ES2331085T3 - Bobinados de bobina aislados con resina sin molde. - Google Patents

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.

Campo técnico

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.

Estado de la técnica

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.

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.

Sumario de la invención

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.

Breve descripción de los dibujos

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.

Modos para poner en práctica la invención

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.

Lista de símbolos de referencia

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

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medios para suministrar continuamente (9, 10, 11) al menos una cinta (2; 2a, 2b) que comprende fibras y una matriz polimérica sólida,

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medios para activar (7, 12, 12', 14) localmente una sección de la cinta (2; 2a, 2b) durante el suministro,

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medios para aplicar (5) la sección activada de la cinta (2; 2a, 2b) sobre la bobina rotatoria (1) y

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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

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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,

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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

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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

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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

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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

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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),

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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

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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

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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

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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

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los medios para soportar y hacer girar (8) la bobina (1) comprenden un eje giratorio (8) que lleva la bobina (1) y/o

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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.