BR112019015790A2

BR112019015790A2 - Transformador de frequência média com núcleo seco

Info

Publication number: BR112019015790A2
Application number: BR112019015790-5A
Authority: BR
Inventors: Donzel Lise; Velthuis Rudi; Gradinger Thomas; Greuter Felix
Original assignee: Abb Schweiz Ag
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2020-03-17
Also published as: AU2018222793A1; RU2019129117A3; KR20190113975A; CN110268487A; CA3053868A1; CN110268487B; BR112019015790B1; US11557428B2; MX2019008964A; WO2018150027A1; KR102519248B1; RU2748606C2; EP3364430A1; US20190371517A1; AU2018222793B2; JP2020507932A; RU2019129117A; BR112019015790A8; JP7086090B2

Abstract

a presente invenção refere-se a um transformador (1) que compreende um tanque (10) que possui um volume fechado (11) com um material isolante (13), o tanque (10) compreendendo pelo menos um canal (25) que se estende através do tanque (10), no qual o interior de pelo menos um canal (25) é separado do volume fechado (11) do tanque (10) por uma parede do canal (17). um núcleo do transformador (30) é provido fora do volume fechado (11), o qual compreende pelo menos uma perna de núcleo (32) que se estende através do tanque (10) por pelo menos um canal (25). pelo menos uma bobina (50, 52) está localizada dentro do volume fechado (11), a bobina (50, 52) sendo enrolada em torno de pelo menos um canal (25), no qual o tanque (10) possui uma parede interna ou uma parede externa (16) que compreende uma camada muito pouco condutiva (40), a qual possui fibras (42) embutidas em um material de impregnação (44).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para TRANSFORMADOR DE FREQUÊNCIA MÉDIA COM NÚCLEO SECO.

CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção refere-se a transformadores para aplicações de alta-tensão, particularmente, a transformadores com isolamento líquido ou em gel que possuem um núcleo seco e, ainda mais particularmente, ao fato desses transformadores serem transformadores de frequência média.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] Prevê-se que os transformadores em estado sólido (SST) exercerão um papel importante nas aplicações futuras de DC. Seus exemplos são: redes de DC com tensão média (MVDC), redes de coleta para usinas eólicas off-shore, redes de coleta para instalações fotovoltaicas (PV) e redes elétricas para navios. Um SST para aplicações de MVDC consiste em uma pluralidade de células conectadas em paralelo no lado de baixa tensão (LV) e em série no lado de alta-tensão (HV). Cada célula conversora compreende tipicamente um inversor de DC para AC, um transformador de frequência média e um retificador de AC para DC. Devido à conexão em série das células conversoras no lado HV, pelo menos em uma parte das células, a quantidade total da alta-tensão (produzida) de DC está presente entre o enrolamento HV do transformador e o núcleo aterrado, o que, por exemplo, resulta em uma alta demanda de isolamento.

[003] Em aplicações, tais como as que foram delineadas acima, e em várias outras, transformadores de frequência média com isolamento líquido ou em gel (MFTs) e de núcleo seco têm ganhado uma importância significativa no campo. Geralmente, apenas os enrolamentos são imersos em um tanque com material isolante,

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2/16 enquanto o núcleo é provido fora do tanque. Uma perna do núcleo se estende através do tanque por um canal que não está conectado ao volume do tanque de maneira fluida. Tal conceito permite o uso de um transformador compacto que requer uma quantidade mínima de meio isolante. Além do baixo peso, isso ajuda a reduzir o risco de fumaça e incêndio. Em tal transformador, o tanque de óleo possui tipicamente um formato toroidal e forma um circuito fechado em torno da perna do núcleo. Para evitar a indução de altas correntes de circuito fechado no tanque, o tanque não deve formar um circuito de alta condutividade elétrica em torno do núcleo. Isto exclui a possibilidade de um tanque total mente metálico.

[004] Uma opção para impedir essa indução descrita acima de correntes indesejável mente altas no tanque que é construir um tanque todo a partir de um material dielétrico. Consequentemente, a indução de altas correntes no tanque é evitada. No entanto, tal solução deixa margem para aprimoramentos.Em vista do acima,existe uma necessidade para a presente invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [005] Em vista do acima, um transformador de acordo com a reivindicação 1 é provido.

[006] De acordo com um primeiro aspecto, um transformador é provido, o qual compreende um tanque que possui um volume fechado com um material isolante, o tanque tendo pelo menos um canal que se estende através do mesmo, no qual o interior de pelo menos um canal é separado do volume fechado do tanque por uma parede do canal. Um núcleo do transformador é provido fora do volume fechado e compreende pelo menos uma perna que se estende através do tanque por pelo menos um canal. Pelo menos uma bobina está localizada dentro do volume fechado, a bobina sendo enrolada em torno de pelo menos um canal, no qual o tanque possui uma parede com uma

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3/16 camada muito pouco condutiva que compreende fibras embutidas em um material de impregnação.

[007] Outros aspectos, vantagens e características da presente invenção se tornarão evidentes a partir de reivindicações dependentes, combinações de reivindicações, descrição e desenhos em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [008] A seguir, a presente invenção será descrita de maneira detalhada, incluindo o melhor modo de execução da mesma para uma pessoa na técnica e com referência às figuras em anexo, nas quais: [009] A figura 1 mostra de maneira esquemática uma vista em corte transversal em perspectiva de um transformador de acordo com as modalidades, na qual apenas uma perna do núcleo é mostrada;

[0010] A figura 2 mostra de maneira esquemática uma vista em corte transversal do transformador da figura 1, que inclui uma vista em corte transversal do núcleo;

[0011] As figuras 3 a 5 mostram de maneira esquemática vistas em corte transversais, cada uma de acordo com as modalidades, de uma parte de um tanque do transformador da figura 1 e da figura 2 ao longo da linha A-A;

[0012] A figura 6 mostra de maneira esquemática uma vista em corte transversal, de acordo com outras modalidades, de uma parte de um tanque do transformador da figura 1 e da figura 2 ao longo da linha A-A.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0013] Agora, referência será feita em detalhes a várias modalidades, com um ou mais exemplos das quais sendo ilustrados em cada figura. Cada exemplo é provido apenas como forma de explanação e não de limitação. Por exemplo, as características ilustradas ou descritas como parte de uma modalidade podem ser

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4/16 usadas em outras modalidades ou em conjunção com as mesmas de modo a gerar novas modalidades. Está previsto que a presente descrição inclua tais modificações e variações.

[0014] Ao longo da descrição dos desenhos feita a seguir, componentes iguais são denotados pelos mesmos números de referência. Em geral, apenas as diferenças em relação às modalidades individuais são descritas. Para simplificar sua aparência, nem todos os itens ou partes que aparecem nas figuras são identificados por numerais de referência.

[0015] Os sistemas e métodos descritos aqui não estão limitados às modalidades especificamente descritas, pois os componentes dos sistemas e/ou as etapas dos métodos podem ser utilizadas de forma independente e separada. Desse modo, a modalidade exemplar da invenção pode ser implantada e usada em conexão com várias outras aplicações.

[0016] As características específicas de várias modalidades da invenção são mostradas em alguns desenhos e não em outros apenas por questões de conveniência. De acordo com os princípios da invenção, qualquer característica de um desenho pode ser referenciada e/ou reivindicada em combinação com qualquer característica de qualquer outro desenho.

[0017] Conforme usado aqui, o termo material de impregnação significa um material polimérico que é curável e usado para formar, depois de cura, uma matriz em conjunto com as fibras de vários tipos conforme descrito aqui. Tipicamente, mas não necessariamente, o material de impregnação é uma resina polimérica curável, tal como uma resina de epóxi ou resina de poliéster. Consequentemente, os termos material de impregnação e resina podem ser usados aqui de forma intercambiável, desse modo a palavra resina deve ser interpretada no sentido mais amplo possível, o que inclui outros

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5/16 materiais de impregnação curáveis que são utilizáveis como um agente formador de matriz em conjunção com fibras.

[0018] Conforme usado aqui, o termo transformador de frequência média significa um transformador para uso com uma faixa de frequência a partir de cerca de 1 kHz a cerca de 200 kHz, mais especificamente em uma faixa a partir de cerca de 4 kHz a cerca de 30 kHz. Desse modo, a frequência pode referir-se a uma corrente alternada ou a uma corrente DC pulsada/comutada.

[0019] Conforme usado aqui, o termo muito pouco condutivo refere-se à propriedade condutividade elétrica, ou mais precisamente, à resistência elétrica ou resistividade volumétrica específica de um material usado em uma parede do tanque do transformador, a qual se encontra em uma determinada faixa entre que a condutividade elétrica de um isolador e a de um condutor. Mais precisamente, essa faixa é definida aqui a partir de cerca de 10 Qcm a cerca de 10⁶ Qcm, mais especificamente a partir de cerca de 10² Qcm a cerca de 10⁵ Qcm. Condutividade aqui significa condutividade elétrica, e resistividade significa resistividade elétrica.

[0020] As modalidades apresentadas aqui são descritas principalmente, mas sem intenção limitante, em relação a transformadores de frequência média com isolamento líquido ou em gel e de núcleo seco para aplicação de alta-tensão, ou seja, de cerca de 1 kV e mais. O termo núcleo seco significa que apenas as bobinas (enrolamentos) são imersas no material isolante, enquanto o núcleo se encontra fora do tanque. Tal conceito permite o uso de um transformador compacto que requer uma quantidade mínima de material isolante, tal como um líquido (por exemplo, óleo) ou um gel. Além do baixo peso, isso ajuda a reduzir o risco de fumaça e incêndio. Em tal transformador, o tanque possui basicamente um formato toroidal, ou seja, o tanque forma um circuito em torno de uma parte do

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6/16 núcleo. Para evitar a indução de altas correntes de circuito fechado no tanque, o tanque não deve formar um circuito de alta condutividade elétrica em torno do núcleo, o que exclui a possibilidade de um tanque totalmente metálico, ou mais geralmente altamente condutor.

[0021] Uma opção para lidar com o cenário acima é, por exemplo, a construção de um tanque polimérico a partir de cilindros interno e externo, e de placas superior e inferior. O sistema de isolamento compreende um material isolante, por exemplo, óleo, a parede do tanque como um isolamento sólido, tipicamente um polímero e ar, todos dispostos em série. Sob a tensão de DC, a distribuição do campo elétrico nessas camadas de isolamento é determinada pela magnitude relativa da resistividade elétrica das camadas individuais. Quanto mais alta a resistividade elétrica de uma camada, maior o campo elétrico na mesma. A resistividade elétrica do óleo é em geral menor que a de materiais de isolamento sólido e do ar. Os valores típicos do óleo (a 80° C) são 5 * 10 ¹¹ para 1 * 10¹⁵ Qcm; e para a resina de epóxi enchida (a 80°C), aproximadamente 10¹⁵ Qcm.

[0022] Consequentemente, a resistividade elétrica do óleo, por exemplo, pode ser várias ordens de magnitude menor que a da parede polimérica do tanque e do ar. Neste caso, o campo elétrico se concentrará quase totalmente na parede dielétrica do tanque e/ou no entreferro (quando presente), e não no óleo ou em outro líquido ou gel isolante, o que compromete a ideia do líquido ou gel no tanque ser o material isolante. Com isso, podem ocorrer uma descarga parcial e subsequente ruptura dielétrica da parede e/ou do entreferro. Uma forma de evitar esse problema seria o uso de uma a parede de tanque mais espessa, o que, no entanto, tornaria o tanque oneroso, pesado, inadequado em termos de resfriamento e exigiría um visor do núcleo maior que, por sua vez, aumentaria o custo e o peso do núcleo. A etapa de aumento do entreferro entre o tanque e o núcleo apresenta

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7/16 desvantagens um tanto similares.

[0023] O problema acima pode ser solucionado de forma eficiente por meio de um tanque de acordo com a invenção e das modalidades do mesmo, tanque esse que é moderadamente condutivo (ou seja, muito pouco condutivo) e aterrado. Isso evita a ocorrência de descarga de corona no ar em torno do tanque, bem como ruptura potencial da parede do tanque. Além disso, o campo elétrico permanece, em grande medida, imerso no líquido ou gel do tanque. Uma condutividade elétrica moderada é provida, visto que uma alta condutividade podería provocar a indução de grandes correntes circulares. De acordo com as modalidades da invenção, a parede do tanque é configurada desse modo para ter propriedades muito pouco condutivas. Não é necessário dizer que o modelo e as propriedades individuais desta camada pouco condutiva da parede do tanque podem variar de forma significativa, assim como a resistência específica necessária da camada pouco condutiva da parede do tanque pode variar consideravelmente dependendo do uso específico, do modelo do transformador de frequência média e de outros parâmetros. Em geral, conforme usado aqui, o termo muito pouco condutivo como uma propriedade da camada pode ser interpretado do seguinte modo funcional: A camada pouco condutiva deve ter uma resistência específica que seja alta o suficiente para minimizar as perdas devido a correntes parasitas induzidas na parede do tanque. Uma pessoa versada na técnica entenderá que é possível permitir que essas perdas sejam, neste uso específico, relativamente altas para que uma resistência específica ainda mais baixa do que a descrita aqui possa ser adequadamente empregada. Por outro lado, a resistência específica da camada muito pouco condutiva pode ser projetada para ser - relativamente - mais alta do que aquela que é obtida com os parâmetros definidos aqui, contanto que a

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8/16 condutividade da camada da parede do tanque ainda seja alta o suficiente para a obtenção dos resultados conforme descritos aqui e que foram detalhados acima.

[0024] De acordo com as modalidades, uma camada muito pouco condutiva é provida em um cilindro externo do transformador tanque (a partir de agora chamada de parede do tanque). Desse modo, a parede do tanque inclui uma camada muito pouco condutiva, a qual compreende fibras e um material de impregnação, tipicamente, mas não necessariamente, uma resina. Nas modalidades, as próprias fibras podem ser muito pouco condutivas ou condutivas, e a natureza muito pouco condutiva da camada como um todo (sua condutividade global) é obtida por meio dos parâmetros de combinação das fibras e do material de impregnação, de maneira preferida, da resina que os circunda. Exemplos não limitantes de fibras condutivas ou muito pouco condutivas adequadas são fibras pré-impregnadas muito pouco condutivas, tal como PANI, ou fibras de carbono. Em geral, a condutividade de fibras pode ser controlada e ajustada em uma ampla gama de formas. Como um exemplo, a condutividade global de uma camada de fibras de carbono impregnada com uma resina dielétrica pode estar na faixa de 10 Qcm a 10⁶ Qcm, mais especificamente a partir de cerca de 10² Qcm a cerca de 10⁵ Qcm. Desse modo, a condutividade global da camada muito pouco condutiva pode variar significativamente dependendo, por exemplo, do material e tipo das fibras, da orientação das fibras na camada, da relação de peso na camada entre as fibras e a resina em que elas são embutidas e do número de interseções por unidade de volume entre as fibras individuais da camada, apenas para citar alguns parâmetros usados para variar a condutividade global.

[0025] Consequentemente, exemplos de tipos adequados de fibra e do modelo da camada muito pouco condutiva como um todo,

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9/16 conforme providos aqui, não devem ser interpretados como uma limitação do escopo da presente invenção e uma pessoa versada irá compreender de imediato que existe uma ampla faixa de tipos adequados de fibras muito pouco condutivas ou condutivas dentre os vários materiais com os quais é possível formar camadas muito pouco condutivas adequadas para a parede do tanque de um transformador de acordo com a invenção e as modalidades da mesma. Exemplos detalhados de tipos de fibra e da configuração da camada muito pouco condutiva de acordo com as modalidades da invenção serão providos logo abaixo.

[0026] De acordo com algumas modalidades, apenas uma camada (relativamente fina) sobre a parte interna da parede do tanque é enrolada a partir de fibras condutivas ou muito pouco condutivas, enquanto uma camada de isolamento das fibras isolantes é enrolada em um lado do tanque virado para fora em relação ao volume fechado do tanque que contém o material isolante. As fibras isolantes são mais econômicas e possuem uma alta resistividade elétrica. Neste caso, a fina camada de fibras condutivas ou muito pouco condutivas, que é embutida em um material de impregnação tal como uma resina sobre a parte interna da parede do tanque, é suficiente para prover a propriedade muito pouco condutiva necessária da parede do tanque conforme ilustrado nas modalidades.

[0027] De acordo com as modalidades, pode haver uma camada de fibras condutivas ou muito pouco condutivas impregnadas sobre o interior e também o exterior da parede do tanque, enquanto uma camada entre elas é enrolada a partir de fibras isolantes impregnadas com uma resina, de modo a proporcionar estabilidade mecânica ou física usando o material mais econômico para as fibras isolantes. Exemplos não limitantes de fibras isolantes são fibras de vidro e fibras poliméricas, tais como fibras de poliéster e fibras de aramida.

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10/16 [0028] De acordo com algumas modalidades, as quais podem ser combinadas com outras modalidades descritas aqui, fibras condutivas ou muito pouco condutivas também podem ser usadas na placa superior e na placa inferior do tanque. Desse modo, as placas podem ser, por exemplo, feitas a partir de panos com fibras pré-impregnadas. Assim como o cilindro, pode haver opcionalmente uma combinação de (uma ou mais) camadas muito pouco condutivas formadas a partir de fibras condutivas/muito pouco condutivas embutidas em uma resina, e a partir de fibras isolantes embutidas em uma resina. Em geral, nas modalidades, a parede do canal, que também pode ser chamada de cilindro interno, parede interna do tanque ou parede interna do tanque, também pode apresentar todas essas propriedades, ou seja, propriedade muito pouco condutiva em pelo menos uma camada, na estrutura interna e nos materiais compostos, os quais são descritos aqui em relação à parede (externa) do tanque de acordo com as modalidades. Desse modo, a parede do tanque de acordo com qualquer uma das modalidades descritas aqui pode ser combinada com uma parede do canal que possui as propriedades conforme descritas em qualquer uma das modalidades da parede do tanque apresentadas aqui, e desse modo outras modalidades são criadas.

[0029] De acordo com algumas modalidades, as quais podem ser combinadas com outras modalidades descritas aqui, o tanque não é inteiramente feito a partir de materiais poliméricos e da camada muito pouco condutiva, pois determinadas regiões do tanque podem compreender, por exemplo, um metal para facilitar a transferência de calor do material isolante no tanque para o ambiente. Por exemplo, uma parte da parede do tanque pode ser feita a partir de metal. Desse modo, as partes de metal são tipicamente configuradas para impedir a formação de um circuito fechado em torno do núcleo e de modo a evitar correntes de circuito induzido indesejável mente grandes. Em tal

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11/16 modelo, as outras regiões poliméricas da parede do tanque tipicamente contêm uma ou mais camadas muito pouco condutivas, conforme descrito previamente.

[0030] A figura 1 mostra um transformador 1 de acordo com as modalidades da invenção, o qual compreende um tanque 10 com um volume fechado 11 e um material isolante 13. O tanque 10 possui uma parede (externa) que é tipicamente cilíndrica e, em geral, uma placa inferior 36 e uma placa superior 37. O tanque 10 compreende um canal 25 que se estende através do mesmo a partir da placa inferior 36 até a placa superior 37. De maneira típica, o canal 25 possui uma seção transversal interna basicamente no formato da perna 32 do núcleo 30, ou seja, tipicamente, mas não necessariamente cilíndrica. O interior do canal 25 é separado do volume fechado 11 do tanque 10 pela parede do canal 17. Desse modo, a parede do canal 17 forma a parede cilíndrica interna do tanque 10. O núcleo 30 do transformador 10 é inteiramente provido fora do volume fechado 11, no qual uma perna 32 do núcleo 30 se estende através do tanque 10 pelo canal 25. Na figura 1, duas bobinas (ou enrolamentos) são mostradas. Uma bobina de baixa tensão 50 é enrolada em torno do canal 25 e uma bobina de alta-tensão 52 é enrolada, a uma distância do isolamento, sobre a parte externa da bobina de baixa tensão 50. Tanto a bobina de baixa tensão 50 quanto a bobina de alta-tensão 52 são providas dentro do volume fechado 11 do tanque e imersas no material isolante 13. Ambas as bobinas são providas em torno da perna do núcleo 32 que se estende através do canal 25. Ou seja, as bobinas ficam em contato o material isolante 13 ou imersas no mesmo, enquanto o núcleo 30 e a perna do núcleo 32 ficam em contato com o material isolante 13, visto que eles sãos providos fora do volume fechado 11 do tanque 10.

[0031] A parede do tanque 16 compreende uma camada muito pouco condutiva 40. A camada muito pouco condutiva 40 compreende

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12/16 fibras condutivas ou muito pouco condutivas 42 embutidas em uma resina 44 (para mais detalhes, veja as figuras de 3 a 6 e a descrição relacionada). Desse modo, a condutividade das fibras 42 é escolhida em conjunto com a orientação das fibras 42, e sua percentagem por peso é definida em comparação com a percentagem por peso da resina 44 por unidade de massa da camada muito pouco condutiva 40, durante o processo de modelagem da camada muito pouco condutiva desejada conforme ilustrado nas modalidades. A camada muito pouco condutiva de acordo com as modalidades possui tipicamente uma condutividade global de cerca de 10 Qcm a cerca de 10⁶ Qcm, mais especificamente a partir de cerca de 10² Qcm a cerca de 10⁵ Qcm, porém, valores maiores ou menores também podem ser adequados nas modalidades, dependendo do modelo específico e dos parâmetros operacionais do transformador 1.

[0032] Enquanto, para fins de ilustração, na figura 1 apenas uma perna do núcleo 32 do núcleo 30 é mostrada de maneira esquemática, a figura 2 mostra o mesmo transformador 1 incluindo uma vista em corte transversal do núcleo 30.

[0033] As fibras 42 podem ter em algumas modalidades, em sua direção longitudinal, uma condutividade elétrica relativamente alta. Desse modo, a condutividade total da camada muito pouco condutiva 40 da parede do tanque 16 é determinada parcialmente e, portanto, pode ser controlada, pelo entrelaçamento de fibras individuais, no local em que as fibras 42 estão mais próximas umas das outras. Isso pode ser usado, dentre uma variedade de outros parâmetros, para ajustar amplamente o valor da condutividade da camada muito pouco condutiva 40.

[0034] Por exemplo, as conhecidas fibras de carbono podem exibir uma condutividade na direção de fibra de, por exemplo, 1,7 * 10'³ Qcm para uma fibra de carbono do tipo T300 do fabricante japonês Toray.

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Na região perpendicular às fibras, esse valor pode ser muito menor, por exemplo, aproximadamente um fator de 1000 a menos. As fibras que podem ser usadas nas modalidades são tipicamente aquelas fibras inorgânicas revestidas, por exemplo, fibras de vidro revestidas, ou são fibras poliméricas, por exemplo, PANI ou fibras de carbono, ou também podem ser fibras metálicas.

[0035] No caso em que as fibras 42 escolhidas para a camada muito pouco condutiva 40 são fibras revestidas de acordo com as modalidades, existem várias opções de produtos comerciais disponíveis. Como um exemplo não limitante, a empresa Conductive Composites de Heber City, Utah, USA, fornece fibras revestidas com níquel que são feitas de aramida ou carbono, enquanto a empresa Swicofil a partir da Suíça fornece fibras de vidro revestidas com alumínio. Outro tipo de fibra adequada deriva do campo de aplicações antiestáticas. Neste caso, as fibras são basicamente poliméricas, porém, com partículas antiestáticas embutidas em si. Fibras metálicas finas, como por exemplo, as que são distribuídas pela empresa Bekeart na Bélgica, podem ser localmente usadas para a obtenção da condutividade elétrica necessária. As fibras metálicas podem ser providas em uma combinação, ou seja, misturadas em um feixe com fibras de vidro padrão, o que também é conhecido como um feixe híbrido.

[0036] A ilustração das fibras como pequenos círculos e com dimensões variáveis nas figuras de 3 a 6 é apenas exemplar, não devendo ser, portanto, interpretada como uma descrição ou restrição em relação ao tamanho, formato, orientação, ordem, densidade etc. das fibras nas camadas, nem como uma restrição da natureza das camadas individuais ou descrição de uma diferença entre as camadas. Sendo assim, os parâmetros de disposição das fibras podem ser amplamente variados de acordo com as modalidades.

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14/16 [0037] A figura 3 mostra uma vista detalhada sobre a parede do tanque 16, de acordo com as modalidades, tal como nas figuras 1 e 2 é mostrado na posição marcada pelas setas e A-A. A parede do tanque 16 compreende uma camada muito pouco condutiva 40 que compreende fibras 42 embutidas em um material de impregnação 44.

[0038] A figura 4 mostra uma vista detalhada sobre a parede do tanque 16 de acordo com outras modalidades, como nas figuras 1 e 2 é mostrado na posição marcada pelas setas e A-A. Neste caso, diferentemente da figura 3, a parede do tanque 16 também compreende uma camada 50 de fibras isolantes 52 impregnadas com uma resina 54. Essa camada adicional 50 de fibras isolantes 52 é provida externamente, em relação ao volume fechado 11 do tanque 10, a partir da camada muito pouco condutiva 40.Em geral, conforme descrito aqui, as fibras isolantes podem compreender, na forma de exemplos não limitantes, fibras de vidro e/ou fibras poliméricas, tais como as fibras de poliéster e as fibras de aramida.

[0039] A figura 5 mostra uma vista detalhada sobre a parede do tanque 16, tal como mostrado na figura 3 e a figura 4. No entanto, nesta modalidade, a parede do tanque 16 compreende, diferentemente da figura 4, uma, camada externa adicional muito pouco condutiva 60 que contém fibras 62 e uma resina 64. A camada externa muito pouco condutiva 60 é provida no exterior da camada 50 de fibras isolantes

52.

[0040] Em geral, a condutividade global da(s) camada(s) muito pouco condutiva(s) 40, 60 pode ser configurada para que o aquecimento da parede do tanque 16 por meio de correntes parasitas induzidas seja mantido abaixo de um valor limite definido durante a operação. De maneira preferida, o aquecimento da parede do tanque 16 causado por correntes parasitas deve consumir menos de 0,4 % da energia transmitida pelo transformador, mais tipicamente menos de

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0,2%.

[0041] A figura 6 mostra uma camada muito pouco condutiva similar àquela da figura 4, na qual um condutor metálico 70 é adicionalmente provido na forma de uma tela ou de tiras que são embutidas na parede do tanque 16. Isso pode facilitar a obtenção de um aterramento ôhmico baixo o suficiente para a camada muito pouco condutiva 40, o que deve ser realizado sem a criação de um circuito fechado em torno do núcleo 30 de modo a evitar correntes de circuito induzido. Durante o enrolamento do tanque 10, a tela ou as tiras 70 podem ser aplicadas sobre a camada muito pouco condutiva 40, antes de prosseguir com a camada 50 que compreende fibras isolantes, o que resulta na parede do tanque 16 conforme mostrada na figura 6. As telas ou tiras 70 também podem ser integradas como placas de um modo similar. Em pelo menos uma extremidade, o condutor metálico 70 deve se projetar para além do material composite da parede do tanque 16, tal como é mostrado de maneira esquemática, de modo a formar uma orientação para o contato de aterramento 80, por exemplo.

[0042] Em outras modalidades, a parede do tanque 16 também compreende partes eletricamente condutivas (não mostradas) que compreendem, por exemplo, um metal para estimular a troca de calor entre o tanque 10 e os arredores ou um meio de resfriamento. Desse modo, as partes eletricamente condutivas são configuradas para que haja pelo menos uma lacuna na direção circunferencial em torno da perna do núcleo de modo a evitar um curto-circuito em torno do núcleo do transformador.

[0043] Em algumas modalidades, as quais podem ser combinadas com outras modalidades descritas aqui, o transformador 1 pode ser um transformador trifásico. Nesta modalidade, o tanque 10 pode compreender três canais que se estendem através do tanque 10, e o núcleo compreende três pernas que se estendem através do tanque

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16/16 pelos três canais, respectivamente. A placa superior 37 e a placa inferior 36, neste caso, possuem três aberturas providas para as pernas do núcleo. De maneira alternativa, um transformador trifásico pode ser provido, no qual é disposto um tanque com um canal para cada uma das três pernas do núcleo separadamente.

[0044] Em geral, em todas as modalidades, o material de isolamento do tanque pode compreender um líquido ou gel de isolamento natural ou sintético, como exemplos não limitantes, pelo menos um da lista que consiste em: um óleo mineral, um óleo natural, um óleo de silicone, um gel, um gel preferidamente de silicone, e um fluido de éster. Misturas ou combinações desses materiais também podem ser adequadas.

[0045] A presente invenção foi descrita por meio de exemplos, o que inclui o melhor modo de execução da mesma, e também para permitir que qualquer pessoa versada na técnica pratique a invenção, o que inclui a produção e a utilização de quaisquer dispositivos ou sistemas, bem como a implantação de quaisquer métodos incorporados. Embora várias modalidades específicas tenham sido descritas anteriormente, pessoas versadas na técnica irão compreender que o espírito e escopo das reivindicações possibilitam modificações igualmente eficientes. Especialmente, as características das modalidades descritas acima que não são mutuamente exclusivas podem ser combinadas entre si. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram a pessoas versadas na técnica, exemplos esses que serão incluídos no escopo das reivindicações se possuírem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se incluírem elementos estruturais equivalentes e sem diferenças substanciais em relação à linguagem literal das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Transformador de frequência média (1), caracterizado por compreender:

um tanque (10) que possui um volume fechado (11) com um material isolante (13), o tanque compreendendo pelo menos um canal (25) que se estende através do tanque (10), no qual o interior de pelo menos um canal (25) é separado do volume fechado (11) do tanque (10) por uma parede do canal (17), um núcleo do transformador (30) provido fora do volume fechado (11), que compreende pelo menos uma perna do núcleo (32) que se estende através do tanque (10) por pelo menos um canal (25),

- pelo menos uma bobina (50, 52) localizada dentro do volume fechado (11), pelo menos uma bobina (50, 52) sendo enrolada em torno de pelo menos um canal (25), no qual o tanque (10) possui uma parede do tanque (16, 17) que compreende uma camada muito pouco condutiva (40) que compreende fibras (42) embutidas em um material de impregnação (44).
2. Transformador de frequência média (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada muito pouco condutiva (40) possui uma condutividade global em uma faixa de cerca de 10 Qcm a cerca de 10⁶ Qcm.
3. Transformador de frequência média (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a parede do tanque (16, 17) também compreende uma camada (50) que compreende fibras isolantes (52).
4. Transformador de frequência média (1) de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a camada muito pouco condutiva (40) é provida sobre a parte interna da parede do

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2/4 tanque (16, 17), e uma camada (50) que compreende fibras isolantes (52) é provida fora da camada muito pouco condutiva (40).
5. Transformador de frequência média (1) de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a parede do tanque (16, 17) compreende uma camada (50) que possui fibras isolantes (52), com uma camada externa muito pouco condutiva (60) provida fora da camada (50) que compreende fibras isolantes (52), e uma camada muito pouco condutiva (40) provida sobre uma parte interna da camada (50) que compreende fibras isolantes (52).
6. Transformador de frequência média (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a condutividade de pelo menos uma da camada muito pouco condutiva (40) e da camada externa muito pouco condutiva (60) é configurada para que o aquecimento da parede do tanque (16, 17) por meio de correntes parasitas seja mantido abaixo de um valor limite definido durante a operação do transformador (1).
7. Transformador de frequência média (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a camada muito pouco condutiva (40) compreende pelo menos uma dentre: fibras inorgânicas, fibras poliméricas, fibras metálicas, fibras revestidas e combinações das mesmas.
8. Transformador de frequência média (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a parede do tanque (16, 17) também compreende uma parte eletricamente condutiva (70) compreendendo metal para estimular a troca de calor entre o tanque (10) e os arredores ou um meio de resfriamento.
9. Transformador de frequência média (1) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a parte eletricamente condutiva (70) é configurada para que haja pelo menos uma lacuna na

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3/4 direção circunferencial em torno da perna do núcleo (32), de modo a evitar um curto-circuito em torno da perna do núcleo (32).
10. Transformador de frequência média (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, que é um transformador trifásico, caracterizado pelo fato de que o tanque (10) compreende três canais (25) que se estendem através do tanque (10), e no qual o núcleo (30) compreende três pernas (32) que se estendem através do tanque (10) pelos três canais (25).
11. Transformador de frequência média (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a parede do tanque (16, 17) é pelo menos uma de uma parede externa do tanque (16), uma parede interna do tanque (17) e uma parede interna do tanque (17) sendo formada por uma parede do canal (17) do canal (25).
12. Transformador de frequência média (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o material isolante (13) no tanque (10) compreende um líquido de isolamento natural ou sintético, ou um gel de isolamento natural ou sintético.
13. Transformador de frequência média (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o tanque (10) compreende um contato de aterramento (80) para conectá-lo ao chão, o contato de aterramento (80) estando eletricamente conectado a pelo menosuma da camada muito pouco condutiva (40) e uma parte eletricamente condutiva (70).
14. Transformador de frequência média (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de possuir uma placa superior (37) e uma placa inferior (36), com cada uma compreendendo uma camada muito pouco condutiva (40) que compreende fibras (42) embutidas em um material de impregnação

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4/4 (44).
15. Transformador de frequência média (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por ser um transformador de frequência média para uso em uma faixa de frequência a partir de 1 kHz a 200 kHz.