高電圧モーターの末端回路の放出と抗コロナ処理

I. エンドワインディング放電の原因と危険性

高電圧モーターの固定子コイルのエンドワインディングは、非常に不均一な電界分布のため、部分放電を起こしやすくなっています。電界強度が空気の絶縁破壊強度（約3 kV/mm）を超えると、青色の蛍光を特徴とし、オゾンと窒素酸化物を生成するコロナ放電が発生します。主な原因は次のとおりです。

1. 電界集中：スロット出口で最も高い電界強度が発生します。単一のコイルは、4 kVでコロナ、20 kVで滑り放電、40 kVでフラッシュオーバーを引き起こす可能性があります。
2. 絶縁欠陥：ボイド、剥離、バリなどの製造または運用上の欠陥は、電界の歪みを悪化させます。
3. 環境要因：湿度が10％増加すると、コロナ開始電圧が10％低下し、汚染物質（例：ほこり、油）はガス絶縁性能を低下させます。

危険性：

• 熱的影響により、絶縁材料（例：接着剤、マイカ）が炭化し、白化、緩み、またはストランド絶縁の短絡を引き起こします。
• 電磁振動は、スロットギャップ内で火花放電を誘発し、絶縁表面を侵食します。
• 長時間の運転により、トラッキング放電が主絶縁を貫通し、絶縁破壊を引き起こします。

II. コロナ対策の基本原理

コロナ対策技術の核心は、ガス電離を防ぐための 電界均一化 にあり、これは以下によって実現されます。

1. 抵抗勾配設計：
   • コロナ対策層の抵抗率は、スロット出口からエンドワインディングに向かって徐々に増加し、線形電圧減衰を保証し、急激な電界強度変化を回避します。
   • 例としては、低抵抗（10³–10⁵ Ω）、中抵抗（10⁹–10¹¹ Ω）、高抵抗半導体塗料を使用した3段階遷移、または炭化ケイ素の非線形抵抗特性（電界強度が高いほど抵抗が低い）などがあります。
2. 静電容量電圧分割：
   • 内部シールド構造は、コイル絶縁内に電極を挿入し、静電容量電圧分割のためのブッシング型構成を形成します。
   • 24 kV以上のモーターに適していますが、複雑なプロセスと高いコストがかかります。

III. 主流のコロナ対策技術

コロナ対策は、電圧レベルと用途に基づいて分類されます。

典型的なプロセスフロー（ブラシ巻きタイプ）：

1. 低抵抗半導体塗料（例：5150エポキシ樹脂塗料）をストレート部分に塗布し、鉄心の両側25 mmまで延長します。
2. 高抵抗半導体塗料（例：5145アルキド塗料）をスロット出口からエンドワインディングまで200–250 mmの範囲に塗布し、低抵抗塗料と10–15 mm重ねます。
3. 0.1 mm厚の脱ロウガラステープをハーフラップパターンで巻き付けます。
4. 多段階保護のために、ガラステープの上にさらに低抵抗および高抵抗半導体塗料を塗布します。

IV. コロナ対策における主要なパラメータ制御

1. 抵抗率の選択：
   • コロナ対策層の表面抵抗率（ρs）は、電圧分布と一致する必要があります。ρsが過剰であると、急峻な電圧勾配と開始端での早期コロナが発生し、ρsが不十分であると、末端でのコロナが発生します。
   • 推奨範囲：5×10⁹–10¹⁰ Ω（単段）、≤10⁵ Ω（低抵抗部）、≥10⁹ Ω（高抵抗部）。
2. 環境適応性：
   • コロナ開始電圧は、高度が100 m増加するごとに1％低下するため、高地用途ではパラメータ調整が必要になります。
   • 過酷な環境（例：高湿度、汚染）で動作するモーターは、3 kVでもコロナ対策が必要になる場合があります。
3. プロセス品質管理：
   • 塗膜は均一で連続的で滑らかで、均一でない厚さによる電界集中を避けるために強い接着力が必要です。
   • 半導体塗料の乾燥温度（例：脱ロウの場合180–220°C）は、性能劣化を防ぐために厳密に制御する必要があります。

V. 技術的トレンド

1. 非線形抵抗材料：自己調整抵抗率により、炭化ケイ素コロナ対策層が優勢であり、性能を大幅に向上させています。
2. ナノコンポジット材料：コロナ抵抗と機械的強度を向上させるために、ナノ粒子（例：SiO₂、TiO₂）をコロナ対策塗料に組み込むことに研究が集中しています。
3. スマートモニタリング：オンライン部分放電モニタリングとの統合により、予測保全のためのコロナ対策層の状態のリアルタイム評価が可能になります。