BR0011458B1

BR0011458B1 - Enrolamento de alta tensão, de comando capacitivo

Info

Publication number: BR0011458B1
Application number: BRPI0011458-8A
Authority: BR
Inventors: Anatoliy Bunin; Erwin Hager; Koehl Johann
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2014-12-16
Also published as: DE50013938D1; EP1183696A1; DE19926540C1; ATE350756T1; WO2000077800A1; CN1354883A; EP1183696B1; BR0011458A; PT1183696E; CN1165057C

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ENRO- LAMENTO DE ALTA TENSÃO, DE COMANDO CAPACITIVO". [001] Para os chamados transformadores de potencial-limite, com tensões nominais a partir de aproximadamente 220 kV e potências uni- tárias de aproximadamente 200 MVA, torna-se vantajoso o uso de en- rolamento de bobinas de condutores helicoidais no lugar de enrola- mentos de bobinas, constituídas de uma variedade de fios achatados paralelos. Por um lado, são reduzidas, desta forma, as perdas adicio- nais, ocasionadas pelo campo de dispersão, e, por outro lado, o espa- ço para enrolamento disponibilizado é mais bem aproveitado, devido a um fator de enchimento aumentado. [002] A resistência à tensão de choque de enrolamentos de transformadores para tensões nominais a partir de 220 kV será, ge- ralmente, lograda pelo fato de que o enrolamento é constituído exclu- sivamente de bobinas enroladas umas nas outras, ou pelo fato de que na área de entrada do enrolamento com capacidades longitudinais es- calonadas, a tensão de choque é neutralizada a tal ponto que o enro- lamento restante pode ser concretizado em circuito de bobina dupla, por exemplo de condutores helicoidais. [003] De qualquer modo, a produção de bobinas enroladas umas nas outras exige conexões por solda que na utilização de condutores helicoidais somente podem ser concretizadas nas condições mais difí- ceis, ou são até mesmo inviáveis. No uso de condutores helicoidais deve ser visado, portanto, um circuito de bobina dupla de enrolamento continuado, tendo em vista evitar as conexões por meio de solda, sen- do que, neste circuito, o comando capacitivo pode ser logrado por um condutor de comando especial, cujas conexões de solda podem ser produzidas de forma simples e econômica. [004] A invenção refere-se a um enrolamento de alta tensão, de comando capacitado, constituído de bobinas de disco para transfor- madores com grande potência nominal, com um condutor principal, configurado como condutor helicoidal, condutora da corrente de carga, e com um condutor de comando correspondente, espacialmente para- lelo. [005] Um enrolamento de alta tensão deste tipo, de comando ca- pacitivo, passou a ser conhecido do relatório descritivo do pedido de patente de invenção alemão DE-OS 24 18 230. O enrolamento de alta tensão, ali revelado, apresenta várias bobinas de disco, axialmente superpostas, enroladas, continuamente, sobre um condutor principal, configurado como condutor helicoidal. Em sentido espacialmente para- lelo para com o condutor principal, é enrolado conjuntamente, em sen- tido contínuo, um condutor de comando sobre um segmento de enro- lamento, abrangendo sempre ao menos quatro bobinas de disco. O condutor de comando está seccionado no centro deste segmento de enrolamento, e o seu início e sua extremidade estão galvanicamente unidos fora do enrolamento. Esta ligação, produzida por meio de pro- cesso de solda, praticamente não oferece problemas, visto que o con- dutor de comando pode ser soldado sem dificuldades, na qualidade de um condutor maciço. [006] Por meio do relatório do pedido de patente de invenção a- lemão DE 1 297 217, passou a ser conhecido um outro conjunto de enrolamento, que contém condutores de comando para o comando capacitivo de um condutor principal maciço. Este enrolamento é consti- tuído de bobinas duplas, enroladas continuamente, e visando lograr capacidades longitudinais escalonadas nas bobinas duplas, os condu- tores de comando apresentam comprimento variável. O condutor prin- cipal de bobinas duplas é formado por dois condutores maciços, eletri- camente ligados em paralelo e conduzidos espacialmente em paralelo, estando eletricamente separados, sendo que entre estes condutores maciços está enrolado o condutor de comando, configurado como um laminado metálico. [007] Tanto na versão do enrolamento, consoante o relatório descritivo do pedido de patente de invenção alemão DE 12 97 217, como também de acordo com o DT 24 18 230 A1, a capacidade longi- tudinal, bem como a distribuição de choques de tensão no enrolamen- to, dependem também da densidade do enrolamento. A densidade do enrolamento oscila, todavia, de modo indesejado consoante a respec- tiva qualidade acabamento que foi possível alcançar. [008] A partir do DE-OS 19 43 724 passou a ser conhecido um condutor helicoidal para bobinas de transformadores, o qual consiste em vários condutores parciais achatados, projetados em paralelo e reciprocamente isolados. [009] Ao longo do condutor helicoidal, as posições dos conduto- res parciais em observação na seção transversal do condutor helicoi- dal estão ciclicamente substituídas por curvatura, de sorte que cada condutor parcial passa a ocupar, ao longo do comprimento do condu- tor helicoidal, ciclicamente qualquer posição possível na seção trans- versal do condutor helicoidal. [0010] A partir do DE-OS 23 23 304, passou a ser conhecido um enrolamento escalonado para transformadores, que apresenta vários enrolamentos parciais, eletricamente ligados em série. Cada um des- ses enrolamentos parciais é constituído sempre de um condutor indivi- dual, em relação à qual está disposto, em sentido espacialmente para- lelo, um respectivo condutor de comando. Os condutores de comando e os condutores individuais são eletricamente isolados uns dos outros. [0011] A partir do DE-OS 39 07 287 C2 passou a ser conhecido um transformador com um enrolamento de um condutor principal, con- dutor da corrente de carga, que consiste, comumente, em um material com elevado índice de condutibilidade. Ao menos sobre uma parte de sua extensão longitudinal, está alocado ao condutor principal, em sen- tido espacialmente paralelo, um condutor adicional de uma substância de resistência. O condutor adicional serve para combater oscilações. [0012] A partir do DE-OS 36 29 310 passou a ser conhecido um condutor de alta corrente para as linhas de acoplamento de enrola- mentos, ao lado do qual projeta-se, em sentido espacialmente parale- lo, um condutor blindado. O condutor blindado está de tal modo galva- nicamente ligado com o condutor energizado, ou seja, condutor de cor- rente, através das chamadas "ligações potenciais", que a soma da cor- rente no condutor blindado é igual a zero. O condutor blindado serve para blindar o campo magnético da corrente que atravessa o condutor de alta corrente, de maneira que os componentes construtivos, expos- tos ao seu campo magnético, não sejam termicamente solicitados de forma inadmissível por correntes de Foucault neles induzidas. [0013] A invenção tem como objetivo criar um conjunto de condu- tores de comando para enrolamentos de alta tensão, da espécie inici- almente citada, que apresenta maior capacidade longitudinal, assegu- rando, ao mesmo tempo, a produção comparadamente simples e se- gura, bem como um elevado índice de segurança do enrolamento de alta tensão durante a sua utilização em um transformador. [0014] Sob a expressão "capacidade longitudinal" entende-se a capacidade elétrica, atribuída a uma unidade de comprimento, existen- te entre condutores principais, formadores de enrolamento, e o condu- tor de comando. [0015] Em um enrolamento de alta tensão, da espécie inicialmente citada, esta tarefa é solucionada pelo fato de que, consoante à inven- ção, o condutor de comando está espacialmente integrado no interior do condutor principal, sendo que o condutor de comando está galvani- camente separado do condutor principal. [0016] Pelo fato de que o condutor de comando está integrado no condutor principal, configurado como condutor helicoidal, ele encontra- se espacialmente bem próximo de todos os condutores parciais, a par- tir dos quais um condutor helicoidal normalmente é formado, de modo que é proporcionada ampla capacidade longitudinal. Além disso, a ca- pacidade longitudinal deste enrolamento de alta tensão independe de canais de refrigeração axiais, eventualmente previstos. Um enrolamen- to de alta tensão pode ser produzido, de modo especialmente simples, com um condutor principal deste tipo, visto que o condutor principal e o condutor de comando podem ser enrolados ao mesmo tempo. Além disso, um elevado grau de segurança operacional é proporcionado, devido ao fato de que o condutor de comando está integrado dentro do condutor principal, ou seja, ele é blindado pelo condutor principal em relação ao ambiente externo. A solicitação máxima de tensão do con- dutor de comando entre duas bobinas axialmente adjacentes, é em virtude desta blindagem sempre apenas igual ao dobro da tensão, a- plicada sobre uma bobina de disco. [0017] Segundo desenvolvimentos vantajosos da presente inven- ção, o condutor de comando está disposto espacialmente entre dois empilhamentos de condutores individuais, achatados e superpostos, que compõem, conjuntamente, o condutor principal, estando posicio- nado sempre verticalmente entre os dois empilhamentos de conduto- res individuais do condutor principal. O condutor de comando, assim disposto, encosta em faces laterais correspondentes dos empilhamen- tos. [0018] Em comparação com a superfície externa de um condutor helicoidal, estas faces laterais são muito planas, de maneira que é proporcionada uma distância muito reduzida entre as faces laterais em questão e o condutor de comando, sendo, portanto, oferecida uma ca- pacidade longitudinal bastante ampla. [0019] Consoante configurações vantajosas da invenção, o condu- tor de comando forma, na sua seção transversal, um retângulo com uma relação de comprimento para largura de aproximadamente 15:1 e a seção transversal global do condutor principal, com o condutor de comando incluso, obedece, aproximadamente, a um formato quadra- do. [0020] De preferência, o condutor de comando é constituído de vários condutores individuais, paralelos, eletricamente isolados um contra o outro. Desta forma, resultam reduzidas perdas de correntes de Foucault no condutor de comando. [0021] Outras configurações residem em que o condutor de co- mando se estende por uma parte da bobina de disco, sendo que no condutor principal, na parte remanescente da bobina de disco, está previsto um enchimento de material isolante. [0022] De preferência, o número das voltas providas de um condu- tor de comando, dentro de uma bobina de disco, diminui com distância progressivamente maior da bobina de disco em relação à conexão do enrolamento de alta tensão. Deste modo, a capacidade longitudinal diminui progressivamente a partir da conexão e na direção do enrola- mento de alta tensão, sendo lograda a distribuição de um choque de tensão, incidente na conexão, para um elevado número de voltas, e- xistentes dentro do enrolamento de alta tensão. [0023] De preferência, entre os dois empilhamentos de condutores parciais, formadores do condutor principal, nas bobinas de disco isen- tas de condutor de comando, está prevista uma camada intermediária, cuja seção transversal corresponde ao condutor de comando, inclusive ao seu isolamento. Consoante outras versões da invenção, sempre a partir da volta mais externa de uma bobina de disco com um condutor de comando, salienta-se uma lingueta de conexão do condutor de co- mando, e as linguetas de conexão de bobinas de disco adjacentes - cujas voltas do condutor principal, situadas em posição radial interna, estão interligadas por acoplamento de bobina - estão galvanicamente interacopladas através de uma conexão de condutor de comando. [0024] Enrolamentos de alta tensão, configurados consoante a presente invenção, são muito vantajosos, porque a sua capacidade longitudinal, haja vista o acoplamento espacialmente estreito do con- dutor de comando com o condutor principal é nitidamente maior do que em todas as versões conhecidas, acima já citadas. No caso, o tra- balho de produção necessário, comparado com as soluções conheci- das, é mesmo menor do que maior. Via de regra, após a sua produ- ção, o enrolamento de alta tensão é mantido unido por um dispositivo de fixação, que exerce uma força de fixação axial sobre o enrolamen- to. Caso estiver previsto o condutor de comando, configurado dentro do condutor principal mente em forma de um condutor achatado, e ca- so o condutor principal estiver enrolado de tal forma que o condutor achatado está situado em um plano radial, então resultará especial- mente a vantagem de que a distância entre o condutor de comando e os condutores parciais que o flanqueia, é temporalmente bastante constante, oscilando a força de fixação apenas em reduzida extensão temporal. Deste modo, passa a ser quase constante a capacidade lon- gitudinal do enrolamento de alta tensão. [0025] Um exemplo de execução da invenção será explicitado com base em um desenho. As figuras mostram: [0026] Figura 1 - um enrolamento de alta tensão, em cor- te, [0027] Figura 2 - um detalhe em A na fig. 1, em escala ampliada, [0028] Figura 3 - um corte por um condutor principal com condutor de comando integrado, [0029] Figura 4 - corte por um condutor principal com um enchimento e [0030] Figura 5 - corte por um condutor principal com uma camada intermediária e [0031] Figura 6 - corte por um condutor principal, com um condutor de comando, formado com vários condutores individuais. [0032] Componentes correspondentes são designados com núme- ros idênticos em todas as figuras. [0033] Um enrolamento de alta tensão 1, projetado ao longo de um eixo 16, referente a um transformador com alta potência nominal, por exemplo superior a 200 MVA e uma tensão nominal de 220 kV ou mais, apresenta as conexões 2 e 3, sendo que a conexão 2 forma a conexão de alta tensão (ver figura 1). [0034] O enrolamento de alta tensão 1 é constituído das bobinas de disco 4A até 4L (ver figura 2). As bobinas de disco 4A até 4L são enroladas a partir de um condutor principal 5, de seção transversal a- proximadamente quadrada, sendo que o condutor principal 5 é enrola- do nas bobinas de disco 4A, 4C, 4E, 4G, 4I e 4K de fora para dentro, e nas bobinas de disco 4B, 4D, 4F, 4H, 4J e 4L é enrolado de dentro pa- ra fora. As bobinas de disco 4A até 4L estão ligadas eletricamente em série (ver figura 2) através de ligações de bobinas 6, situadas dentro do enrolamento de alta tensão 1, bem como através de ligações de bobinas 7, situadas na circunferência externa do enrolamento de alta tensão 1. As bobinas de disco 4A até 4L podem também estar unidas em pares (4a, 4B); (4C, 4D); (4E, 4F); (4G, 4H); (4I, 4J), ou (4K, 4L), integrando uma bobina dupla, e cada uma dessas bobinas duplas po- de ser enrolada sempre a partir de um condutor principal. [0035] O condutor principal 5 (ver figuras 3 até 5) consiste em dois empilhamentos 16 e 17, reciprocamente paralelos, de condutores par- ciais 8 adjacentes com seus lados largos, que estão reciprocamente isoladas, porém, mesmo assim, ligados eletricamente em paralelo. A- travessando cruzamentos 9, apenas um dos quais é representado, al- ternadamente um dos condutores parciais 8 é conduzido de um empi- Ihamento 16 para o outro empilhamento 17, e um dos condutores par- ciais 8 é conduzido do outro empilhamento 17 para um empilhamento 16. Esta troca verifica-se em forma cíclica ao longo do condutor princi- pal 5, de maneira que por cada segmento longitudinal do condutor principal 5, cada condutor parcial 8 ocupa qualquer posição possível do condutor parcial. Deste modo, é formado um chamado condutor helicoidal, também designado (na Alemanha) como barra de Roebel na construção de geradores de corrente elétrica. [0036] Entre os dois empilhamentos 16 e 17, constituídos de con- dutores individuais 8, está prevista uma distância na ordem de grande- za da espessura de um condutor individual 8. De acordo com a figura 3, esta distância é preenchida por um condutor de comando 10 isola- do, de acordo com a figura 4, por um enchimento 11 e, de acordo com a figura 5, por uma camada intermediária 1. O condutor de comando 10 possui uma seção transversal aproximadamente de formato retan- gular, sendo que o retângulo apresenta uma relação de comprimen- to/largura de aproximadamente 15:1.0 condutor de comando 10 po- de ser configurado como condutor maciço isolado, especialmente co- mo condutor achatado, ou, à semelhança do condutor principal 5, pode ser constituído de vários condutores individuais 15 radialmente super- postos, reciprocamente isolados (ver figura 6). Os condutores individu- ais 15 são ligados eletricamente em paralelo. O enchimento 11 consis- te em material isolante, possui a mesma seção transversal como o condutor de comando 10 e possui também o mesmo revestimento des- te condutor. A camada intermediária 12 possui uma seção transversal idêntica ao condutor de comando 10, inclusive o isolamento. [0037] O condutor de comando 10, o enchimento 11 com o reves- timento, ou seja, a camada intermediária 12, estão em posição vertical entre os dois empilhamentos de condutores individuais 8. Deste modo, é criada uma disposição espacial estreita dos condutores individuais 8, especialmente em relação ao condutor de comando 10. [0038] Por um lado, os condutores individuais 8, situados em para- lelo e espacialmente estreitos entre si, e o condutor de comando 10, por outro lado, em virtude de sua reduzida distância espacial recípro- ca, formam um capacitor, de capacidade relativamente elevada. [0039] No exemplo de execução (ver Figura 2), para cada condu- tor de comando 10A ou 10B, na primeira e na segunda bobina de dis- co 4A ou 4B, estende-se em cada uma das cinco voltas um condutor de comando 10C ou 10D, na terceira e quarta bobina de disco 4C ou 4D, ultrapassando sempre três voltas, sempre um condutor de coman- do 10E ou 10F na quinta e sexta bobina de disco 4E ou 4F, sempre abrangendo 2 voltas e sempre um condutor de comando 10G até 10J na sétima até décima bobina de disco 4G até 4J, sempre abrangendo uma volta. As bobinas de disco 4K e 4L subsequentes no enrolamento de alta tensão 1, estarão isentas de condutores de comando, estando equipadas apenas com a camada intermediária 12. Nas voltas isentas de condutor das bobinas de disco 4A até 4J, ao invés de um condutor de comando, estão previstos os enchimentos 11C até 11J. [0040] Por meio de uma lingueta de conexão 13A - 13J, não mos- trada mais detalhadamente, os condutores de comando 10A - 10J sa- lientam-se de sua respectiva bobina de disco 4A - 4J, podendo ser ele- tricamente contactados. [0041] As linguetas de conexão 13A até 13J das bobinas de disco 4A até 4J, que estão diretamente interligadas através de uma ligação de bobinas 6, ou seja, as bobinas de disco (4A, 4B); 4C, 4d); (4E, 4F); (4G, 4h), ou (4I, 4J), estão galvanicamente unidas fora do enrolamento de alta tensão 1, por meio de uma ligação de condutor de comando 14A até 14E. Desta forma, portanto, os condutores de comando 10A e 10B, ou 10C e 10D, ou 10E e 10F, ou 10G e 10H, ou 101 e 10J, estão eletricamente ligados em série. [0042] Devido ao fato de que os condutores de comando 10A até 10J, conforme acima descrito, se estendem sobre diferentes números de voltas, as capacidades longitudinais das bobinas de disco 4A até 4J são correspondentemente variadas. No caso, a respectiva capacidade longitudinal das bobinas de disco 4A e 4B é mais elevada e a respecti- va capacidade longitudinal das bobinas de disco 4B até 4J é menor.

Em outras palavras: Desde a conexão 2, ao longo do condutor princi- pal 5 na direção do enrolamento de alta tensão 1, reduz-se a capaci- dade longitudinal. Desta forma, especialmente choques de tensão de alta frequência, que sujeitam a conexão 2, são de tal modo induzidos no enrolamento de alta tensão 1 que a queda de tensão é distribuída para muitas voltas. Pela decrescente capacidade longitudinal, em caso ideal - especialmente na dependência da frequência do choque de tensão - um choque de tensão incidente é forçosamente distribuído de modo aproximadamente uniforme sobre um enrolamento de alta ten- são 1. [0043] De acordo com as condições prévias, ou seja, o número das voltas por cada bobina de disco 4A até 4L e, especialmente, da qualidade bem como da constituição de uma rede, ligada com o enro- lamento de alta tensão, também outras graduações podem eventual- mente ser realizadas, de forma vantajosa. [0044] As bobinas de disco 4A - 4L não representadas mais deta- lhadamente, situadas no enrolamento de alta tensão 1, abaixo do segmento A, conforme a figura 1, podem ser configuradas com um condutor principal configurado como condutor helicoidal, sem um con- dutor de comando e sem enchimento ou camada intermediária.

Claims

1. Enrolamento de alta tensão, de comando capacitivo, constituído de bobinas de disco (4), com um condutor principal (5), configurado como condutor helicoidal, destinado à corrente de carga, formado por dois empilhamentos (16,17) adjacentes de condutores parciais (8) superpostos em forma achatada e com um condutor de comando (10), galvanicamente separado do condutor principal (5) e configurado como condutor achatado, o condutor de comando (10) sendo integrado espacialmente entre os dois empilhamentos (16, 17), dentro do condutor principal (5), caracterizado pelo fato de que o con- dutor de comando (10) está posicionado em sentido vertical entre os dois empilhamentos (16, 17) dos condutores parciais (8) do condutor principal (5).

2. Enrolamento de alta tensão, de acordo com a reivindica- ção 1, caracterizado pelo fato de que o condutor de comando (10) é formado de vários condutores individuais (15), situados espacialmente em paralelo e reciprocamente isolados eletricamente.

3. Enrolamento de alta tensão, de acordo com a reivindica- ção 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a seção transversal global do condutor principal (5) com o condutor de comando (10) incluso pos- sui formato quadrado.

4. Enrolamento de alta tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o condutor de comando (10A) estende-se sobre uma parte da bobina de disco (4A), sendo que no condutor principal 5, na parte remanescente da bobina de disco (4A), está previsto um enchimento (11) de material isolante.

5. Enrolamento de alta tensão, de acordo com a reivindica- ção 4, caracterizado pelo fato de que o número das voltas, providas de um condutor de comando (10A-10J), dentro de uma bobina de disco (4Α até 4J), diminui com crescente distanciamento da bobina de disco (4A até 4J) da conexão (2) do enrolamento de alta tensão (1).

6. Enrolamento de alta tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que entre os dois empilhamentos (16, 17) de condutores parciais (8), cons- tituintes do condutor principal (5), em bobinas de disco (4K, 4L) isentas de condutor de comando, está integrada uma camada intermediária (12), cuja seção transversal corresponde ao condutor de comando (10), inclusive o seu isolamento.

7. Enrolamento de alta tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a partir da volta mais externa de uma bobina de disco (4A), com um condutor de comando (10A), salienta-se uma lingueta de conexão (13A) do condutor de comando (10A).

8. Enrolamento de alta tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as linguetas de conexão (13A, 13B) de bobinas de disco (4A, 4B) adja- centes, cujas voltas radiais internas de condutor principal estão unidas por uma ligação de bobina (6), estão galvanicamente interacopladas através de uma conexão de condutor de comando (14A).