BR112013017448B1

BR112013017448B1 - Conjunto de isolamento para um componente de hvdc que tem barreiras sólidas como parede

Info

Publication number: BR112013017448B1
Application number: BR112013017448-0A
Authority: BR
Inventors: Beriz Bakija; Dieter Breitfelder; Thomas Hammer; Jens Hoppe; Karsten Loppach; Johann Schlager; Ursus Kruger; Frank Heinrichsdorff; Volkmar Luthen
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2020-06-02
Also published as: BR112013017448A2; EP2661755A1; EP2661755B1; WO2012093053A1; CN103415894B; DE102011008454A1; CN103415894A

Abstract

conjunto de isolamento para um componente de hvdc que tem barreiras sólidas como parede a presente invenção refere-se a um conjunto de isolamento para um componente de hvdc, tal como transformador, por exemplo. de acordo com a invenção, barreiras sólidas (26,27) são produzidas de um composto que contém material de celulose, a resistividade do qual é mais baixa se comparada com um material de celulose não tratado. a espessura de parede das barreiras sólidas (26,27) podem assim vantajosamente ser reduzidas, por meio de que, por exemplo, a largura de canal de fluxo de fuga (35) entre os elementos individuais (22,23) no componente de hvdc pode ser reduzida. assim, a liberdade de projeto é vantajosamente aumentada o que resulta especialmente em uma construção mais compacta. a invenção pode ser utilizada especificamenbte para transformadores de hvdc reatores de hvdc.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CONJUNTO DE ISOLAMENTO PARA UM COMPONENTE DE HVDC QUE TEM BARREIRAS SÓLIDAS COMO PAREDE.

[001] A presente Invenção refere-se a um conjunto de isolamento para um componente de HVDC, especialmente um transformador ou um indutor, que consiste em uma sequência de barreiras sólidas como parede feitas de um material de celulose, entre as quais estão providos espaços intermediários para um óleo de transformador e as quais formam um trecho de isolamento juntamente com o óleo de transformador.

[002] Tal conjunto de isolamento do tipo mencionado no início é conhecido, por exemplo da EP 285 895. O componente de HVDC é, por exemplo, uma bucha para as conexões elétricas de um transformador de HVDC o qual precisa ser eletricamente isolado e blindado. Isto envolve utilizar barreiras sólidas feitas de cartão prensado, o cartão prensado tendo uma elevada condutividade comparado com o cartão prensado padrão. As barreiras sólidas formam uma pluralidade de envoltórios ao redor do condutor, de modo que folgas para encher com óleo de transformador surgem entre estes. A sequência de folgas cheias com óleo de transformador e barreiras sólidas dá origem a um trecho de isolamento para a bucha.

[003] A US 4.521.450 descreve que um material sólido impregnado composto de fibras de celulose pode ser imerso em um agente oxidante aquoso, por exemplo, uma solução fracamente ácida de solução de cloreto de ferro (III), sulfato de cério (IV), hexacianoferrato de potássio (III) ou ácido molibdofosfórico. Subsequentemente, o material de celulose úmido é tratado com compostos de pirrol ou líquido ou vaporoso na temperatura ambiente até o pirrol ser polimerizado como uma função da concentração do agente oxidante. O material de celulose assim impregnado é seco na temperatura ambiente por 24 horas.

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O agente oxidante primeiramente assegura a polimerização dos compostos de pirrol, e também um aumento na condutividade elétrica. A resistividade específica p de tais materiais de celulose impregnados pode assim ser influenciada através da concentração de pirróis e do tipo de agente oxidante.

[004] É adicionalmente conhecido que nanocompostos podem também ser utilizados como material de graduação de campo quando o objetivo é reduzir os picos no desenvolvimento de campos elétricos, por exemplo, no isolamento de condutores elétricos. De acordo com a WO 2004/038735 A1, é possível para este propósito, por exemplo, utilizar um material que consiste em um polímero. Distribuído neste está uma carga sujas partículas são nanopartículas, isto é, têm um diâmetro médio de no máximo 100 nem. De acordo com a US 2007/0199729 A1, os materiais utilizáveis para tais nanopartículas inclui materiais semicondutivos cuja abertura de banda está dentro de uma faixa de 0 eV to 5 eV. Por meios das nanopartículas utilizadas, as quais podem consistir, por exemplo, de ZnO, é possível ajustar a resistividade elétrica do nanocomposto. Se uma proporção específica do volume for excedida no curso de adição das nanopartículas, esta proporção sendo de 10 a 20% por volume de acordo com o tamanho das nanopartículas, a resistividade específica do nanocomposto é reduzida perceptivelmente, sendo possível deste modo ajustar a condutividade elétrica do nanocomposto e coincidi-la com as condições requeridas. Mais especificamente, é possível obter uma resistividade específica dentro da ordem de magnitude de 1012 Qm. Isto obtém uma queda em voltagem sobre o nanocomposto, o que resulta em uma distribuição mais homogênea do potencial, e com isto também em uma graduação adequada do campo elétrico o qual surge.

[005] Isto permite que os picos de campo os quais surgem sejam reduzidos, o que vantajosamente aumenta a resistência dielétrica.

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3/16 [006] No caso de carregamento do condutor elétrico com uma voltagem alternada, um efeito de graduação de campo do mesmo modo surge, mas este segue um mecanismo diferente. O efeito de atenuação de campo do nanocomposto depende aqui da permissividade do nanocomposto, a permissividade ε sendo uma medida da permeabilidade de um material aos campos elétricos. A permissividade é também referida como a constante dielétrica, apesar do termo permissividade ser aqui utilizado daqui em diante. A permissividade relativa refere-se à razão, definida pelo número de permissividade εr = ε/ε0, da permissividade ε de uma substância em relação à constante de campo elétrico ε0, a qual expressa a permissividade de um vácuo. Quanto mais alta a permissividade relativa, maior o efeito de atenuação de campo da substância utilizada em relação a um vácuo. Somente os números de permissividade das substâncias que estão sendo utilizadas serão considerados daqui em diante.

[007] A WO 2006/122736 A1 também descreve um sistema composto de fibras de celulose e nanotubos, de preferência nanotubos de carbono (daqui em diante CNTs), no qual resistividades específicas de 6 a 75 Qm (após a conversão) podem ser estabelecidas. Estes nanocompostos são supostos serem utilizados, por exemplo, para aquecimento de resistência elétrica, a condutividade sendo ajustada com vistas à capacidade do material de converter energia elétrica para calor. Para este propósito, um grau de cobertura suficiente das fibras de celulose com os CNTs é requerido.

[008] A WO 2006/131011 A1 descreve uma bucha a qual pode consistir, inter alia, de um enrolamento de papel impregnado.

[009] Os materiais especificados para a impregnação, entre outros materiais, também incluem BN. Este pode também ser utilizado em forma dopada. Além disso, as partículas devem ser utilizadas com uma concentração no material de celulose abaixo do limiar de percola

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4/16 ção, de modo que não exista nenhum contato elétrico entre as partículas. Por esta razão, a resistividade elétrica específica do nanocomposto permanece essencialmente não afetada.

[0010] O pedido com o número de referência DE 102010041630.4, o qual foi publicado após a data de depósito deste pedido descreve um nanocomposto que compreende nanopartículas semicondutivas ou não condutivas distribuídas em um material de celulose, por exemplo, cartão prensado, o qual pode ser utilizado como um material de graduação de campo em transformadores. Pelo menos algumas das nanopartículas distribuídas no material de celulose têm um revestimento de um polímero eletricamente condutivo. O material de celulose utilizado pode, por exemplo, ser um papel, um papelão ou cartão prensado. O material de celulose tem uma estrutura de fibras de celulose as quais na sua totalidade, compõem o composto que forma o material de celulose. As nanopartículas semicondutivas ou não condutivas utilizadas podem, por exemplo, ser de Si, SiC, ZnO, BN, GaN, AlN ou C, especialmente também nanotubos de nitreto de boro (referidos daqui em diante como BNNTs). Os polímeros eletricamente condutivos utilizados podem ser os polímeros mencionados na DE 10 2007 018 540 A1. Exemplos dos polímeros eletricamente condutivos incluem polipirróis, polianilina, politiofenos, poliparafenilenos, poliparafenileno-vinilenos e derivados destes ditos polímeros. Um exemplo específico de tais polímeros é o PEDOT, o qual é também vendido sob o nome de marca Baytron pela Bayer AG. O PEDOT e também referido por seu nome sistemático de poli(3,4-etilenodioxitiofeno).

[0011] De acordo com o pedido com o número de referência

DE 102010041635.5, o qual foi publicado após a data de depósito deste pedido, a impregnação pode também consistir em um polímero o qual foi ligado cruzado de um ionômero negativo, especialmente PSS, e um ionômero positivamente carregado. Os ionômeros positivamente

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5/16 carregados utilizados podem de preferência ser PEDOT ou PANI. O PEDOT refere-se ao já mencionado poli(3,4-etilenodioxitiofeno). O PANI é uma polianilina e o PSS é o polistirenosulfonato. A utilização de ionômeros negativamente carregados e positivamente carregados vantajosamente permite uma construção especificamente simples do material de celulose. Os ionômeros podem simplesmente ser dissolvidos em água e assim supridos para o processo para a produção do material de celulose, o qual é do mesmo modo baseado em água. Ligando cruzado os ionômeros após a produção do material de celulose, é possível diminuir a resistividade específica do material de celulose. Isto envolve polimerizar os ionômeros e formar, no material de celulose, uma rede eletricamente condutiva responsável pela redução na resistividade específica. Mais especificamente, é possível utilizar os ionômeros mencionados de modo a revestir as nanopartículas semicondutivas ou não condutivas já mencionadas.

[0012] De acordo com o pedido com o número de referência

DE 102009033267.7, o qual foi publicado após a data de depósito deste pedido, o nanocomposto pode também ser impregnado com nanopartículas semicondutivas as quais consistem pelo menos parcialmente em BNNT e foram distribuídas dentro da celulose ou de um polímero. Para aumentar a condutividade efetiva de pelo menos alguns dos BNNTs distribuídos no material de isolamento, a dopagem destes BNNTs com dopantes adequados ou revestimento com metais ou semicondutores dopados sobre os BNNTs está contemplado. A concentração dos BNNTs pode ser selecionada de modo que o nanocomposto tenha uma condutividade específica p na ordem de magnitude de 1012 Qm. De acordo com esta variante, os polímeros condutivos não são utilizados como um revestimento para os BNNTs.

[0013] A dopagem pode ser conseguida modificando os BNNTs através da adição de dopantes adequados para o efeito que os átomos

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6/16 de dopante formam estados eletrônicos que fazem o BNNT um condutor p (isto é, estados eletrônicos os quais capturam elétrons da borda de banda de valência são formados) ou um condutor n (isto é, estados eletrônicos os quais emitem elétrons através de excitação térmica através da borda de banda de condução são atingidos). Um exemplo de um possível dopante para a dopagem p é o Be; um possível dopante para a dopagem n é o Si. Tal dopagem dos BNNTs pode ser efetuada in situ, em cujo caso os átomos de dopante são incorporados durante o crescimento dos BNNTs, por exemplo, da fase gasosa ou líquida. É também possível executar a dopagem em uma etapa adicional após o crescimento dos BNNTs, em cujo caso os dopantes são tipicamente recolhidos pelos BNNTs sob a influência de um tratamento de calor. Através da introdução dos dopantes nos BNNTs, a resistividade específica pode ser diminuída para valores entre 0,1 e 1000 Qcm típicos de semicondutores dopados.

[0014] De acordo com o pedido com o número de referência

DE 10 2009 033 268.5, o qual foi publicado após a data de depósito deste pedido, o nanocomposto composto de material de celulose pode também ser impregnado com outras partículas de semicondutor, também com a provisão de dopagem destas nanopartículas com dopantes para aumentar a condutividade efetiva de pelo menos algumas das nanopartículas distribuídas dentro do material isolante. A utilização das nanopartículas de semicondutor, especialmente BNNTs tem a vantagem que baixos níveis de carga de no máximo 5% por volume, de preferência até no máxima 2% por volume, no material isolante são suficientes para atingir a percolação das nanopartículas e com isto aumentar a condutividade elétrica do nanocomposto.

[0015] É um objeto da invenção especificar um conjunto de isolamento para um componente de HVDC, o qual permite um nível de flexibilidade de configuração comparativamente alto, e especialmente

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7/16 permite uma construção de economia de espaço.

[0016] Este objeto é conseguido de acordo com a invenção pelo conjunto de isolamento especificado no início, em que as barreiras sólidas tomam a forma de um composto que consiste no material de celulose tratado, e em que a espessura de parede das barreiras sólidas foi reduzida comparado com a espessura de parede requerida no caso de utilização do material de celulose não tratado em questão no lugar do composto. De acordo com a invenção, o tratamento do material de celulose é efetuado de modo que partículas que têm uma resistividade específica mais baixa comparada com a resistividade específica pp do material de celulose não tratado são distribuídas em uma concentração acima do limiar de percolação. Alternativamente, ou além disso, uma rede coerente de um polímero condutivo que tem uma resistividade específica mais baixa comparada com a resistividade específica pp do material de celulose não tratado pode também permear o composto. A produção de tal material de celulose tratado já foi explicada no início.

[0017] A ideia básica da invenção é que a utilização de um material de celulose tratado no modo especificado automaticamente reduz a resistividade específica pcomp. Esta redução na resistividade específica vantajosamente leva à aproximação para a resistividade específica po do óleo de transformador, de modo que, quando o conjunto de isolamento é carregado com uma corrente contínua, a voltagem através do trecho de isolamento vantajosamente cai mais homogeneamente. Isto significa que uma proporção relativamente alta da voltagem cai através do óleo de transformador, e deste modo o carregamento das barreiras sólidas é reduzido. Este efeito, o qual é conhecido por si, pode agora se utilizado de acordo com a invenção também para uma construção modificada da geometria do conjunto de isolamento. Especificamente, isto é conseguido reduzindo a espessura de parede das

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8/16 barreiras sólidas. Isto é porque a espessura de parede de barreiras sólidas correntemente não está projetada com base em uma estabilidade mecânica requerida específica, mas com base na carga elétrica sobre esta, a qual é de duas ou três ordens de magnitude no caso de utilização de material de celulose não tratado devido às diferenças na resistividade específica de óleo de transformador e materiais de celulose. Usualmente, a espessura de parede das barreiras sólidas utilizadas no caso de componentes HVDC é, portanto correntemente de 3 a 6 mm.

[0018] A configuração inventiva das barreiras sólidas com o material de celulose inventivo pode reduzir as espessuras de parede, vantajosamente por pelo menos 25%. Deve aqui ser levado em conta que as folgas entre as barreiras sólidas retêm as suas larguras de folga calculadas, independentemente se um material de celulose tratado ou não tratado for utilizado para as barreiras sólidas. Pode vantajosamente ser inferido disto que o requisito de espaço para o conjunto de isolamento é reduzido no total no caso de utilização de barreiras sólidas com uma espessura de parede reduzida. É especificamente vantajosamente possível utilizar barreiras sólidas que têm espessuras de parede de pelo menos 1 e no máximo 3 mm. Uma espessura de parede de 1 mm aqui constitui um limite de projeto mecânico para as barreiras sólidas, de modo que estas ainda tenham uma estabilidade adequada em uso posterior no componente de HVDC. Isto significa que, dadas as espessuras de parede de 3 a 6 mm comumente utilizadas até agora, é vantajosamente possível economizar até 5 mm de espaço de instalação por barreira sólida. No caso mais favorável, uma espessura de redução de parede de aproximadamente 83% assim surge. Como o conjunto de isolamento consiste em diversos envoltórios (por exemplo, 5-10 envoltórios) e esta economia de material ocorre em cada barreira sólida, é vantajosamente possível com o conjunto de isolamento inven

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9/16 tivo oferecer uma solução de economia de espaço perceptivelmente maior. Isto é vantajoso no caso de componentes de HVDC tais como transformadores, por exemplo, já que as condições de espaço disponíveis são muito restritas devido aos requisitos de construção. Por exemplo, o espaço de instalação disponível entre as bobinas de transformador pode ser melhor explorado através do conjunto de isolamento inventivo. Ao mesmo tempo, existe uma resistência dielétrica mais alta para o isolamento apesar do espaço de instalação reduzido, e isto é vantajosamente aperfeiçoado pela confiabilidade operacional do componente de HVDC em questão.

[0019] Os componentes de HVDC são compreendidos significarem aqueles componentes os quais são utilizados para a transmissão de correntes contínuas de alta voltagem e incluem elementos de condução de corrente (HVDC significa transmissão de corrente contínua de alta voltagem). Mais especificamente, transformadores ou indutores são aqui requeridos como componentes de HVDC. No entanto, as disposições de fiação para a conexão elétrica de vários componentes de HVDC são também requeridas. Componentes de HVDC adicionais são pontos de desconexão em tais disposição de fiação e buchas através de componentes de alojamento nos quais outros componentes de HVDC estão acomodados. Assim como as correntes contínuas de alta voltagem as quais devem ser conduzidas, correntes alternadas também ocorrem, por exemplo, em bobinas de transformador e indutor. Os componentes de HVDC no contexto desta invenção devem adequados para uma transmissão de correntes contínuas de alta voltagem de pelo menos 100 kV, de preferência para a transmissão de correntes contínuas de alta voltagem de mais do que 500 kV.

[0020] O efeito descrito, o qual é essencial para a invenção, de diminuir a sobrecarga do material celulose em virtude da queda de voltagem que ocorre em um maior grau sobre o óleo de transformador

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10/16 também pode vantajosamente ser utilizado eficientemente quando a resistividade específica pcomp do composto é no máximo 5 x 1013 Qm. Este efeito pode vantajosamente também ser utilizado ajustando uma resistividade específica pcomp do composto a qual é 1 a 20 vezes a resistividade específica po do óleo de transformador. Especificamente vantajosamente, a resistividade específica pcomp do composto pode corresponder à ordem de magnitude da resistividade específica do óleo de transformador. Ordem de magnitude significa que a resistividade específica pcomp do composto difere não mais do que uma ordem de magnitude daquela do óleo de transformador (isto é, por um fator de 10 no máximo).

[0021] As resistividades específicas po, pp e pcomp em conexão com esta invenção cada uma deve ser medida na temperatura ambiente e em uma força de campo de referência existente de 1 kV/mm. Sob estas condições, a resistividade específica po está entre 1012 e 1013 Qm. Deve ser notado, no entanto que a resistividade específica po do óleo de transformador é no mínimo reduzida no caso de uma carga mais alta prevista de acordo com a invenção através da queda de voltagem sobre o óleo de transformador. Nos exemplos de funcionamento os quais ainda serão posteriormente descritos, portanto, uma resistividade específica po no óleo do transformador 1012 Qm é assumida.

[0022] Em outra configuração da invenção, a espessura de parede de barreiras sólidas adjacentes do trecho de isolamento é graduada, a barreira sólida tendo a maior espessura de parede sendo provida na região do trecho de isolamento onde as superfícies equipotenciais do campo elétrico estão mais próximas uma da outra comparado com outras regiões do trecho de isolamento. Igualmente, é vantajosamente possível, alternativamente ou além disso, que a resistividade específica de barreiras sólidas adjacentes do trecho de isolamento seja gra

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11/16 duada, a barreira sólida que tem a menor resistividade específica sendo provida na região do trecho de isolamento onde as superfícies equipotenciais do campo elétrico estão mais próximas uma da outra comparado com outras regiões do trecho de isolamento. A região na qual as superfícies equipotenciais estão mais próximas uma da outra está normalmente naquela extremidade do trecho de isolamento mais próxima do componente de HVDC a ser isolado. Se este for, por exemplo, uma bobina de transformador, o trecho de isolamento começa com a barreira sólida mais interna, onde as superfícies equipotenciais do campo elétrico estão também mais próximas uma da outra. O trecho de isolamento é além disso definido pela sequência das barreiras sólidas adicionais, as quais são concêntricas no caso de uma bobina de transformador. Estas, no entanto, estão em regiões onde a distância entre as superfícies equipotenciais já é maior em termos comparativos.

[0023] A graduação da espessura de parede das barreiras sólidas adjacentes e da resistividade específica das barreiras sólidas adjacentes vantajosamente levam em conta a distribuição da força de campo elétrico, de modo que a entrada de material possa ser otimizada em cada caso para a força de campo local presente. Deste modo, é vantajosamente possível otimizar as espessuras de parede das barreiras sólidas sobre o trecho de isolamento inteiro, o que vantajosamente leva à economia de espaço de instalação maior possível. Se as resistividades específicas das barreiras sólidas forem além disso ajustadas diferentemente, é possível, por exemplo, economizar material de impregnação para as barreiras sólidas, como um resultado do que os custos de material são reduzidos.

[0024] Utilizações possíveis vantajosas para o conjunto de isolamento se encontram, por exemplo, na execução como um isolamento de enrolamento para bobinas de transformador ou bobinas de indutor.

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Estas bobinas são isoladas nas suas faces externas por barreiras sólidas na forma de cilindros, por exemplo, feitos de cartão prensado. Na região das faces de extremidade das bobinas estão dispostos anéis em seção de L e tampas, os quais estão do mesmo modo configurados como barreiras sólidas como parede. Todos estes componentes se aproveitam da configuração inventiva com resistividade específica reduzida comparado com um material de celulose não tratado, e assim vantajosamente possível reduzir a espessura de parede de todas estas barreiras sólidas individuais.

[0025] Além disso, é vantajoso quando o conjunto de isolamento de um ponto desconexão para uma disposição de fiação para um componente de HVDC circunda a própria disposição de fiação, ou uma bucha com um eletrodo para conexão a uma linha dentro do alojamento do componente de HVDC. Aqui também, é possível utilizar barreiras sólidas como parede, as quais podem ser vantajosamente formadas com menores espessuras de parede. Isto simplifica a disposição de disposições de fiação e de pontos de desconexão e buchas conectadas a estes, já que as condições de espaço nos componentes de alojamento dos componentes de HVDC são frequentemente restritas.

[0026] Detalhes adicionais da invenção serão daqui em diante descritos com referência ao desenho. Aos elementos de desenho idênticos ou correspondentes são dados o mesmo número de referência em cada caso e são somente explicados mais de uma vez no grau em que diferenças surjam entre as figuras individuais. As figuras mostram: [0027] Figura 1 a seção transversal esquemática através de um trecho de isolamento formado por uma sequência alternada de óleo de transformador e barreiras sólidas como um exemplo de funcionamento para o conjunto de isolamento inventivo e [0028] Figura 2 um exemplo de funcionamento adicional para o conjunto de isolamento inventivo, instalado em um transformador de

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HVDC mostrado em seção.

[0029] Um trecho de isolamento elétrico 18 de acordo com a Figura 1 consiste geralmente em diversas camadas de material de celulose 19, entre as quais existem camadas de óleo 20. O material de celulose 19 também está impregnado com óleo, o que não está mostrado em detalhes na figura 1. Para este propósito, a figura 1 mostra uma impregnação 11 dentro do material de celulose. O isolamento mostrado na figura 1 circunda, por exemplo, os enrolamentos utilizados em um transformador, os quais precisam ser eletricamente isolados do exterior e uns dos outros.

[0030] O isolamento elétrico de um transformador em operação, na aplicação de uma voltagem CA, precisa impedir uma ruptura elétrica. Neste caso, as características de isolamento do isolamento são dependentes da permissividade dos componentes do isolamento. Para o óleo o número de permissividade so é aproximadamente 2, e para o material de celulose sp é 4. No caso de carregar o isolamento com uma corrente alternada, o resultado para o carregamento dos componentes de isolamento individuais é, portanto que a voltagem Uo através do óleo é aproximadamente o dobro mais alta do que a voltagem Up através do material de celulose.

[0031] Se um nanocomposto no qual o material de celulose 19 foi impregnado de acordo com a invenção for utilizado, a impregnação 11 não afeta a distribuição de voltagem no isolamento inventivo, já que o número de permissividade sBNNT é do mesmo modo aproximadamente 4, e portanto a permissividade scomp do material de celulose impregnado é também aproximadamente 4. Assim, no caso do isolamento inventivo também, a voltagem Uo aplicada através do óleo é aproximadamente o dobro mais alta do que a voltagem Ucomp através do nanocomposto (material de celulose).

[0032] Ao mesmo tempo nos componentes HVDC, a resistência

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14/16 dielétrica do isolamento sob as voltagens CC é também significativa. Neste caso, no entanto, a distribuição da voltagem através dos constituintes de isolamento individuais não é mais dependente da permissividade, mas é dependente da resistividade específica dos componentes individuais. A resistividade específica po do óleo está entre 1013 e 1012 Qm. Se for levado em conta que, de acordo com a invenção, uma porção relativamente alta da queda de voltagem deve ocorrer no óleo para diminuir a sobrecarga do material de celulose, e que a resistividade específica do óleo diminui sob uma voltagem, a suposição tenderia, como mostrado na Figura 1, para uma resistividade específica po de 1012 Qm. Em contraste, pp do material de celulose é três ordens de magnitude mais alto e é 1015 Qm. O efeito disto é que, sob uma voltagem CC, a voltagem através do óleo Uo é um milésimo (assumindo po = 1013 Qm, pelo menos um centésimo a dois milésimos) da voltagem através do material de celulose Up. Este desequilíbrio guarda o risco que, no caso de carregar o isolamento com uma voltagem CC, haverá uma ruptura no material de celulose e falha do isolamento elétrico.

[0033] A impregnação 11 introduzida no material de celulose 19 de acordo com a invenção pode consistir, por exemplo, em BNNT e é ajustada através de um revestimento adequado dos BNNTs compostos de PEDOT:PSS e possivelmente por uma dopagem adicional dos BNNTs com dopantes com sua resistividade específica (entre 0,1 e 1000 Qcm), de modo que a resistividade específica do material de celulose pp seja diminuída. Isto é também possível através de somente a utilização de PEDOT:PSS ou somente a utilização de BNNTs. É assim possível estabelecer, para o composto inventivo, uma resistividade específica pcomp a qual se aproxima da resistividade específica po e idealmente corresponde aproximadamente a esta. No caso de uma resistividade específica pcomp de não mais do que 5 x 1013 Qm, a

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15/16 voltagem Uo através do óleo é de uma ordem de magnitude na região da voltagem Ucomp através do composto, e assim um perfil de voltagem equilibrado é estabelecido no isolamento. Isto vantajosamente aperfeiçoa a resistência dielétrica do isolamento, já que o carregamento do material de celulose perceptivelmente diminui.

[0034] A Figura 2 mostra o detalhe de um transformador de

HVDC. Este está acomodado dentro de um alojamento também designado como o tanque 21. Também indicado estão uma bobina de alta voltagem e uma bobina de baixa voltagem, para as quais os enrolamentos 22, 23 estão evidentes na Figura 2. Um núcleo de transformador 14 está mostrado meramente esquematicamente para o bem da clareza.

[0035] Para o enrolamento 22, um campo elétrico está mostrado por linhas de campo 33 as quais correm ao longo de superfícies equipotenciais do campo elétrico. Este campo elétrico é influenciado por vários elementos de um conjunto de isolamento, os elementos do qual incluem anéis de graduação segmentados 24, 25, barreiras sólidas cilíndricas 26 feitas de cartão prensado, e anéis em seção de L 27, do mesmo modo feitos de cartão prensado. Os anéis de graduação 24, 25 têm um núcleo 28 com uma superfície metálica e um enrolamento de papel 30. Além disso, o interior 31 está cheio com um enchimento de óleo de transformador, o qual, portanto também flui para dentro e preenche a folga 32 entre os elementos individuais do conjunto de isolamento. As linhas de campo 33 também penetram em um anel de pressão 34 feito de cartão prensado. Portanto, é possível com a diminuição inventiva da resistividade específica do material de celulose também modificar o anel de pressão 34, de modo a influenciar o campo elétrico o qual forma nesta região. O anel de pressão 34, juntamente com um estágio de enrolamento o qual não está mostrado pode do mesmo modo ser produzido de cartão prensado e suporta os enrolamentos 22,

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23, assegura uma coerência mecânica de todos os conjuntos (incluindo as barreiras sólidas). No contexto da invenção, o anel de pressão 34 o estágio de enrolamento, o qual não está mostrado, devem também ser compreendidos como elementos do trecho de isolamento.

[0036] A interação mecânica dos componentes individuais não está mostrada em detalhes na Figura 2. Ao invés dos anéis em seção de L 27 utilizados, é também possível, em um modo o qual não está mostrado em detalhes, utilizar tampas anulares as quais circundam os anéis de graduação 24, 25 sobre o lado oposto dos enrolamentos 22, 23.

[0037] De acordo com a invenção, a espessura das barreiras sólidas cilíndricas 26 e dos anéis em seção de L 27 é reduzida. Isto pode economizar espaço de instalação, já que a largura das folgas 32 permanece constante e com isto a largura de canais de estática 35 pode ser reduzida. Isto aumenta a flexibilidade para configuração da construção do transformador inventivo. Mais especificamente, o transformador pode ser executado de modo a ocupar menos espaço. Isto é de significância específica para uma tendência correntemente emergente de prover componentes de HVDC para faixas de voltagem cada vez mais altas, especialmente acima de 1000 kV, onde os conjuntos de isolamento estão tornando-se cada vez mais volumosos. Segundamente, existem requisitos para o tamanho máximo dos componentes de HVDC, os quais devem de preferência ainda ser transportados por trem.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Conjunto de isolamento para um componente de HVDC, especialmente um transformador ou um indutor, que consiste em uma sequência de barreiras sólidas como parede (26, 27) feitas de um material de celulose, entre as quais estão providos espaços intermediários (32) para um óleo de transformador e as quais formam um trecho de isolamento juntamente com o óleo de transformador, caracterizado pelo fato de que as barreiras sólidas (26, 27) tomam a forma de um composto que consiste no material de celulose tratado (19),

- no qual partículas (11) que têm uma resistividade específica mais baixa comparada com a resistividade específica “pp” do material de celulose não tratado (19) são distribuídas em uma concentração acima do limiar de percolação e/ou

- no qual uma rede coerente de um polímero condutivo que tem uma resistividade específica mais baixa comparada com a resistividade específica “pp” do material de celulose não tratado (19) permeia o composto, e onde a espessura de parede das barreiras sólidas (26, 27) é reduzida por pelo menos 25% comparado com a espessura de parede requerida no caso de utilização do material de celulose não tratado em questão no lugar do composto.
2. Conjunto de isolamento, de acordo com a reivindicação

1, caracterizado pelo fato de que a resistividade específica “ Pcomp do composto é no máximo 5 χ 10¹³ Qm.
3. Conjunto de isolamento, de acordo com a reivindicação

2, caracterizado pelo fato de que a resistividade específica “ ^pcomp^{” do}composto é uma a vinte vezes a resistividade específica “po” do óleo de transformador.
4. Conjunto de isolamento, de acordo com a reivindicação

Petição 870190068609, de 19/07/2019, pág. 20/24

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2, caracterizado pelo fato de que a ordem de magnitude da resistividade específica “pcomp” do composto corresponde àquela da resistividade específica “po” do óleo de transformador.
5. Conjunto de isolamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a espessura de parede de barreiras sólidas adjacentes (26, 27) do trecho de isolamento é graduada, a barreira sólida tendo a maior espessura de parede sendo provida na região do trecho de isolamento onde as superfícies equipotenciais do campo elétrico estão mais próximas uma da outra comparado com as outras regiões do trecho de isolamento.
6. Conjunto de isolamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a resistividade específica de barreiras sólidas adjacentes (26, 27) do trecho de isolamento é graduada, a barreira sólida que tem a menor resistividade específica sendo provida na região do trecho de isolamento onde as superfícies equipotenciais do campo elétrico estão mais próximas uma da outra comparado com outras regiões do trecho de isolamento.
7. Conjunto de isolamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que este toma a forma de um isolamento de enrolamento para uma bobina de transformador (22, 23) ou bobina de indutor.
8. Conjunto de isolamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que este circunda um ponto de desconexão para uma disposição de fiação no componente de HVDC.
9. Conjunto de isolamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que este circunda uma bucha com um eletrodo para conexão a um fio dentro do alojamento do componente de HVDC.