平成25年電気学会電力・エネルギー部門大会
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衝撃破壊試験に基づく変圧器コイル絶縁紙の弱点部位の考察
正員小西義則*a)
非会員加藤雅道*
正員林義一郎**正員加藤理**
StudyofWeakPointPartofTransformerCoililsulationPaperBasedonlmpactStrengthTest
YoshinoriKonishi"ユ),Member,MasamichiKato醤,Non-nlember,YoshiichirouHayashi"',MelnbeらOsamuKato*x.Member
In出ispaper,impactstrengdhtestswereperf()㎜edtoaged曲d血gcoils.Therelationshipbetweentheayerageofpolymerizationmid
rupturelinitationofh、sula口皿9Paperwass加died.Alldalsotheweakpoilltoftransfomlercoil血slllatiollpaperwasilvestigated,V)bfb田ld
thatthe血sulati皿9Paperwasrupturedaroulldthepaperedgeregion,
キーワード:変圧器.コイル巻線.コイル絶縁紙、衝撃試験,損傷
Keywor{ls;transfonners,coilwind血gs,i皿sulatingpaper,hllpulsetensilestrengthtest,nエptlrre
1.はじめに
merwhld㎞9
油入変圧器の寿命は,変圧器の外部で短絡故障が発生し
pape「
Copperwire
た場合に変圧器コイル巻線に加わる電磁機械力にコイル絶
OutsidexVinding
縁紙が耐えられなくなった状態と考えられている。すなわ
pape「
ち,コイル絶縁紙の機械的強度,主に引張強さの低下が変
司
圧器の寿命を左右すると考えられている。
これまでコイル絶縁紙の引張強さをワイドスパン引張試
験(JISP8113)やゼロスパン引張試験(JISP8227)により評価
してきた。しかし,銅線に巻かれた状態のコイル絶縁紙に
は機械的な引張強さが平均重合度(DP)とともに低下するこ
Fig.lShapeandsizeofthetestpiece.
と以外に絶縁紙の重なり合う構造的または形状的なことが
要因でDP低下と見なせる弱点部が存在している可能性が
〈2.2>試験方法
ある。そこで,実変圧器のコイル巻線に対し衝撃試験を行
試験片は油漬けになった状態から取り出し,直ちに気中,
い,DPとコイル絶縁紙の損傷限界を求めるとともに,コイ
室温にて3点曲げ衝撃強度試験を実施した。荷重方向はコ
ル絶縁紙を観察してその形状的な弱点部を考察した。
イル巻線の半径方向とした。この試験では,前報(1・2)と同様
2.供試材および試験方法
に,試験荷重の10%∼90%の立上がり時間を10ms程度に
〈2.1>供試材
調整した。実器のように大きな曲率半径での試験に改良す
経過45年で更新した油入変圧器のコイル巻線を採取し
るために,支点間距離を60mm,圧子の先端半径を40mm
た。供試コイル試験片を図1に示す,この試験片は銅線が
とした。試験最大荷重をパラメータとして実体顕微鏡で絶
3本で1つのコイルとなっており,中央の銅線に素線紙巻
縁紙損傷の有無を確認した。
が3枚、銅線3本を包むように共通紙巻が9枚巻かれてお
り,表面からワニスが塗布されている。これを2本組の状
3.試験結果と考察
態とし,未処理のDP550,油中加熱劣化させたDP400,
<3.1>衝撃曲げ試験
DP300の3水準の試料を作製し,衝撃試験に供した。
衝撃曲げ試験後に引張が作用する試験片の下面を実体顕
微鏡にて観察し,コイル絶縁紙1枚1枚の損傷の有無を評
a)CQrrespondenceto:Yoshno「iKo【rishi.E-nlail:[email protected]
*ユカインダストリーズ株式会社
〒146-0083東京都大田区千鳥2-34-17
価した。共通紙巻1枚目(最表面)に塗布されたワニスは,
表面から5枚目程度まで浸透していた。ワニスが浸透され
YukahldustriesCo.,LTD.
2-34-17,Chidori,Otaku,Tokyo,Japanl46-0083
*‡霞源開発株式会社
〒253-0041神奈川県茅ケ崎市茅ゲ崎1-9-88
ElectricPowerDevelopmentCo.,LTD.
9-88,Chigasakil-Chome,Chigasaki,K㎜gawa.Japan253-0041
ていたコイル絶縁紙はDPに関係なく比較的小さい荷重で
損傷していた.図2にDP550でのワニス無浸透部分の絶縁
紙損傷有無の境界での損傷破面を示す。荷重が比較的小さ
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◎20131EEJapan
平成25年電気学会電力・エネルギー部門大会
い同図(a)の257Nにおいてもワニスが浸透している1枚目
縁紙の端部付近(紙端部付近)であった、っまりコイル絶
の共通絶縁紙は損傷していた.荷重を増した同図(b)の
縁紙が複雑な巻き状の中において,絶縁紙平面部の上下
396Nにおいて,ワニスが浸透している共通絶縁紙5枚中の
で紙端部が接する様な部分で破断しており,この紙端部
4枚は損傷していたが,ワニスが無浸透の共通絶縁紙は損
付近が構造的な弱点部となることがわかった。図5に共通
傷が認められなかった。さらに少し荷重を増やして同図(c)
紙巻9枚目のコイル銅線への巻かれ方と断面図(銅線の上
の408Nになると,ワニスが浸透部分5枚と無浸透部分4
側のみ)を示す。同図からわかるように,紙端部間は絶縁
枚の共通絶縁紙の損傷が認められた。2mm
紙の厚みが局所的に薄くなること,および絶縁紙が重な
「t/・』『一一
り合う部分では形状不連続となることから紙端部付近に
高い応力が発生していることが要因であると考えられる。
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(a)Load408N(generalview)
(a)Load257N(b)Load396N(b)Load408N
Fig.2T{)poftheoutsidewind血gpaper(DP550)
ワニス無浸透部分のコイル絶縁紙の損傷境界での最大荷
重を損傷限界とした。図3に絶縁紙のDPと絶縁紙損傷限
界の関係を示す。図中のx印は絶縁紙の損傷あり,○印は
絶縁紙の損傷なしであることを示す。試験から得られた損
傷ありと損傷なしの荷重の境界を図中に点線で示す。図3
より,絶縁紙損傷限界はDPと共に低くなることがわかる。
(d>495N(Extended)
また,DP300試験片において損傷限界でのコイル巻線は僅
Fig.4Surfaceofdamagedinsulatillgpaper.(DP550)
かに塑性変形が認められた。
600
乞
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400
・話
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2
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(a)
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500
UpP・・p・p・・ed・eqgiレL°we「pape「edge
-e「
(b)
............一............................................幽..................,.・
Copperwire
100
0
Fig.5Howtowilldtheinsulatingpaper.
(a)ApPearance(b)Crosssection
0
200
400
600
4,おわりに
Degreeofpol}・mrerization
ワニスが浸透されていたコイル絶縁紙は平均重合度DP
Fig.3Relatio"shipbetweellaveragedegreeofpol}・merization
arldruptUre1血itationofinsulatingpaper.
に関係なく比較的小さい荷重で損傷し,ワニスの無浸透
部分のコイル絶縁紙の損傷限界は前報と同様にDPと共
に低下することを明らかにした。また,コイル銅線に周
〈3.2>コイル絶縁紙損傷箇所の観察
回された絶縁紙は重なり合う紙の端部付近で破断し,こ
ワニス無浸透部分でのコイル絶縁紙にっいて,その損傷
の部分が弱点部であることを明らかにした、
箇所を観察した、DP550での共通紙巻9枚目損傷箇所の様相
文献
を図4に示す。同図(a)のように高い荷重を作用させると大
きく塑性変形し,コイル絶縁紙の破断面は大きく引き裂か
(1)林,小西;「衝撃試験による変圧器コイル絶縁紙の破断観察評価」霊気
学会全国大会5-166(2011).
れているのがわかる。さらに同図(b)∼(d)などのように最
(2)林,小西:「衝撃破壊試験に基づく変圧器巻線絶縁紙の強度評価」電気
学会B部門大会344(2012).
大荷重やDPに依存せずに損傷箇所はほとんどでコイル絶
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