BR102016020804A2 - enrolamento elétrico, transformador seco com esse enrolamento elétrico e processo para produção de um enrolamento elétrico - Google Patents

Abstract

a presente invenção refere-se a um enrolamento elétrico (10, 20) para um transformador seco (1), que permite a construção de um transformador seco compacto, mesmo em classes de tensão mais altas. para esse fim, o enrolamento elétrico (10, 20) apresenta uma pluralidade de espiras de um condutor de enrolamento (11), enroladas para uma bobina (15). a bobina (15) está embutida em um corpo de isolamento sólido (12). de acordo com a invenção, está previsto que sobre a superfície (13) do corpo de isolamento (12) está aplicado um revestimento (14) de um material eletricamente condutor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ENRO-LAMENTO ELÉTRICO, TRANSFORMADOR SECO COM ESSE EN-ROLAMENTO ELÉTRICO E PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UM ENROLAMENTO ELÉTRICO".

DESCRIÇÃO

[0001] A invenção refere-se a um enrolamento elétrico para um transformador seco.

[0002] Transformadores secos, particularmente, transformadores de resina de fundição, são transformadores de potência, que são usados na técnica energética para transformação de tensões de até cerca de 36 kV no lado de alta tensão. Nesses transformadores, um enrolamento de baixa tensão e um enrolamento de alta tensão estão dispostos coaxialmente em torno de um braço de um núcleo. Como enrolamento de baixa tensão é designado o enrolamento com a tensão mais baixa, como enrolamento de alta tensão, aquele com tensão mais alta. Os dois enrolamentos estão embutidos em um material de isolamento sólido, no caso do enrolamento de alta tensão, frequentemente é usada resina de fundição para esse fim. Esse transformador seco é conhecido do documento EP 1 133 779 B1.

[0003] Quando um transformador seco desse tipo deve ser configurado par tensões mais altas do que 36 kV, o mesmo deve resultar de modo nitidamente maior do que um de uma classe de tensão mais baixa, uma vez que precisa ser aumentada, particularmente, a distância entre enrolamento de alta tensão e enrolamento de baixa tensão.

[0004] Diante desse cenário, é tarefa da presente invenção indicar um enrolamento elétrico pra um transformador seco, um transformador seco, bem como um processo para produção de um enrolamento elétrico, que permitem um moto de construção mais compacto de um transformador seco.

[0005] Para esse fim, está previsto um enrolamento elétrico para um transformador seco, particularmente, um enrolamento de alta tensão, que apresenta um condutor de enrolamento, que está enrolado em uma pluralidade de espiras para uma bobina. O condutor de enrolamento pode, nesse caso, ser um condutor de filme, um condutor de fita ou um condutor de arame. A bobina está embutida em um corpo de isolamento de um material de isolamento sólido. Frequentemente, é usado para esse fim uma resina de fundição, com a qual a bobina é encapsulada que, depois de ser fundida, é endurecida. Como resultado, é obtido um enrolamento mecanicamente estável, na forma de um cilindro oco, cuja bobina está bem protegida contra influências do ambiente. De acordo com a invenção, sobre uma superfície do corpo de isolamento está aplicado um revestimento de um material eletricamente condutor. Em círculos técnicos e no sentido da invenção, um material é considerado eletricamente condutor, quando sua condutibilidade elétrica específica é maior do que 10'8 Siemens por metro (S/m). Abaixo disso, um mateira vale como isolante ou como não condutor. O revestimento deveria estar aplicado sobre pelo menos a superfície lateral interna do corpo de isolamento, de preferência, também sobre as superfícies frontais. De modo particularmente preferido, o revestimento está aplicado sobre toda a superfície do corpo de isolamento, portanto, além da superfície lateral interna e das superfícies frontais também sobre a superfície lateral externa. Por um revestimento desse tipo, o campo elétrico do enrolamento elétrico é extensivamente reduzido na resina de fundição e, portanto, reduzido a um tamanho tal fora do enrolamento, que permite que a distância de outros componentes do transformador, tais como núcleo ou enrolamento de baixa tensão, pode, desse modo, resultar menor, o que possibilita um modo de construção mais compacto.

[0006] De preferência, o revestimento é de um material semicondutor. Como semicondutor é considerado nos círculos técnicos e no sentido da invenção, quando sua resistência específica é maior do que 10'8 Siemens por metro e menor do que 106 Siemens por metro quadrado. Como um revestimento eletricamente condutor, particularmente, um de toda a superfície de um enrolamento, representa um enro-lamento de curto-circuito, no mesmo corre uma corrente, que gera uma potência de perda. Com um revestimento de um material semicondutor, essa potência de perda pode ser limitada.

[0007] Revestimentos condutores ou semicondutores apropriados são conhecidos, entre outras coisas, para o revestimento de cabos ou condutores, por exemplo, do documento US 2015/0243409 A1 ou DE 10 2005 018 615 A1. Eles contêm, na maioria das vezes, partículas condutoras ou semicondutores em um material de suporte. Através do material, densidade e tamanho das partículas, pode ser ajustada sobre um amplo limite a condutividade do revestimento.

[0008] De preferência, o revestimento apresenta uma resistência de superfície, também chamada de resistência de camada, de 102 Ω/π a 105 Ω/α, de preferência, 103 Ω/d a 104 Ω/d. Essa resistência de superfície deve estar presente no enrolamento elétrico em estado novo. Por envelhecimento, influências do ambiente ou ensujamento, a mesma pode alterar-se. Uma resistência de superfície com essa ordem de tamanho limita, por um lado, a potência de perda de modo particularmente eficiente, mas, por outro lado, ainda oferece jogo suficiente, no caso de uma redução da resistência de superfície por ensujamento.

[0009] Em uma modalidade preferida da invenção, o revestimento está aplicado por um processo de pulverização. Isso garante, por um lado, uma espessura de camada uniforme e impede, por outro lado, inclusões de ar, que levariam a descargas parciais.

[0010] É visto como vantajoso quando o revestimento está eletricamente ligado à terra. Desse modo, o campo elétrico fora do enrolamento é reduzido de modo particularmente eficiente.

[0011] A tarefa também é solucionada por um transformador seco. O mesmo apresenta um enrolamento de baixa tensão disposto em torno de um braço de um núcleo e um enrolamento de alta tensão disposto concentricamente por fora em torno do enrolamento de baixa tensão. Nesse caso, o enrolamento de alta tensão é pelo menos um enrolamento elétrico, tal como descrito previamente.

[0012] A tarefa também é solucionada por um processo para produção um enrolamento elétrico. Os passos de processo são, nesse caso: - primeiramente, um condutor de enrolamento é enrolado em uma pluralidade de espiras para uma bobina, - a bobina é subsequentemente embutida em um corpo de isolamento fixo, de preferência, a bobina é encapsulada com uma resina de fundição, que depois é endurecida, - sobre a superfície do corpo de isolamento é depois aplicado um revestimento de um material eletricamente condutor.

[0013] Nesse caso, o revestimento pode ser aplicado sobre toda a superfície ou só sobre partes da superfície, tal como já descrito. Por um processo desse tipo pode ser produzido um enrolamento elétrico, cujo campo elétrico é extensivamente blindado pelo revestimento, e, desse modo, quando inserido em um transformador seco, possibilita um modo de construção mais compacto. De preferência, o revestimento é um verniz. A aplicação do revestimento pode dar-se, nesse caso, à pistola, por pulverização, pintura, por rolos ou como envernizamento por imersão.

[0014] De preferência, o revestimento é de um material semicondutor.

[0015] Modo particularmente preferido, o revestimento é aplicado em um processo de pulverização, com o que pode ser obtida uma espessura de camada especialmente uniforme.

[0016] A seguir, a invenção é explicada mais detalhadamente por meio dos desenhos. Nesse caso, mostram: Figura 1 uma representação em um meio-corte de um transformador seco conhecido, Figura 2 uma representação em meio-corte de um transformador seco de acordo com Figura 3 um fluxograma do dispositivo de acordo com a invenção.

Partes correspondentes umas às outas estão dotadas em todas as figuras dos mesmos sinais de referência.

[0017] A Figura 1 mostra um meio-corte por um transformador seco 50 convencional. Em torno de um braço de núcleo 30 estão dispostos concentricamente em torno de um eixo longitudinal 40 estendido pelo braço de núcleo 30 para fora, um enrolamento de baixa tensão 20, um cilindro de isolamento 23, um enrolamento de alta tensão 51 e uma blindagem 24. Na maioria das vezes, os transformadores secos apresentam um núcleo com três desses braços de núcleo 30.

[0018] O enrolamento de baixa tensão 20 frequentemente está realizado como enrolamento de filme. Nesse caso, um filme condutor fino 21 é enrolado sobre um núcleo de enrolamento para uma bobina de baixa tensão. Entre as camadas de enrolamento individuais do filme condutor está enrolado um filme de isolamento. Alternativamente, o filme condutor também poderia estar dotado de uma camada de isolamento. A bobina de baixa tensão é encapsulada depois do processo de enrolamento com resina de fundição. Alternativamente, entre as camadas de enrolamento individuai pode ser enrolada uma camada intermediária 22 impregnada com um Prepreg, que depois do processo de enrolamento é endurecida. Nos dois casos, é obtido um corpo de enrolamento cilíndrico oco estável.

[0019] O enrolamento de alta tensão 51 está realizado como enro- lamento de discos. Para esse fim, na maioria das vezes, um condutor 11 em forma de fita é primeiramente enrolado à maneira de espiral em um plano em torno de um eixo de enrolamento, sobre um núcleo de enrolamento, para uma bobina de discos. Várias dessas bobinas de discos empilhados uma sobre a outra estão ligadas em série uma à outra para a bobina 15. A bobina 15 é depois encapsulada de tal modo com uma resina de fundição, que toda a bobina 15 está fechada pela resina de fundição. A bobina 15 está, portanto, embutida na resina de função como corpo de isolamento 12.

[0021] O enrolamento de alta tensão 51 cilíndrico oco, formado desse modo, tem, em geral, um diâmetro maior do que o enrolamento de baixa tensão 20 e, portanto, visto a partir do braço de núcleo 30, está disposto fora do enrolamento de baixa tensão 20.

[0022] Na fenda de ar, que está formada como espaço oco cilíndrico entre enrolamento de baixa tensão 20 e enrolamento de alta tensão 51, pode estar disposto um cilindro de isolamento 23 de um material isolante elétrico. Ele serve, por um lado, para a blindagem elétrica, por outro lado, para o desacoplamento térmico do enrolamento de alta tensão 51 do enrolamento de baixa tensão 20.

[0023] O campo elétrico, que se forma, substancialmente, pela tensão existente no enrolamento de alta tensão 51, é reduzido, principalmente, na fenda de ar entre o enrolamento de alta tensão 51 e o enrolamento de baixa tensão 20. A fenda de ar precisa, por conseguinte, ser dimensionada de acordo com a tensão presente no enrolamento de alta tensão 51. No caso de tensão mais alta, também a fenda de ar torna-se correspondentemente maior. A fenda de ar serve, além disso, para a refrigeração do enrolamento de alta tensão e enrolamento de baixa tensão, pelo fato de que uma corrente de ar, acionada por convecção ou eletromecanicamente, é transportada através dos mesmos.

[0024] Fora do enrolamento de tensão superior 51, pode estar disposta uma blindagem 24 condutora, na maior parte de metal, que está ligada à terra e tornar o transformador seco 1 seguro ao contato, uma vez que uma pessoa na proximidade, devido a isso, não pode mais entrar em contato com os campos elétricos altos do enrolamento de alta tensão 51. Para que a blindagem 24 não forme um enrolamento de curto-circuito, ele não deve estar fechado circularmente, mas precisa apresentar uma fenda axial.

[0025] A Figura 2 mostra um transformador seco 1 de acordo com a invenção, que se diferencia, substancialmente por seu enrolamento de alta tensão 10 do transformador seco 50 conhecido. A estrutura básica do enrolamento de alta tensão 10 é similar ao da Figura 1. A bobina 14 está formada de modo análogo ao mesmo. Ela também está embutida, tal como descrito cima, em um corpo de isolamento 12, por exemplo, de resina de fundição. Mas, diferentemente, sobre a superfície do corpo de isolamento 12 está aplicado um revestimento 14 condutor ou semicondutor. O mesmo circunda aqui toda a superfície do corpo de isolamento 12 do lado lateral interno 16, lado lateral externo 17 e lados frontais 18. Mas, também é concebível aplicar o revestimento 14 apenas sobre o lado lateral interno 16 ou sobre o lado lateral interno 16 e os lados frontais 18. O revestimento 14 é, de preferência, um verniz e pode ser aplicado em um processo de pulverização convencional.

[0026] O revestimento 14 faz, então, com que o campo elétrico do enrolamento de alta tensão 10 seja quase complemente reduzido no corpo de isolamento 12 do enrolamento de alta tensão 10. Sobre a superfície do revestimento 14, ajusta-se, em cada caso, de acordo com a resistência de superfície específica, uma tensão, que corresponde aproximadamente à ordem de tamanho da tensão do enrolamento de baixa tensão 20. Desse modo, a fenda entre enrolamento de alta ten- são 10 e enrolamento de baixa tensão 20 pode ser reduzida. Essa fenda, praticamente, não tem agora mais nenhuma função elétrica e pode ser dimensionada quase que exclusivamente para a potência de refrigeração necessária.

[0027] De preferência, o revestimento 14 está conectado em um ponto dom potencial de terra. No exemplo mostrado da Figura 2, o revestimento 14 está ligado à terra sobre o lado frontal inferior 18. Se o revestimento 14 for de um material condutor, praticamente toda a superfície do revestimento 14 situa-se sobre potencial de terra Se o revestimento 14 for de material semicondutor, ajusta-se sobre a superfície do revestimento 14 uma distribuição de tensão. No ponto da ligação à terra a tensão é zero, no ponto da superfície mais afastado desse local ajusta-se a tensão mais alta. O tamanho dessa tensão depende, substancialmente, da resistência de superfície específica do revestimento 14.

[0028] A Figura 3 mostra um fluxo grama do processo de acordo com a invenção para a produção de um enrolamento elétrico 10, 20 para um transformador a seco 1, de preferência, a produção de um enrolamento de alta tensão 10 para um transformador seco. No passo de processo 101 k, primeiramente um condutor de enrolamento 11 é enrolado em uma pluralidade de espiras para uma bobina 15. Depois, no passo de processo 102, a bobina 15 é embutida em um corpo de isolamento 12 sólido, por exemplo, por encapsulamento da bobina 15 com resina de fundição e endurecimento da resina de fundição. No passo de processo subsequente103, um revestimento 14 de material eletricamente condutor é aplicado sobe uma superfície 13, de preferência, sobre toda a superfície 13 do corpo de isolamento 12.

REIVINDICAÇÕES

Claims (11)

1. Enrolamento elétrico (10, 20), particularmente, enrola-mento de alta tensão (10), para um transformador seco (1), com condutor de enrolamento (11), que está enrolado em uma pluralidade de espiras para formar uma bobina (15), sendo que a bobina (15) está embutida em um corpo de isolamento sólido (12), caracterizado pelo fato de que sobre uma superfície (13) do corpo de isolamento (12) está aplicado um revestimento (14) de um material eletricamente condutor.

2. Enrolamento elétrico (10, 20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento (14) cobre completamente a superfície (13) do corpo de isolamento (12).

3. Enrolamento elétrico (10, 20) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o revestimento (14) é de um material semicondutor.

4. Enrolamento elétrico (10, 20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a resistência de superfície do revestimento (14) mede 102 Ω/π a 105 Ω/π, de preferência, 103 Ω/π a 104 Ω/π.

5. Enrolamento elétrico (10, 20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o revestimento (14) é aplicado por um processo de pulverização.

6. Enrolamento elétrico (10, 20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o revestimento (14) é aterrado.

7. Transformador seco (1), caracterizado por compreender um enrolamento de baixa tensão (20), disposto em torno de um braço (30) de um núcleo e um enrolamento de alta tensão (10), disposto concentricamente em torno do mesmo, em que o enrolamento de alta tensão (10) é um enrolamento (10) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.

8. Processo para produção de um enrolamento elétrico (10, 20) caracterizado pelo fato de compreender as etapas do processo: - enrolar um condutor de enrolamento (11) em uma pluralidade de espiras para uma bobina (15), - embutir a bobina (15) em um corpo de isolamento (12) sólido, de preferência, por encapsulamento com uma resina de fundição, - aplicar um revestimento (14) de um material eletricamente condutor sobre uma superfície (13) do corpo de isolamento (12).

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o revestimento (14) é aplicado sobre toda a superfície (13) do corpo de isolamento (12).

10. Processo de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o revestimento (14) é de um material semicondutor.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que o revestimento (14) é aplicado em um processo de pulverização.