BR112014011574B1

BR112014011574B1 - Sistema de isolamento elétrico e condutor elétrico

Info

Publication number: BR112014011574B1
Application number: BR112014011574-5A
Authority: BR
Inventors: Anders Björklund; Fredrik Sahlén; Henrik Hillborg
Original assignee: Abb Schweiz Ag
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2021-10-05
Also published as: US9275775B2; JP2015504576A; JP5985650B2; US20140246221A1; IN2014CN03543A; CN103946928B; EP2595157A1; PL2595157T3; CN103946928A; EP2595157B1; ES2660542T3; BR112014011574A2; WO2013072098A1

Abstract

SISTEMA DE ISOLAMENTO ELÉTRICO. A presente invenção refere-se a um sistema de isolamento elétrico compreendendo uma primeira camada de isolamento (60) consistindo em um primeiro polímero e uma primeira carga na forma de nanopartículas, e uma segunda camada de isolamento (70) consistindo em um segundo polímero e uma segunda carga na forma de óxido de cromo, Cr2O3, óxido de ferro, Fe2O3 ou uma mistura de óxido de cromo e óxido de ferro. Pelo menos uma das primeira e segunda camadas de isolamento (60, 70) está na forma de um sólido e de uma folha plana. Por um sistema de isolamento que combina a primeira camada de isolamento com nanopartículas bem dispersas e a segunda camada de isolamento carregada com partículas de Cr2O3 e/ou partículas de Fe2O3, um efeito sinérgico das duas camadas de isolamento provê uma excelente proteção e resistência do sistema de isolamento contra as descargas elétricas. O material em folha permite que qualquer um coloque junto a um sistema de isolamento sem qualquer equipamento especial.

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção refere-se ao sistema de isolamento elétrico compreendendo duas camadas de isolamento diferentes.

Técnica Antecedente

[002] É conhecido proporcionar material isolante como um mate rial em folha, isto é, na forma de uma folha fina que esteja então enrolada em torno de um objeto a ser isolado. É também conhecido que o material em folha compreende carga de nanopartículas dentro de uma matriz de polímero. Por exemplo, um condutor elétrico convencionalmente pode ser isolado por envolver em torno do mesmo uma fita iso- lante compreendendo uma carga de nanopartículas dentro de uma matriz de poli-esterimida (PEI), após o que a fita é aquecida até na ordem de fusão de um adesivo aplicado na mesma e para deste modo colar a fita no condutor. Este sistema de isolamento convencional é bem resistente contra a descarga parcial, esta resistência estando baseada na capacidade das nanopartículas para prevenir a penetração das partículas carregadas na fita isolante.

[003] É ainda conhecido, por exemplo, da Patente Europeia 0356929, proteger partes subjacentes de um sistema isolante contra a descarga de coroa pela provisão do sistema de isolamento com uma camada de topo de conduzir eletricamente. A camada de topo pode compreender uma carga de óxido de cromo (Cr2O3) em uma matriz de polímero. A carga de Cr2O3 aumenta a condutividade elétrica na superfície do sistema de isolamento, e isto parece mitigar o efeito concentrado de uma descarga de coroa. Acredita-se que a condutividade causa o efeito de descarga de coroa a ser dissipado sobre uma superfície maior, assim reduzindo o efeito prejudicial do mesmo.

[004] Enquanto os dois sistemas de isolamento acima menciona dos, a fita nanocarregada e a camada de topo carregada com Cr2O3, ambas provêm uma resistência satisfatória contra a descarga parcial, há um desejo constante para aperfeiçoar mais esta resistência a fim de prolongar a vida útil do sistema de isolamento.

[005] Embora alguns sistemas de isolamento sejam disponíveis na forma de um material em folha, não há materiais em folha disponíveis para colocar junto um sistema de isolamento avançado. Por exemplo, as camadas do topo carregadas com Cr2O3 são aplicadas no condutor em um processo complicado durante o que o condutor passa múltiplas vezes através do banho de revestimento, do subsequente enxugamento das matrizes ou feltros e de um dispositivo de aquecimento para curar o revestimento. Este processo de revestimento convencional pode, portanto, ser implementado somente pelas companhias altamente especializadas com correspondente equipamento.

Sumário da Invenção

[006] Um objetivo da invenção é prover um sistema de isolamen to com uma resistência aperfeiçoada contra a descarga parcial.

[007] Outro objetivo da invenção é possibilitar qualquer pessoa a aplicar um sistema de isolamento resistente à descarga parcial sobre um objeto.

[008] Os sistemas de isolamento conhecidos como polímero na- nocarregado e o polímero carregado com Cr203 têm até hoje sido considerado como alternativos e soluções de certa forma igualmente boas para o problema de descarga parcial. A invenção é baseada na realização de que, quando estas duas soluções são combinadas, o sistema de isolamento resultante provê uma vida útil inesperadamente longa que não podia ter sido prevista dos desempenhos dos dois sistemas de isolamento individualmente. A combinação dos dois sistemas de isolamento conhecidos parece realizar o efeito sinérgico, cujo me- canismo não é conhecido em detalhes.

[009] A invenção é ainda baseada na realização de que, quando um artigo intermediário na forma de um material em folha compreendendo componentes apropriados de um sistema de isolamento elétrico é provido, é fácil colocar juntamente o sistema de isolamento sem qualquer equipamento especial.

[0010] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é provido um sistema de isolamento elétrico incluindo uma primeira camada de isolamento elétrico, compreendendo um primeiro polímero e uma primeira carga na forma de nanopartículas e uma segunda camada de isolamento elétrico compreendendo um segundo polímero e uma segunda carga na forma de óxido de cromo, Cr2O3, óxido de ferro, Fe2O3 ou uma mistura de óxido de cromo e óxido de ferro. Pelo menos uma primeira e segunda camadas de isolamento está na forma de uma folhasólida e plana.

[0011] Em um sistema de isolamento combinando uma primeira camada de isolamento com nanopartículas bem dispersas e uma segunda camada de isolamento carregada com partículas de Cr2O3 e/ou partículas de Fe2O3, um efeito sinérgico das duas camadas de isolamento proporciona uma excelente proteção e resistência do sistema de isolamento contra as descargas elétricas. Uma folha sólida e plana são facilmente manipuláveis e permitem qualquer um a aplicar um sistema de isolamento resistente à descarga parcial em um objeto.

[0012] De acordo com uma concretização da invenção, ambas, a primeira e segunda camadas de isolamento, estão na forma de uma folha sólida e plana. Por esta medida, a forma de manuseio do sistema de isolamento é mais aperfeiçoada.

[0013] De acordo com uma concretização da invenção, ambas, primeira e segunda camadas de isolamento, são integradas em uma folha sólida e plana. Por esta medida, a forma de manuseio do sistema de isolamento é mesmo mais aperfeiçoada.

[0014] De acordo com uma concretização da invenção, a folha compreende um adesivo para fixar a folha em um objeto a ser isolado. O adesivo proporciona um simples meio para fixar a folha.

[0015] De acordo com uma concretização da invenção, a primeira camada de isolamento está entre a segunda camada de isolamento e o adesivo. A segunda camada de isolamento com sua certa condutivi- dade intrínseca deverá constituir a camada mais externa a fim de proteger a primeira camada de isolamento contra a descarga de coroa.

[0016] De acordo com uma concretização da invenção, cada folha tem uma espessura dentro da faixa de 0,01 - 0,4 mm, tal como 0,02 - 0,2 mm. Tais espessuras são mostradas para dar à folha flexibilidade e resistência apropriadas.

[0017] De acordo com uma concretização da invenção, a segunda carga está presente em uma quantidade de 10-40% do volume da segunda camada de isolamento, tal como 10 - 30% ou 15-20% do volume da segunda camada de isolamento. Tal concentração da segunda carga é mostrada para dar a segunda camada de isolamento bem como propriedades mecânicas aceitáveis.

[0018] De acordo com uma concretização da invenção, a segunda carga de isolamento tem um tamanho médio de partícula de 0,005-30 μm, tal como 0,005 - 10 μm ou 0,15-5 μm. Tais tamanhos de partícula da segunda carga são mostrados para dar à segunda camada de isolamento uma boa resistência contra a descarga de coroa.

[0019] De acordo com uma concretização da invenção, a segunda carga tem uma resistividade dentro da faixa de 104- 108ohm m. Tal resistividade da segunda carga é mostrada para dar à segunda camada de isolamento uma condutividade intrínseca apropriada e uma boa resistência contra a descarga de coroa.

[0020] De acordo com uma concretização da invenção, a primeira carga compreende qualquer um dos seguintes: dióxido de silício, óxido de alumínio, óxido de zinco, dióxido de titânio, titanato de bário e óxido de magnésio. Estas cargas são mostradas para dar à primeira camada de isolamento uma boa resistência contra a descarga de coroa parcial.

[0021] De acordo com uma concretização da invenção, as nano- partículas na primeira camada de isolamento estão presentes em uma quantidade de 1-40% do volume da primeira camada. Tal concentração de nanopartículas é mostrada para dar à primeira camada de isolamento uma resistência aceitável contra a descarga de coroa parcial bem como boas propriedades mecânicas.

[0022] De acordo com uma concretização da invenção, as nano- partículas na primeira camada de isolamento tem um tamanho médio de partícula de 1-200 nm. Tais tamanhos de nanopartículas são mostrados para dar à primeira camada de isolamento uma boa resistência contra a descarga de coroa parcial.

[0023] De acordo com uma concretização da invenção, os primeiro e segundo polímeros compreendem pelo menos um dos seguintes polímeros: poliésteres, poliesterimidas, poliamidaimidas, poliéster-amidas, poli-imidas, poliuretanas, epóxi, poliamidas e polissulfonas. Estes polímeros proporcionam uma matriz apropriada dentro da qual a primeira e a segunda cargas podem ser facilmente dispersas. Além do mais, estes polímeros têm uma resistência apropriada e flexibilidade para serem tornadas em um material de folha fina.

[0024] De acordo com outro aspecto da invenção, é provido um condutor elétrico compreendendo sistema de isolamento elétrico de acordo com qualquer uma das concretizações precedentes. Os sistemas de isolamento elétrico de acordo com as concretizações precedentessão especialmente apropriados para serem aplicados nos condutoreselétricos.

[0025] De acordo com uma concretização da invenção, a folha é envolta em torno do condutor diversas vezes, e pelo menos uma volta sobrepõe a volta anterior. Pela sobreposição das voltas é assegurada que nenhuma folga é deixada entre as voltas subsequentes.

Breve Descrição dos Desenhos

[0026] A invenção será explicada em maiores detalhes com refe rência aos desenhos anexos, em que: figura 1: mostra um condutor elétrico provido com um sistema de isolamento elétrico de acordo com uma concretização da invenção, figura 2: mostra um material de folha compreendendo um sistema de isolamento de acordo com uma concretização da invenção, e figura 3: mostra uma comparação de curvas de vida útil para o sistema de isolamento de acordo com a invenção, e para dois sistemas de isolamento elétrico da técnica anterior.

Descrição das Concretizações Preferidas

[0027] Com referência à figura 1, um condutor elétrico 10 pode ser isolado envolvendo em torno do mesmo uma primeira tira 20 compreendendo uma primeira camada de isolamento 60. A primeira camada de isolamento 60 consiste em um primeiro polímero e uma primeira carga na forma de nanopartículas. Uma segunda tira 30 compreendendo uma segunda camada de isolamento 70 é enrolada simultaneamente com a primeira tira 20. A segunda camada de isolamento 70 consiste em um segundo polímero e uma segunda carga na forma de Cr2O3. As duas tiras 20, 30 têm larguras iguais e de preferência a segunda tira 30 cobre exatamente a primeira. Alternativamente, o condutorelétrico 10 pode primeiro ser enrolado com a primeira tira 20 apenas,após o que a segunda tira 30 apenas é enrolada. A primeira e segunda tiras 20, 30 podem compreender adesivo 80 para fixar as tiras no condutor elétrico 10. Opcionalmente, o adesivo pode ser aplicado em ambos os lados das tiras. O adesivo pode consistir de uma resina de fluoropolímero compreendendo propileno etileno fluorado (FEP). Cada volta sobrepõe a volta prévia de tal modo que as regiões de sobreposições 40 são criadas ao longo da junta entre as voltas subsequentes.

[0028] Ao invés de consistir em duas tiras separadas 20, 30, o pri meiropolímero, a primeira carga, o segundo polímero e a segunda carga podem todos ser integrados em uma terceira tira 50 que pode ser enrolada em uma etapa única. Tal terceira tira 50 é ilustrada na figura 2 e isto compreende uma primeira camada de isolamento 60 consistindo em um primeiro polímero e uma primeira carga na forma de nanopartí- culas, uma segunda camada de isolamento 70 consistindo em um segundo polímero e uma segunda carga na forma de Cr2O3, e um adesivo 80 para fixar a terceira tira 50 em um objeto a ser isolado. Em comparação com duas tiras separadas 20, 30, a terceira tira 50 tem a vantagem de simplificar o envolvimento. O sistema de isolamento resultante é provavelmentetambém melhorado uma vez que o envolvimento de duas tiras separadamente aumenta o risco de impurezas e bolhas de ar a serem aprisionadas entre primeira e segunda camadas de isolamento 60, 70. Estas impurezas e bolhas de ar enfraquecem a resistência do sistema de isolamento contra a descarga parcial.

[0029] A espessura da primeira, da segunda e da terceira tiras 20, 30, 50 está, de preferência, entre 0,01 mm e 0,4 mm e mesmo mais de preferência entre 0,02 mm e 0,2 mm. A espessura da primeira camada de isolamento 60 está de preferência entre 0,01 mm e 0,12 mm, e a espessura da segunda camada de isolamento 70 está de preferência entre 0,005 mm e 0,06 mm.

[0030] Ao invés de Cr2O3, a segunda carga pode em cada caso ser óxido de ferro (Fe2O3) ou uma mistura de Cr2O3 e Fe2O3. A função da segunda carga é tornar a superfície externa do sistema de isola- mento suficientemente condutiva, de tal modo que as partes subjacentes do sistema de isolamento sejam protegidas contra um efeito concentrado de uma descarga de coroa. Para atingir este efeito, o segundo filtro deverá ter uma resistividade dentro da faixa de 103 - 108 ohm m. A segunda carga deverá além do mais estar presente em uma quantidade de 1- 40% do volume da segunda camada de isolamento 70, de preferência 10 - 30% do volume da segunda camada de isolamento 70, e mais de preferência 15 - 20% do volume da segunda camada de isolamento 70. Ainda, a segunda carga de deverá ter um tamanho médio de partícula de 0,005 - 30 μm, de preferência 0,005 - 10 μm, mais de preferência 0,15-5 μm.

[0031] A função da primeira carga é, de mesmo modo, prover prote çãocontra a descarga parcial, e especialmente prover a proteção que seja mecanicamente durável. As nanopartículas como a primeira carga provê a primeira camada de isolamento 60 por um lado com uma boa proteção contra a descarga parcial e por outro lado com uma excelente resistência à flexão. As propriedades mecânicas da segunda camada de isolamento 70 são reduzidas com o aumento da quantidade da segunda carga. As duas camadas de isolamento 60, 70, portanto, complementam entre si a fragilidade. A fim de atingir as boas propriedades mecânicas, as nanopartículas na primeira camada de isolamento 60 deverão estar presentes em uma quantidade de 1-40% do volume da primeira camada de isolamento 60 e um tamanho médio de partícula da mesma deverá ser 1 - 200nm. Ainda, as nanopartículas deverão ser bem dispersas no primeiro polímero. A primeira carga pode compreender dióxido de silício, óxido de alumínio, óxido de zinco, dióxido de titânio, titanato de bário ou óxido de magnésio, ou uma mistura dos mesmos.

[0032] Como estabelecido acima, a primeira e segunda camadas de isolamento são ambas conhecidas por si da técnica anterior. Parece que as duas soluções da técnica anterior estão baseadas em prin- cípios muito diferentes de resistência à descarga parcial, e portanto, a combinação de duas camadas de isolamento consegue um efeito si- nérgico que dá surpreendentes resultados. Mesmo que o mecanismo deste efeito sinérgico não seja conhecido em detalhes, o efeito em si é facilmente mensurável. A figura 3 mostra as curvas da vida útil para os dois sistemas de isolamento da técnica anterior e para a combinação, de acordo com a invenção. Pode ser visto que a combinação do polímero nanocarregado e o polímero Cr2O3-carregado resulta em uma forte diferença na inclinação da respectiva curva da vida útil comparada com as inclinações das curvas da vida útil dos dois sistemas de isolamento da técnica anterior apenas.

[0033] A função dos primeiro e segundo polímeros é constituir uma matriz dentro da qual as partículas das primeira e segunda cargas, respectivamente, podem ser substancialmente distribuídas homogeneamente. A composição resultante deve também ser apropriada para ser tornada em material de folha fácil de manipular. Os primeiro e segundo polímeros podem compreender pelo menos um dos seguintes polímeros: poliésteres, poliesterimidas, poliamidaimidas, poliesterami- das, poli-imidas, poliuretanos, epóxi, poliamidas e polissulfonas. Os primeiro e segundo polímeros podem ainda ser o mesmo polímero.

[0034] A invenção não está limitada às concretizações mostradas acima, porém a pessoa versada na técnica pode, naturalmente, modificar as mesmas em uma pluralidade de modos dentro do escopo da invenção.

Claims

1. Sistema de isolamento elétrico compreendendo, uma primeira camada de isolamento (60) compreendendo um primeiro polímero e uma primeira carga na forma de nanopartículas; uma segunda camada de isolamento elétrico (70) compreendendo um segundo polímero e uma segunda carga na forma de óxido de cromo, Cr2O3, óxido de ferro, Fe2O3 ou uma mistura de óxido de cromo e óxido de ferro, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das primeira e segunda camadas de isolamento (60, 70) está na forma de uma folha sólida e plana.

2. Sistema de isolamento elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ambas, a primeira e a segunda camadas de isolamento (60, 70) estão na forma de uma folha sólida e plana.

3. Sistema de isolamento elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ambas, primeira e segunda camadas de isolamento (60, 70) são integradas em uma única folha sólida e plana.

4. Sistema de isolamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a folha compreende um adesivo (80) para fixação da folha em um objeto a ser isolado.

5. Sistema de isolamento elétrico, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a primeira camada de isolamento (60) está entre a segunda camada de isolamento (70) e o adesivo (80).

6. Sistema de isolamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que cada folha tem uma espessura dentro da faixa de 0,01 a 0,4 mm, tal como 0,02 a 0,2 mm.

7. Sistema de isolamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a segunda carga está presente em uma quantidade de 10 a 40% do volume da segunda camada de isolamento (70), tal como 10 a 30% ou 15 a 20% do volume da segunda camada de isolamento (70).

8. Sistema de isolamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a segunda carga de isolamento tem um tamanho médio de partícula de 0,005 a 30 μm, tal como 0,005 a 10 μm ou 0,15 a 5 μm.

9. Sistema de isolamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a segunda carga tem uma resistividade dentro da faixa de 104a 108ohm m.

10. Sistema de isolamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a primeira carga compreende qualquer um dos seguintes: dióxido de silício, óxido de alumínio, óxido de zinco, dióxido de titânio, titanato de bário e óxido de magnésio.

11. Sistema de isolamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas na primeira camada de isolamento (60) estão presentes em uma quantidade de 1 a 40% do volume da primeira camada.

12. Sistema de isolamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas na primeira camada de isolamento (60) tem um tamanhomédio de partícula de 1 a 200 nm.

13. Sistema de isolamento elétrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo polímeros compreendem pelo menos um dos seguintespolímeros: poliésteres, poliesterimidas, poliamidaimidas, poliés- ter-amidas, poli-imidas, poliuretanos, epóxi, poliamidas e polissulfonas.

14. Condutor elétrico (10) caracterizado por compreender um sistema de isolamento elétrico, como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes.

15. Condutor elétrico (10), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a folha é enrolada em torno do condutor em várias voltas, e pelo menos uma volta sobrepõe a volta anterior.