ES2331085T3 - Bobinados de bobina aislados con resina sin molde. - Google Patents
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Abstract
Un método para fabricar una bobina aislada con resina (1), en el que la bobina (1) está reforzada con fibras dispuestas sobre la bobina (1) en una matriz polimérica sólida (4), en el que una capa de bobinado (3) y una capa de fibra/polímero (4) se aplican alternativa y repetidamente, comprendiendo la aplicación de la capa de fibra/polímero (4) las siguientes etapas ejecutadas continuamente: - suministrar continuamente al menos una cinta continua (2; 2a, 2b) que comprende fibras y una matriz polimérica sólida, - fundir o activar una sección de al menos una cinta (2; 2a, 2b) durante el suministro, - presionar la sección fundida o activada de la cinta (2; 2a, 2b) sobre la bobina (1) durante el suministro, y - enfriar la cinta (2; 2a, 2b) después de dejar la zona de calentamiento o activación y presión.
Description
Bobinados de bobina aislados con resina sin
molde.
La presente invención se refiere a un método,
aparato y uso del aparato para fabricar bobinados de bobina
aislados con resina sin molde y a un método para producir un
transformador equipado con dichos bobinados de bobina, de acuerdo
con las reivindicaciones independientes.
Los transformadores de distribución tienen que
mostrar una buena resistencia a la tensión mecánica y térmica que
está asociada, por un lado, con condiciones de sobrecarga y
cortocircuito y, por otro lado, con condiciones climáticas
adversas. Para dichas aplicaciones, se conocen en la técnica
transformadores de tipo seco con bobinados de bobina aislados con
epoxi, reforzados y unidos juntos mediante fibras de vidrio
trenzadas. Dichos transformadores están disponibles en el mercado
en ABB con la marca comercial RESIBLOC®. Un alto contenido de fibra
de vidrio (aproximadamente el 70% en peso) es básico para alcanzar
la resistencia mecánica excelente requerida y la estabilidad al
choque térmico tanto a altos como a bajos valores de temperatura.
Las bobinas aisladas con resina epoxi de acuerdo con la técnica
RESIBLOC® se fabrican por aplicación alternativa de una capa de
bobinado y una capa que consiste en fibras de vidrio continuas.
Dichas fibras se sumergen en un baño de resina epoxi líquida y
posteriormente se enrollan sobre los bobinados de bobina. La resina
epoxi líquida llena los huecos entre los bobinados de bobina.
Después de completar el proceso de bobinado de bobina la resina
epoxi líquida se cura en un horno y se hace
sólida.
sólida.
Los transformadores aislados con epoxi del
estado de la técnica muestran un rendimiento de producto destacado.
Su fabricación, sin embargo, es bastante laboriosa e intensiva
respecto a costes. El exceso de resina epoxi resultante de la
aplicación de las fibras humedecidas tiene que dispersarse sobre la
bobina o un operario tiene que retirarlo manualmente.
Para que sea adecuado para la técnica de
trenzado de fibras, la resina epoxi usada tiene que tener una
viscosidad comparablemente baja. Para mantener una distribución de
resina uniforme en la etapa de curado final, la bobina tiene que
inclinarse hacia atrás y hacia adelante hasta que tenga lugar la
gelificación y solidificación de la matriz de aislamiento de resina
epoxi. Sin esta inclinación la resina epoxi gotearía y se acumularía
en el extremo inferior de la bobina. El ciclo de curado completo
dura más de 10 horas y no puede acortarse fácilmente.
Las dos razones mencionadas anteriormente
conducen a costes de fabricación significativos. Además, la
aplicación manual de la mezcla líquida de resina epoxi/prepolímero
anhídrido en un proceso en húmedo abierto puede conducir a una
exposición significativa de los trabajadores a compuestos químicos
tóxicos. Además, por razones medioambientales, la resina epoxi no
curada tiene que evacuarse apropiadamente.
El documento EP 1 211 052 A1 muestra un proceso
y aparato para vendar cuerpos con bandas de plástico reforzadas con
fibra. La banda de termoplástico reforzada con fibra no está
devanada y se suministra mediante un aparato de fusión a un aparato
de prensado. La banda de polímero termoplástico se funde
superficialmente y posteriormente se prensa sobre el cuerpo para
vendarlo.
La Patente de Estados Unidos Nº 5.954.909
describe un proceso de adhesivo directo para adherir conductores a
soportes y para adherir una capa de cable conductor adicional sobre
una película adhesiva aplicada a una capa de cable conductor
existente. El adhesivo se pinta o pulveriza sobre una forma de
liberación del molde, en la que puede incorporarse una esterilla de
fibras o pueden embeberse partículas de fibra. La capa adhesiva
puede estar en fase B por tratamiento térmico, formando de esta
manera una lámina adhesiva 2-D. Para la producción
de bobinas, la lámina adhesiva se dispone entonces en forma de
parche sobre un área de cable conductor 2-D en una
etapa de colocación discontinua, diferente. En una etapa posterior,
el tratamiento térmico y el sobre-enrollado se usan
para enlazar y presionar la lámina de adhesivo sobre la capa de
conductor 2-D existente.
El documento DE 1 540 133 describe un método
para producir aislamientos de bobina usando una cinta de resina y
una cinta endurecedora diferente. Al menos una cinta puede
comprender mica o fibras de vidrio. El enfoque de cinta diferente
se elige como alternativa para las cintas preimpregnadas para
mejorar los tiempos de almacenamiento. En una primera etapa, se
produce un aislamiento de bobina enrollando esta combinación de
cinta de resina y cinta endurecedora sobre una capa conductora. En
una segunda etapa, la bobina se calienta entonces durante
1-3 horas para endurecer la resina. Este proceso de
endurecimiento se realiza en una etapa de producción discontinua,
diferente.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un método para la fabricación eficaz respecto al tiempo
y costes de bobinas reforzadas con fibra con bobinados de bobina
aislados con resina sin molde. Además, el método de acuerdo con la
presente invención será ventajoso en vista de los aspectos
medioambientales y de seguridad operativa.
Estos y otros problemas se resuelven mediante el
método de acuerdo con la presente invención como se define en la
reivindicación 1, el método para producir un transformador como se
define en la reivindicación 10 y el aparato y uso del aparato para
fabricación como se define en las reivindicaciones 12 y 19. La
invención sustituye a la técnica del estado actual de trenzado de
fibras de vidrio impregnadas con prepolímero de epoxi mediante una
técnica en la que fibras continuas embebidas en o suministradas
simultáneamente con una matriz de resina epoxi en estado
cuasi sólido, por ejemplo, en forma de al menos una cinta, se
aplican continuamente a los bobinados de bobina.
En el método para fabricar una bobina aislada
con resina, la bobina se refuerza con fibras dispuestas sobre la
bobina en una matriz polimérica sólida, en la que una capa de
bobinado y una capa de fibra/polímero se aplican alternativa y
repetidamente, donde la aplicación de una capa de fibra/polímero
comprende las siguientes etapas ejecutadas continuamente:
- -
- fundir o activar una sección de al menos una cinta continua que comprende fibras y una matriz polimérica sólida, y
- -
- presionar la sección fundida o activada de al menos una cinta sobre la bobina.
La al menos una cinta puede ser una cinta
reforzada con fibra que comprende fibras embebidas en una matriz
polimérica sólida o una cinta de fibra diferente y una cinta de
matriz polimérica. Para obtener un aislamiento sin huecos de
bobinados de bobina, la cinta reforzada con fibra o la cinta de
matriz se calientan localmente hasta el punto de fusión de su
matriz polimérica o se activan de otra manera, por ejemplo por
radiación UV o químicamente y posteriormente se presionan contra el
cuerpo del bobinado. Como la cinta se calienta a o se activa sólo
en una pequeña región, la matriz de polímero fundido o activado
solidifica rápidamente después de dejar el área de calentamiento o
activación y de presión. El término fusión o activación se refiere a
cualquier proceso para preparar la cinta o hacerla susceptible a
unirse a capas adyacentes en la bobina por procesos físicos y/o
químicos.
La resina calentada y fundida o activada de la
cinta, que se presiona sobre la bobina, fluye a presión en los
poros y huecos entre las bobinas de bobinado y los llena, aislando
herméticamente de esta manera los bobinados de bobina. Después de
dejar el aparato de de calentamiento o activación y de presión la
resina epoxi fundida o activada deja inmediatamente de fluir y se
hace sólida de nuevo debido a una rápida refrigeración por debajo
del punto de fusión.
El curado de una bobina acabada puede
completarse en un horno. El tiempo de curado necesario es
significativamente más corto que en la técnica anterior. No hay
resina epoxi totalmente líquida presente que pueda gotear o
acumularse en una parte inferior de la bobina. En consecuencia, no
hay necesidad de inclinar la bobina durante el ciclo de curado. El
proceso de curado resultante, por lo tanto, se simplifica
considerablemente y se acorta comparado con el estado de la
técnica.
El método de fabricación de la presente
invención es más rápido, menos laborioso y más eficaz respecto a
costes que el método de fabricación del estado de la técnica. Como
no hay resina epoxi prepolimérica líquida presente durante la
fabricación, la presente invención se distingue también por sí misma
positivamente por una mayor seguridad ambiental y operativa.
La Figura 1 muestra esquemáticamente un aparato
ejemplar adecuado para realizar el método de acuerdo con la presente
invención.
La Figura 2 muestra un detalle de otra
realización de un aparato adecuado para realizar el método de
acuerdo con la presente invención.
La Figura 3 muestra una realización adicional de
un aparato adecuado para realizar el método de acuerdo con la
presente invención.
La Figura 4 muestra un diseño de transformador
conocido que tiene un bobinado de baja tensión y dos bobinados
secundarios.
La Figura 5 muestra otra realización de un
aparato de bobinado que tienen dos cabezales de bobinado
contra-rotatorios.
Un polímero en estado cuasi sólido
adecuado o matriz de resina para una cinta a usar en la presente
invención es, por ejemplo, una resina en fase B, por ejemplo, una
resina epoxi en fase B. La resina epoxi en fase B (denominada
también "resolite" o "resitol") es el término usado para
una fase secundaria en la reacción de ciertas resinas
termoestables. Los monómeros ya han polimerizado a un cierto grado.
La resina puede ser aún parcialmente líquida cuando se calienta o
puede hincharse en presencia de ciertos disolventes, aunque no se
funde más sin descomposición térmica o sin disolverse
completamente.
Las cintas impregnadas con resina en fase B
reforzada con fibra se denominan habitualmente cintas
"preimpregnadas" y se usan para la fabricación eficaz de
productos hechos de materiales compuestos que contienen, por
ejemplo, fibras de carbono.
Las cintas preimpregnadas están disponibles con
diferentes sistemas de polímeros y fibras. Aparte de la resina
epoxi pre-endurecida ya mencionada, se usan resinas
tales como resina éster de cianato y resinas de poliimida para
fabricar preimpregnados. Estos materiales duroplásticos son
adecuados para altas temperaturas, lo que es ventajoso. También se
usan los sistemas de polímero termoplástico tales como poliéster y
polipropileno. Estos tipos de material son menos caros, pero no
pueden usarse por encima de una temperatura operativa de
aproximadamente 80ºC sin perder su resistencia mecánica. Pueden
usarse también combinaciones de los polímeros o resinas mencionados
anteriormente.
Existe una diversidad de diferentes materiales
de fibra orgánicos e inorgánicos que muestran una gran resistencia
a tracción y que, por tanto, son adecuados para materiales
compuestos y para usar en la presente invención, por ejemplo,
fibras de vidrio, fibras de cuarzo, fibras de aramida, fibras de
dinema (polietileno hilado con gel), fibras de boro, fibras de
óxido de aluminio, fibras de carburo de silicio, fibras de
polibencimidazol (PBI) y fibras de basalto. También pueden usarse
combinaciones de los tipos de fibras mencionados anteriormente. Las
fibras de carbono también usadas ampliamente no son adecuadas para
usar en la presente invención debido a su resistencia óhmica muy
baja. Las cintas preimpregnadas se producen empapando las fibras con
prepolímero líquido y posteriormente
pre-endureciendo. El proceso de endurecimiento
químico se detiene mediante una refrigeración rápida. Las cintas
preimpregnadas deben almacenarse a bajas temperaturas, por ejemplo,
en un ultra-congelador y están disponibles en forma
enrollada o carretes.
La Figura 1 muestra una realización ejemplar de
un aparato 1a de acuerdo con la presente invención. Un cuerpo de
bobina básicamente cilíndrico 1 se hace girar alrededor de un eje de
giro 8. Como alternativa, el aparato o cabezal de bobinado de
bobina 1a puede hacerse girar alrededor de una bobina estacionaria
1. El cuerpo de bobina 1 consiste en diversas capas de bobinado de
bobina 3, embebidas en una matriz de resina reforzada con fibra 4.
En particular, la bobina 1 comprende capas de bobinado 3 que están
aisladas unas contra otras por capas de fibra/polímero 4 y tienen
conexiones eléctricas para proporcionar el bobinado continuo de una
bobina transformadora 1. La bobina 1 puede usarse como una bobina
transformadora de tipo seco 1, en particular en un transformador de
distribución o en un transformador de corriente, preferiblemente en
un pequeño transformador de corriente. La bobina 1 puede ser
también cualquier tipo de bobina y puede usarse para cualquier otra
aplicación especificada para la que una excelente estabilidad
mecánica, térmica y eléctrica es crucial para su funcionamiento,
típicamente en un entorno de media tensión a alta tensión. El método
y aparato 1a de acuerdo con la invención permite, en particular,
una fabricación eficaz y medioambientalmente segura de bobinas
transformadoras de tipo seco 1.
De forma más general, el aparato 1a, 1b (Figuras
1, 5) para fabricar una bobina aislada con resina 1, que comprende
conducir de forma alternativa las capas de bobina 3 y las capas
aislantes 4 que contienen fibras embebidas en una matriz polimérica
sólida 4, tiene:
- -
- medios para suministrar continuamente 9, 10, 11 al menos una cinta 2; 2a, 2b que comprende fibras y una matriz polimérica sólida, en particular una cinta reforzada con fibra 2,
- -
- medios para activar 7, 12, 12', 14 localmente una sección de la cinta reforzada con fibra 2 durante el suministro,
- -
- medios para soportar y hacer girar 8 la bobina 1, y/o medios para hacer girar 18, 18' al menos un cabezal de bobinado 1a, 1b del aparato alrededor de la bobina 1, y
- -
- medios para aplicar 5 la sección activada de la al menos una cinta 2; 2a, 2b y en particular la cinta reforzada con fibra 2 sobre la bobina rotatoria 1.
Adicionalmente, pueden proporcionarse medios
para aplicar las capas de bobinado 3 sobre la bobina 1, y en
particular, medios para conectar eléctricamente capas de bobinado
posteriores 3 juntas. Preferiblemente, pueden estar presentes
medios para alternar entre la aplicación de la cinta 2, 2a, 2b y la
aplicación de las capas de bobinado 3 sobre la bobina 1.
Adicionalmente, pueden estar presentes medios para aplicación
simultánea de la cinta 2; 2a, 2b y las capas de bobinado 3 sobre la
bobina 1.
En una realización preferida del aparato 1a la
bobina 1 a fabricar es la bobina 1 de un transformador, en
particular, un transformador de distribución de tipo seco o un
pequeño transformador de corriente. Ventajosamente, la cinta 2 es
una cinta preimpregnada reforzada con cinta 2 que contiene fibras,
en particular fibras continuas, embebidas en una matriz de resina
en estado cuasi sólido, tal como la resina de matriz en fase
B y se enrolla en un carrete 9. Como alternativa, como se muestra
en la Figura 5, una primera cinta 2a comprende fibras y una segunda
cinta 2b comprende una matriz, preferiblemente una matriz polimérica
en estado cuasi sólido, en particular una matriz de resina
en fase B y ambas cintas 2a, 2b se enrollan en carretes 9 y pueden
aplicarse simultáneamente, preferiblemente en un orden
estratificado alternativo.
Adicionalmente, los medios para suministro
continuo 9, 10, 11 pueden comprender un carrete 9 que lleva la
cinta reforzada con fibra 2 o carretes diferentes 9 que llevan la
primera cinta o cinta de fibra 2a y la segunda cinta o cinta de
matriz 2b y pueden comprender rodillos 10, 11 para suministrar la
cinta reforzada con cinta 2 o la cinta de fibra 2a y la cinta de
matriz 2b a una tensión de cinta controlada a la bobina rotatoria 1.
Los rodillos 10, 11 pueden comprender, en particular, un rodillo de
frenado 10, rodillos accionadores y/o rodillos de guía soportados
elásticamente 11. Los medios para soportar y hacer girar 8 la bobina
1 pueden comprender un eje giratorio 8 que lleva la bobina 1; y/o
los medios para aplicar 5, 5', 5'' la sección fundida o activada de
la cinta reforzada con fibra 2 sobre la bobina rotatoria 1 pueden
comprender al menos un rodillo de presión 5, 5', 5'' para presionar
la sección fundida o activada de la cinta 2 sobre la bobina 1.
También, el aparato de bobinado puede comprender dos cabezales de
bobinado de bobina 1a, 1b, uno que gira en el sentido de las agujas
del reloj y el otro que gira en el sentido contrario a las agujas
del reloj alrededor de la bobina 1 para enrollar simultáneamente un
bobinado en el sentido de las agujas del reloj 100a y un bobinado
en el sentido contrario a las agujas del reloj 100b de un
transformador.
Dependiendo de la matriz de prepolímero usada de
la cinta 2, 2b, los medios de activación pueden comprender un
aparato calefactor 7, tal como una soplante de aire caliente, una
fuente de radiación por microondas; una fuente de radiación por
infrarrojos o un láser; y/o los medios para activar pueden
comprender, al menos, un aparato calefactor adicional 12, 12' para
una fusión repetida de la cinta aplicada recientemente 2; 2a, 2b
sobre la superficie de la bobina 15; y/o los medios para activar
pueden comprender, al menos, un aparato de activación no térmico
14, tal como una fuente de UV 14, para potenciar el endurecimiento
de la cinta recién aplicada 2; 2a; 2b sobre la superficie de bobina
15. Más preferiblemente, el aparato 1a, 1b se usa para fabricar la
bobina 1 de un transformador, en particular de un transformador de
distribución o un transformador de corriente.
A continuación, se dan realizaciones del método
con más detalle. Una cinta 2, 2a, 2b, en particular una cinta
preimpregnado reforzada con fibra 2, se aplica continuamente a la
superficie 15 del cuerpo de bobina 1, después de un calentamiento
local corto de la superficie de la cinta 16 orientada hacia la
bobina 1 mediante el aparato calefactor 7. La fuente de calor del
aparato calefactor 7 puede producir aire caliente o radiación, como
se ha indicado anteriormente, dependiendo de la matriz de
prepolímero usada de la cinta 2, 2b. La cinta fundida localmente 2,
2a, 2b se presiona entonces contra el cuerpo de la bobina 1 mediante
un rodillo de presión 5, ejerciendo de esta manera una fuerza de
presión 6 perpendicular a la superficie 15 de un cuerpo de bobina
1. En condiciones de aumento de presión/temperatura la resina
prepolimerizada fundida empieza a fluir, cierra huecos alrededor de
los bobinados de bobina y se funde con la matriz polimérica de la
superficie 15. Después de salir de la zona de presión del rodillo
de presión 5 la cinta 2; 2a, 2b, que ahora es una parte integral de
la matriz de fibra/resina 4 del cuerpo de resina 1, se enfría. La
superficie externa 17 de la parte forma la nueva superficie 15 del
cuerpo de bobina 1.
La velocidad de rotación del cuerpo de bobina 1
puede elegirse constante, con la ventaja de un sistema de control
más sencillo y la desventaja de una velocidad de aplicación variable
de la cinta 2, 2a, 2b. La velocidad puede ajustarse también al
diámetro actual en la posición de aplicación de la cinta, para
asegurar parámetros de proceso constantes, que dan como resultado
propiedades de material más uniformes por todo cuerpo de la bobina
1.
En la Figura 1, la cinta preimpregnada 2 se
recupera de un carrete 9 y se conduce mediante un sistema apropiado
al aparato calefactor 7. La Figura 1 muestra también un rodillo de
frenado 10 y rodillos soportados elásticamente 11. También pueden
estar presentes rodillos accionadores (no mostrados). Esto, sin
embargo, debe entenderse como un ejemplo simplificado. Los sistemas
que aseguran una tensión constante de la cinta y evitan rupturas se
conocen de la técnica anterior.
Para crear un cuerpo de bobina 1 de acuerdo con
la presente invención, se aplican alternativamente capas de
bobinados de bobina 3 y capas de polímero reforzado con fibra 4 al
cuerpo 1, hasta que los bobinados de bobina 3 se completan y se
aíslan totalmente.
Antes de enrollar el cable de bobina 3 sobre la
superficie de la bobina 1, el cable se conecta a la capa previa de
los bobinados de bobina 3, por ejemplo por soldadura. Después de
acabar una capa de bobinado de bobina 3, el cable se corta de una
manera apropiada para permitir la conexión de la siguiente capa 3.
La cinta de polímero reforzada con fibra 2 se aplica entonces a la
superficie del cuerpo de bobina 15, usando el aparato 1 a de
acuerdo con la presente invención, hasta que la capa de polímero 4
alcanza el espesor que asegura la estabilidad mecánica deseada de
la bobina 1 y el aislamiento eléctrico de los cables de la bobina 3.
Sobre la superficie de la capa de polímero resultante 4 se aplica
la siguiente capa de bobinados de bobina 3. Después de la última
capa de bobinados de bobina 3 se aplica una última capa de polímero
4, que puede ser de mayor espesor que las otras capas 4, para
asegurar un muy buen aislamiento contra el entorno circundante.
En una realización preferida, el proceso de
aplicación está automatizado y, por tanto, se hace más fiable y
robusto, por ejemplo poniendo la cinta 2, 2a, 2b sobre los bobinados
de bobina 3 mediante un robot. Durante la aplicación de la cinta 2
la capa de fibra/polímero 4 puede curarse continuamente y/o
repetidamente. Además, el proceso de aplicar alternativamente los
bobinados de bobina 3 y aplicar el refuerzo de fibra de vidrio 4,
aislando al mismo tiempo los bobinados de bobina 3, puede realizarse
de forma totalmente automatizada, sin un operario humano, en
particular usando un robot.
Como se muestra en la realización de la Figura
5, la aplicación alternativa de la capa de fibra/polímero 4 y la
capa de cable 3 puede realizarse en una etapa de fabricación
simultánea. Para este fin, un carrete adicional con un hilo de
cobre 3 se suministra al cabezal de bobinado 1a o 1b y se aplica a
la bobina 1.
La Figura 4 muestra un diseño de transformador
que comprende un bobinado de baja tensión 100c, separado de los dos
bobinados de tensión secundaria 100a, 100b mediante un aislante 101
y un canal de refrigeración 102. En esta disposición, los bobinados
secundarios 100a, 100b tienen típicamente un sentido de rotación
opuesto, es decir, en el sentido de las agujas del reloj 100a y en
el sentido contrario a las agujas del reloj 100b. Para conseguir
esto, el aparato de bobinado 1a, 1b mostrado en la Figura 5 tiene
dos cabezales de bobinado 1a, 1b, un cabezal de bobinado 1a que
gira en el sentido de las agujas del reloj alrededor de la bobina 1
para fabricar el bobinado en el sentido de las agujas del reloj 100a
y el otro cabezal de bobinado 1b que gira en el sentido contrario a
las agujas del reloj alrededor de la bobina 1 para fabricar el
bobinado en el sentido contrario a las agujas del reloj 100b del
transformador.
Para completar el curado de la matriz
polimérica, la bobina acabada 1 puede calentarse en un horno,
convirtiéndose la resina en una resina que no puede fundirse, lo
que se denomina resina en fase C. El tiempo de curado necesario
para la resina epoxi en fase B es significativamente más corto, es
decir, de 1 a 2 horas, comparado con las 10 horas de la técnica de
resina epoxi líquida (denominada fase A). Como la matriz de resina
epoxi ya es un sólido excepto por la corta etapa de calentamiento y
presión mencionada anteriormente, no hay resina epoxi presente que
pueda gotear o acumularse en la parte inferior de la bobina. En
consecuencia, no hay necesidad de inclinar la bobina 1 durante el
ciclo de curado. El proceso de curado resultante se simplifica
considerablemente y se acorta, comparado con el estado de la
técnica. También es posible realizar el curado final a presión en
un autoclave, aumentando así adicionalmente la estabilidad mecánica
de la estructura del material compuesto de la bobina.
La Figura 2 muestra los elementos de
calefactores y de presión de otra posible realización de un aparato
1a de acuerdo con la presente invención. Después de la fusión local
de la superficie interna 16, la cinta reforzada con fibra 2 se
aplica al cuerpo de la bobina 1 usando el rodillo de presión 5. Para
aumentar la conexión física y química entre la cinta aplicada
reciente 2 y la superficie 15, la cinta 2 se calienta una segunda
vez mediante un aparato calefactor 12 y se presiona sobre la
superficie 15 mediante un segundo rodillo de presión 5'. También es
posible añadir un tercer aparato calefactor 12' y un tercer rodillo
de presión 5''. Dependiendo del sistema prepolimérico usado los
aparatos calefactores adicionales 12, 12' pueden sustituirse también
por una fuente de luz ultravioleta 14, ya que ciertos polímeros
pueden endurecerse por radiación UV.
La Figura 3 muestra otra posible realización de
un aparato 1a de acuerdo con la presente invención. La superficie
del polímero completa 15 del cuerpo de bobina 1 se irradia con uno o
más aparatos de irradiación 14. Dependiendo del sistema de polímero
preimpregnado usado la radiación usada puede ser luz infrarroja para
el curado térmico del polímero, y/o luz ultravioleta o azul para
inducir las reacciones químicas que dan como resultado el
endurecimiento del polímero. Para proteger la cinta 2 antes de la
aplicación, hay paredes opacas 13 que separan la cinta 2 de las
fuentes de luz 14. En lugar de las fuentes de radiación infrarroja
14 también pueden usarse soplantes de aire caliente.
Otros objetos de la invención son una bobina
aislada con resina 1, en particular para un transformador de tipo
seco fabricado de acuerdo con el método descrito anteriormente y un
transformador, en particular un transformador de distribución o un
transformador de corriente, que contiene dicha bobina aislada con
resina 1 fabricada de acuerdo con el método descrito
anteriormente.
Las ventajas conseguidas por la invención son
numerosas. Las capas de fibra 4 añaden tenacidad mecánica y
resistencia térmica y dieléctrica al polímero o resina. Las capas de
fibra 4 reducen también la cantidad de resina cara necesaria.
Adicionalmente, el uso de una cinta de fibra 2a y una cinta de
matriz 2b diferentes permite sustituir la cinta preimpregnada 2
relativamente costosa. El espesor de las capas de fibra/polímero 4
se elegirá para satisfacer el rendimiento mecánico térmico y
eléctrico especificado de la bobina transformadora 1 y depende del
diseño del transformador. El método de producción de acuerdo con la
invención sustituye al proceso de bobinado en húmedo sucio, es muy
adecuado para procedimientos de bobinado automatizados, reduce la
exposición sanitaria del personal de producción y da como resultado
bobinas del transformador 1 de calidad, rendimiento dieléctrico y
fiabilidad mejorados. Los transformadores secos que contienen dichas
bobinas 1 tienen una descarga parcial reducida. Asimismo, el
peligro de combustión y explosión de dichas bobinas de transformador
1 es mínimo.
- 1
- cuerpo de bobina
- 100a
- primer bobinado, bobinado en el sentido de las agujas de reloj
- 100b
- segundo bobinado, bobinado en el sentido contrario a las agujas del reloj, bobinado hacia la izquierda
- 100a, 100b
- bobinados de tensión secundarios
- 100c
- bobinado de baja tensión
- 101
- aislamiento
- 102
- canal de refrigeración
- 1a, 1b
- aparato, aparato de bobinado; cabezales del bobinado de bobina
- 2
- cinta reforzada con fibra
- 2a
- primera cinta, cinta de fibra
- 2b
- segunda cinta, cinta de matriz
- 3
- capa de bobinado de bobina
- 4
- capa de fibra/polímero
- 5, 5, 5''
- rodillo de presión
- 6
- fuerza de presión
- 7
- aparato calefactor
- 8
- eje de giro
- 9
- carrete o carretes
- 10
- rodillo de frenado
- 11
- rodillo o rodillos soportados elásticamente, rodillo o rodillos de guía
- 12, 12'
- aparato o aparatos calefactores
- 13
- pared o paredes opacas
- 14
- aparato o aparatos de irradiación
- 15
- superficie del cuerpo de la bobina
- 16
- superficie interna de la cinta
- 17
- superficie externa de la cinta
- 18, 18'
- rotación
- 18
- rotación en el sentido de las agujas del reloj
- 18'
- rotación en el sentido contrario a las agujas del reloj
Claims (19)
1. Un método para fabricar una bobina aislada
con resina (1), en el que la bobina (1) está reforzada con fibras
dispuestas sobre la bobina (1) en una matriz polimérica sólida (4),
en el que una capa de bobinado (3) y una capa de fibra/polímero (4)
se aplican alternativa y repetidamente, comprendiendo la aplicación
de la capa de fibra/polímero (4) las siguientes etapas ejecutadas
continuamente:
- -
- suministrar continuamente al menos una cinta continua (2; 2a, 2b) que comprende fibras y una matriz polimérica sólida,
- -
- fundir o activar una sección de al menos una cinta (2; 2a, 2b) durante el suministro,
- -
- presionar la sección fundida o activada de la cinta (2; 2a, 2b) sobre la bobina (1) durante el suministro, y
- -
- enfriar la cinta (2; 2a, 2b) después de dejar la zona de calentamiento o activación y presión.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que la cinta (2) comprende fibras en una matriz polimérica
sólida y forma una cinta reforzada con fibra (2) que contiene fibras
continuas embebidas en una matriz polimérica en estado cuasi
sólido, en particular en una matriz de resina en fase B.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que
- -
- una primera cinta continua (2a) comprende fibras y una segunda cinta continua (2b) comprende una matriz, preferiblemente una matriz polimérica en estado cuasi sólido, en particular una matriz de resina en fase B,
- -
- y ambas cintas continuas (2a, 2b) se aplican simultáneamente en un orden alterno.
4. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que
- -
- la resina se elige entre el grupo que consiste en resina epoxi, éster de cianato, poliimida, poliéster, polipropileno y combinaciones de los mismos, y/o,
- -
- las fibras se eligen entre el grupo que consiste en fibras de vidrio, fibras de cuarzo, fibras de aramida, fibras de dinema, fibras de boro, fibras de óxido de aluminio, fibras de carburo de silicio, fibras de polibencimidazol, fibras de basalto y combinaciones de las mismas.
5. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que
- -
- la capa de fibra/polímero (4) se cura continuamente y/o repetidamente durante la aplicación de la cinta (2; 2a, 2b) y/o
- -
- la aplicación de la cinta continua (2; 2a, 2b) se realiza de una forma totalmente automatizada, en particular usando un robot.
6. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que la aplicación alternativa de la
capa de fibra/polímero (4) y la capa de cable (3) se realiza de
forma totalmente automatizada, en particular usando un robot y
preferiblemente en una etapa de fabricación simultánea.
7. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que después de la aplicación de una
última capa de fibra/polímero (4) la bobina (1) se cura en un horno
o un autoclave.
8. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que durante la fabricación se hace
girar la bobina (1) alrededor de un eje (8) y/o se hace girar un
aparato de bobinado (1a, 1b) alrededor de la bobina (1).
9. El método de acuerdo con cualquiera de
reivindicaciones 1 a 8, en el que un bobina en el sentido de las
agujas del reloj (100a) de un transformador de tipo seco se fabrica
mediante un cabezal de bobinado de bobina (1a) que gira en el
sentido de las agujas del reloj, alrededor de la bobina (1) y un
bobinado en el sentido contrario a las agujas del reloj (100b) del
transformador de tipo seco se fabrica mediante un cabezal de
bobinado de bobina (1b) que gira en el sentido contrario a las
agujas del reloj alrededor de la bobina (1), en particular en el
que ambos cabezales de bobinado de bobina (1a,1b) giran
simultáneamente.
10. Un método para fabricar un transformador, en
particular un transformador de distribución o un transformador de
corriente, comprendiendo el método las etapas de fabricar una bobina
aislada con resina (1) de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10 y que comprende adicionalmente la etapa de
ensamblar la bobina (1) en el transformador.
11. El método de acuerdo con la reivindicación
10, en el que el transformador es un transformador de distribución
de tipo seco o un pequeño transformador de corriente.
12. Un aparato (1a, 1b) para fabricar una bobina
aislada con resina (1), en particular para la realización práctica
del método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,
en el que la bobina (1) comprende alternativamente capas de
bobinado conductoras (3) y capas aislantes (4) que contienen fibras
y una matriz polimérica sólida (4), en el que
- -
- medios para suministrar continuamente (9, 10, 11) al menos una cinta (2; 2a, 2b) que comprende fibras y una matriz polimérica sólida,
- -
- medios para activar (7, 12, 12', 14) localmente una sección de la cinta (2; 2a, 2b) durante el suministro,
- -
- medios para aplicar (5) la sección activada de la cinta (2; 2a, 2b) sobre la bobina rotatoria (1) y
- -
- medios para soportar y rotar (8) la bobina (1) y/o medios para rotar (18, 18') al menos un cabezal de bobinado (1a, 1b) del aparato alrededor de la bobina (1), y para mover la cinta (2; 2a, 2b) fuera de la zona de calentamiento o de activación y presión.
13. El aparato (1a, 1b) de acuerdo con la
reivindicación 12, que comprende
- -
- medios para aplicar las capas de bobinado (3) sobre la bobina (1) y, en particular, medios para conectar eléctricamente las capas de bobinado posteriores (3) juntas y,
- -
- en particular, medios para alternar entre la aplicación de la cinta (2; 2a, 2b) y la aplicación de las capas de bobinado (3) sobre la bobina (1) o
- -
- en particular, medios para la aplicación simultánea de la cinta (2; 2a, 2b) y las capas de bobinado (3) sobre la bobina (1).
14. El aparato (1a, 1b) de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 12-13, en el
que
- -
- la cinta (2) es una cinta preimpregnada reforzada con fibra (2) que contiene fibras, en particular fibras continuas, embebidas en una matriz de resina en estado cuasi sólido, tal como una matriz de resina en fase B y se enrolla sobre un carrete (9) o
- -
- una primera cinta (2a) que comprende fibras y una segunda cinta (2b) que comprende una matriz, preferiblemente una matriz polimérica en estado cuasi sólido, en particular una matriz de resina en fase B y ambas cintas (2a, 2b) se enrollan en carretes (9) y pueden aplicarse simultáneamente, preferiblemente en un orden estratificado alterno.
15. El aparato (1a, 1b) de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 12-14, en el
que
- -
- los medios para suministro continuo (9, 10, 11) comprenden un carrete (9) que lleva la cinta reforzada con fibra (2) o carretes diferentes (9) que llevan una cinta de fibra (2a) y una cinta de matriz (2b) y rodillos (10, 11) para suministrar la cinta reforzada con fibra (2) o la cinta de fibra (2a) y la cinta de matriz (2b) a una tensión de cinta controlada a la bobina rotatoria (1),
- -
- en particular los rodillos (10, 11) comprenden un rodillo de frenado (10), rodillos activadores y/o rodillos de guía soportados elásticamente (11).
16. El aparato (1a, 1b) de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 12-15, en el
que
- -
- los medios para activación comprenden un aparato calefactor (7), tal como una soplante de aire caliente, una fuente de radiación por microondas, una fuente de radiación infrarroja o un láser, y/o
- -
- los medios para activación comprenden al menos un aparato calefactor adicional (12,12') para fusión repetida de la cinta aplicada recientemente (2; 2a, 2b) sobre la superficie de la bobina 15, y/o
- -
- los medios para activación comprenden al menos un aparato de activación no térmico, tal como una fuente de UV (14) para potenciar el endurecimiento de la cinta aplicada recientemente (2; 2a, 2b) sobre la superficie de bobina (15).
17. El aparato (1a, 1b) de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 12-16, en el
que
- -
- los medios para soportar y hacer girar (8) la bobina (1) comprenden un eje giratorio (8) que lleva la bobina (1) y/o
- -
- los medios para aplicar (5, 5', 5'') la sección fundida o activada de la cinta (2; 2a, 2b) sobre la bobina rotatoria (1) comprenden al menos un rodillo de prensado (5, 5', 5'') para prensar la sección fundida o activada de la cinta (2; 2a, 2b) sobre la bobina (1).
18. El aparato (1a, 1b) de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 12-17, en el que
el aparato de bobinado comprende dos cabezales de bobinado de
bobina (1a, 1b), uno que gira en el sentido de las agujas del reloj
y el otro que gira en el sentido contrario a las agujas del reloj
alrededor de la bobina (1) para enrollar simultáneamente un
bobinado en el sentido de las agujas del reloj (100a) y un bobinado
en el sentido contrario las agujas del reloj (100b) de un
transformador.
19. Uso del aparato (1a, 1b) de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 12-18 para
fabricar la bobina (1) de un transformador, en particular de un
transformador de distribución o un transformador de corriente.
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