BR112013023350B1

BR112013023350B1 - Bucha de alta tensão isolada a gás

Info

Publication number: BR112013023350B1
Application number: BR112013023350-8A
Authority: BR
Inventors: David Emilsson
Original assignee: Abb Schweiz Ag
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2022-02-22
Also published as: WO2012123163A1; CN103443875B; CN103443875A; US8847077B2; US20140000936A1; ZA201306584B; KR101980923B1; BR112013023350A2; EP2500914B1; EP2500914A1; KR20140031216A

Abstract

BUCHA DE ALTA TENSÃO COM SUPORTE PARA CONDUTOR. A presente invenção refere-se a uma bucha de alta tensão isolada a gás compreendendo um invólucro tubular com um flange de extremidade em cada extremidade do invólucro, criando um volume fechado, um condutor suspenso no volume fechado, com duas extremidades, uma extremidade fixada a um flange de extremidade em um primeiro ponto de fixação e a outra extremidade fixada ao outro flange de extremidade em um segundo ponto de fixação. Pelo menos um dos flanges de extremidade é provido com um corpo de suporte (5, 6) que se estende para dentro do volume fechado no sentido longitudinal da bucha, e o corpo é disposto de modo a suportar o condutor sobre pelo menos um ponto de suporte (1, 2) a uma distância do ponto de fixação sobre o flange.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se ao campo da tecnologia de alta tensão e, em particular, a buchas de alta tensão isoladas a gás. ANTECEDENTES

[002] As buchas de alta tensão isoladas a gás são utilizadas para a condução de corrente em elevado potencial através de um plano, muitas vezes referido como um plano de terra, cujo plano se encontra em um diferente potencial com relação ao caminho da corrente. As buchas são concebidas de modo a isolar eletricamente um condutor de alta tensão localizado dentro da bucha do plano de terra. O plano de terra pode ser, por exemplo, um tanque de transformador ou de uma parede, tal como, por exemplo, uma parede de corredor de válvulas de Corrente Contínua de Alta Tensão (HVDC). Um exemplo de uma bucha isolada a gás é a bucha de ar para ar do tipo GGFL da empresa ABB.

[003] Em uma bucha enchida com gás, com um condutor suspenso livre, por exemplo, uma bucha de parede, a deformação máxima do condutor no centro longitudinal da bucha influencia o diâmetro interno da bucha, o que virá a afetar o diâmetro externo da bucha. A fim de evitar descargas elétricas, quanto maior a deformação máxima, maior terá de ser o diâmetro interno da bucha. No interior da bucha, diferentes blindagens de controle de campo são dispostas a fim de lidar com os campos elétricos. As blindagens de controle de campo não irão funcionar tal como desejado, caso o condutor não esteja no centro radial ou próximo do centro radial da bucha. Existe, portanto, uma necessidade no sentido de minimizar a deformação do condutor em buchas muito longas.

[004] A deformação estática do condutor é gerada pela força da gravidade e da massa do próprio condutor. O condutor dentro da bucha é da forma de um tubo fixado em ambas as extremidades. A deformação de um tubo colocado em um sentido horizontal ou quase horizontal irá depender das constantes do material do tubo condutor (o módulo de Young e a densidade), do comprimento, da espessura de parede e do diâmetro do tubo.

[005] O condutor é dimensionado de modo a conduzir uma corrente, ou seja, para uma determinada corrente e resistividade, a área de seção transversal do condutor deve ser fornecida. Para um condutor de um determinado diâmetro externo, a espessura de parede será determinada pela área de seção transversal do tubo. O comprimento é definido em função do comprimento da bucha, o qual é determinado pelos requisitos elétricos externos, por exemplo, as tensões e as distâncias de descarga elétrica. Para as grandes correntes, a princípio, só será possível utilizar cobre ou alumínio ou suas ligas no condutor. Isso irá determinar o parâmetro de material que irá então definir a rigidez máxima do material. Quase todos os parâmetros de material e os parâmetros de construção são estabelecidos pelos requisitos elétricos da bucha.

[006] A fim de minimizar a deformação estática do condutor no centro longitudinal, têm sido propostas várias soluções. A tensão do condutor pode ser aumentada, mas isto terá um efeito apenas limitado sobre a deformação estática. Ao se movimentar horizontalmente o ponto de fixação no qual o condutor é fixado no flange de extremidade da bucha a partir do centro radial da bucha será possível reduzir a deformação no ponto central longitudinal. As tensões crescentes e as distribuições de potência muito elevadas com as quais os equipamentos de hoje em dia têm de trabalhar determinam um comprimento de bucha convencional muito longo, de 10 a 20 m ou ainda maior. Para as buchas muito longas, com grande deformação estática, o necessário desvio do ponto de fixação a fim de solucionar o problema da deformação estática se torna um problema muito grande para ser prático.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] A presente invenção provê uma bucha que reduz a deformação estática do condutor no centro longitudinal da bucha.

[008] De acordo com a presente invenção, é provida uma bucha de alta tensão que compreende: um invólucro tubular com um flange de extremidade em cada extremidade do invólucro, criando um volume fechado, um condutor suspenso no volume fechado, com duas extremidades, uma extremidade fixada a um flange de extremidade em um primeiro ponto de fixação e a outra extremidade fixada ao outro flange de extremidade em um segundo ponto de fixação. Pelo menos um dos flanges de extremidade é provido com um corpo de suporte que se estende para dentro do volume fechado no sentido longitudinal da bucha, e o corpo é disposto de modo a suportar o condutor sobre pelo menos um ponto de suporte a uma distância do ponto de fixação sobre o flange.

[009] A vantagem desta modalidade é que o comprimento não suportado do condutor é reduzido e, por conseguinte, a deformação estática no centro longitudinal da bucha se torna menor. Na presente invenção, o ponto de fixação sobre o flange de extremidade não tem de compensar qualquer momento e a disposição de fixação para o condutor pode ser mais simples e mais leve, compensando o peso adicional do corpo de suporte. O suporte para o corpo do condutor pode estar em um único ponto ou em vários pontos ou sobre uma superfície de suporte. Os vários pontos de suporte podem ser distribuídos ao longo do condutor entre o ponto de suporte e o ponto de fixação. Os vários pontos podem estar tanto sobre o lado superior como também sobre o lado inferior do condutor na bucha montada.

[0010] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o corpo de suporte é disposto em torno do condutor e uma extremidade do corpo é fixada ao flange de extremidade e a outra extremidade do corpo é provida com uma abertura para o condutor, no qual a abertura constitui o ponto de suporte. O corpo pode ser rotativamente simétrico em torno do condutor e/ou da linha de centro longitudinal da bucha.

[0011] A vantagem desta modalidade é que o corpo é igualmente suportado independente de se a bucha é girada ou se a fixação da base do corpo sobre o flange de extremidade faz com que o corpo se torne estável.

[0012] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o corpo de suporte é feito de um material isolante elétrico, tal como um polímero reforçado com fibra de carbono ou fibra de vidro ou um epóxi reforçado com fibra de carbono ou fibra de vidro.

[0013] A vantagem desta modalidade é que o corpo não vem a afetar os campos elétricos.

[0014] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o corpo de suporte é feito de metal. A vantagem desta modalidade é a rigidez mecânica do metal, por exemplo, do aço, e, em alguns casos, produz um corpo de suporte melhor e mais rígido.

[0015] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o corpo de suporte é de um formato cônico e disposto em torno do condutor, a base redonda do corpo com este formato cônico é fixada sobre o flange de extremidade e o topo do corpo com este formato cônico é provido com uma abertura para o condutor, no qual a abertura forma o ponto de suporte.

[0016] A vantagem desta modalidade é que a base do corpo tem uma grande área de suporte e de fixação e o formato cônico é mecanicamente bom para a compensação das forças a partir do ponto de suporte. Em uma modalidade, o corpo de suporte compreende vários corpos com formato cônico que são empilhados uns sobre os outros, todos fixados no flange de extremidade, criando diversos pontos de suporte ao longo do condutor entre o ponto de suporte e o ponto de fixação.

[0017] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o invólucro tubular tem uma linha de centro longitudinal e o corpo é disposto com o ponto de suporte a uma certa distância da linha de centro e de modo que o ponto de suporte fica posicionado acima da linha de centro quando a bucha é montada.

[0018] A vantagem desta modalidade é que, ao se dispor o ponto de suporte acima da linha de centro, a deformação estática no centro longitudinal da bucha é minimizada.

[0019] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o invólucro tubular tem uma linha de centro longitudinal, e o ponto de fixação fica a uma distância da linha de centro e de modo que o ponto de fixação fique posicionado abaixo da linha de centro quando a bucha é montada.

[0020] A vantagem desta modalidade é que, ao se dispor o ponto de fixação abaixo da linha de centro, o condutor experimenta um momento no ponto de suporte que minimiza a deformação estática no centro longitudinal da bucha.

[0021] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o ponto de fixação e o ponto de suporte são posicionados sobre os lados opostos da linha de centro.

[0022] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a distância entre o ponto de suporte e o ponto de fixação no flange de extremidade é de uma faixa de 0,3 m a 4 m.

[0023] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o corpo compreende aberturas que permitem que o gás no interior da bucha circule no interior do corpo de suporte. A vantagem desta modalidade é que permite o resfriamento de parte do condutor que é circundada pelo corpo de suporte.

[0024] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a bucha é enchida com um gás SF6, hexafluoreto de enxofre, em uma sobrepressão.

[0025] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o corpo de suporte é fixado sobre o flange de extremidade e compreende um ou mais elementos de suporte, que suportam o corpo de suporte sobre a parede interna do invólucro tubular.

[0026] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o outro dentre os flanges de extremidade é provido de um corpo de suporte que se estende para dentro do volume fechado no sentido longitudinal da bucha, e o corpo é disposto de modo a suportar o condutor em um segundo ponto de suporte a uma distância do ponto de fixação sobre o flange.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0027] Os desenhos constituem uma parte do presente relatório descritivo e incluem as modalidades exemplares da presente invenção, a qual pode ser incorporada de diversas maneiras.

[0028] A Fig. 1 mostra uma bucha isolada a gás, quando a presente invenção pode ser usada.

[0029] A Fig. 2 mostra o problema que a presente invenção pretende solucionar.

[0030] A Fig. 3 mostra uma solução da técnica anterior.

[0031] A Fig. 4 mostra uma modalidade da presente invenção.

[0032] A Fig. 5 mostra uma outra modalidade da presente invenção.

[0033] A Fig. 6 mostra uma outra modalidade da presente invenção.

[0034] As Figuras 7a e 7b mostram uma outra modalidade do corpo de suporte.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0035] A Fig. 1 mostra uma bucha isolada a gás 18 de acordo com a técnica anterior, na qual a presente invenção pode ser utilizada. A bucha compreende um invólucro tubular 12 montado com um flange intermediário 14, também conhecido como flange de parede, o qual pode ser feito de alumínio soldado, equipado com dois isoladores, uma para cada lado do flange de parede. A classificação do campo elétrico é obtida por meio das blindagens internas 15 que podem ser blindagens cônicas de alumínio e esta disposição como um todo pode ser vista como um isolador oco ou invólucro tubular. Os isoladores podem ser feitos de um epóxi reforçado com fibra de vidro sob a forma de um tubo que pode ser revestido com protetores feitos de borracha de silicone ou outro material adequado. Os tubos são fabricados em uma só peça e equipados com flanges de extremidade 8, 9 em ambas as pontas, os flanges de extremidade 8, 9 podem ser colados sobre ou feitos de alumínio fundido. O projeto produz uma bucha rígida com excelentes propriedades mecânicas. O condutor oco 11 se estende através do invólucro oco 12 e é fixado em ambas as pontas sobre os flanges de extremidade 8, 9 em um ponto de fixação e o condutor fica não suportado entre os pontos de fixação. A bucha pode ser enchida com um gás de isolamento, por exemplo, o SF6 (hexafluoreto de enxofre). O gás de isolamento pode estar em uma pressão atmosférica ou em uma sobrepressão. A bucha é praticamente simétrica no sentido rotacional.

[0036] A Fig. 2 mostra o problema, não em escala, que a presente invenção procura resolver. A fixação do condutor 11 nos flanges de extremidade 8, 9 é normalmente rígida de modo que o ponto de fixação possa suportar um momento de flexão.

[0037] A linha tracejada 30 representa a linha de centro longitudinal da bucha e o posicionamento do condutor sem a deformação estática causada pela gravidade ou pela massa do condutor. Dependendo do comprimento da bucha e, por conseguinte, do comprimento não suportado do condutor, a deformação estática no centro longitudinal da bucha será diferente. À medida que o comprimento da bucha aumenta, a deformação no centro longitudinal da bucha irá aumentar drasticamente. Para as buchas de mais de 10 a 20 m, a deformação pode ser tão grande que as blindagens de nivelamento de tensão 15 não poderão funcionar corretamente.

[0038] A Fig. 3 mostra uma solução da técnica anterior no sentido de superar os problemas descritos na Fig. 2, por meio da qual o ponto de fixação do flange de extremidade é deslocado para cima na direção vertical. O desvio no ponto de fixação pode ser feito em apenas um flange de extremidade ou em ambos os flanges de extremidade. Este desvio reduz a deformação estática no centro longitudinal da bucha. Quando o ponto de fixação se desloca sobre um lado, a redução da deformação estática será a metade da quantidade que o ponto de fixação foi deslocado, e quando ambos os pontos de fixação são deslocados, a redução da deformação estática no centro longitudinal será aproximadamente a mesma quantidade na qual os pontos de fixação foram deslocados. Existe um limite sobre o quanto se pode deslocar o ponto de fixação, sendo assim, esta solução fica limitada às buchas de um comprimento médio. Outras soluções conhecidas na técnica anterior vêm a ser o aumento da tensão no condutor ou a alteração da construção do condutor no sentido de, por exemplo, produzir um condutor de um diâmetro maior. Todas estas soluções podem não ser suficientes para as buchas mais longas para as tensões mais altas.

[0039] A Fig. 4 mostra uma modalidade da presente invenção na qual o condutor 11 é suportado em dois pontos 1, 2 no interior do isolador oco 12 por meio de um corpo de suporte. O ponto de fixação e os pontos de suporte são colocados sobre a linha de centro longitudinal. A deformação estática no centro longitudinal da bucha é reduzida em função dos pontos de suporte adicionais. Nas soluções das técnicas anteriores, o ponto de fixação sobre o flange de extremidade tem de ser forte o suficiente para compensar o momento que surge na junta em função de uma deformação estática do condutor. Na presente invenção, o ponto de fixação só tem de compensar as forças verticais e a tensão na direção longitudinal. Isso permite fazer com que a junta no ponto de fixação se torne mais simples e mais fraca, o que irá permitir uma economia de peso sobre o flange de extremidade, o que poderá compensar o peso adicionado pelo corpo de suporte.

[0040] A Fig. 5 mostra uma outra modalidade da presente invenção que é similar à da Fig. 4, na qual o condutor 11 é suportado em dois pontos 1, 2 dentro do isolador oco 12 por meio de um corpo de suporte. O ponto de fixação ou os pontos de suporte não são colocados sobre a linha de centro longitudinal. Na Fig. 5, a deformação estática no centro longitudinal da bucha é ainda mais reduzida em função do movimento dos pontos de fixação ao longo da solução da Fig. 4, e isto permite a criação de um momento no ponto de suporte. Uma outra modalidade, não mostrada, é que nenhum dos pontos de suporte ou dos pontos de fixação é colocado sobre a linha de centro longitudinal. Os pontos de fixação são colocados abaixo da linha de centro e os pontos de suporte são colocados acima da linha de centro de uma maneira a minimizar a deformação estática do condutor no centro longitudinal da bucha.

[0041] A Fig. 6 mostra uma outra modalidade da presente invenção na qual o corpo de suporte se encontra na forma de um corpo cônico 5, 6 disposto em torno do condutor. A extremidade circular do corpo de suporte é fixada sobre o flange de extremidade e a ponta do corpo cônico vem a ser o ponto de suporte. O corpo cônico pode ser um corpo sólido ou pode ser um corpo oco. O corpo oco pode ser disposto com aberturas de modo a permitir que o gás do gás no interior da bucha circule de modo a isolar e resfriar o condutor.

[0042] A Fig. 7a mostra uma outra modalidade da presente invenção, na qual o corpo de suporte se encontra sob a forma de um corpo cônico 5, 6 disposto em torno do condutor, no qual os elementos de suporte são dispostos de modo a suportar o corpo de suporte contra a parede interna do condutor oco. Na Fig. 7b, é mostrada uma modalidade na qual o corpo de suporte não é um corpo cônico, mas pode ser de qualquer forma e, neste caso, os elementos de suporte são dispostos de modo a suportar o corpo de suporte contra a parede interna do condutor oco.

[0043] Os corpos de suporte apresentam vantagens no sentido de reduzir a deformação estática em função da gravidade, como também possuem vantagens no sentido de reduzir a deformação dinâmica em função, por exemplo, da ocorrência de abalos sísmicos.

Claims

1. Bucha de alta tensão isolada a gás (18), compreendendo: - um invólucro tubular (12) com um flange de extremidade (8, 9) em cada extremidade do invólucro, criando um volume fechado, - um condutor (11) suspenso no volume fechado, com duas extremidades, uma extremidade fixada a um flange de extremidade em um primeiro ponto de fixação e a outra extremidade fixada ao outro flange de extremidade em um segundo ponto de fixação e, caracterizada pelo fato de que, - pelo menos um dos flanges de extremidade (8, 9) é provido com um corpo de suporte (5, 6) que se estende para dentro do volume fechado no sentido longitudinal da bucha, e o corpo (5, 6) é disposto de modo a suportar o condutor sobre pelo menos um ponto de suporte (1, 2) a uma distância do ponto de fixação sobre o flange (8, 9).

2. Bucha de alta tensão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o corpo de suporte (5, 6) é disposto em torno do condutor e uma extremidade do corpo é fixada ao flange de extremidade (8, 9) e a outra extremidade é provida com uma abertura para o condutor, no qual a abertura forma o pelo menos um ponto de suporte (1, 2).

3. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 a 2, caracterizada pelo fato de que o corpo de suporte (5, 6) é feito de um material isolante elétrico.

4. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o corpo de suporte (5, 6) é feito de polímero reforçado com fibra.

5. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o corpo de suporte (5, 6) é feito de epóxi reforçado com fibra de carbono ou com fibra de vidro.

6. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que o corpo de suporte é feito de metal.

7. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o corpo de suporte (5, 6) é de um formato cônico e é disposto em torno do condutor, a base redonda do corpo de formato cônico é fixada no flange de extremidade (8, 9) e o corpo de formato cônico é provido com uma abertura para o condutor, no qual a abertura forma o pelo menos um ponto de suporte.

8. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o invólucro tubular tem uma linha de centro longitudinal (30) e o corpo é disposto com o ponto de suporte a uma certa distância da linha de centro e de modo que o ponto de suporte (1, 2) fique posicionado acima da linha de centro, quando a bucha é montada.

9. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o invólucro tubular tem uma linha de centro longitudinal (30) e o ponto de fixação (3, 4) fica a uma distância da linha de centro e de modo que o ponto de fixação fique posicionado abaixo da linha de centro quando a bucha é montada.

10. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 8 e 9, caracterizada pelo fato de que o ponto de fixação (3, 4) e o ponto de suporte (1, 2) são posicionados sobre os lados opostos da linha de centro.

11. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a distância entre o ponto de suporte (1, 2) e o flange de extremidade (8, 9) é de uma faixa de 0,3 a 4 m.

12. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que o corpo de suporte (5, 6) compreende aberturas que permitem que o gás dentro da bucha circule no interior do corpo de suporte.

13. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que a bucha é enchida com um gás SF6 a uma sobrepressão.

14. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que o corpo de suporte (5, 6) é fixado sobre o flange de extremidade (8, 9), e compreende um ou mais elementos de suporte (7) que suportam o corpo de suporte sobre a parede interna do invólucro tubular.

15. Bucha de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 a 14, caracterizada pelo fato de que ambos os flanges de extremidade (8, 9) são providos com um corpo de suporte (5, 6) que se estendem para dentro do volume fechado no sentido longitudinal da bucha, e o corpo de suporte é disposto de modo a suportar o condutor em pontos de suporte (1, 2) a uma distância dos pontos de fixação sobre os flanges.