BR112013017401B1 - Anel de blindagem para uma bobina de transformador de ccat ou uma bobina de indutor de ccat - Google Patents

Abstract

anel de graduação para um enrolamento de transformador de ccat ou um enrolamento de reator de ccat a presente invenção refere-se a um anel de graduação (24) para um enrolamento de transformador de ccat ou um enrolamento de reator de ccat. o referido enrolamento compreende um núcleo anular (28), que tem uma superfície condutora (29) e é circundada por uma camada (30) produzida de material de celulose. de acordo com a presente invenção, a referida camada (30) é projetada como um compósito, em que a resistividade do referido compósito é reduzida em comparação a um material de celulose não tratado. isso tem a vantagem de que a queda na voltagem é melhor distribuída sobre a camada (30) do anel de graduação quando um campo de corrente elétrica direta é apicado ao anel de graduação. picos de carga podem assim ser reduzidos, e como um resultado o anel de graduação (24) pode vantajosamente ter uma altura mais baixa (h) e/ou menor raio (r) dos cantos de seção transversal do anel de graduação e/ou uma espessura mais delgada de camada (s) da camada (30). a liberdade de configuração para criar o anel de graduação pode assim vantajosamente ser aumentada e a necessidade de material pode ser reduzida.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um anel de blindagem para uma bobina de transformador de CCAT ou uma bobina de indutor de CCAT. O referido anel de blindagem tem um núcleo anular com uma superfície eletricamente condutora, que é normalmente proporcionada por uma camada eletricamente condutora em um material isolante, por exemplo, papel prensado, e é separada com isolamento elétrico em um ponto na periferia do núcleo. O resto do núcleo nesse caso é for-mado a partir do material de papel prensado. Ademais, o anel de blindagem tem uma camada de um material de celulose que consiste em especial de papel e que completamente circunda o núcleo.

[002] Um anel de blindagem do tipo especificado no início é descrito, por exemplo, em WO 2008/026992 A1. Considerando a seção transversal descrita do anel de blindagem usado, pode ser observado que o mesmo tem uma seção transversal essencialmente retangular que é mais ou menos arredondada nos quatro cantos. Os dois cantos opostos a face de extremidade da bobina a ser protegida têm compa-rativamente menor raio. Os cantos que apontam em afastamento a partir da face de extremidade da bobina têm maior raio. Isso é necessário, uma vez que o enrolamento de papel tem que ser mais espesso nessa região de modo que ele resista às tensões pela resistência do campo elétrico presente na referida região sem colapso da energia elétrica.

[003] A camada é normalmente produzida por um enrolamento de papel. Uma vez que o enrolamento de papel como tal proporciona espessuras de camadas essencialmente homogêneas, os referidos cantos tendo maior raio e espessura de camada adicional tem que ser produzida ao se incorporar dispositivos de inserção, por exemplo, pro- duzidos de papel, no interior do enrolamento na referida região. Isso proporciona um determinado nível de complexidade de fabricação, uma vez que os dispositivos de inserção são difíceis de manipular antes de serem enrolados com papel.

[004] US 4.521.450 descreve que um material sólido impregnável composto de fibras de celulose pode ser mergulhado em um agente de oxidação aquoso, por exemplo, a solução fracamente acídica de solução de cloreto de ferro(lll), sulfato de cério(V), hexacianoferrato(lll) de potássio ou ácido molibdofosfórico. Subsequentemente, o material de celulose úmido é tratado seja com compostos de pirrol líquidos ou vaporosos a temperatura ambiente até que o pirrol é polimerizado como uma função da concentração do agente de oxidação. O material de celulose assim impregnado é seco a temperatura ambiente for 24 horas. O agente de oxidação primeiramente garante a polimerização dos compostos de pirrol, e também um aumento na condutividade elétrica. A resistividade específica p dos referidos materiais de celulose impregnados pode assim ser influenciada por meio da concentração de pirróis e o tipo de agente de oxidação.

[005] É adicionalmente conhecido que nanocompósitos podem também ser usados como material de classificação de campo quando o objetivo é reduzir os picos no desenvolvimento de campos elétricos, por exemplo, no isolamento de condutores elétricos. De acordo com WO 2004/038735 A1, é possível para esse fim, por exemplo, o uso de um material que consiste em um polímero. Distribuída no mesmo é uma carga cujas partículas são nanopartículas, isto é, têm um diâmetro médio de no máximolOO nm. De acordo com US 2007/0199729 A1, os materiais utilizáveis para as referidas nanopartículas incluem materiais semicondutores cujo espaço de banda está dentro de uma faixa a partir de 0 eV a 5 eV. Por meio das nanopartículas usadas, que podem consistir, por exemplo, de ZnO, é possível se ajustar a resistividade elétrica do nanocompósito. Se a proporção particular do volume é excedida no decurso de adição das nanopartículas, essa proporção sendo 10 a 20% por volume de acordo com o tamanho das nanopartículas, a resistividade específica do nanocompósito é reduzida percepti- velmente, sendo possível desse modo se ajustar a condutividade elétrica do nanocompósito e corresponder a mesma às condições necessárias. Mais particularmente, é possível se alcançar a resistividade específica dentro de uma ordem de magnitude de 1012 Ωm. Isso alcança uma queda na voltagem sobre o nanocompósito, o que resulta em uma distribuição mais homogênea do potencial, e assim sendo também em classificação mais adequada do campo elétrico que surge. Isso permite que os picos de campo que surgem sejam reduzidos, o que vantajosamente aumenta a resistência dielétrica.

[006] No caso de carga do condutor elétrico com uma voltagem alternada, um efeito de classificação de campo da mesma forma surge, mas este segue um mecanismo diferente. O efeito de atenuação de campo do nanocompósito depende aqui da permissividade do nanocompósito, a permissividade ε sendo uma medida da permeabilidade de um material a campos elétricos. A permissividade é também re-ferida como uma constante dielétrica, embora o termo "permissividade" seja usado daqui em diante. A permissividade relativa se refere à relação, definida pelo número de permissividade εr = ε/εθ, de a permissividade ε de uma substância relativa à constante do campo elétrico εθ, que determina a permissividade de um vácuo. Quanto mais alta a permissividade relativa, maior o efeito de atenuação de campo da substância usada com relação a um vácuo. Daqui em diante, apenas os números de permissividade das substâncias sendo usados serão considerados.

[007] WO 2006/122736 A1 também descreve um sistema composto de fibras de celulose e nanotubos, preferivelmente nanotubos de carbono (CNTs daqui em diante), nos quais resistividades específicas de 6 a 75 Ωm (após a conversão) podem ser estabelecidas. Os referidos nanocompósitos são supostos ser usados, por exemplo, para aquecimento de resistência elétrica, a condutividade sendo ajustada com uma vista para a capacidade do material de converter energia elétrica em calor. Para esse fim, um grau suficiente de cobertura das fibras de celulose com CNTs é necessário.

[008] WO 2006/131011 A1 descreve uma bucha que pode consistir, entre outras coisas, de um enrolamento de papel impregnado. Materiais especificados para a impregnação, entre outros materiais, também incluem BN. Os mesmos podem também ser usados em forma aditivada. Ademais, as partículas devem ser usadas com uma concentração no material de celulose abaixo do limiar de percolação, de modo que não há contato elétrico entre as partículas. Por essa razão, a resistividade elétrica específica do nanocompósito permanece essencialmente não afetada.

[009] O pedido com número de referência DE 102010041630.4, que foi publicado após a data de depósito do presente pedido, descreve um nanocompósito compreendendo nanopartículas semicondutoras ou não condutoras distribuídas em um material de celulose, por exemplo, papel prensado, que pode ser usado como material de classificação de campo em transformadores. Pelo menos algumas das nanopartículas distribuídas no material de celulose têm um revestimento de um polímero eletricamente condutor. O material de celulose usado pode, por exemplo, ser um papel, cartolina ou papel prensado. O material de celulose tem uma estrutura de fibras de celulose o qual, em sua totalidade, constitui o compósito que forma o material de celulose. As nanopartículas semicondutoras ou não condutoras usadas podem, por exemplo, ser Si, SiC, ZnO, BN, GaN, AIN ou C, em especial também nanotubos de nitreto de boro (referidos daqui em diante como BNNTs). Os polímeros eletricamente condutores usados podem ser os polímeros mencionados em DE 10 2007 018 540 A1. Exemplos de polímeros eletricamente condutores incluem polipirróis, polianilina, politiofenos, poliparafenilenos, poliparafenileno-vinilenos e derivados dos referidos polímeros. Um exemplo específico dos referidos polímeros é PEDOT, que é também vendido com a marca registrada Baytron por Bayer AG. PEDOT é também referido por seu nome sistemático de po- li(3,4-etilenodioxitiofeno).

[0010] De acordo com o pedido com número de referência DE 102010041635.5, que foi publicado após a data de depósito do presente pedido, a impregnação pode também consistir em um polímero que foi reticulado a partir de um ionômero negativo, em especial PSS, e um ionômero positivamente carregado. Os ionômeros positivamente carregados usados podem preferivelmente ser PEDOT ou PANI. PEDOT se refere ao já mencionado poli(3,4-etilenodioxitiofeno). PANI é polianilina e PSS é polistirenossulfonato. O uso de ionômeros positivamente carregados e negativamente carregados vantajosamente permite uma produção particularmente simples do material de celulose. Os ionômeros podem simplesmente ser dissolvidos em água e assim fornecidos ao processo para a produção do material de celulose, que é da mesma forma com base em água. Ao se reticular os ionômeros após a produção do material de celulose, é possível se reduzir a resistividade específica do material de celulose. Isso envolve a polimerização dos ionômeros e que forma, no material de celulose, uma rede eletricamente condutora responsável pela redução na resistividade específica. Mais particularmente, é possível o uso dos ionômeros mencionados de modo a revestir nanopartículas semicondutores ou não condutoras já mencionadas.

[0011] De acordo com o pedido com número de referência DE 102009033267.7, que foi publicado após a data de depósito do presente pedido, o nanocompósito pode também ser impregnado com nanopartículas semicondutoras que consistem pelo menos parcialmente de BNNT e foram distribuídas na celulose ou no polímero. Para aumentar a condutividade eficaz de pelo menos alguns dos BNNTs distribuídos no material de isolamento, a dopagem dos referidos BNNTs com dopantes adequados ou revestimento com metais ou semicondutores dopados nos BNNTs é prevista. A concentração dos BNNTs pode ser selecionada de modo que o nanocompósito tenha uma condutividade específica p da ordem de magnitude de 1012 Ωm. De acordo com essa variante, polímeros condutores não são usados como em- bainhamento para os BNNTs.

[0012] Dopagem pode ser alcançada ao modificar os BNNTs através de adição de dopantes adequados para o efeito de que os átomos do dopante formem estados eletrônicos que tornem o BNNT a p-condutor (isto é, estados eletrônicos que capturam elétrons a partir do limite de banda de valência são formados) ou um n-condutor (isto é, estados eletrônicos que emitem elétrons através da excitação térmica por meio do limite de banda de condução são alcançados). Um exemplo de um possível dopante para p-dopagem é Be; um possível dopante para n-dopagem é Si. A referida dopagem dos BNNTs pode ser efetuada in situ, em cujos casos os átomos de dopante são incorporados durante o crescimento dos BNNTs, por exemplo, a partir da fase de gás ou líquido.

[0013] É também possível se realizar a dopagem em uma etapa adicional após o crescimento dos BNNTs, em cujos casos os dopantes são tipicamente iniciados pelos BNNTs sob a influência de um tratamento a calor. Através de introdução dos dopantes nos BNNTs, a resistividade específica pode ser reduzida a valores entre 0,1 e 1000 Ωcm típico de semicondutores dopados.

[0014] De acordo com o pedido com número de referência DE 10 2009 033 268.5, que foi publicado após a data de depósito do presente pedido, o nanocompósito composto de material de celulose pode também ser impregnado com nanopartículas semicondutoras, também com a provisão de dopagem das referidas nanopartículas com dopantes para aumentar a condutividade eficaz de pelo menos algumas das nanopartículas distribuídas no material isolante. O uso de nanopartículas semicondutoras, em especial BNNTs, tem a vantagem de baixos níveis de carga de no máximo 5% por volume, preferivelmente mesmo no máximo 2% por volume, no material isolante são suficientes para alcançar percolação das nanopartículas e assim sendo para aumentar a condutividade elétrica do nanocompósito.

[0015] Em vista de WO 2008/026992 A1, que foi mencionado no início, é um objetivo da presente invenção desenvolver um anel de blindagem do tipo especificada no início de tal modo que a produção do mesmo é simplificada e/ou a confiabilidade contra colapso da energia elétrica na camada de material de celulose é aprimorada.

[0016] O referido objetivo é alcançado de acordo com a presente invenção em virtude da camada adotar a forma de um compósito que consiste em um material de celulose tratado nos quais partículas tendo a resistividade específica mais baixa em comparação à resistividade específica pp do material de celulose não tratado são distribuídas em uma concentração acima do limiar de percolação. Alternativamente ou adicionalmente, de acordo com a presente invenção, a rede coerente de um polímero condutor tendo a resistividade específica mais baixa em comparação à resistividade específica pp do material de celulose não tratado pode permear o compósito no material de celulose tratado. O material de celulose tratado pode ser obtido da maneira já descrita no início, e pode ser produzido como um corpo formado nos quais o núcleo anular do anel de blindagem é inserido. Outra opção é se proporcionar papéis como material de celulose tratado e então enrolar os mesmos em torno do núcleo em um modo conhecido per se, em cujos casos o enrolamento proporciona uma camada do material de celulose.

[0017] Componentes de CCAT são subentendidos significar os componentes que são usados para a transmissão de correntes diretas de alta voltagem e incluem elementos de condução de corrente (CCAT representa a transmissão de corrente direta de alta voltagem). Mais particularmente, transformadores ou indutores são necessários aqui como componentes de CCAT. Entretanto, arranjos de fiação elétrica para a conexão elétrica de vários componentes de CCAT são também necessários. Componentes de CCAT adicionais são pontos de desconexão nos referidos arranjos de fiação elétrica e buchas através dos componentes do alojamento nos quais outros componentes de CCAT são acomodados. Assim como as correntes diretas de alta voltagem que devem ser conduzidas, correntes alternadas também ocorrem, por exemplo, em bobinas de transformador e de indutor. Os componentes de CCAT no contexto da presente invenção devem ser adequados para a transmissão de correntes diretas de alta voltagem de pelo menos 100 kV, preferivelmente para a transmissão de correntes diretas de alta voltagem de mais do que 500 kV.

[0018] A configuração da presente invenção do material de celulose tratado tem a vantagem de que a resistividade específica do compósito assim formado pcomp é reduzida em comparação à resistividade específica pp do material de celulose não tratado. Como um resultado disso, é possível se alcançar o efeito de que a resistividade específica do compósito pcomp se aproxime daquela do óleo po ou, como será explicado daqui em diante, de fato excede a mesma. Como um resultado disso, o efeito é alcançado o qual, no caso da voltagem DC através do espaço de isolamento, do qual o anel de blindagem forma parte, para a bobina de CCAT (isto é, Bobina de transformador de CCAT ou Bobina de indutor de CCAT), a queda na voltagem é melhor distribuída sobre os componentes produzidos a partir do material de celulose e o óleo de transformador. Isso ocorre pelo fato de que, pri-meiramente, o óleo de transformador pode lidar com uma mais alta queda na voltagem sem colapso da energia elétrica. Em segundo lugar, a redução da sobrecarga do material de celulose leva ao efeito de que a confiabilidade contra colapso é aumentada aqui, ou um enrolamento de papel ou a camada produzida de outro modo no anel de blindagem pode ser mais delgada. Mais particularmente, nas regiões particularmente tensionadas dos cantos arredondados da seção transversal voltada em afastamento a partir da face de extremidade da bobina (mais particularmente do canto arredondado interno), a tensão pode ser reduzida a um grau vantajosamente alto, de modo que encobrimento do enrolamento com outro material de isolamento (em especial material de celulose) pode ser dispensado. O efeito disso é que a fabricação do anel de blindagem é vantajosamente grandemente simplificada e, ao mesmo tempo, confiabilidade contra colapso da energia elétrica pode ser aprimorada ou pelo menos mantida no nível necessário. É vantajoso no presente contexto que a resistividade específica pcomp do compósito pelo menos na superfície do anel de blindagem seja no máximoõ x 1013 Ωm.

[0019] O efeito descrito, que é essencial para a presente invenção, de redução de sobrecarga do material de celulose em virtude da queda na voltagem ocorrendo em uma maior extensão sobre o óleo de transformador também pode vantajosamente ser utilizada de modo eficiente quando a resistividade específica pcomp do compósito for no máximoõ x 1013 Ωm. O referido efeito pode vantajosamente também ser utilizado ao ajustar a resistividade específica pcomp do compósito que é 1 a 20 vezes a resistividade específica po do óleo de transformador. Particularmente vantajosamente, a ordem de magnitude da re- sistividade específica pcomp do compósito pode corresponder àquela da resistividade específica de óleo de transformador. "Ordem de magnitude" quer dizer que a resistividade específica pcomp do compósito difere por não mais do que uma ordem de magnitude a partir daquela do óleo de transformador (isto é, por um fator de 10 no máximo).

[0020] As resistividades específicas po, pp e pcomp em conexão com a presente invenção devem cada uma das quais ser medida a temperatura ambiente e em uma resistência de campo de referência existente de 1 kV/mm. Sob as referidas condições, a resistividade específica po é entre 1012 e 1013 Ωm. Deve ser observado, entretanto, que a resistividade específica po de óleo de transformador é, se alguma, reduzida no caso de uma mais alta carga prevista de acordo com a presente invenção através da queda na voltagem sobre o óleo de transformador. Nos exemplos de trabalho que serão ainda descritos daqui em diante, portanto, a resistividade específica po no óleo de transformador de 1012 Ωm é assumida.

[0021] Um importante fator na seleção da resistividade específica pcomp do compósito na superfície do anel de blindagem é que a mesma não seja significantemente mais baixa do que a resistividade específica do óleo de transformador po na referida região. Isso permite, como já descrito, a correspondência da tensão elétrica no óleo de transformador e no material de celulose. Entretanto, é vantajosamente também possível que a resistividade específica do material de celulose do anel de blindagem diminua ainda mais com o aumento da distância a partir da superfície do anel de blindagem (mesmo a valores abaixo de po), de modo que a distribuição controlada da resistência do campo é permitida nessa região. Isso vantajosamente acarreta em uma particular contribuição para a redução na tensão elétrica na região dos cantos arredondados da seção transversal já mencionada acima.

[0022] De modo a alcançar uma distribuição não homogênea da resistividade específica pcomp sobre a camada espessura no anel de blindagem, é vantajosamente possível que a resistividade específica das dobras de camada adjacente que forma a camada seja graduada, em cujos casos a dobra de camada ou dobras de camada tendo uma resistividade específica mais baixa se uma ao núcleo. As dobras podem surgir, por exemplo, através de enrolamento com papéis impregnados de modo diferente. Nesse caso, primeiro a dobra de camada tendo a mais baixa resistividade específica pcomp e então pelo menos uma dobra de camada tendo a mais alta resistividade específica pcomp é aplicada ao núcleo, sendo vantajoso para a última dobra que forma a superfície do anel de face de extremidade para corresponder pelo menos à ordem de magnitude da resistividade específica de óleo de transformador. Dobras de camada no contexto da presente invenção são observadas em cada caso como regiões de espessura de camada cada uma proporcionada com a mesma resistividade específica pcomp. Isso também quer dizer que a referida dobra de camada pode ser formada por diversas dobras de papel. Nesse caso, um número suficiente de dobras de papel (camadas de enrolamento) é enrolado para alcançar a espessura desejada da dobra de camada.

[0023] Outros meios de proporcionar o anel de blindagem com regiões de diferentes resistividades específicas pcomp é de formar o referido anel de blindagem a partir de uma pluralidade de anéis individuais concêntricos, em cujos casos o anel individual interno é proporcionado com um material de celulose tendo uma resistividade específica mais baixa do que o anel individual externo ou diversos anéis individuais subsequentes. Particularmente vantajosamente, entretanto, apenas dois anéis individuais são usados. Os anéis individuais no contexto da presente invenção juntos formam o anel de blindagem, mesmo se os mesmos não são unidos um ao outro em termos de construção. O anel de blindagem no contexto da presente invenção é assim entendido significar todo o conjunto que é proporcionado na região das faces de extremidade das bobinas e tem uma estrutura típica de anel de blindagem.

[0024] É vantajoso se proporcionar o anel interno com uma resistividade específica mais baixa do que o anel externo. Isso ocorre pelo fato de que a tensão elétrica já descrita nos cantos arredondados da seção transversal do anel de blindagem voltada em afastamento a partir da face de extremidade da bobina é mais alta no lado de dentro da bobina do que no lado de fora. Isso pode ser levado em consideração ao se projetar o material de celulose usado no anel de blindagem. Como um resultado disso, é vantajosamente possível se estabelecer a impregnação do material de celulose com concentração mais baixa para o anel individual externo, o que permite economia em especial de custo do material. Ademais, maior flexibilidade vantajosamente surge para a classificação do campo elétrico na maneira desejada.

[0025] Em uma configuração particular da presente invenção, a camada do material de celulose é essencialmente de igual espessura sobre toda a seção transversal nos ângulos retos ao perfil do anel. Essa execução é, como já explicado, permitida pelo fato de que, de acordo com a presente invenção, a resistividade específica do material de celulose é correspondida às necessidades de classificação de campo de modo que a tensão elétrica é melhor distribuída sobre as regiões individuais do anel de blindagem e do óleo de transformador circundante. Uma espessura do material essencialmente igual a da celulose deve também ser entendido significa que a camada do anel de blindagem que é produzida unicamente por enrolamento de uma tira de papel em torno do núcleo. Nesse contexto, é naturalmente o caso que a camada enrolada no lado de dentro do anel seja relativamente mais espessa do que do lado de fora do anel, pelo fato de que as voltas adjacentes do enrolamento do papel usado se sobreponham aqui em um grau relativamente maior. Essencialmente, a camada enrolada, em vista do diâmetro do núcleo a ser enrolado em torno, entretanto, deve ser observada como tendo essencialmente a mesma espessura.

[0026] Outra configuração da presente invenção é obtida quando a camada do material de celulose diretamente se une ao núcleo sobre toda a seção transversal dos ângulos retos ao perfil do anel. Isso quer dizer que dispositivos de inserção adicionais que significariam complexidade de fabricação adicional são dispensados. Vantajosamente, a complexidade de fabricação pode assim ser reduzida ao se dispensar dispositivos de inserção adicionais. Como um resultado disso, não só a complexidade de fabricação é reduzida, mas também uma confiabilidade operacional mais alta é também alcançada, uma vez que um dispositivo de inserção que pode deslizar, por exemplo, no decurso de enrolamento é dispensado.

[0027] O uso do material de celulose da presente invenção vantajosamente também torna possível que a altura h do anel de blindagem seja reduzida em comparação à altura necessária no caso de uso do material de celulose não tratado em questão em lugar do compósito. Outra possibilidade é vantajosamente que a espessura s da camada é reduzida em comparação à espessura necessária no caso de uso do material de celulose não tratado em questão em lugar do compósito. Ademais, é também vantajosamente possível que o anel de blindagem tenha uma seção transversal retangular nos ângulos retos com relação ao perfil do anel com cantos arredondados, em cujos casos o raio r dos referidos cantos arredondados é reduzido em comparação ao raio necessário no caso de uso do material de celulose não tratado em questão em lugar do compósito. As referidas características de desenho em construção podem vantajosamente ser modificadas em virtude da flexibilidade de configuração em termos de construção já mencionadas, sendo possível aqui se levar em consideração as condições geométricas limítrofes da aplicação particular. Por exemplo, é possível se reduzir a altura h do anel de blindagem em transformadores CCAT para proporcionar o mesmo com um espaço de isolamento que se tornaria também exigência de espaço sem uso do material de celulose da presente invenção considerando as voltagens operacionais cada vez mais altas dos componentes de CCAT em alguns casos mais do que 1000 kV. Em segundo lugar, as dimensões máximas em termos da construção de componentes de CCAT são predefinidas, de modo, por exemplo, a ainda permitir o transporte por trilhos. Aqui, é possível para os anéis de graduação tendo reduzidas dimensões geométricas ter uma contribuição na redução do espaço de instalação. Entretanto, deve ser garantido no caso de redução do espaço de instalação, isto é, da altura h do anel de blindagem ou da espessura s da camada, que a confiabilidade contra colapso da energia elétrica ainda corresponda em geral pelo menos aos valores especificados.

[0028] A redução dos raios r dos cantos arredondados da seção transversal do anel de blindagem tem a particular vantagem que os referidos podem ser submetidos a maior tensão mecânica, de modo a manter os componentes individuais do componente de CCAT juntos. Ao mesmo tempo, outra consequência da redução nos referidos raios é que é possível se dispensar os dispositivos de inserção entre o nú-cleo e a camada circundante, de modo que o espaço de instalação que seria necessário para os referidos dispositivos de inserção é preenchido pelo material do núcleo.

[0029] Detalhes adicionais da presente invenção são descritos daqui em diante com referência aos desenhos. Elementos dos desenhos idênticos ou correspondentes são cada um dos quais dotados do mesmo número de referência e são explicados mais de uma vez apenas desde que diferenças surjam entre as figuras individuais. As figu-ras mostram:

[0030] a figura 1 é uma seção transversal através de um exemplo de trabalho do anel de blindagem da presente invenção, mostrando apenas a superfície do mesmo e o óleo de transformador unido e barreiras sólidas adicionais produzidas a partir de papel prensado,

[0031] a figura 2é um exemplo de trabalho do anel de blindagem da presente invenção instalado em um transformador de CCAT, em vista esquemática, e

[0032] a figura 3 é um exemplo de trabalho do anel de blindagem da presente invenção nos quais determinadas flexibilidades de configuração em termos de construção são mostradas, em seção transversal esquemática.

[0033] Um espaço de isolamento elétrico 18 de acordo com a figura 1 consiste em geral de diversas dobras de material de celulose 19, entre as quais pode haver camadas de óleo 20. O espaço de isolamento se inicia na superfície metálica 11 de um componente 12 a ser isolado, que pode ser formado, por exemplo, por uma camada de metal 13 no núcleo de um anel de blindagem que não é mostrado em detalhes.

[0034] O material de celulose 19 também é impregnado com óleo, que não é mostrado em detalhes na figura 1. Para esse fim, a figura 1 mostra uma impregnação 11 dentro do material de celulose. O isolamento mostrado na figura 1 circunda, por exemplo, os enrolamentos usados em um transformador, que têm que ser eletricamente isolados de fora um a partir do outro.

[0035] O isolamento elétrico de um transformador em operação, na aplicação de uma voltagem alternada, tem que evitar colapso da energia elétrica. Nesse caso, as características de isolamento do isolamento são dependentes da permissividade dos componentes do isolamento. Para o óleo um número de permissividade εo é cerca de 2, e para o material de celulose εp é 4. No caso de carga do isolamento com uma voltagem AC, o resultado para a carga dos componentes de isolamento individuais é, portanto, que a voltagem Uo através do óleo é cerca de duas vezes tão alta quanto a voltagem Up através do material de celulose. Se um nanocompósito no qual o material de celulose 19 foi impregnado de acordo com a presente invenção é usado, a impregnação 11 não afeta a distribuição de voltagem no isolamento da presente invenção, uma vez que um número de permissividade εBNNT é da mesma forma cerca de 4, e portanto a permissividade εcomp do material de celulose impregnado é também cerca de 4. Assim, no caso do isolamento da presente invenção também, a voltagem Uo aplicada através do óleo é cerca de duas vezes tão alta quanto a voltagem Ucomp através do nanocompósito (material de celulose).

[0036] Ao mesmo tempo, em componentes de CCAT, a resistência dielétrica do isolamento sob as voltagens DC é também significante. Nesse caso, entretanto, a distribuição da voltagem através dos constituintes de isolamento individual não é mais dependente da permissividade, mas é dependente da resistividade específica dos componentes individuais. A resistividade específica po de óleo é entre 1013 e 1012 Ωm. Se for levado em consideração que, de acordo com a presente invenção, uma porção relativamente alta da queda na voltagem deve ocorrer no óleo para aliviar a sobrecarga do material de celulose, e que a resistividade específica do óleo diminui sob a voltagem, a suposição deve tender, como mostrado na figura 1, a uma resistividade específica po de 1012 Ωm. De modo diferente, pp do material de celulose é três ordens de magnitude mais alta e é 1015 Ωm. O efeito disso é que, sob a voltagem DC, a voltagem através do óleo Uo é um milésimo (assumindo po = 1013 Ωm, pelo menos de um centésimo a cinco centésimos) da voltagem através do material de celulose Up. Esse desequilíbrio acarreta no risco de, no caso de carga do isolamento com a voltagem DC, haver colapso no material de celulose e falha do isola- mento elétrico.

[0037] A impregnação 11 introduzida no material de celulose 19 de acordo com a presente invenção pode consistir, por exemplo, de BNNT e é ajustada através de a revestimento adequado dos BNNTs composto de PEDOTPSS e possivelmente por uma dopagem adicional dos BNNTs com dopantes com suas resistividades específicas (entre 0,1 e 1000 Ωcm), de modo que a resistividade específica do ma-terial de celulose pp é reduzida. Isso é também possível através do uso isolado de PEDOTPSS ou do uso isolado de BNNTs. Assim, é possível se estabelecer, para o compósito da presente invenção, uma condutividade específica pcomp que se aproxima de uma resistividade específica po e de modo ideal corresponde basicamente à mesma. No caso da resistividade específica pcomp de não mais do que 5 x 1013 Ωm, a voltagem Uo através do óleo é de uma ordem de magnitude na região da voltagem Ucornp através do compósito, e assim um perfil de voltagem equilibrado é estabelecido no isolamento. Isso aprimora de modo vantajoso a resistência dielétrica do isolamento, uma vez que a carga do material de celulose perceptivelmente diminui.

[0038] A figura 2 mostra os detalhes de um transformador CCAT. Isso é acomodado em um alojamento também designado como o tanque 21.

[0039] Também indicadas são a bobina de alta voltagem e a bobina de baixa voltagem, para as quais os enrolamentos 22, 23 são evidentes na figura 2. Um núcleo transformador14 é mostrado meramente de modo esquemático por uma questão de maior clareza.

[0040] Para o enrolamento 22, um campo elétrico é mostrado por linhas de campo 33 que percorrem ao longo das superfícies equipo- tenciais do campo elétrico. O referido campo elétrico é influenciado por vários elementos de um conjunto de isolamento, os elementos dos quais incluem anéis de graduação segmentados 24, 25, barreiras sóli- das cilíndricas 26 produzidas a partir de papel prensado, e anéis de seção em L 27, da mesma forma produzidos a partir de papel prensado. Os anéis de graduação 24, 25 têm um núcleo 28 com uma superfície metálica 29 e um enrolamento de papel 30. Ademais, o interior 31 é preenchido com um preenchimento de óleo de transformador, que portanto também flui para dentro de e preenche os espaços 32 entre os elementos individuais do conjunto de isolamento. As linhas de campo 33 também penetram um anel de pressão 34 produzido a partir de papel prensado. Portanto, é possível com a redução da resistividade específica do material de celulose da presente invenção também modi-fique o anel de pressão 34, de modo a influenciar o campo elétrico que forma nessa região. O anel de pressão 34, junto com um estágio enrolamento que não é mostrado e pode da mesma forma ser produzido a partir de papel prensado e suporta os enrolamentos 22, 23, garante a coerência mecânica de todos os conjuntos (incluindo as barreiras sólidas). No contexto da presente invenção, o anel de pressão 34 e o estágio de enrolamento, que não é mostrado, deve também ser entendido como elementos do espaço de isolamento.

[0041] A figura 3 mostra que anel de blindagem da presente invenção 24 consiste em um anel individual interno 35 e um anel individual externo 36. O anel de blindagem 24 tem uma altura h e a espessura s da camada 30, como mostrado.

[0042] Ademais, os cantos arredondados da seção transversal mostrada que está voltada em afastamento a partir da bobina, que não é mostrada, são proporcionados com um raio r. A figura 3 da mesma forma indica, com linhas de contorno pontilhado, como a geometria de um anel de blindagem não proporcionado com material de celulose impregnado pode aparecer em uma comparação qualitativa. Esse teria uma altura maior h0 e/ou uma maior espessura da camada 30 s0 e/ou maior raio nos cantos acima mencionados r0, e os referidos maiores raios rO são descritos apenas pelo núcleo 28, e assim um espaço para um dispositivo de inserção adicional produzido de celulose, que não é mostrado em detalhes, surgiria nessa região. Isso pode ser proporcionado no espaço formado pelos raios r e rO.

[0043] Ademais, é evidente que a camada do anel individual interno 35 consiste em diversas dobras de camada 37, 38. A dobra de camada 37 que forma a superfície do anel de blindagem 24 e a camada 30 do anel individual externo 36 tem uma resistividade específica correspondente da ordem de magnitude do óleo de transformador circundando. Em comparação a isso, a resistividade específica da dobra de camada 38 unindo o núcleo 28 é adicionalmente reduzida, de modo que a referida resistividade específica é menor do que aquela do óleo de transformador. Isso proporciona uma redução de sobrecarga da região do anel de blindagem 24 que é a mais altamente tensionada como um resultado da queda na voltagem de uma voltagem de CCAT. Isso ocorre no canto interno da seção transversal do anel de blindagem voltada em afastamento a partir da bobina com relação ao perfil anular do anel de blindagem. Para as outras regiões do anel individual interno, a redução na resistividade específica da dobra de camada próxima ao núcleo 38 não seria necessário per se. Entretanto, isso não acarreta em qualquer prejuízo, e assim o anel individual interno 38 é enrolado em torno completamente com a dobra de camada próxima do núcleo 38 por razoes de fabricação. No caso do anel individual externo 36, entretanto, não há enrolamento adicional com um material tendo uma resistividade específica abaixo daquela do óleo de transformador, por questões de custo. É suficiente aqui se reduzir a resistividade específica a um valor da ordem de magnitude do óleo de transformador.

Claims (8)

1. Anel de blindagem para uma bobina de transformador de CCAT ou uma bobina de indutor de CCAT, apresentando um núcleo anular (28) com uma superfície eletricamente condutora (29), uma camada (30) de um material de celulose, em especial papel, que completamente circunda o núcleo (28), caracterizado pelo fato de que o anel de blindagem é formado a partir de uma pluralidade de anéis individuais concêntricos (35, 36) situados um dentro do outro, sendo que a camada (30) é executada como compósito que consiste em um material de celulose tratado (19), no qual partículas (11) com uma resistividade específica mais baixa em comparação à resistividade específica pp do material de celulose não tratado são distribuídas em uma concentração acima do limiar de percolação e/ou no qual uma rede coerente de um polímero condutor com uma resistividade específica mais baixa em comparação à resistividade específica pP do material de celulose não tratado permeia o compósito, e sendo que o anel individual mais interno (35) é previsto com um material de celulose com uma resistividade específica mais baixa do que o anel individual externo (36) ou anéis individuais externos.

2. Anel de blindagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a resistividade específica pCOmP do compósito pelo menos na superfície é no máximo 5 x 1013Ωm.

3. Anel de blindagem, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a resistividade específica pCOmP do compósito pelo menos na superfície é 1 a 20 vezes a resistividade específica po do óleo de transformador.

4. Anel de blindagem, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a ordem de magnitude da resistividade específica pcomp do compósito pelo menos na superfície do anel de blindagem corresponde àquela da resistividade específica de óleo de transformador p0.

5. Anel de blindagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a resistividade específica de dobras de camada adjacente (37, 38) que forma a camada (30) é graduada, sendo que a dobra de camada ou dobras de camada com a mais baixa resistividade específica são adjacentes ao núcleo.

6. Anel de blindagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a camada (30) do material de celulose é executada essencialmente de igual espessura sobre toda a seção transversal situada transversalmente com relação ao perfil do anel.

7. Anel de blindagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a camada (30) do material de celulose é adjacente ao núcleo sobre toda a seção transversal situada transversalmente com relação ao perfil do anel.

8. Anel de blindagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a camada (30) consiste em um enrolamento de papel com uma pluralidade de camadas de enrolamento, sendo que o enrolamento de papel é enrolado em torno da seção transversal que se situa transversalmente com relação ao perfil do anel.

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