BR102014013217A2

BR102014013217A2 - sistema e método

Info

Publication number: BR102014013217A2
Application number: BR102014013217A
Authority: BR
Inventors: Weijun Yin
Original assignee: Ge Energy Power Conversion Technology Ltd
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-11-17
Also published as: EP2808981A3; US9928935B2; EP2808981A2; IN2014CH02556A; US20140353000A1; EP2808981B1; BR102014013217A8; CN104217795B; CN104217795A; CA2851971A1

Abstract

sistema e método.[001] trata-se de um sistema e um método, o sistema inclui um material eletricamente condutor e um sistema de isolamento elétrico. o sistema de isolamento elétrico inclui uma fita isolante em camadas que tem uma primeira camada e uma segunda camada. a primeira camada inclui um papel de mica e uma resina aglutinante em uma faixa de cerca de 5%, em peso, a cerca de 12%, em peso, da fita isolante. a segunda camada inclui um composto de nanocargas em camadas dispersadas em uma matriz de polieteretercetona (peek). a segunda camada lamina a primeira camada. o método inclui fixar as primeira e segunda camadas com ou sem a adição de resina adicional; com o uso da fita isolante em camadas como um isolamento de espira e um isolamento de parede e chão para um material eletricamente condutor; e impregnar o sistema com uma resina incorporada em nanocarga por um método de impregnação por pressão a vácuo a fim de formar um sistema de isolamento dentro do sistema.

Description

“SISTEMA E MÉTODO” Antecedentes [0001] A invenção refere-se, geralmente, a sistemas de isolamento elétrico. Mais particularmente, algumas realizações da invenção se referem a sistemas de isolamento elétrico que incluem isolamento de enrolamento condutor com múltiplas espiras e múltiplos fios e isolamento de parede e chão, em uma máquina rotativa com média ou alta tensão. [0002] Com o uso de quaisquer máquinas elétricas, é necessário isolar eletricamente os condutores nas máquinas. A necessidade de isolamento elétrico das máquinas aumenta com altas tensões de operação. Com o uso elevado de condutores de modulação por largura de pulso (PWM), as máquinas elétricas sofrem falha elétrica prematura causada por maior estresse elétrico em isolamento de enrolamento, em parte, devido à distribuição de tensão desigual sob altas condições dV/dt. Uma forma de superar a deficiência de isolamento é aumentar a construção de isolamento. No entanto, isso pode levar ao tamanho de máquina grande e à condução de calor pobre. Dessa forma, um sistema de isolamento melhor que possa possibilitar a redução do tamanho de máquina elétrica para altas aplicações de potência é desejado. [0003] Outra necessidade dentro de uma máquina elétrica é a dissipação de energia térmica. Portanto, necessita-se de isolamentos elétricos termicamente condutivos em máquinas elétricas de média ou alta tensão. Adicionalmente, os sistemas de isolamento com maior força mecânica e estabilidade térmica, às vezes, são muito desejáveis. [0004] Tradicionalmente, várias resinas epóxi, fitas de mica ou fibras de vidro eram usadas em sistemas de isolamento elétrico. No entanto, microvãos podem ser criados durante a impregnação ou cura das resinas epóxi, o que leva à condução térmica pobre e a descarga parcial. Adicionalmente, a resistência à descarga parcial de resinas epóxi ou de filmes de polímero puro pode ser inferior à necessária para certas máquinas elétricas. As fitas de mica e as fibras de vidro podem não ter a estabilidade mecânica necessária para o desempenho satisfatório da máquina elétrica. [0005] A fita de mica produzida a partir de papel de mica com filme de poliéster demonstrou boa qualidade de colagem e alta resistência ao colapso. No entanto, a mesma pode ter deficiência em termos de tolerância de tensão em longo prazo devido à resistência à coroa de filme de poliéster pobre. A fita de mica produzida a partir de papel de mica com fibra de vidro é conhecida por ter bom desempenho de tolerância de tensão em longo prazo, mas pode ter qualidade de colagem pobre e resistência ao colapso dielétrico menor. A condutividade térmica da fita de mica pode ser elevada ao adicionar partículas termicamente condutivas à resina aglutinante. Isso é particularmente adequado para a fita de mica rica em resina, para processos de prensa de calor ou autoclave, mas pode não ser bom para a fita de mica que é usada em máquinas impregnadas por pressão a vácuo (VPI) para altas aplicações de potência. [0006] Portanto, necessita-se de uma abordagem inclusiva do sistema de isolamento elétrico de máquinas elétricas de média para alta tensão, por exemplo, aquelas que operam na faixa de cerca de 4160 V a 15000 V.

Breve Descrição [0007] Em uma realização, um sistema é apresentado. O sistema inclui um material eletricamente condutor e um sistema de isolamento elétrico. O sistema de isolamento elétrico inclui uma fita isolante em camadas que tem uma primeira camada e uma segunda camada. A primeira camada inclui papel de mica e uma resina aglutinante em uma faixa de cerca de 5%, em peso, a cerca de 12%, em peso, da fita isolante. A segunda camada inclui um composto de nanocargas em camadas dispersadas em uma matriz de polieteretercetona (PEEK). A segunda camada lamina a primeira camada. [0008] Em outra realização, um sistema também é apresentado. O sistema inclui fios de um material eletricamente condutor e um sistema de isolamento elétrico. O sistema de isolamento elétrico inclui um isolamento de fio, um isolamento de espira e um isolamento de parede e chão. O isolamento de fio inclui um composto de nanocargas em camadas em uma matriz de PEEK e isola os fios do material eletricamente condutor. O isolamento de espira e o isolamento de parede e chão incluem uma fita isolante em camadas. A fita isolante em camadas inclui uma primeira camada e uma segunda camada. A primeira camada inclui um papel de mica e uma resina aglutinante de cerca de 5%, em peso, a cerca de 12%, em peso, de fita isolante em camadas. A segunda camada inclui um composto de nanocargas em camadas dispersadas em uma matriz de polieteretercetona (PEEK). A segunda camada lamina a primeira camada na fita isolante. Adicionalmente, o sistema de isolamento inclui uma resina impregnada a vácuo que inclui nanocargas em uma faixa de cerca de 0,1%, em peso, a cerca de 5%, em peso. [0009] Ainda outra realização inclui um método para formar um sistema de isolamento. O método inclui incorporar papel de mica e uma resina aglutinante para formar uma primeira camada; incorporar nanocargas em camadas em uma matriz de PEEK para formar uma segunda camada; formar uma fita isolante em camadas ao fixar as primeira e segunda camadas; formar a fita isolante em camadas como um isolamento de espira e um isolamento de parede e chão para um material eletricamente condutor em um sistema e impregnar o sistema com resina incorporada em nanocarga, com o uso de um método de impregnação por pressão a vácuo a fim de formar um sistema de isolamento dentro do sistema.

Figuras [0010] Esses e outros recursos, aspectos e vantagens da presente invenção serão mais bem compreendidos quando a descrição detalhada a seguir for lida com referência às figuras anexas, nas quais caracteres iguais representam partes iguais por todas as figuras, em que: A Figura 1 é um diagrama esquemático de um condutor com múltiplas espiras e com múltiplos fios, de acordo com uma realização da invenção; A Figura 2 é uma representação em corte transversal esquemática de uma fita isolante em camadas, de acordo com uma realização da invenção; A Figura 3 é uma representação em corte transversal esquemática de um isolamento de espira que isola um material condutor isolado de fio, de acordo com uma realização da invenção; A Figura 4 é um gráfico comparativo da tolerância de pulso do filme de PEEK e do filme de PEEK carregado com talco; A Figura 5 é um gráfico comparativo do módulo de tensão de um filme de PEEK e um filme de PEEK carregado com talco A Figura 6A é um gráfico da tensão de colapso CA de um filme de PEEK novo; A Figura 6B é um gráfico da tensão de colapso CA de um filme de PEEK velho; e A Figura 7 é um gráfico comparativo da viscosidade de resina de epóxi e de filme de PEEK que é carregado com nanocargas em camadas.

Descrição detalhada [0011] As realizações da presente invenção descrevem um sistema que inclui materiais eletricamente condutores; e sistemas de isolamento elétrico que envolvem os materiais eletricamente condutores. [0012] Uma ou mais realizações específicas da presente invenção são descritas abaixo. Em uma tentativa de fornecer uma descrição concisa dessas realizações, todos os recursos de uma implantação real podem não ser descritos no relatório descritivo. Deve-se apreciar que no desenvolvimento de qualquer dessa implantação real, como em qualquer projeto de engenharia ou produto, várias decisões específicas relativas à implantação devem ser tomadas a fim de alcançar os objetivos específicos dos desenvolvedores, como observância de restrições relacionadas ao sistema e aos negócios, os quais podem variar de uma implantação para outra. Ademais, deve-se observar que tal tentativa de desenvolvimento pode ser complexa e demorada, porém seria uma tarefa rotineira de desenho, fabricação e produção para aqueles com habilidade normal que têm o benefício desta revelação. [0013] Na sequência, o relatório descritivo e as reivindicações a seguir, as formas singulares "um", "uma" e "o" incluem referentes no plural, a menos que o contexto claramente indique o contrário. [0014] A linguagem de aproximação, conforme usada no presente documento por todo o relatório descritivo e por todas as reivindicações, pode ser aplicada a fim de modificar qualquer representação quantitativa que poderia variar de modo permissível, sem resultar em uma mudança na função básica a qual está relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um termo como “sobre” não deve ser limitado ao valor preciso especificado. Em alguns casos, a linguagem de aproximação pode corresponder à precisão de um instrumento para medição do valor. [0015] Um inversor de média tensão (4 kV a 15 kV) pode ser usado em diferentes aplicações como ventiladores, compressores, bombas, misturadores, extrusoras, turbinas eólicas, túneis de vento e água, enroladores de mina, transportadores, bancos de teste, condutores de alta velocidade para óleo e gás, condutores para indústrias marinha, naval e de metal, por exemplo. Os inversores de média tensão precisam ser compactos e ter alta eficiência em seus desempenhos e segurança. Um sistema de isolamento abrangente e seguro ajudaria na extensão do uso de máquinas elétricas de média tensão. A Figura 1 é uma representação esquemática de um sistema elétrico 10. O sistema 10 inclui um material eletricamente condutor 12 para passar corrente elétrica entre pontos de média ou alta tensão. Cobre, alumínio, prata, ouro, ou qualquer outro bom condutor de eletricidade pode ser usado como um material condutor 12. O material eletricamente condutor 12 pode estar sob a forma de um fio que tem uma cobertura de isolamento externa, como o isolamento de fio 14, em cada fio do material eletricamente condutor 12. Tradicionalmente, o isolamento de fio 14 inclui compostos de verniz, esmalte ou vidro. Em uma realização da invenção, o isolamento de fio 14 para cada condutor individual 12 inclui um revestimento de nanocomposto extrudado ou esmaltado resistente à coroa. O condutor 12 pode ser fundido com um filme polimérico que é carregado com nanocargas de óxidos de mineral ou metal [0016] O tamanho de partícula das nanocargas no filme pode variar, dependendo das composições de nanocargas. Em uma realização, o tamanho médio da nanopartícula no filme polimérico varia em uma faixa de cerca de 1 nm a cerca de 100 nm. Conforme usado na presente invenção, o tamanho médio de uma nanopartícula é a distribuição das partículas conforme observadas em técnicas de imagem de partícula e são medidas junto com a menor dimensão da partícula. Por exemplo, se as partículas tiverem formato circular, a menor dimensão será o diâmetro da esfera, enquanto que, se as partículas tiverem o formato de “prato”, a maior dimensão será o comprimento do prato e a menor dimensão será a espessura do prato. Adicionalmente, a “média” é a média calculada dos tamanhos das partículas observadas durante o imageamento, ou o valor médio da curva de distribuição de partícula. Em uma realização adicional, o tamanho médio da nanopartícula no fluido dielétrico varia em uma faixa de cerca de 5 nm a cerca de 50 nm. [0017] Os fios isolados podem ser agrupados juntos e enrolados sob a forma de espiras 16 na máquina, os quais têm um isolamento de espira a espira 18, doravante citado como isolamento de espira 18. Dessa forma, o isolamento de espira 18 separa um grupo de fios condutores isolados. Os fios condutores 12 com um isolamento de espira 18 podem ser denominados como fios condutores isolados de espira. O isolamento de espira 18 também pode ser denominado como um isolamento de fase a fase entre bobinas adjacentes em diferentes grupos de fase. Uma falha de isolamento de espira 18 pode levar a curtos circuitos de espira a espira. [0018] Os fios condutores isolados de espira seriam tipicamente envoltos com outro isolante que proporcionaria isolamento a partir do aterramento elétrico. A forma envolta pode ser alojada no interior de um invólucro 20. O isolamento entre várias espiras e o invólucro 20 é denominado como “isolamento de parede e chão” 22. Um sistema de isolamento elétrico 24 do sistema 10 geralmente inclui pelo menos três seções ou partes: o isolamento de fio 14, o isolamento de espira 18 e o isolamento de parede e chão 22. [0019] Os curtos de espira a espira são uma das falhas elétricas mais predominantes e potencialmente destrutivas em máquinas acionadas por inversor CA, como motores à indução, por exemplo. As falhas acontecem, principalmente, a partir da degradação de isolamento (através de contaminação ou estresse anormal, térmico, mecânico, elétrico ou outro estresse ambiental), essas falhas localizadas produzem pontos quentes térmicos que estimulam a degradação progressiva e podem se transformar em falhas de espira a chão, rompendo, assim, o isolamento de parede e chão 22. [0020] Como o grau de tensão das máquinas tende a atingir altos níveis, as formas aperfeiçoadas para aumentar os gradientes para potenciais elétricos precisam ser desenvolvidas sem aumentar a espessura do isolamento. Especialmente nas máquinas rotativas, o isolamento de espira é formado como uma fita isolante ou um envoltório que envolve o grupo de condutores individuais, o qual foi formado a partir de um formato predeterminado a fim de formar uma bobina. Adicionalmente, o isolamento de espira é produzido a partir de uma camada de fita de mica. Os flocos de mica proporcionam uma resistência isolante à descarga de coroa que tende a aumentar à medida que os níveis de tensão de operação das máquinas rotativas aumentam. [0021] A adição de partículas de alumina ou de sílica a composições poliméricas de fio ou a isolamento de espira pode ser usada de modo vantajoso a fim de melhorar a resistência à coroa do isolamento e pode, adicionalmente, aperfeiçoar as características de transferência de calor do isolamento de condutor. [0022] Em uma realização, o sistema de isolamento elétrico 24 inclui uma fita isolante em camadas 30 (A Figura 1, 2, 3) que tem pelo menos duas camadas. Uma primeira camada 32 da fita 30 pode incluir papel de mica e uma resina aglutinante. Uma segunda camada 34 compreende um composto de nanocargas em camadas dispersadas em uma matriz de polieteretercetona (PEEK). [0023] Geralmente, a mica tem uma estrutura cristalina e forma camadas que podem ser divididas ou separadas em lâminas, como papel de mica. Essas lâminas estão quimicamente inertes, são dielétricas, elásticas, flexíveis, hidrofílicas, isolantes, leves, refletivas, refrativas, impermeáveis e variam em relação à opacidade de transparentes a opacas. A mica fica estável quando exposta a eletricidade, luz, umidade e temperaturas extremas. A mesma tem propriedades elétricas superiores, como um isolante e como um dielétrico, tem uma alta ruptura dielétrica, fica termicamente estável acima de cerca de 500°C e é resistente à descarga de coroa. Especificamente, a mica não é comum, por isso, é um bom isolante elétrico e, ao mesmo passo, também é um bom condutor térmico, [0024] Uma resina aglutinante pode aglutinar os papéis de mica juntos para que sejam usados sob a forma de uma fita de mica, como a primeira camada. Em uma realização, a quantidade de uma resina aglutinante na fita de mica está em uma faixa de cerca de 2%, em peso, a cerca de 10%, em peso. Em uma realização alternativa, a quantidade de uma resina aglutinante na fita de mica está em uma faixa de cerca de 3%, em peso, a cerca de 6%, em peso. [0025] Em uma realização, uma resina aglutinante presente na fita de mica pode incluir nanocargas. As nanocargas podem incluir alumina, sílica, titania, nitreto de boro, nitreto de alumínio, silicatos de alumínio, nanoargila ou talco. [0026] As propriedades mecânicas de mica possibilitam que a mesma seja cortada, perfurada, estampada e usinada a tolerâncias mínimas. A mica precisa de um carregador mecânico forte (alternadamente, “camada de apoio”) que proporcione boa força mecânica para sua aplicação em máquinas de média e alta tensão. Portanto, a durabilidade mecânica da primeira camada 32 (a Figura 2) de fita de mica pode ser melhorada ao sustentar a primeira camada com um filme de polímero. Os filmes de polímero têm excelentes flexibilidade e resistência ao colapso e, dessa forma, a fita de mica pode ser laminada com o filme a fim de proporcionar boa força mecânica para processos de envelopamento de fio. No entanto, os filmes de polímero geralmente usados podem se degradar na presença de uma descarga parcial ou de uma coroa. Os filmes podem corroer e se tornar uma ligação fraca no sistema de isolamento 24. Por isso, em uma realização da presente invenção, uma segunda camada 34 que compreende um filme de PEEK é usada como um apoio para a primeira camada 32 que tem a fita de mica. [0027] A PEEK é um polímero termoplástico semicristalino que tem uma temperatura de transição vítrea de cerca de 143°C e um ponto de fusão por voita de 343°C. A PEEK tem propriedades de resistência químicas e mecânicas excelentes que são retidas bem acima da temperatura ambiente. A PEEK é altamente resistente à degradação térmica e, adicionalmente, tem boa condutividade térmica, a qual aumenta com a temperatura. O uso de PEEK como um suporte para a fita de mica aumentaria a estabilidade térmica e de coroa do sistema de isolamento 24. [0028] Adicionalmente, os inventores previram que usar mineral nanocristalizado carregado com composto de PEEK ao invés de filme de PEEK puro, como suporte (carregador), iria melhorar a transferência de caior e a tolerância à tensão da fita isolante. Em uma realização, os nanocrístaünos que estão presentes no filme de PEEK têm uma estrutura em camadas. Conforme usado na presente invenção, a estrutura em camadas de um material nanocristalino pode ser acessada através da habilidade de divagem basal de sua estrutura de cristal. Um material que tem uma divagem basal perfeita ou quase perfeita em qualquer superfície plana de cristal geralmente é considerado como tendo uma estrutura em camada. Em uma realização, as nanocargas em camadas têm uma razão de aspecto em uma faixa de cerca de 10 a cerca de 100. Conforme usado na presente invenção, a razão de aspecto é definida como a proporção de comprimento (maior dimensão) para a espessura (menor dimensão) de uma única camada. Em uma realização, a razão de aspecto está em uma faixa de cerca de 20 a cerca de 100. [0029] A nanoargila e o talco são dois exemplos de materiais em camada que podem ser prontamente incorporados ao filme de PEEK quando o filme de PEEK for usado como um carregador para a camada de mica. Conforme usado na presente invenção, as nanoargilas são nanocargas de silicatos minerais em camadas. Em uma realização, junto com o uso do filme de PEEK para a fita isolante 30, o isolamento de fio 14 é fundido com o filme de PEEK que é carregado com nanocargas em camadas de óxídos minerais ou metálicos. [0030] A argila pode ser uma combinação de um ou mais minerais de argila, principalmente composta de minerais de filossiiicato. A argila mais abundantemente disponível na natureza pode incluir caulinita, montmorilonita-esmectita, illita e clorito. Os minerais de argila normalmente são produzidos a partir de lâminas de silicato tetraédricas e lâminas de hidróxido octaédricas, tanto com uma proporção 1:1 de lâminas de tetraédricas para octaédricas ou com uma proporção 2:1 de lâminas tetraédricas para octaédricas. Outro das nanocargas descritas acima, o talco, é um mineral que geralmente é composto por silicato de magnésio hidratado e tem um sistema de cristal monoclínico ou triclínico. Diz-se que o talco tem uma divagem basal perfeita em uma {001} superfície plana. [0031] O composto de filme de PEEK e as nanocargas em camadas podem incluir nanocargas em uma faixa de cerca de 10%, em peso, a cerca de 40%, em peso, da segunda camada 34. A porcentagem das nanocargas em camadas na segunda camada 34 de composto de PEEK está em uma faixa de cerca de 10%, em peso, a cerca de 40%, em peso, com base no peso total da PEEK e das nanocargas em camadas. Em uma realização, o composto pode incluir nanocargas em camadas em uma faixa de cerca de 20%, em peso, a cerca de 30%, em peso, da segunda camada 34. [0032] A primeira camada 32 da fita isolante 30, a qual tem a fita de mica, pode ser posicionada de modo a estar próxima ao material condutor elétrico 12. Em uma realização, a primeira camada 32 está em contato com o material eletricamente condutor 12, conforme mostrado na Figura 3. Conforme usado no presente documento, “em contato com o material eletricamente condutor 12” incluiría um contato físico com o material eletricamente condutor isolado 12, mas não necessariamente significaria dizer que a camada 32 está em comunicação elétrica com o material eletricamente condutor 12. Por exemplo, poderia haver uma camada interveniente, isolante elétrica presente, como o isolamento de fio 14 e, assim, a primeira camada 32 da fita isolante 30, a qual tem a fita de mica, poderia ser posicionada de modo a estar próxima ao material de condutor elétrico isolado com fio. [0033] A segunda camada 34, a qual tem o composto de PEEK, pode estar adjacente à primeira camada 32, laminando a primeira camada 32. A primeira camada 32 e a segunda camada 34 podem ser laminadas com ou sem uso de uma resina aglutinante. Em uma realização, uma resina aglutinante presente na primeira camada 32 é suficiente para unir a segunda camada 34 à primeira camada 32. Em uma realização, a primeira camada 32 é diretamente unida à segunda camada 34 a fim de formar a fita isolante em camadas 30. Conforme usado no presente documento, “diretamente unida” implica em que a primeira camada 32 seja fixada à segunda camada 34 sem usar especificamente qualquer aglutinante ou qualquer outro material no meio das duas camadas. [0034] Em uma realização alternativa, uma pequena quantidade de uma resina aglutinante pode ser usada entre as primeira 32 e segunda camadas 34 para laminação. A resina aglutinante que é usada para laminar a primeira camada 32 à segunda camada 34 pode ou não ser a mesma que uma resina aglutinante usada na fita de mica. Em uma realização, a quantidade de uma resina aglutinante na fita isolante 30 está em uma faixa de cerca de 3%, em peso, a cerca de 10%, em peso. Em uma realização específica, a quantidade de uma resina aglutinante na fita isolante 30 está em uma faixa de cerca de 5%, em peso, a cerca de 12%, em peso, e, em algumas realizações preferenciais, a quantidade está na faixa de cerca de 8%, em peso, a cerca de 10%, em peso. [0035] Em uma realização, a primeira camada 32 é ensanduichada entre o condutor de fio isolado 12 e a segunda camada 34. Em uma realização exemplificativa, a segunda camada 34 envolve a primeira camada 32. Conforme usado na presente invenção, o envelopamento da primeira camada 32 pela segunda camada 34 significa dizer que a segunda camada 34 cobre substancialmente uma superfície da primeira camada 32. Na disposição em sanduíche, uma superfície da primeira camada 32 pode ser aberta para o condutor de fio isolado e a outra superfície oposta pode ser completamente coberta pela segunda camada 34. [0036] Conforme usado no presente documento, a representação das camadas na Figura 3 é usada a título ilustrativo, e pode ser intercambíada dependendo das aplicações. Por exemplo, a camada 34, a qual tem um composto de PEEK, pode estar adjacente ao material eletricamente condutor 12 ou ao condutor de fio isolado, e a camada 32, incluindo a fita de mica, pode envolver a camada 34. Adicionalmente, as primeira 32 e segunda camadas 34 podem incluir várias subcamadas em uma realização, há várias camadas alternativas das primeira 32 e segunda 34 camadas em uma fita isolante 30 (Figuras 1, 2 e 3). A fita isolante em camadas 30 pode ser usada como isolamento de espira 18, isolamento de parede e chão 22 ou ambos. [0037] Em uma realização, o sistema de isolamento que tem o isolamento de fio 14, o isolamento de espira 18 (Figuras 1, 3) e o isolamento de parede e chão 22 (A Figura 1), é adicionalmente impregnado por meio de uma resina que tem nanocargas (resina incorporada em nanocarga), com uso de um método de impregnação por pressão a vácuo. Os processos de impregnação por pressão a vácuo são conhecidos na técnica e descritos, por exemplo, no livro Manual de Engenharia de Energia Industrial de KC Agrawal, publicado por Newnes no dia 08 de outubro de 2001, páginas 9/222-9/224. Em uma realização, o método de impregnação por pressão a vácuo é usado para impregnar todo o sistema 10, de modo que a resina incorporada em nanocarga seja impregnada por todo o sistema. Esse método de impregnar todo o sistema, às vezes, é designado como um método de “impregnação a vácuo global”. A impregnação de resina incorporada em nanocarga se torna uma parte do sistema de isolamento 24 dentro do sistema 10 (A Figura 1), auxiliando, adicionalmente, na redução de folga de ar no sistema 10. Uma resina usada na impregnação por pressão a vácuo global do sistema 10 pode ser a mesma resina ou uma resina diferente de uma resina agiutinante usada junto com o papel de mica na primeira camada 32 (FIGURAS 2 e 3). [0038] Os nanocargas usados na etapa de impregnação por pressão a vácuo podem incluir alumina, sílica, titania, nitreto de boro, nitreto de alumínio, silicatos de alumínio, nanoargila, e talco. Adicionar uma pequena quantidade de nanocargas à resina agiutinante pode alterar a viscosidade de uma resina. [0039] A superfície desses nanocargas pode ser funcionalizada. A “funcionalização” se refere a um método para aumentar a reatividade da superfície de nanocarga. A funcionalização pode ser realizada através de um tratamento ou revestimento de superfície com um agente de funcionalização que reage em locais na superfície dos nanocargas, aumentando a atividade desses locais. Em uma realização, as nanocargas foram tratados com grupos funcionais de silano para facilitar a compatibilidade dos nanocargas com a resina hospedeira, a fim de manter a viscosidade de resina tão baixa quanto a da resina pura. [0040] O tamanho de partícula médio dos nanocargas pode ser inferior a cerca de 100 nanômetros e, adicionalmente, pode ser inferior a cerca de 50 nanômetros. Como na presente invenção, o tamanho médio de uma nanocarga é a distribuição das partículas, conforme observado em técnicas de imagem de partícula e é medido junto com sua menor dimensão. Adicionalmente, a “média” é a média calculada dos tamanhos de partícula observados durante a imagem, as nanocargas podem estar finamente dispersados em uma resina aglutinante. Em uma realização, alguns dos nanocargas podem estar aglomerados. O tamanho médio da aglomeração de nanocargas pode ser inferior a cerca de 1 micrômetro. [0041] A resina carregada com nanocargas (“resina de nanocarga” para brevidade) impregnada no sistema de isolamento por meio do método de impregnação por pressão a vácuo global pode carregar a maioria ou todas as lacunas no sistema de isolamento 24 e, também, pode carregar quaisquer lacunas entre o condutor 12 e o sistema de isolamento 24. Por conseguinte, a resina de nanocarga pode ser impregnada entre o condutor 12 e o isolamento de fio 14; entre o isolamento de fio Meo isolamento de espira 18 e entre o isolamento de espira 18 e o isolamento de parede e chão 22. Um exemplo da possível lacuna no sistema elétrico 10 está entre as bobinas de condutor de fio isolado 12 (alternadamente “lacunas de bobina”). [0042] A quantidade dos nanocargas na resina impregnada a vácuo global pode estar em uma faixa de cerca de 0,1%, em peso, a cerca de 5%, em peso, e, em algumas realizações específicas, pode estar na faixa de cerca de 0,5%, em peso, a cerca de 3%, em peso, com base nos pesos totais de resina e de nanocargas. Essa quantidade de nanocargas é muito pequena, se comparada a níveis normalmente usados em resinas impregnadas a vácuo. No passado, as nanocargas eram adicionados para aumentar a condutividade térmica de todo o sistema de isolamento ao usar a condutividade térmica melhorada dos nanocargas, conforme comparadas a um material de resina. Por conseguinte, foi surpreendente aprender que quantidades relativamente pequenas de nanocargas poderíam ser eficazes nesse sistema de isolamento, posto que a experiência anterior aparentemente revelou um requisito para aumentar as quantidades de nanocargas para alcançar níveis elevados de condutividade térmica. [0043] O mecanismo para aumentar o isolamento mediante uso de uma pequena quantidade (inferior a 5%, em peso,) de nanocargas na resina impregnada a vácuo global discutido no presente documento é diferente do mecanismo supramencionado, usado antes da adição de nanocarga. A pequena quantidade de nanocargas em uma resina usada na presente invenção auxilia na retenção de resina na lacuna de bobina ao diminuir a queda de viscosidade, conforme comparado à resina pura, durante a elevação de calor para temperatura de tratamento ou de cozimento. Devido ao fato da pequena queda de viscosidade, o vazamento de resina indesejável durante o processo de tratamento é minimizado. Com a resina melhorada que carrega lacunas de bobina, as bolsas de ar são reduzidas e a condutividade térmica eficaz do isolamento é aumentada. Isso pode levar a melhor transferência de calor. Adicionalmente, a resina de nanocarga aumenta a resistência à coroa e prolonga a tolerância de tensão, o que auxilia no melhoramento da vida útil do sistema 10.

Exemplos [0044] Os exemplos a seguir ilustram métodos, materiais e resultados, de acordo com realizações específicas e, como tal, não devem ser interpretados como limitações impostas às reivindicações. Todos os componentes estão disponíveis no comércio de fornecedores químicos comuns. [0045] A processabilidade, a capacidade de fabricação, a capacidade dielétrica, a viabilidade e a umidade e resistência H2S/CO2 de uma resina impregnada a vácuo global de fita isolante e de uma nanocarga exemplificativa foram testadas para a aplicação de um isolamento de máquina rotativa de média tensão. [0046] Um filme de PEEK (Aptiv™ 1000), um mineral carregado com filme de PEEK (Aptiv™ 1102, Aptiv™ 1103), e um epóxi puro (resina de classe H, Epoxylite™, Von Roll™ 3407) com nanocargas (AI2O3, Τ1Ό2, Si02) foram usados como amostras para testes. Foram comparados a resistência ao colapso CA, o fator de dissipação e a tolerância de pulso do epóxi puro com o epóxi de nanocarga e o filme de PEEK com o mineral carregado com filme de PEEK. As características de tratamento de epóxi, como temperatura de início de tratamento, calor de reação, viscosidade e estabilidade térmica, foram estudadas. O mineral carregado com filme de PEEK foi caracterizado ao ver as imagens de estrutura de carregamento mediante SEM e determinar a composição química de carregamentos. A resistência química do filme de PEEK foi comparada com o mineral carregado com filme de PEEK ao medir em uma atmosfera 1% de H2S, 1% de C02, 1% de CH4 e 97% de N2, 5% de H20. [0047] Quando a temperatura de transição vítrea (Tg), a perda tangente e a constante dielétrica de resposta de frequência e a força dielétríca do filme de PEEK foram comparadas com as desse mineral carregado com filmes de PEEK, não houve muita mudança notável devido à adição de nanocargas em camadas. No entanto, houve cerca de um aperfeiçoamento “3X” na tolerância de pulso para o talco carregado com filmes de PEEK que tinha uma espessura de cerca de 25 pm, conforme comparado ao filme de PEEK (mesma espessura) sem quaisquer nanocargas, conforme mostrado na Figura 4. Nenhuma diferença significativa foi observada entre 20% e 30% de concentrações de carregamento de talco carregado com filmes de PEEK da espessura supramencionada. O teste de tolerância de pulso foi conduzido a 1,2 kV, 20 kHz de frequência de comutação, com um ciclo de trabalho de 50% e dV/dt de 20 kV/ps. Todos os resultados do teste foram coletado em STP com umidade relativa (RH) que varia de 30% a 50%. O eletrodo superior foi um eletrodo com bola de diâmetro de %. O eletrodo inferior foi um eletrodo com disco plano de diâmetro de 4 polegadas. [0048] Adicionalmente, uma comparação foi feita com as amostras de filme de PEEK carregado com talco de cerca de 50 pm de espessura, conforme comparado a esse de filmes não carregados da mesma espessura. Um aperfeiçoamento aproximado 10X em tolerância de pulso a tensão de pulso de 1,6 kV foi observado, conforme mostrado na Tabela 1, junto com pelo menos 30% a mais de condutividade térmica, conforme mostrado na Tabela 2, e cerca de 100% de aumento no módulo de elasticidade, conforme mostrado na Figura 5. Os carregadores minerais presentes no filme são flocos de estrutura em camada. Por conseguinte, a condutividade térmica do mineral carregado com filmes de PEEK (APTIV1102 e APTIV 1103) é altamente anisotrópica. Por isso, há diferenças no valor de condutividade térmica padrão ASTM E-1461 da superfície plana (ao longo da superfície plana) e através das medidas de superfície plana (perpendicular à superfície plana de filme).

Tabela 1.

Tabela 2. Condutividade térmica de mineral carregado com PEEK em RELAÇÃO A NÃO CARREGADO COM PEEK [0049] Adicionalmente, o mineral carregado com filmes de PEEK exibiu resistência química igualmente boa, se comparado ao filme de PEEK não carregado, quando testado no ambiente de gás corrosivo a uma temperatura de cerca de 150 °C e uma pressão de cerca de 150 bars. A força dielétrica CA tanto do mineral carregado como do não carregado com filmes de PEEK não apresentou mudança notável após envelhecimento de ambiente corrosivo, conforme visto nas Figuras 6A e 6B. Portanto, quando o talco carregado com filme de PEEK for usado como isolamento de espira e isolamento de parede e chão em conjunção com papel de mica, o melhoramento do desempenho de máquina tanto no aperfeiçoamento da resistência à coroa como no aperfeiçoamento da transferência de calor é esperado. [0050] Epoxylite™ 006-0841 de Elantas e Von Roll™ 3417 de Von Roll foram usados como uma resina para impregnação por pressão a vácuo global e nanomateriais de sílica, alumina e titania foram adicionados como as nanocargas. As resinas com e sem as nanocargas foram comparadas. As propriedades de nanocargas adicionadas são conforme listado na Tabela 3.

Tabela 3. [0051] A adição de nanocargas não afeta o calor de reação, Tg ou a estabilidade térmica, mas tem um efeito positivo na viscosidade, conforme visto a partir da Figura 7. Espera-se que esse efeito positivo na viscosidade resulte na saída de resina reduzida, bolsas de ar diminuídas e melhor transferência de calor. Adicionalmente, essa propriedade auxilia no isolamento elétrico total do sistema de isolamento 24. [0052] Embora apenas certos recursos da invenção tenham sido ilustrados e descritos no presente documento, várias modificações e alterações poderão ser feitas por aqueles versados na técnica. Portanto, deve-se compreender que as reivindicações anexas se destinam a cobrir todas essas modificações e alterações à medida que se enquadrem dentro do verdadeiro espírito da invenção.

Claims

1. SISTEMA, caracterizado pelo fato de que compreende: um material eletricamente condutor e um sistema de isolamento elétrico, em que o sistema de isolamento elétrico compreende uma fita isolante em camadas que tem uma primeira camada que compreende papel de mica e uma resina aglutinante em uma faixa de cerca de 5%, em peso, a cerca de 12%, em peso, da fita isolante em camadas; e uma segunda camada que compreende um composto de nanocargas em camadas dispersadas em uma matriz de polieteretercetona (PEEK), em que a segunda camada lamina a primeira camada.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as nanocargas em camadas têm uma razão de aspecto em uma faixa de cerca de 10 a cerca de 100.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de isolamento elétrico compreende um isolamento de espira que compreende a fita isolante em camadas.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de isolamento elétrico compreende um isolamento de parede e chão que compreende a fita isolante em camadas.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de isolamento elétrico compreende, adicionaimente, um isolamento de fio em contato com o material eletricamente condutor.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o isolamento de fio compreende um composto de nanocargas em camadas em uma matriz de PEEK.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a fita isolante está em contato com o material de condutor elétrico isolado com fio.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a primeira camada da fita isolante está próxima ao material de condutor elétrico isolado com fio.

9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma seção do sistema de isolamento compreende, adicionalmente, uma resina impregnada a vácuo que compreende nanocargas.

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que as nanocargas na resina impregnada a vácuo estão presentes em uma faixa de cerca de 0,1%, em peso, a cerca de 5%, em peso.

11. SISTEMA, caracterizado pelo fato de que compreende: fios de um material eletricamente condutor; e um sistema de isolamento elétrico que compreende um isolamento de fio, um isolamento de espira, um isolamento de parede e chão e uma resina impregnada a vácuo, em que o isolamento de fio compreende um composto de nanocargas em camadas em uma matriz de PEEK que isola os fios do material eletricamente condutor; o isolamento de espira e o isolamento de parede e chão compreendem uma fita isolante em camadas que compreende: uma primeira camada em contato com os fios isolados de material condutor, que compreende papel de mica e uma resina aglutinante em uma faixa de cerca de 5%, em peso, a cerca de 12%, em peso, de fita isolante em camadas, e uma segunda camada que compreende um composto de nanocargas em camadas dispersadas em uma matriz de PEEK, em que a segunda camada lamina a primeira camada; e uma resina impregnada a vácuo compreende nanocargas em uma faixa de cerca de 0,1%, em peso, a cerca de 5%, em peso,

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as nanocargas têm um tamanho de partícula médio inferior a cerca de 100 nanômetros.

13. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte dos nanocargas compreende aglomerados; e o tamanho de aglomerado médio é inferior a cerca de 1 micrômetro.

14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as nanocargas compreendem grupos funcionais de silano.

15. MÉTODO, caracterizado pelo fato de que compreende: incorporar papel de mica em uma resina aglutinante para formar uma primeira camada; incorporar nanocargas em camadas em uma matriz de PEEK para formar uma segunda camada; formar uma fita isolante em camadas ao laminar as primeira e segunda camadas; conformar a fita isolante em camadas como um isolamento de espira e um isolamento de parede e chão para um material eletricamente condutor a fim de formar um sistema; e impregnar o sistema com um resina incorporada em nanocarga através de um método de impregnação por pressão a vácuo para formar um sistema de isolamento dentro do sistema.