BR112013018067A2

BR112013018067A2 - projeto de bucha compensada em temperatura

Info

Publication number: BR112013018067A2
Application number: BR112013018067-6A
Authority: BR
Inventors: Thomas Eriksson; Peter Sjöberg
Original assignee: Abb Technology Ltd.
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2020-10-27
Also published as: US20130306368A1; US8748757B2; BR112013018067B8; BR112013018067B1; EP2482290A1; WO2012100883A1; EP2482290B1; CA2824987C; CA2824987A1; CN103339693A; CN103339693B

Abstract

  PROJETO DE BUCHA COMPENSADA EM TEMPERATURA. A presente invenção refere-se a uma bucha (11) que compreende um contato de fundo (3) e um condutor tubular (2) possuindo uma parte inferior que tem uma extremidade em contato elétrico e mecânico com o contato de fundo e uma disposição de tirante, dentro do condutor, disposto para exercer pressão de contato suficiente entre o contato de fundo e o condutor, e a disposição de tirante compreendendo um elemento (10) em contato mecânico com o condutor e o tirante (1) tendo uma segunda extremidade conectada de maneira fixa ao contato de fundo e uma primeira extremidade em conexão com o elemento e com o dispositivo de fixação (5), o dispositivo de fixação é adaptado para aplicar uma força que força o elemento na direção do contato de fundo para gerar uma pressão de contato suficiente entre o contato de fundo e o condutor. O elemento (10) da disposição de tirante é disposto para aplicar a dita força à parte inferior do condutor.

Description

, Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROJETO DE . BUCHA COMPENSADA EM TEMPERATURA".

ÁREA TÉCNICA A presente invenção é relativa ao campo de sistemas de potência de alta voltagem e, em particular, a buchas de alta voltagem utilizadas em dispositivos de alta voltagem tais como transformadores ou reatores que fa- zem parte de tais sistemas.

FUNDAMENTO TÉCNICO É conhecido que equipamentos e dispositivos de alta voltagem, —porexemplo, transformadores de alta voltagem, reatores, comandos elétricos (disjuntores, comutadores), etc., são usualmente equipados com buchas que - são adaptadas para carregar corrente em potencial elevado através de uma barreira aterrada, por exemplo, uma parede ou um recinto do dispositivo elé- 7 trico, tal como um tanque de transformador.

Buchas convencionais de alta voltagem compreendem um condutor elétrico de tubo oco. O condutor elétrico conecta um lado da bucha onde um dispositivo elétrico de alta voltagem é conectado com o outro lado da bucha onde outro dispositivo elétrico é conectado. Por exemplo, quando o primeiro dispositivo elétrico é um transformador a bucha é ajustada no recinto do transformador e o condutor da bucha conecta o interior do transformador com o exterior onde outro dispositivo elétrico pode ser conectado, por exem- plo, um barramento, para-raios (contra sobre-tensão), ou válvula CC. A bucha ainda compreende um isolador oco ao redor do condutor, feito de cerâmica ou material compósito, que é normalmente dotada de proteção.

Dispositivos elétricos são enchidos de maneira convencional com óleo que atua como meio isolante e de resfriamento dentro do tanque do dispositivo, tal como um tanque de transformador. Isto significa que a bucha precisa principalmente ser montada ao dispositivo depois que o óleo tenha sido fornecido, o que requer arranjos de montagem especiais. Um exemplo disto é um sistema de tirante que também permite instalação no local sem acessar os condutores a partir do interior do tanque principal do transforma- dor. A parte inferior do sistema de conexão da bucha é deixada dentro do

' transformador antes da vedação. Durante a instalação do transformador em " campo, o tirante é empurrado através da bucha e conectado ao sistema de conexão da bucha dentro do transformador. A bucha é colocada no lugar e o sistema de conexão da bucha é puxado do exterior pelo tirante para assegurar força de contato necessária e baixa resistência entre o contato interno do transformador e o contato de fundo da bucha.

Um exemplo esquemático de uma bucha genérica da técnica precedente será descrito agora com referência à Fig. 1, que mostra uma vista em seção transversal esquemática de uma bucha 11. Um condutor de alta voltagem 2? corre através do centro de um isolador de bucha oco 12 que forma uma carcaça ao redor do condutor de alta voltagem.

Um flange 16 é fornecido no exterior da carcaça 12, por meio do qual a carcaça da bucha é conectada ao terreno, por meio da parede do tanque do transformador 18.

Na Fig. 1 é também mostrado como a porção extrema de fundo do condutor de alta voltagem 2 forma um contato de fundo 3 que é arranjado para ser conectado aos componentes internos do transformador.

Um terminal exterior superior 24 para o condutor 2 é fornecido na extremidade superior da bucha oposto à extremidade de contato de fundo. O terminal exterior 24 é conectado eletricamente ao condutor 2 através de uma interface, também formando uma cobertura de topo da bucha para conectar eletricamente o condutor, e assim o transformador a uma fonte ou dispositivo externo.

O termo alta voltagem é utilizado de maneira convencional para voltagens acima de aproximadamente 50 kV. Hoje o limite superior em dis- positivos de alta voltagem comercial é genericamente 1100 kV, porém vol- tagens mais altas tais como 1200 kV, ou ainda mais, são previstas em futuro próximo. Também, níveis de corrente são crescentes e podem ser até 4000-5000 A, ou mesmo mais altos.

Para altas voltagens na região de 500 kV e mais, e classificações de corrente de 2000 A e acima, as demandas sobre as buchas são natural- mente aumentadas, por exemplo, quando se trata de dissipação de calor e

Ú resfriamento, campos elétricos, isolamento elétrico da bucha etc. Quanto mais . alta a voltagem mais longa deve ser a bucha, e para estas altas voltagens o comprimento da bucha excede 10 m. Neste contexto torna-se essencial ter perdas baixas e resfriamento eficiente da bucha. As perdas em buchas de hoje ocorrem principalmente devido a perdas no condutor e em cada contato ou junta no trajeto de corrente entre diferentes partes da bucha. As perdas no próprio condutor podem ser otimizadas selecionando o material, a forma e o tamanho do condutor. É reconhecido que para ter uma bucha efetiva com perdas baixas é importante assegurar que a pressão de contato entre o contato de fundo e o condutor é suficiente para assegurar um bom contato. "Partida a frio" de uma bucha em temperaturas muito baixas, com corrente total pode ser muito difícil e pode conduzir a uma perda de pressão de con- tato.

A pressão de contato entre o contato de fundo e o condutor é assegurada aplicando uma força sobre o condutor através de um arranjo de tirante. O arranjo de tirante da técnica precedente está mostrado de maneira esquemática nas Figs. 2A e 2B onde um tirante 1 é fixado ao contato de fundo 3 em uma extremidade e na outra extremidade um elemento 4 em contato mecânico com a parte de topo do condutor 2. Dispositivo de fixação 5 é a- daptado para aplicar uma força para baixo sobre o elemento 4 sobre o con- dutor 2 para assegurar que a pressão de contato entre o contato de fundo 3 e o condutor 2 é suficiente. Um exemplo do tirante 1 e elemento 4 está divul- gado na EP 2.117.016. O tirante é normalmente feito de aço ou outro metal adequado, e o — condutor é feito de cobre ou alumínio. ou ligas deles. A diferença em ex- pansão térmica entre os dois materiais irá mudar a pressão de contato entre o contato de fundo e o condutor quando a bucha está sendo aquecida a partir de perdas elétricas durante utilização. Existe um risco que a pressão de contato venha a ser muito baixa e assim aumente perdas, ou que a pressão de con- tato venha ser muito alta e deforme partes da bucha, tirante ou contatos. Para superar isto, as diferentes soluções com molas que são arranjadas para manter a pressão de contato quando a temperatura na bucha muda, foram

7 implementadas. Outra solução é modificar a expansão térmica do tirante uti- : lizando materiais especiais que têm expansão térmica similar ao condutor, para minimizar a diferença entre a mudança em comprimento entre o tirante e o condutor quando a temperatura muda.

A solução com molas para manter a pressão de contato quando a temperatura na bucha muda, torna o projeto mais complexo, e aumenta a possibilidade que erros ocorram durante montagem da bucha. Quando a voltagem aumenta e as buchas se tornam mais longas, a diferença em com- primento que deve ser compensada com a mola aumenta, e isto torna a so- lução com mola mais indesejável. Utilizar materiais especiais que tenham expansão térmica similar ao condutor, torna o projeto mais caro.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO É um objetivo da presente invenção fornecer uma bucha de alta voltagem que assegure que a pressão de contato entre o contato de fundo e o condutor é aproximadamente constante sobre a faixa de temperatura de o- peração o que melhora buchas da técnica precedente. É também um objetivo da presente invenção fornecer um dispo- sitivo de alta voltagem que compreende tal bucha de alta voltagem. Uma bucha de acordo com a invenção compreende um contato defundoe um condutor tubular que tem uma parte inferior que tem uma ex- tremidade em contato elétrico e mecânico com o contato de fundo, e um ar- ranjo de tirante dentro do condutor, arranjado para exercer pressão de contato suficiente entre o contato de fundo e o condutor, e o arranjo de tirante com- preende um elemento em contato mecânico com o condutor e tirante, que tem uma segunda extremidade conectada de maneira fixa ao contato de fundo, e uma primeira extremidade em conexão com o elemento e dispositivo de fi- xação adaptado para aplicar uma força que força o elemento na direção do contato de fundo, para gerar pressão de contato suficiente entre o contato de fundo e o condutor, no qual o elemento é arranjado para aplicar dita força à parte inferior do condutor. Uma vantagem desta invenção é que a pressão de contato entre o contato de fundo e o condutor é por projeto, aproximadamente constante

7 sobre a faixa de temperatura de operação, independente do que o coeficiente ; de expansão térmica é para o tubo condutor e o tirante, o que melhora buchas da técnica precedente assegurando perdas baixas constantes no contato ou junta no trajeto de corrente entre diferentes contato de fundo e condutor na — bucha As perdas baixas constantes asseguram que a geração de calor não aumenta subitamente e isto limita as necessidades de resfriamento máximas da bucha. A solução é simples de realizar e não requer quaisquer materiais especiais. Além disto, a presente invenção minimiza possibilidade por erros durante montagem da bucha.

Na presente invenção a pressão de contato entre o contato de fundo e o condutor aplicada durante a montagem da bucha será a mesma pressão de contato durante toda a operação. Na técnica precedente a pres- são de contato aplicada durante montagem precisa ser calculada de modo i que a pressão de contato durante operação seja a correta. O cálculo é de- pendente de fatores tais como a temperatura ambiente durante montagem, a faixa de temperatura de operação esperada da bucha, propriedades de construção e de material. A temperatura de operação esperada da bucha depende de diferentes fatores tais como carga e faixa de temperatura ambi- ente.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, o ele- mento compreende: uma parte de topo, e um tubo suporte arranjado ao redor e em paralelo com o tirante, que tem uma primeira extremidade que está em contato com a parte de topo e uma segunda extremidade conectada de ma- neira fixa à parte inferior do condutor, e o dispositivo de fixação é adaptado para aplicar a força na parte de topo.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, a se- gunda extremidade do tubo suporte compreende uma parte conformada em flange conectada de maneira fixa à parte inferior do condutor, e a segunda extremidade do tubo suporte estando em contato com a parte conformada em flange De acordo com outra modalidade da presente invenção, a se- gunda extremidade do tubo suporte compreende uma expansão do diâmetro

Ú exterior que é igual ao diâmetro interior da parte inferior do condutor, e a : segunda extremidade do tubo suporte sendo fixada diretamente sobre a parte inferior do condutor.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, a parte conformada em flange é parte separada do tubo suporte e condutor e é co- nectada de maneira fixa à parte inferior do condutor por meio de soldagem ou por roscas.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, a parte conformada em flange é uma parte integral do condutor.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, a se- gunda extremidade do tubo suporte é fixada diretamente sobre a parte inferior do condutor por soldagem ou por roscas.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, no míi- | nimo um elemento suporte isolante elétrico é arranjado entre o tubo suporte e uma parte superior do condutor.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, o tirante e o tubo suporte são feitos do mesmo material e têm a mesma expansão térmica na direção longitudinal.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, o tirante compreende duas ou mais partes unidas juntas por uma junta.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, o tubo suporte compreende duas ou mais partes que suportam uma à outra na di- reção longitudinal.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, uma es- trutura eletricamente isolante é arranjada ao redor do condutor ao longo de no mínimo parte do comprimento dos condutores.

Outra modalidade da presente invenção é um dispositivo de alta voltagem que compreende, no mínimo, uma bucha de acordo com a presente invenção e dito dispositivo de alta voltagem sendo um transformador ou um reator.

Breve descrição dos desenhos Os desenhos constituem uma parte desta especificação, e in-

i cluem modalidades tomadas como exemplo da invenção, que pode ser con- t figurada em diversas formas.

A presente invenção será descrita agora com referência aos de- senhos anexos que ilustram modalidades da invenção a guisa de exemplo apenas,e nos quais: a Fig. 1 ilustra de maneira esquemática uma bucha de alta vol- tagem de acordo com a técnica precedente; as Figs. 2A e 2B ilustram de maneira esquemática a solução da técnica precedente com um arranjo de tirante fixado no topo do condutor; a Fig. 3 ilustra de maneira esquemática o arranjo de tirante de acordo com a presente invenção; as Figs. 44, 4B e 4C ilustram de maneira esquemática diferentes modalidades de como a segunda extremidade do tubo suporte pode ser co- i nectada de maneira fixa à parte inferior do condutor.

Descrição detalhada da invenção Descrições detalhadas da modalidade preferida são fornecidas aqui.

Deve ser entendido, contudo, que a presente invenção pode ser confi- gurada em diversas formas.

Nesta descrição, o termo "alta voltagem" (HV) será utilizado para voltagens desde 50 kV e mais altas.

O presente limite superior para alta vol- tagem comercial é 1100 kV, porém é previsto que a invenção possa ser uti- lizada também para voltagens mais altas até 1200 kV, ou ainda mais.

Gene- ricamente a presente invenção irá encontrar sua aplicabilidade desde apro- ximadamente 200 kV, e acima.

Na Fig. 2A, uma extremidade do tirante 1 é fixada no contato de fundo 3, e na outra extremidade do tirante 1 é arranjado com um elemento 4 com um furo vazado para o tirante e o elemento está em contato com o condutor, acima do condutor.

Um dispositivo de fixação 5 ligado ao tirante força este elemento 4 para baixo sobre o condutor 2 o que assegura que a pressão de contato entre o condutor 2 e o contato de fundo 3 é suficiente.

Na Fig. 2B o elemento 4 é fixado na extremidade de topo do condutor 2. Ambas estas soluções são conhecidas na técnica.

' O dispositivo de fixação 5 deve ser alcançável do exterior do : condutor, sobre o topo, de modo que o dispositivo de fixação 5 possa ser manipulado e a pressão de contato possa ser sintonizada e determinada quando a bucha é montada.

A Fig. 3 mostra uma modalidade da presente invenção onde uma segunda extremidade do tirante 1 é fixada no contato de fundo 3 e uma pri- meira extremidade do tirante 1 é arranjada com um elemento 10 arranjado para aplicar uma força à parte inferior do condutor 2. O elemento 10 com- preende uma parte de topo 9 com um furo vazado para a primeira extremi- dade do tirante e um arranjo de flange 6 fixado dentro do condutor oco pró- ximo ao contato de fundo e um tubo suporte 7 arranjado ao redor e em pa- ralelo com o tirante, entre a parte de topo 9 e o arranjo de flange 6. Um dis- positivo de fixação 5 ligado à primeira extremidade do tirante acima da parte de topo 9. O dispositivo de fixação 5 força a parte de topo para baixo sobre o tubo suporte 7 e sobre o arranjo de flange sobre o condutor 2, e isto assegura que a pressão de contato entre o condutor 2 e o contato de fundo 3 é sufici- ente e constante sobre a faixa de temperatura de operação. O comprimento total do condutor 2 e tirante 1 pode ser 10-20 m ou mais em uma bucha de alta voltagem. Uma vez que o tirante e o tubo suporte 7 são feitos do mesmo material, eles têm a mesma expansão térmica, assim a pressão de contato entre o condutor 2 e o contato de fundo 3 é constante independente da temperatura de operação. As Figs. têm uma simetria de rotação ao redor da linha de centro através do tirante 1. Esta linha de centro está na direção axial ou na direção longitudinal e a direção ortogonal a esta é a direção radial.

A parte de topo 9 é arranjada com um furo onde o tirante pode ser atravessado, e um dispositivo de fixação 5 é ligado sobre o tirante 1. O dis- positivo de fixação 5 adaptado para aplicar uma força sobre a parte de topo, deveria ser arranjado de modo que ele possa ser manipulado a partir do lado do condutor 2 oposto ao contato de fundo, por uma pessoa que monta a bucha. O dispositivo de fixação 5 poderia ser uma ou diversas porcas de tirante aplicadas a uma parte rosqueada da primeira extremidade do tirante fora da parte de topo, e a manipulação pode ser apertar o parafuso a partir da i extremidade superior do condutor. A pressão de contato pode ser controlada : medindo o momento de giro do parafuso.

O dispositivo de fixação 5 deveria também ser arranjado de modo que ele possa ser observado a partir do lado do condutor 2 oposto ao contato defundo. A pressão de contato pode ser determinada de maneira muito pre- cisa observando o aumento de comprimento acima do dispositivo de fixação 5 ou parte de topo 9, antes e depois que o dispositivo de fixação tenha aplicado a força. Quando o dispositivo de fixação 5 aplica pressão sobre a parte de topo 9, o tirante 1 irá estender elasticamente, e o tubo suporte 7 será com- —primidode maneira elástica. A relação entre pressão de contato e extensão do tirante e a compressão do tubo suporte pode ser calculada de maneira muito precisa antecipadamente. A instrução para gerar a pressão de contato correta durante montagem é então muito simples "parte do tirante visível deveria ser aumentada com X mm" e isto pode ser controlado de maneira simples e pre- cisa antecipadamente por supervisores.

O arranjo de flange 6 pode ser uma parte separada ou uma parte integral do condutor 2 ou o arranjo de flange 6 pode ser uma parte separada ou uma parte integral do tubo suporte 7. A fixação da parte flange 6 sobre o condutor, se ele é separado do condutor, pode ser arranjada por roscas, soldagem ou caldeamento ou colagem.

Para suportar o condutor 2, por exemplo, para impedir deflexão gravitacional do condutor se a bucha é arranjada horizontalmente ou quase horizontalmente ou amortecer movimentos do condutor durante terremotos, uma ou mais partes suporte radialmente isolantes 18 podem ser arranjadas entreo condutor 2 e o tubo suporte 7. A parte suporte 7 apenas suporta o condutor 2 radialmente, o condutor ou tubo suporte 1 podem mover axial- mente um em relação ao outro. A parte suporte 8 é preferivelmente na forma de um anel arranjado entre o condutor 1 e o tubo suporte 7. Se apenas uma parte suporte 8 é utilizada, ela é arranjada preferivelmente no centro ou parte superior do condutor.

O tirante 1 pode compreender diversas partes de tirante, cada uma conectada à outra antes ou durante a instalação. A conexão é preferi-

: velmente conseguida tendo voltas sobre as extremidades das partes tirante e utilizando uma porca conectora para ligar juntas as partes possivelmente utilizando uma cola adequada, por exemplo, Locktite, para prender a porca. O tubo suporte 7 é ou em uma peça de comprimento similar ao condutor 2 ou o tubo suporte 7 pode compreender duas ou mais partes onde uma parte está suportando a outra parte na direção longitudinal. As partes tubo suporte podem ser empilhadas sem prender a conexão ou as conexões entre os tubos suporte e podem ser presas por dispositivos, por exemplo, cola, soldagem, porca conectora.

A Fig. 4A mostra que a segunda extremidade do tubo suporte 7 compreende uma parte conformada em flange 6 conectada de maneira fixa à parte inferior do condutor 2 e a segunda extremidade do tubo suporte 7 es- tando em contato com a parte conformada em flange 6. A parte conformada em flange 6 é uma parte separada do tubo suporte 7.

A Fig. 4B mostra a segunda extremidade do tubo suporte 7 que compreende uma expansão do diâmetro exterior que é igual ao diâmetro interior da parte inferior do condutor 2 e a segunda extremidade do tubo su- porte 7 sendo fixada diretamente sobre a parte inferior do condutor 2 por soldagem ou por roscas.

A Fig. 4€ mostra uma modalidade onde a parte conformada em flange pode ser uma parte integral do condutor 2 onde uma saliência do lado interior da parte inferior do condutor 2 suporta o tubo suporte 7.

Claims

REIVINDICAÇÕES : 1. Bucha (11) que compreende um contato de fundo (3), e um condutor tubular (2), possuindo uma parte inferior que tem uma extremidade em contato elétrico e mecânico com o contato de fundo, e um arranjo de tirante dentro do condutor, disposto para exercer pressão de contato suficiente entre o contato de fundo e o condutor, e o arranjo de tirante compreende um elemento (10) em contato mecânico com o condutor e o tirante (1) tendo uma segunda extremidade conectada de maneira fixa ao contato de fundo e uma primeira extremidade em conexão com o elemento e com o dispositivo de fixação (5), o dispositivo - de fixação é adaptado para aplicar uma força que força o elemento na direção do contato de fundo para gerar pressão de contato suficiente entre o contato ' de fundo e o condutor, caracterizada pelo fato de o elemento (10) compreender uma parte de topo (9), e um tubo suporte (7) disposto ao redor e em paralelo com o tirante, tendo uma primeira extremidade que está em contato com a parte de topo (9) euma segunda extremidade conectada de maneira fixa à parte inferior do condutor e o dispositivo de fixação (5) é adaptado para aplicar a força sobre a parte de topo e o dito elemento (10) ser disposto para aplicar a dita força à parte inferior do condutor.
2. Bucha, de acordo com a reivindicação 1, na qual a segunda extremidade do tubo suporte (7) compreende uma parte conformada em flange (6) conectada de maneira fixa à parte inferior do condutor e a segunda extremidade do tubo suporte (7) estando em contato com a parte conformada em flange (6).
3. Bucha, de acordo com a reivindicação 1, na qual a segunda extremidade do tubo suporte (7) compreende uma expansão do diâmetro exterior que é igual ao diâmetro interior da parte inferior do condutor (2) e a segunda extremidade do tubo suporte (7) que é fixada diretamente sobre a parte inferior do condutor (2). ê
4. Bucha, de acordo com a reivindicação 2, na qual a parte conformada em flange (6) é a parte separada do tubo suporte (7) e o condutor (2) é conectado de maneira fixa à parte inferior do condutor por soldagem ou porroscas.
5. Bucha, de acordo com a reivindicação 2, na qual a parte conformada em flange (6) é uma parte integral do condutor (2).
6. Bucha, de acordo com a reivindicação 3, na qual a segunda extremidade do tubo suporte (7) é fixada diretamente sobre a parte inferior do condutor (2) por soldagem ou por roscas.
7. Bucha, de acordo com as reivindicações 1 a 6, na qual a . bucha compreende no mínimo um elemento suporte eletricamente isolante (8) disposto entre o tubo suporte e uma parte superior do condutor. '
8. Bucha, de acordo com as reivindicações 1 a 7, na qual o ti- rante (1) eo tubo suporte (7) são feitos do mesmo material e têm a mesma expansão térmica na direção longitudinal.
9. Bucha, de acordo com as reivindicações 1 a 8, na qual o ti- rante (2) compreende duas ou mais partes unidas juntas por uma junta.
10. Bucha, de acordo com as reivindicações 1 a 9, na qual o tubo suporte (7) compreende duas ou mais partes que suportam uma à outra na direção longitudinal.
11. Bucha, de acordo com as reivindicações 1 a 10, na qual uma estrutura eletricamente isolante (12) é disposta ao redor do condutor (2) ao longo de no mínimo parte do comprimento dos condutores.
12. Dispositivo de alta voltagem que compreende no mínimo uma bucha (11), como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, e odito dispositivo de alta voltagem sendo um transformador ou um reator.

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FIZ