BR112020009851A2

BR112020009851A2 - método de produção de espaçadores para uma unidade de enrolamento e espaçadores resistentes a tensão para transformadores de resina fundida

Info

Publication number: BR112020009851A2
Application number: BR112020009851-5A
Authority: BR
Inventors: Andre Luiz Moreno; Martin Alsina Navarro; Richard Sille
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2020-11-03
Also published as: CN111372744B; EP3684579A1; CA3083661A1; WO2019101459A1; PL3684579T3; EP3684579B1; CN111372744A; CA3083661C; MX2020005176A; ES2930120T3; DE102017220781A1; PT3684579T; DE102017220781B4; BR112020009851A8; US20200357567A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um método de produção de espaçadores (10) mais econômico e de melhor qualidade para uma unidade de enrolamento (21) de um dispositivo elétrico de alta tensão, no qual pelo menos dois componentes de partida (A, B) são misturados juntos em uma câmara de mistura (4) a vácuo de modo a formar uma mistura de componentes, a mistura de componentes é transferida para um alojamento de extrusão (5), igualmente a vácuo, de um extrusor no qual um meio de transporte (6, 18) é disposto e que é equipado com um bocal (7) que delimita uma abertura de saída (20), e o extrusado que sai do bocal é curado por meio da adição de calor em um vácuo a fim de se obter os espaçadores (10).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTO-

DO DE PRODUÇÃO DE ESPAÇADORES PARA UMA UNIDADE DE ENROLAMENTO E ESPAÇADORES RESISTENTES A TENSÃO PARA TRANSFORMADORES DE RESINA FUNDIDA".

[0001] A presente invenção refere-se a um método de produção de espaçadores para uma unidade de enrolamento de um dispositivo elétrico de alta tensão.

[0002] Um dispositivo elétrico de alta tensão é conhecido tal como apresentado na Patente EP 2433289 B1. Nessa patente, é descrito um "transformador do tipo seco", tendo uma unidade de enrolamento equipada com dois enrolamentos concentricamente dispostos um com relação ao outro. Os dois enrolamentos são mutuamente conectados de maneira indutiva por meio de um núcleo de ferro magnetizável, sendo que o enrolamento externo é qualificado para tensões mais al- tas, e, por conseguinte, é descrito como o enrolamento de tensão mais alta. Uma tensão de entrada que é aplicada ao enrolamento de tensão mais alta gera uma corrente de indução, que induz uma tensão de saí- da no enrolamento de tensão mais baixa que, entre outras coisas, é dependente da relação de voltas entre os enrolamentos de tensão mais alta e de tensão mais baixa. Para o isolamento elétrico dos enro- lamentos, os enrolamentos de tensão mais baixa ficam dispostos em um corpo isolante sólido de um polímero curado tal como, por exem- plo, uma resina de epóxi.

[0003] Na produção da unidade de enrolamento tal como conheci- da, os enrolamentos são primeiramente posicionados um com relação ao outro por meio do emprego de "espaçadores", e são, em seguida, encapsulados em uma resina líquida. A fim de impedir qualquer inclu- são de umidade ou ar no corpo isolante, a fundição e a cura do dito corpo isolante se processa em um forno a vácuo. Durante a fundição, os espaçadores permanecem na resina líquida, e, por consequência,

formarão um elemento constituinte do corpo de enrolamento também para a cura da resina. Torna-se, portanto, essencial para a resistência dielétrica do corpo de enrolamento que os espaçadores sejam também construídos livres de qualquer inclusão de ar, uma vez que o risco de uma descarga parcial poderia, de outra maneira, se apresentar, o que, reduziria, de maneira drástica, a resistência dielétrica do corpo de en- rolamento.

[0004] É, portanto, comum que os espaçadores sejam igualmente produzidos por meio de uma fundição em molde a vácuo. No entanto, esse processo de produção é complexo, particularmente no que diz respeito ao número de peças comparativamente alto de espaçadores necessário no interior de uma unidade de enrolamento.

[0005] O objeto da presente invenção é, por conseguinte, a provi- são de um método do tipo acima mencionado que seja simples e eco- nômico.

[0006] De acordo com a presente invenção, esse objeto é atendido por um método do tipo acima mencionado, no qual pelo menos dois componentes de partida são misturados juntos em uma câmara de mistura a vácuo de modo a formar uma mistura de componentes. À mistura de componentes é transferida para um alojamento de extrusão de um extrusor, que fica igualmente a vácuo, no qual um meio de transporte é disposto, e que é equipado com um bocal que delimita uma abertura de saída. Um extrusado que sai do bocal é curado por meio da aplicação de calor em um vácuo, a fim de se obter os espaça- dores.

[0007] De acordo com a presente invenção, é provido um método de produção de espaçadores de uma boa relação custo benefício, e que é simultaneamente adequado para uma produção em massa. O método de produção é basicamente executado apenas em um vácuo, de tal maneira que os espaçadores possam ser produzidos sem ne-

nhuma inclusão de ar e livres de qualquer umidade. No contexto da presente invenção, é empregado um extrusor, tendo um alojamento de extrusão com um bocal que delimita uma abertura de saída adequa- damente configurada. Dentro do alojamento de extrusão, é disposto um meio de transporte que comprime a mistura de componentes mol- dáveis através de uma abertura de saída do bocal. O extrusado de sa- ída, por exemplo, cordiforme, pode ser cortado de modo a formar os desejados espaçadores acabados por meio de uma ferramenta de cor- te apropriada. Dito de outra maneira, os elementos pré-formados e cu- rados da mistura de componentes ficam presentes no alojamento de extrusão de tal maneira que o corte não se torne de forma alguma ne- cessário.

[0008] Tal como acima descrito, o extrusado que é disposto no alojamento de extrusão é ainda moldável. Por exemplo, o extrusado no alojamento de extrusão é ainda líquido. Em outras palavras, a mistura de componentes poderá ser também parcialmente curada. Desta for- ma, a mistura de componentes, por exemplo, poderá compreender monômeros que já se encontram reagidos com outros monômeros, e monômeros que ainda não passaram por esse processo. Naturalmen- te, é igualmente possível que os monômeros empregados compreen- dam uma pluralidade de sítios de reação, sendo que nem todos os sí- tios de reação terão reagido até aquele momento. Em outras palavras, uma polimerização ainda não se encontra finalizada. Desta maneira, o extrusado, que assume um "estado B", poderá reter a sua moldabili- dade.

[0009] Como um meio transportador para a compressão do extru- sado para fora do alojamento de extrusão, qualquer meio transporta- dor, por exemplo, um parafuso sem fim ou um pistão, poderá ser con- siderado.

[0010] A princípio, o emprego de um conhecido método de extru-

são para a produção de espaçadores no campo dos dispositivos de alta tensão é incomum no sentido de que é também possível que o corpo isolante no qual os espaçadores são encapsulados em seguida não seja produzido por tal método. A produção de um espaçador por meio de um método de extrusão em um vácuo, no qual o espaçador é, em seguida, disposto em um corpo isolante que é produzido por meio de fundição em molde, não é óbvia. A presente invenção permite que os custos de produção para o espaçador, e, por conseguinte, para a unidade de enrolamento como um todo, sejam drasticamente reduzi- dos.

[0011] De acordo com a presente invenção, o extrusado que sai é aquecido a vácuo. Por meio desse aquecimento, a polimerização é finalizada.

[0012] De acordo com um outro desenvolvimento vantajoso da presente invenção, por exemplo, um elemento de aquecimento na forma de um forno de aquecimento é disposto no circuito inferior do alojamento de extrusão, por meio do qual, por exemplo, a mistura de componentes cordiformes que sai do extrusor se submete a um aque- cimento, de tal maneira que a polimerização da mistura de componen- tes seja iniciada ou finalizada. Uma reação, em última instância, se processa nos sítios de reação livre, de tal modo que a desejada estru- tura em malha do polímero seja constituída.

[0013] De acordo com um outro desenvolvimento apropriado da presente invenção, a mistura de componentes, antes da transferência da mesma para o alojamento de extrusão, é parcialmente curada em um molde. No contexto da presente invenção, tal como acima mencio- nado, é igualmente possível que a mistura de componentes seja cura- da na qual, ou por meio da seleção apropriada de componentes ou por meio da adição de um catalisador químico, o processo de polimeriza- ção é iniciado. Desta maneira, por exemplo, um componente A é um monômero, cuja polimerização pode ser iniciada por meio da adição de um outro componente B. A reação se processa até que um tal tem- po como um "estado B" da mistura de componentes seja atingido, em cujo tempo a mistura de componentes atinge um grau de solidez, mas que ainda é suscetível à deformação por parte do extrusor. A mistura de componentes, por exemplo, poderá, portanto, ser curada em um molde ou em um elemento de fundição, e a peça moldada resultante será, em seguida, introduzida no extrusor, cujo meio de transporte, nesse caso, irá comprimir a peça formada curada através da abertura de saída, com o resultado do que um formato desejado poderá ser im- posto com relação à mistura de componentes ou com relação ao ex- trusado. Uma cura completa será obtida por meio da aplicação de ca- lor em um vácuo.

[0014] De maneira apropriada, após o corte, os espaçadores são armazenados a vácuo a uma temperatura de cura predefinida por um período de tempo predefinido. Desta maneira, ficará mais certo ainda que qualquer inclusão de ar nos espaçadores não seja possível. Um armazenamento a vácuo poderá ser executado em apropriados espa- ços de armazenamento que ficam dispostos, por exemplo, no circuito inferior de uma unidade de corte. Um vácuo é aplicado à câmara de armazenamento.

[0015] Com vantagem, os componentes de partida, antes da mis- tura dos mesmos, são transferidos para um alojamento de componen- tes, no qual um vácuo é, em seguida, aplicado, sendo que cada aloja- mento de componentes é conectado, no lado de saída, a uma câmara de mistura. A partir do alojamento de componentes, os componentes entram em uma câmara de mistura que é equipada, por exemplo, com ferramentas de agitação ou de mistura a fim de garantir uma ótima mistura de componentes. A partir da câmara de mistura, a mistura de componentes finalmente entra no alojamento de extrusão, e fora do qual a mistura é comprimida através do bocal pelo meio de transporte.

[0016] A presente invenção se refere ainda a uma unidade de en- rolamento para um dispositivo elétrico de alta tensão que é configura- do, por exemplo, como uma bobina de estrangulamento de alta tensão ou como um transformador de alta tensão. Tal como acima menciona- do, a unidade de enrolamento compreende pelo menos um enrolamen- to, sendo que os condutores de enrolamento do enrolamento são pelo menos parcialmente mantidos na posição desejada por meio dos es- paçadores acima mencionados. Os condutores de enrolamento, por exemplo, podem ser mantidos a uma distância um do outro na direção radial, axial ou longitudinal do enrolamento por meio de espaçadores em forma de pente.

[0017] Obviamente, no contexto da presente invenção, é igual- mente possível que a unidade de enrolamento compreenda pelo me- nos dois enrolamentos cilíndricos ocos dispostos concentricamente um com relação ao outro. A função dos espaçadores é estabelecer a ori- entação dos enrolamentos um com relação ao outro antes de os enro- lamentos serem encapsulados em um meio isolante líquido. O encap- sulamento se processa em um molde apropriado dentro de um forno a vácuo de tal modo que qualquer inclusão de ar seja mais uma vez im- pedida. O vácuo também garante que o isolamento dos condutores de enrolamento permaneça livre de umidade.

[0018] De acordo com uma configuração preferida da presente in- venção, a unidade de enrolamento compreende um enrolamento de tensão mais alta e um enrolamento de tensão mais baixa que são con- centricamente dispostos um com relação ao outro, sendo que os es- paçadores se estendem pelo menos parcialmente entre os enrolamen- tos de tensão mais baixa e de tensão mais alta. Desta maneira, faz-se possível a orientação concêntrica dos enrolamentos durante o encap- sulamento.

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[0019] É, além disso, vantajoso quando os espaçadores e o corpo isolante são feitos do mesmo material.

[0020] Outras configurações e vantagens apropriadas da presente invenção são a matéria da descrição a seguir de modalidades exem- plares da presente invenção, com referência às figuras de desenho, em cujas figuras os componentes que funcionam de maneira idêntica são identificados com os mesmos numerais de referência, e nas quais:

[0021] A Figura 1 mostra uma ilustração esquemática de uma pri- meira modalidade exemplar do método de acordo com a presente in- venção,

[0022] A Figura 2 mostra uma representação esquemática de uma outra modalidade exemplar do método de acordo com a presente in- venção,

[0023] A Figura 3 mostra uma vista superior esquemática de uma modalidade exemplar de uma unidade de enrolamento de acordo com a presente invenção, e

[0024] As Figuras 4 e 5 mostram modalidades exemplares de es- paçadores produzidos de acordo com a presente invenção.

[0025] A Figura 1 mostra um aparelho 24 para a execução de uma variante do método de acordo com a presente invenção. Primeiramen- te, dois componentes A e B são respectivamente dispensados dentro de um alojamento de componentes 2 ou 3. Em seguida, por meio de um aparelho de vácuo 1.1 e de um aparelho de vácuo 1.2, um vácuo é gerado em cada alojamento de componentes 2 ou 3. Em outras pala- vras, o ar que inicialmente ocupa o espaço de gás acima do compo- nente líquido A é extraído até que uma pressão de gás inferior a 10 milibares seja atingida. Os aparelhos de vácuo 1.1 e 1.2 compreendem uma bomba de vácuo. Quando a bomba de vácuo é desligada, um equilíbrio de pressão de vapor dependente da temperatura do compo- nente A ou do componente B é estabelecido. A umidade, e, principal-

mente, o ar, são removidos dos alojamentos de componentes 2 e 3. Em seguida, por meio das linhas de alimentação representadas, os componentes A e B são transferidos para uma câmara de mistura 4 equipada com uma apropriada ferramenta de agitação, que não se en- contra esquematicamente representada. Na câmara de mistura, os componentes A e B são misturados juntos de modo a constituir uma mistura de componentes.

[0026] A mistura de componentes passa da câmara de mistura 4 para dentro de um alojamento de extrusão 5 de um extrusor, no qual um vácuo também prevalece. No alojamento de extrusão 5, é disposto um meio de transporte sob a forma de um parafuso sem fim 6, que as- sume um movimento rotativo por meio de uma unidade de transmissão elétrica que não se encontra esquematicamente representada. A mis- tura de componentes que se localiza no alojamento de extrusão 5 é deste modo comprimida através de uma abertura de saída de um bo- cal 7, cuja abertura de saída não se encontra esquematicamente re- presentada, e é disposta na extremidade do alojamento de extrusão 5, extremidade essa afastada da câmara de mistura 4. O alojamento de extrusão 5 se estende em uma direção longitudinal e é configurado com um interior oco.

[0027] Um extrusado que sai do bocal 7, em seguida, se submete a um aquecimento no interior de um elemento de aquecimento 8, de tal modo que a polimerização da mistura de componentes seja incitada a avançar mais ainda, e a mistura de componentes é, em termos práti- cos, totalmente curada. Obviamente, um vácuo também predomina no interior do elemento de aquecimento 8. Um extrusado que sai do bocal 7 é configurado com um formato cordiforme. Uma unidade de corte 9 é, nesse caso, disposta no circuito inferior do elemento de aquecimen- to 8, que corta o material em um formato cordiforme nos desejados espaçadores 10, a vácuo. Os espaçadores 10 são, em seguida, arma-

zenados em uma câmara de armazenamento 11 por um período de tempo predefinido, por exemplo, duas horas, a uma temperatura da ordem de 20 a 80 graus. Um vácuo é aplicado à câmara de armaze- namento 11 por meio do aparelho de vácuo 1.3.

[0028] A Figura 2 ilustra uma outra variante do método de acordo com a presente invenção. Nessa situação, mais uma vez, dois compo- nentes A e B são dispensados dentro de um alojamento de componen- tes 2 ou 3, sendo que um vácuo é, mais uma vez, aplicado aos aloja- mentos de componentes 2 e 3 por meio do aparelho de vácuo 1.1 ou

1.2. Desta maneira, qualquer ar presente é removido até que o espaço de gás acima dos componentes líquidos fique, na prática, totalmente cheio com o componente gasoso A ou B. Os componentes A e B são, mais uma vez, misturados juntos na câmara de mistura 4, a partir de cujo momento, no estado líquido, a mistura entrará em um molde 16 que é disposto em uma câmara de cura 15. Um vácuo é aplicado à câmara de cura 15 por meio do aparelho de vácuo 1.4. Opcionalmen- te, a câmara de cura é equipada com um elemento de aquecimento, cujo ajuste será tal que a mistura de componentes disposta no molde seja convertida para um "estado B", no qual a mistura de compo- nentes passa a assumir um grau de solidez, mas que ainda assim é suscetível a uma deformação por parte do extrusor.

[0029] A mistura de componentes curada, no estado B, é, em se- guida, transferida para uma câmara de admissão 17, à qual um vácuo é, mais uma vez, aplicado por meio do aparelho de vácuo 1.5. A câma- ra de admissão 17 é conectada ao alojamento de extrusão 5 do extru- sor por meio de uma linha de conexão 19. Em outras palavras, um vá- cuo é também aplicado ao alojamento de extrusão 5. Como um meio de transporte 18, nesse caso, é provido um pistão de extrusão, cujo pistão comprime o bloco de misturas de componentes que é introduzi- do a partir da câmara de admissão 17 para o alojamento de extrusão 5 ou, em outras palavras, comprime a mistura de componentes pré- formada no estado B, através da abertura de saída 20 do bocal 7.

[0030] Um extrusado que sai do bocal 7 mais uma vez se submete a um aquecimento por meio de um elemento de aquecimento 8, e é, por conseguinte, mais ainda curado, sendo que, por meio de uma fer- ramenta de corte apropriada 9, os desejados espaçadores 10 são pro- duzidos, os quais são armazenados em uma câmara de armazena- mento 11 por um período de tempo predefinido a uma temperatura predefinida. Um vácuo adequado é gerado na câmara de armazena- mento 11 por meio do aparelho de vácuo 1.3.

[0031] A Figura 3 mostra uma modalidade exemplar de um corpo de enrolamento 21 de acordo com a presente invenção, cujo corpo compreende um enrolamento de tensão mais baixa anular 12, e um enrolamento de tensão mais alta 13, sendo que o enrolamento 12 en- cerra a total circunferência do enrolamento 13. O enrolamento de ten- são mais baixa 12 e o enrolamento de tensão mais alta 13 são con- centricamente dispostos um com relação ao outro. Para esse fim, os enrolamentos de tensão mais baixa e de tensão mais alta 12 e 13 são encapsulados em um material isolante, por exemplo, uma resina, em um estado líquido. O material isolante 14 é, em seguida, curado em um forno a vácuo. A fim de manter a disposição mutuamente concên- trica dos enrolamentos de tensão mais baixa e de tensão mais alta 12 e 13 durante um encapsulamento, são providos espaçadores 10 que se estendem em um padrão radiante ou radial entre os enrolamentos de tensão mais baixa e de tensão mais alta 12 e 13.

[0032] A Figura 4 mostra uma modalidade exemplar de um espa- çador 10 produzido pelo método de acordo com a presente invenção, cujo espaçador, na modalidade exemplar representada na Figura 4, constitui uma "estrutura de pente", na qual membros separados 22 se projetam a partir de uma manta comum 23. Os condutores de enrola-

mento de uma camada de enrolamento poderão, desta maneira, ser acomodados entre os membros 22. Por meio da manta 23, as cama- das de enrolamento que são dispostas umas sobre as outras ficam espaçadas umas das outras na direção longitudinal.

[0033] A Figura 5 mostra uma outra modalidade exemplar de um espaçador 10 antes do corte, cujo espaçador se encontra configurado com um "perfil em |".

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de produção de espaçadores (10) para uma uni- dade de enrolamento (21) de um dispositivo elétrico de alta tensão, caracterizado pelo fato de que: - pelo menos dois componentes de partida (A, B) são mistu- rados juntos em uma câmara de mistura (4) a vácuo de modo a formar uma mistura de componentes, - a mistura de componentes é transferida para um aloja- mento de extrusão (5) de um extrusor, que fica igualmente a vácuo, no qual um meio de transporte (6, 18) é disposto e que é equipado com um bocal (7) que delimita uma abertura de saída (20), e - um extrusado que sai do bocal é curado por meio da apli- cação de calor em um vácuo a fim de se obter os espaçadores (10).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: - um extrusado que sai do extrusor se submete a um aque- cimento a vácuo por meio de um elemento de aquecimento (8) que é disposto no circuito inferior do extrusor.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri- zado pelo fato de que: - a mistura de componentes, antes da transferência da mesma para o alojamento de extrusão (5), é parcialmente ativada em um molde (15).

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: - os espaçadores (10) são armazenados a vácuo a uma temperatura de cura predefinida por um período de tempo predefinido.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que: - os componentes de partida, antes da mistura dos mes-

mos, são transferidos para um associado alojamento de componentes (2, 3), em cujo alojamento de componentes (2, 3) um vácuo é aplicado, sendo que cada alojamento de componentes (2, 3) é conectado, no lado de saída, à câmara de mistura (4).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que: - um extrusado que sai do bocal (7) é cortado dentro dos espaçadores por meio de uma ferramenta de corte (9) a vácuo.

7. Unidade de enrolamento (21) para um dispositivo elétrico de alta tensão, caracterizado pelo fato de que possui pelo menos um enrolamento (12, 13) e espaçadores (10) que são produzidos por um método como definido em qualquer uma das reivindicações preceden- tes.

8. Unidade de enrolamento (21), de acordo com a reivindi- cação 7, caracterizado pelo fato de que: - a unidade de enrolamento (21) compreende um enrola- mento de tensão mais alta (13) e um enrolamento de tensão mais bai- xa (12), que são concentricamente dispostos um com relação ao outro, sendo que os espaçadores (10) se estendem entre os enrolamentos de tensão mais alta e de tensão mais baixa (12, 13).

9. Unidade de enrolamento (21), de acordo com a reivindi- cação 8, caracterizado pelo fato de que: - os espaçadores (10) são encapsulados em uma massa de moldagem (14).

10. Unidade de enrolamento (21), de acordo com a reivindi- cação 9, caracterizado pelo fato de que: - cada espaçador (10) e a massa de moldagem (14) são fei- tos do mesmo material isolante.