(57)【要約】  本発明は、非絶縁ワイヤの複数の束のマルチストランドケーブルと、ケーブルを外装する電気絶縁体とを含んでなる絶縁電力ケーブルであって、電気絶縁体が、厚さが０．０６２５から０．５インチ（０．１６から１．３センチメートル）であり、螺旋状に巻かれたクレーピングされたテープの複数の層を含んでなり、テープが、少なくとも５０重量パーセントのアラミド材料を含んでなり、テープが、クレーピングされる前、１立方センチメートルあたり０．１から０．５グラムの密度を有する絶縁電力ケーブルに関する。
2008529257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）複数の非絶縁ワイヤを含んでなるマルチストランドケーブルと、
ｂ）ケーブルを外装する電気絶縁体とを含んでなる絶縁電力ケーブルであって、
電気絶縁体が、厚さが０．０６２５から０．５インチ（０．１６から１．３センチメートル）であり、螺旋状に巻かれたクレーピングされたテープの複数の層を含んでなり、テープが、少なくとも５０重量パーセントのアラミド材料を含んでなり、テープが、クレーピングされる前、１立方センチメートルあたり０．１から０．５グラムの密度を有する絶縁電力ケーブル。
【請求項２】
ケーブル上に外装された電気絶縁体の密度が、１立方センチメートルあたり０．２から０．６グラムである請求項１に記載のケーブル。
【請求項３】
ケーブル上に外装された電気絶縁体の密度が、１立方センチメートルあたり０．３から０．５グラムである請求項２に記載のケーブル。
【請求項４】
アラミド材料が、アラミド繊維を含んでなる不織シートである請求項１に記載のケーブル。
【請求項５】
不織シートがアラミド紙である請求項４に記載のケーブル。
【請求項６】
アラミド材料がメタ−アラミドポリマーである請求項１に記載のケーブル。
【請求項７】
メタ−アラミドポリマーがポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）である請求項６に記載のケーブル。
【請求項８】
アラミド材料がパラ−アラミドポリマーである請求項１に記載のケーブル。
【請求項９】
メタ−アラミドポリマーがポリ（パラフェニレンテレフタルアミド）である請求項６に記載のケーブル。
【請求項１０】
複数の非絶縁ワイヤが、複数の束の形態で存在する請求項１に記載のケーブル。
【請求項１１】
マルチストランドケーブルが、８ＡＷＧから１０００ＭＣＭのサイズを有する請求項１に記載のケーブル。
【請求項１２】
請求項１に記載のケーブルを含んでなる変圧器に有用なケーブル。
【請求項１３】
請求項１に記載のケーブルを含んでなる変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁電力ケーブル、特に、流体充填電気変圧器に一般に使用される絶縁ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁ケーブルおよび絶縁巻線ワイヤ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｗｉｎｄｉｎｇ  ｗｉｒｅｓ）が、両方、流体充填変圧器に使用される。絶縁巻線ワイヤは、変圧器の巻線を形成するために使用される。この巻線ワイヤは、変圧器の動作の際に生じる機械的応力に耐えるために、十分に剛性である必要がある。絶縁ケーブルは、巻線タップから無負荷または負荷時タップ切換器、位相相互接続（ｐｈａｓｅ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）、および内部巻線からブッシングコネクタなど、変圧器内のさまざまな構成要素を接続する。絶縁巻線ワイヤと対照的に、絶縁ケーブルは、接続ポイントへの容易な操縦性を可能にするために、十分に可撓性である必要がある。そこで、ケーブルは、付加的な強度が必要な場合、機械的に支持される。
【０００３】
変圧器内の巻線の導体は、典型的には、１つのワイヤが別のワイヤと接触するのを防止するために個別に絶縁されたいくつかの巻線ワイヤから構成される。多くの場合、これらの絶縁巻線ワイヤは、変圧器巻線の高密度の均一なパッキングを確実にするために、断面が矩形である。対照的に、変圧器に使用される絶縁ケーブルは、通常、非絶縁ワイヤの複数の束から製造され、断面が略円形である。これらのケーブルが、高い電圧および高いアンペア数で電気を伝送するので、主要な要件は、それらが、油充填変圧器において大惨事になり得る１つのケーブルから次のケーブルへの絶縁破壊を防止するために、十分な絶縁体を有することである。油充填変圧器内のケーブルは、従来、螺旋状に巻かれたクレーピングされた（ｃｒｅｐｅｄ）セルロース紙テープで絶縁されており、変圧器に使用されるケーブルのサイズおよび数は、最初、負荷下の間のワイヤケーブルと変圧器油との間の所望の最大温度差を特定し、次に、十分なケーブルを使用して、必要な最大温度差を超えることなく所望の電流を取扱うことによって定められた。セルロース紙テープの場合、最大温度差は、一般に約２０℃であり（非特許文献１）、というのは、より高い温度差は、セルロース絶縁体の早すぎる老化、および最終的なケーブル故障を引起すことがあるからである。しかし、ケーブルをより高い温度で動作させることができる場合、すなわち、最大温度差を約６０℃に上げることができる場合、変圧器のために必要なケーブルのサイズおよび／またはケーブルの数を低減することができる。したがって、絶縁体の早すぎる老化を伴わずに、より高い温度に耐えることができるケーブルが必要とされている。
【０００４】
非特許文献２は、「長手方向の巻き」技術を用いてワイヤ導体を巻くことができることを開示しており、ノーメックス（Ｎｏｍｅｘ）（登録商標）の狭いテープが、ワイヤに平行に適用され、ワイヤの周りに巻きつけられ（ｆｏｌｄｅｄ）、シールされる。クレーピングされ、次に、軽くカレンダ加工されて、絶縁体の望ましい厚さを維持したテープを使用することが好ましい。
【０００５】
非特許文献３は、油充填変圧器のための絶縁体などの、高い多孔性が望ましい特定の用途において、特殊な低密度紙、たとえばノーメックス（登録商標）４１１が、特に好ましいことを開示している。
【０００６】
ローリング（Ｒｏｌｌｉｎｇ）らへの特許文献１は、１つの導体と、導体の少なくとも一部を囲む絶縁紙とを含む電気装置を開示しており、絶縁紙は、木材パルプ繊維と、アラミド繊維であることができる合成繊維と、バインダー材料とを含み、合成繊維は２から２５重量パーセントで存在する。絶縁紙は、クレーピングし、導体の周りに螺旋状に巻くことができる。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００１９１１３５号パンフレット
【非特許文献１】ジョン・ワイリー・アンド・サンズ（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ）によって出版された変圧器工学（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、第２版、３２１ページ
【非特許文献２】研究開示（Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ）ＲＤ１０８３３、１９７３年４月
【非特許文献３】研究開示ＲＤ１０９４７、１９７３年５月
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の非絶縁ワイヤのマルチストランドケーブルと、ケーブルを外装する電気絶縁体とを含んでなる絶縁電力ケーブルであって、電気絶縁体が、厚さが０．０６２５から０．５インチ（０．１６から１．３センチメートル）であり、螺旋状に巻かれたクレーピングされたテープの複数の層を含んでなり、テープが、クレーピングされる前１立方センチメートルあたり０．１から０．５グラムの密度を有するアラミド材料少なくとも５０重量パーセントを含んでなる絶縁電力ケーブルに関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、絶縁電力ケーブル、特に、流体充填電気変圧器に一般に使用される絶縁ケーブルに関する。本発明の絶縁ケーブルは、非絶縁ワイヤの複数の束を含んでなるマルチストランドケーブルと、ケーブルを外装する電気絶縁体とを含む。本発明のケーブルの一実施形態が、図に示されている。絶縁体の層２がマルチストランドケーブル３の上に外装された絶縁ケーブル１が示されている。マルチストランドケーブル３は、好ましくは複数の束５の、複数の非絶縁ワイヤ４を含んでなる。明確にするため、図に示された絶縁ケーブルは、束間の誇張された量の開いた空間６を有するが、好ましくは、および一般に、実際には、束間の非常に限られた開いた空間がある。
【００１０】
マルチストランドケーブル３を外装する電気絶縁体２は、半径方向の厚さが０．０６２５から０．５インチ（０．１６から１．３センチメートル）である。約０．０６２５インチ未満の絶縁体厚さが、十分な絶縁耐力をもたらすには少なすぎる量の絶縁材料を提供すると考えられる。約０．５インチを超える厚さが、妥当な曲げ半径を可能にしないケーブルを提供すると考えられる。絶縁体の厚さは、アラミド材料の多数の層から構成され、ケーブル上の電気絶縁体の外装の全密度は、１立方センチメートルあたり約０．２から０．６グラム、好ましくは１立方センチメートルあたり約０．３から０．５グラムである。絶縁体の半径方向の厚さまたは「積層（ｂｕｉｌｄ）」が重要なパラメータであるので、材料の層の実際の数は変わることができ、１０から１００の層またはより多い層が可能である。アラミド材料の層は、好ましくは、幅が約０．２５から２インチの狭いテープである。テープは、好ましくは、テープの幅にわたって、ランダムな隆起部および溝、またはクレープを有する。隆起部および溝は、任意の利用可能な手段によってテープ内に与えられるが、一連のランダムな隆起部および溝を与えるクレーピング方法が好ましく、ウォールトン（Ｗａｌｔｏｎ）らへの国際公開第２００２／０７６７２３号パンフレット；ウォールトン（Ｗａｌｔｏｎ）への米国特許第３，２６０，７７８号明細書；クルエット（Ｃｌｕｅｔｔ）への米国特許第２，６２４，２４５号明細書；ウォールトン（Ｗａｌｔｏｎ）への米国特許第３，４２６，４０５号明細書；およびパッカード（Ｐａｃｋａｒｄ）への米国特許第４，０９０，３８５号明細書に開示されているようなマイクロクレーピング（ｍｉｃｒｏ−ｃｒｅｐｉｎｇ）またはドライクレーピング方法および設備が好ましい。マイクロクレーピングシートおよびテープのための設備は、０２０８１マサチューセッツ州ウォルポールのマイクレックス・コーポレーション（Ｍｉｃｒｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｗａｌｐｏｌｅ，  ＭＡ  ０２０８１）から得ることができる。そのような設備は、一般に、テープを、被駆動ロールに対してクレーピングされるようにプレスし、被駆動ロールは、先端が被駆動ロールに隣接して保持されたリターディングブレード（ｒｅｔａｒｄｉｎｇ  ｂｌａｄｅ）などのリターディング要素の方にテープを前進させる。リターディング要素は、テープが、テープの繰返された柱状折り畳み（ｃｏｌｕｍｎａｒ  ｃｏｌｌａｐｓｅ）によって、それ自体の上に粗く折り重ねられて、好ましい隆起部および溝を形成することを引起す。テープは、好ましくは、マイクロクレーピングプロセスの間、単位面積あたりのテープの重量増加に基いて、約１０から２００パーセント、好ましくは２５から１５０パーセント機械的に線状に圧縮される。
【００１１】
変圧器に使用される油が、マルチストランドケーブルの周りの絶縁体に浸透しこれを浸すことができることが重要である。したがって、絶縁体は、テープをケーブルの周りに螺旋状に巻くことによって適用され、油のためのルートが絶縁体の層の間に貫通し存在することを可能にする層が形成される。本明細書で使用する際の「螺旋状に巻かれた」は、ケーブルの外側円周の周りの１つもしくはそれ以上のテープの螺旋状またはつる巻状巻きを含むように意図される。より重要なことに、テープに使用されるアラミド材料は、１立方センチメートルあたり約０．１から０．５グラムの、クレーピング前の密度を有さなければならず、これにより、テープ材料がマルチストランドケーブル上に巻かれた後、油がテープ材料を完全に浸すことを可能にするために十分な多孔性を有する絶縁体が提供される。テープのクレーピングは、テープにいくらかの伸張性を与え、それにより、テープをケーブルの周りにきつく巻くことができ、同時に、剛性テープの使用からケーブルに与えられることがあるいかなる剛性もなくす。本発明の特定の実施形態において、テープは、ワイヤ上に製造され、たとえば１組の加熱されたカレンダロールによる、高い熱および圧力の付加的な付与によって、軽く圧縮されたが、実質的に高密度化されなかった「形成された」紙から製造される。このアラミド材料は、細断してテープにすることができるアラミド繊維を含んでなる任意の不織シート材料であることができ、さまざまなタイプのスパンボンド、スパンレース、もしくは紙状シートまたは積層構造であることができる。好ましい実施形態において、不織シート材料はアラミド紙である。本明細書で使用する際の紙という用語は、その通常の意味で使用され、それは、従来の製紙プロセスおよび設備およびプロセスを用いて準備することができる。アラミド不織シートまたは紙の厚さ（クレーピング前）は、重要でないが、典型的には、約０．００２から０．０１５インチである。
【００１２】
本発明に使用される好ましいアラミド紙は、典型的には、フィブリドおよび短繊維などのアラミド繊維材料のスラリーを形成し、次に、これを、フォードリニア（Ｆｏｕｒｄｒｉｎｉｅｒ）機上で、または、形成スクリーンを収容するハンドシートモールド（ｈａｎｄｓｈｅｅｔ  ｍｏｌｄ）上で手によってなど、紙に変えることによって製造される。アラミド繊維を紙に形成するプロセスについて、グロース（Ｇｒｏｓｓ）の米国特許第３，７５６，９０８号明細書およびヘスラー（Ｈｅｓｌｅｒ）らの米国特許第５，０２６，４５６号明細書を参照することができる。
【００１３】
本明細書で使用する際のアラミドという用語は、アミド（−ＣＯＮＨ−）結合の少なくとも８５％が２つの芳香環に直接結合されたポリアミドを意味する。添加剤をアラミドとともに使用することができ、１０重量パーセント程度までの他のポリマー材料をアラミドとブレンドすることができるか、１０パーセント程度の、アラミドのジアミンと置換された他のジアミン、または１０パーセント程度の、アラミドの二酸塩化物（ｄｉａｃｉｄ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）と置換された他の二酸塩化物を有するそのコポリマーを使用することができる。本発明の実施において、最もよく使用されるアラミドは、ポリ（パラフェニレンテレフタルアミド）およびポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）であり、ポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）が好ましいアラミドである。
【００１４】
絶縁材料は、少なくとも５０重量パーセントのアラミド材料を含んでなる。使用することができる他の材料としては、セルロース、ポリアミド、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、商標テクノーラ（Ｔｅｃｈｎｏｒａ）（登録商標）で販売されるような全芳香族コポリアミド、フッ素化炭化水素、またはそれらの任意の組合せが挙げられる。好ましくは、これらの他の材料は、紙中の繊維または粒子の形態である。この量より少ないアラミド材料を有する絶縁材料は望ましくなく、というのは、一般に、それは、１３０℃を超える動作温度に耐えることができないからである。好ましくは、アラミドポリマーの高温性能を利用するために、絶縁材料は、７５から１００％のアラミド材料を含んでなる。
【００１５】
絶縁体によって被覆された、図に示されたマルチストランドケーブル３は、好ましくは複数の束５の形態で存在する、複数の非絶縁ワイヤ４から形成される。本発明の特定の実施形態におけるマルチストランドケーブルは、８ＡＷＧから１０００ＭＣＭの全サイズ、好ましくは１／０から７５０ＭＣＭのサイズを有する。マルチストランドケーブルは、好ましくは、撚り合された銅導体についてのＡＳＴＭ規格ＡＳＴＭＢ１７２、ＡＳＴＭＢ１７３、またはＡＳＴＭＢ８の少なくとも１つを満たす。そのようなマルチストランドケーブルは、アーカンソー州オセオラのリア・マグネット・ワイヤ・カンパニー・インコーポレイテッド（Ｒｅａ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｗｉｒｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｉｎｃ．，  ｏｆ  Ｏｓｃｅｏｌａ，  Ａｒｋａｎｓａｓ）およびジョージア州キャロルトンのサウスワイヤ・カンパニー（Ｓｏｕｔｈｗｉｒｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ  ｏｆ  Ｃａｒｒｏｌｌｔｏｎ，  Ｇｅｏｒｇｉａ）から入手可能である。本発明の２つのケーブルが、４２７の銅ワイヤを有する５００ＭＣＭマルチストランドケーブルから製造され、各ケーブルは、公称直径が０．９２４インチであり、これは、クレーピングされたタイプ４１１アラミド紙テープの１５または３６の層によって外装された。タイプ４１１アラミド紙は、クレーピング前１立方センチメートルあたり０．３１グラムの密度を有する非高密度化（ｕｎｄｅｎｉｓｉｆｉｅｄ）１００％パーセントポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）紙である。１５層ケーブルは、幅が１．２５インチ（３．１７５センチメートル）の１３のテープを使用し、３６層ケーブルは、幅が１．３１２５インチ（３．３３４センチメートル）の３２のテープを使用した。アラミド紙テープの各層は、クレーピング前、厚さが０．００８３４インチ（０．０２センチメートル）であり、クレーピング後、厚さが０．０２５５インチ（０．０６４８センチメートル）であった。テープは、マルチストランドケーブルの周りに螺旋状に巻かれ、最終絶縁外装は、０．１２５インチ（０．３２センチメートル）の、１５層マルチストランドケーブル上の厚さまたは積層、および、０．２５インチ（０．６４センチメートル）の、３６層マルチストランドケーブル上の厚さまたは積層を有した。ケーブルは、鉱油中に浸漬され、鉱油は、外装された絶縁体に完全に浸透した。
【００１６】
本発明のケーブルの主要な利点は、それを、変圧器内で、先行技術のケーブルより高い温度で動作させることができることである。変圧器内の油とケーブルとの間の最大温度差を約６０℃に上げることができ、それにより、絶縁体の早すぎる老化を伴わずに、変圧器のために必要なケーブルの数を低減する。たとえば、０．１２５インチの積層のセルロース絶縁体を有する３つの３５０ＭＣＭケーブルを使用する、５０ＭＶＡ、１２４７０Ｖ変圧器が、本発明によって説明されるような０．１２５インチの積層のクレーピングされたアラミドシートで絶縁された同じケーブルサイズの２つだけで動作する必要があるであろう。
【００１７】
一実施形態において、本発明のケーブルは、変圧器内のケーブルとして有用である。本発明の別の実施形態は、本明細書で説明されるような絶縁マルチストランドケーブルを含んでなる変圧器である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のケーブルの一実施形態の図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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