BR112020022996A2

BR112020022996A2 - isolante com gradiente de resistividade

Info

Publication number: BR112020022996A2
Application number: BR112020022996-2A
Authority: BR
Inventors: Olof Hjortstam; Henrik Lofas; Henrik Hillborg; Nils Lavesson; Magnus Svanberg
Original assignee: Abb Power Grids Switzerland Ag
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2021-02-02
Also published as: BR112020022996A8; US20210272723A1; EP3591672B1; CN112384997B; CN112384997A; JP7499190B2; EP3591672A1; JP2021534536A; WO2020007871A1; US11798711B2

Abstract

  ISOLANTE COM GRADIENTE DE RESISTIVIDADE. A presente invenção refere-se a um isolante composto (1), e a um método para produzir o mesmo. O isolante composto (1) compreende um núcleo alongado isolante (2), uma camada protetora (3) circundando o núcleo alongado (2), a camada protetora (3) compreendendo uma superfície externa (4) com um perfil de shed, e uma camada de primer adesiva (5) disposta entre o núcleo alongado (2) e a camada protetora (3) para aderir a camada protetora (3) no núcleo alongado (2), a camada de primer adesiva (5) compreendendo um agente de acoplamento (6) e partículas (7) de um material de baixa resistividade. O método para produzir um isolante composto (1) compreende: preparar uma primeira solução compreendendo um solvente, um agente de acoplamento (6) e partículas (7) de um material de baixa resistividade, aplicar a primeira solução em pelo menos uma parte de uma superfície de envelope de um núcleo alongado isolante (2) e assim formar uma ou mais primeiras camadas de primer adesivas (5); e aplicar uma camada protetora (3) na primeira camada de primer adesiva (5) no núcleo alongado (2), em que a camada protetora (3) compreende uma superfície externa (4) com um perfil de shed.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “ISOLANTE COM GRADIENTE DE RESISTIVIDADE”.

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se a um isolante composto e um método para produzir o mesmo.

ANTECEDENTES

[0002] Um tipo de isolante frequentemente usado, são os isolantes de núcleo oco, consistindo de um núcleo cilíndrico ou alongado afunilado de epóxi reforçado com fibra, combinado com um alojamento de borracha de silicone exibindo vários tipos de perfis de “shed”. As duas extremidades de um isolante separam duas tensões diferentes, por exemplo, aterramento e tensão de sistema de CD. Sob tensão de CD, a distribuição de campo elétrico dentro e em torno de isolantes compostos depende da resistividade e do formato geométrico de todos os materiais de isolamento, incluindo o ar circundante. Os “sheds” são projetados para aumentar a distância de descarga elétrica superficial ao longo do isolante. No entanto, variações locais no campo elétrico nos isolantes podem levar a descargas parciais quando trajetórias de fuga se desenvolvem, o que reduz a vida útil dos materiais nos isolantes ou resultados em uma falha catastrófica final do isolante devido à descarga elétrica superficial ou perfuração do isolante.

[0003] Isolantes de alta tensão, por exemplo, podem usar eletrodos de blindagem fixados nos encaixes de transporte de tensão para evitar aumentos no campo elétrico nas extremidades dos encaixes.

[0004] US 2011/0017488 A1 explica que os materiais de um isolante são severamente carregados por uma distribuição não homogênea de um campo elétrico sobre sua superfície. Uma das razões é a configuração estrutural do isolante. Particularmente, na área dos encaixes, a intensidade do campo varia devido à transição dos materiais isolantes dos “sheds” e do núcleo isolante pra um material metálico, devido à transição para o potencial de terra na trave de mastro, torre ou poste e o potencial de condutor, onde os cabos condutores são fixados. A fim de impedir uma perturbação de campo local causado desse modo, em particular picos de intensidade de campo, é possível usar o assim chamado controle de campo geométrico. A geometria das peças de trabalho, em particular partes vivas, é suavizada arredondando cantos e bordas. O documento mostra um isolante composto, compreendendo um núcleo, uma camada protetora circundando o núcleo, e uma camada de controle de campo disposta entre o núcleo e a camada protetora em pelo menos uma seção do isolante. A camada de controle de campo tem um estrato com um comprimento, e a camada de controle de campo contém uma proporção de partículas, como um enchimento, influenciando um campo elétrico do isolante. A proporção das partículas influenciando o campo elétrico difere sobre o comprimento do estrato. A camada de controle e campo é em geral composta do mesmo material que a camada protetora que a cobre.

[0005] DE10201210137 A1 descreve que revestimentos localizados ou revestimentos de materiais isolantes, tais como polímeros, podem ser aplicados como camadas de controle de campo com intercalações de materiais dielétricos e/ou ferroelétricos como um meio de homogeneizar o campo elétrico e evitar perturbação de campo local. O documento discute usando técnicas de revestimento de plasma que permite que um material resistivo ou uma mistura de materiais resistivos seja aplicado diretamente no núcleo de um isolante composto e também estruturas geométricas da camada de controle de campo, tais como listras.

[0006] Os métodos de produção de isolantes com camadas de controle de campo exigem muitas etapas que são demoradas e podem ser dispendiosos em termos de tempo e equipamento necessário.

SUMÁRIO

[0007] É um objetivo da presente invenção superar pelo menos parcialmente os problemas acima, e fornecer um isolante composto melhorado.

[0008] A presente descrição visa fornecer um isolante composto com um tempo e processo de fabricação econômico e que exibe propriedades desejadas em robustez e o perfil de campo elétrico.

[0009] Este objetivo é alcançado pelo dispositivo como definido na reivindicação 1 e o método definido na reivindicação 13.

[0010] De acordo com uma modalidade da descrição, compreende um isolante composto, compreendendo um núcleo alongado isolante, uma camada protetora circundando o núcleo alongado, a camada protetora compreendendo uma superfície externa com um perfil de “shed”, e uma camada de primer disposta entre o núcleo alongado e a camada protetora para aderir a camada protetora no núcleo, a camada de primer adesiva compreendendo um agente de acoplamento e partículas de um material de baixa resistividade. Em outras palavras, a camada de primer adesiva, que fornece robustez ao isolante fornecendo uma boa adesão entre o núcleo e a camada protetora, também é uma camada de controle de campo elétrico. A camada protetora é de um material de alta resistividade. Um isolante composto é fornecido, que exibe simultaneamente uma baixa resistividade/resistência na base e alta resistividade nas pontas de “shed” também fornece uma estrutura robusta que é fácil de fabricar. Em outras palavras, a resistividade é diminuída axialmente, mas mantida alta onde a camada protetora encontra ar. Isto levará a uma distribuição mais homogênea de campo elétrico sob estresse CD e, portanto maior resistência dielétrica. O campo elétrico para os arredores assim é controlado com a ajuda de correntes de fuga o sistema projetando uma corrente de fuga axialmente.

[0011] De acordo com alguns aspectos, o isolante composto é para aplicações de corrente contínua de alta voltagem, HVDC, e em que as partículas de um material de baixa resistividade são distribuídas em toda camada de primer adesiva. Sob estresse CD tal camada de baixa resistividade causará uma corrente de fuga bem controlada ao longo da direção axial da camada de primer. A corrente de fuga fornecerá uma distribuição de campo controlada ao longo da direção axial do isolante. Uma distribuição de campo pode contribuir para uma redução do estresse elétrico máximo. Reduzindo o estresse elétrico máximo, o dispositivo se torna mais confiável.

[0012] De acordo com alguns aspectos, as partículas de um material de baixa resistividade são distribuídas uniformemente em toda a camada de primer adesiva. Isto simplifica o processo de fabricação desde que a camada de primer adesiva pode ser aplicada da mesma maneira sobre o núcleo todo. Por exemplo, a camada de primer adesiva pode ser aplicada em uma solução pintando, mergulhando, ou pulverizando todo o núcleo alongado e então evaporando o solvente. Uma distribuição de partícula uniforme fornecerá uma distribuição de campo mais homogênea ao longo da direção axial do isolante, comparada com uma distribuição desigual.

[0013] De acordo com alguns aspectos, pelo menos parte da camada de primer adesivo compreende as partículas de material de baixa resistividade e pelo menos parte da camada de primer adesiva está livre das partículas de um material de baixa resistividade. Nas extremidades do isolante, onde os encaixes podem estar dispostos, pode existir uma transição de material isolante para um material metálico, uma transição de potencial de terra ou uma transição para um potencial condutor. Nesta área, a intensidade de campo elétrico em um isolante é especialmente afetada. Usando uma camada de primer adesiva infundida com partículas de um material de baixa resistividade nesta área estabiliza o campo elétrico e reduz descargas.

[0014] De acordo com alguns aspectos, em que a resistividade de superfície da camada de primer adesiva compreendendo partículas de um material de baixa resistividade está entre 108 e 1014 /quadrado, e de preferência1010 e 1012 /quadrado. A resistividade total é, de acordo com alguns aspectos, entre 109 e 1015 , de preferência 1011 e 1013 .

[0015] De acordo com alguns aspectos, as partículas do material de baixa resistividade compreendem partículas de qualquer um de, ou uma combinação de: Cr2O3, óxidos de ferro, tais como Fe2O3 ou Fe3O4, TiO2, ZnO, microvaristores ZnO, SiC, CuO, Negro de Fumo, grafeno/óxido de grafite e grafeno/óxido de grafite termicamente reduzido. A combinação específica será baseada na resistividade desejada da camada adesiva final.

[0016] De acordo com alguns aspectos, a proporção de partículas de um material de baixa resistividade na camada de primer adesiva é lata bastante para criar uma rede de partícula percolada e <40% em volume. Deve ser notado que este valor é para a camada de primer adesiva seca e não logo depois da aplicação dela, quando a camada de primer adesiva ainda não foi seca.

[0017] De acordo com alguns aspectos, a camada de primer adesiva tem uma espessura entre 0,01 e 500 micrometros, e de preferência entre 0,1 e 100 micrometros. Deve ser notado que isto também, é um valor para amada de primer adesiva, isto é, espessura e película seca. Existe uma relação entre a espessura da camada de primer adesiva e a proporção de partículas de um material de baixa resistividade. Para atingir um perfil de campo elétrico desejado para o isolante, uma camada fina com uma proporção maior de partículas pode fornecer o mesmo perfil de campo elétrico que uma camada mais espessa cm uma proporção menor de partículas. Uma camada fina pode ser desejável para razões de economia de materiais, mas então poderia existir uma necessidade para tal alta proporção de partículas de um material de baixa resistividade de modo que as propriedades de adesão não são bastante boas para aderir de modo robusto a camada protetora. Assim, de acordo com alguns aspectos, ao projetar um isolante, a proporção de partículas de um material de baixa resistividade e a espessura da camada de primer adesiva será determinada conjuntamente.

[0018] De acordo com alguns aspectos, o agente de acoplamento compreende pelo menos um de: silanos, titanatos, ésteres de ortossilicato ou ortoésteres de metal. Estes são bons agentes de acoplamento entre, por exemplo, fibras inorgânicas para matrizes poliméricas pela criação de ligações covalentes. Em outras palavras os silanos podem revestir fibras para criar uma melhor adesão a uma matriz polimérica.

[0019] De acordo com alguns aspectos, a camada protetora compreende um material de base polimérica de alta resistividade. A camada protetora compreende um material de alta resistividade de modo que na é condutor no isolante. O material de base polimérica é escolhido dependendo de características. Um material isolante estável, não reativo é desejável no isolante.

[0020] De acordo com alguns aspectos, a camada protetora compreende borracha de silicone. A borracha de silicone tem boa resistência a temperaturas extremas e operam normalmente de -55 a 300°C. A borracha de silicone também oferece alta resistência ao rasgo e alta resistência dielétrica em alta tensão. A borracha de silicone também é hidrofóbica, o que é útil quando o isolante é usado em um ambiente onde pode ficar molhado, por exemplo pela chuva.

[0021] De acordo com alguns aspectos, o núcleo alongado compreende um tubo composto reforçado com fibra de vidro. O tubo composto reforçado com fibra de vidro é um núcleo alongado isolante leve, robusto e barato.

[0022] De acordo com uma modalidade da invenção, ela compreende um método para produzir um isolante composto. O método compreende preparar uma primeira solução compreendendo um solvente, um agente de acoplamento e partículas de um material de baixa resistividade, aplicar a primeira solução em pelo menos uma parte de uma superfície de envelope de um núcleo alongado isolante e assim formando uma ou mais primeiras camadas de primer adesiva e aplicar uma camada protetora na primeira camada de primer adesiva no núcleo alongado, em que a camada protetora compreende uma superfície externa com um perfil de “shed”. Este método fornece um método eficiente, sem muitas e complicadas etapas, para produzir o isolante composto discutido acima. As vantagens do isolante composto resultante foram discutidas previamente.

[0023] De acordo com alguns aspectos, aplicar a primeira solução compreende pulverizar, mergulhar ou pintar a primeira solução na superfície de envelope do núcleo alongado. Pulverizar, mergulhar ou pintar são métodos eficientes para aplicar a primeira camada de primer adesivo que não exige qualquer equipamento complicado e dispendioso.

[0024] De acordo com alguns aspectos, a primeira solução é aplicada em uma ou mais partes da superfície de envelope. O método compreende aplicar uma segunda solução, a segunda solução compreendendo o solvente e o agente de acoplamento e está sem as partículas de um material de baixa resistividade, nas partes restantes da superfície de envelope formando assim uma ou mais segundas camadas de primer adesiva e em que a camada protetora é aplicada nas primeira e segunda camadas de primer adesivas. Assim, existe uma camada de primer adesiva sobre toda a superfície de envelope e pelo menos uma parte da camada de primer adesiva não compreende quaisquer partículas de um material de baixa resistividade. Deve ser notado que o termo “toda a superfície de envelope” significa as partes onde a camada protetora será colocada e pode excluir alguma parte nas extremidades. As extremidades podem, por exemplo, ser cortadas depois da produção ou ser usadas para fixar o isolante na instalação e então não precisam de qualquer camada de primer adesiva.

[0025] De acordo com alguns aspectos, aplicar a segunda solução compreende pulverizar, mergulhar ou pintar a segunda solução na superfície de envelope do núcleo alongado. Portanto, quando existe a camada de primer adesiva sobre toda a superfície do núcleo alongado, algumas partes com partículas de um material de baixa resistividade e algumas partes sem, as partes diferentes podem ser aplicadas separadamente com, por exemplo, pulverização ou pintura.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0026] A invenção será agora explicada mais detalhadamente pela descrição de modalidades diferentes da invenção e com referência às figuras anexas.

[0027] A figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um isolante composto com um perfil de “shed”.

[0028] A figura 2 mostra uma seção transversal de um isolante composto com uma camada de primer adesiva.

[0029] As figuras 3a-c ilustram formatos diferentes do núcleo alongado.

[0030] A figura 4 mostra um diagrama de bloco do método.

[0031] A figura 5 ilustra um processo de extrusão para aplicar uma camada protetora no núcleo alongado.

[0032] A figura 6 ilustra uma vista aumentada de uma camada de primer adesiva compreendendo um agente de acoplamento e partículas de um material de baixa resistividade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0033] Aspectos da presente descrição serão descritos mais completamente com referência aos desenhos anexos. O dispositivo e método descritos aqui podem, no entanto, ser realizados em muitas formas diferentes e não devem ser construídos como sendo limitados aos aspectos apresentados aqui. Números iguais nos desenhos se referem a elementos iguais.

[0034] A terminologia usada aqui é para propósito de descrever aspectos particulares da descrição somente, e não é destinada a limitar a invenção. Como usado aqui, as formas singulares “um”, “uma, e “o”, “a” são destinadas a incluir as formas plurais também, a menos UE o contexto indique claramente de outro modo.

[0035] A menos que definido de outro modo, todos os termos aqui têm o mesmo significado como entendido comumente por alguém versado na técnica à qual esta descrição pertence.

[0036] A figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um isolante composto 1 com um perfil de “shed”. A figura 2 mostra uma seção transversal de um isolante composto 1 de acordo com alguns aspectos da descrição.

[0037] A figura 2 ilustra um isolante composto 1, compreendendo um núcleo alongado 2 e uma camada protetora 3 circundando o núcleo alongado 2. A camada protetora 3 compreendendo uma superfície externa 4 com um perfil de “shed”. O perfil de “shed” é ilustrado nas figuras 1 e 2. O perfil de “shed” compreende tanto uma série de formatos de disco concêntricos ou formatos de disco concêntricos que são conectados continuamente e assim formam uma espiral ao longo do núcleo alongado 2. Os “sheds”, isto é, os formatos de disco, podem ter diferentes raios ou o mesmo raio com respeito um ao outro. O tamanho e formato exigidos para os “sheds” dependerão do uso e assim cabe ao projetista do sistema escolher. O diâmetro e comprimento do núcleo alongado 2 também dependem do projetista do sistema ao usar o isolante composto 1.

[0038] Uma camada de primer adesiva 5 está disposta entre o núcleo alongado 2 e a camada protetora 3 para aderir a camada protetora 3 no núcleo, a camada de primer adesiva 5 compreendendo um agente de acoplamento 6 e partículas 7 de um material de baixa resistividade. Ver figura 6 por uma vista aumentada de uma parte da camada de primer adesiva 5, que fornece robustez ao isolante fornecendo boa adesão entre o núcleo e a camada protetora 3, também é uma camada de controle de campo elétrico. A camada protetora 3 é de um material de alta resistividade. Um isolante composto 1 é fornecido, que exibe simultaneamente uma baixa resistividade/resistência na base e alta resistividade nas pontas de “shed” bem como fornece uma estrutura robusta que é fácil de fabricar. Em outras palavras, a resistividade é reduzida axialmente, mas mantida onde a camada protetora 3 encontra ar. Isto levará a uma distribuição mais homogênea de campo elétrico sob estresse de CD e, portanto maior resistência dielétrica. O campo elétrico na direção dos arredores assim é controlado com a ajuda de correntes de fuga no sistema projetando uma corrente de fuga axialmente. Adicionar partículas de baixa resistência na camada de primer adesiva 5 reduzirá a resistividade efetiva do agente de acoplamento 6. A resistividade reduzida causará uma corrente de fuga aumentada na direção axial da camada de primer. Se a corrente de fuga no primer é substancialmente maior que a corrente de fuga no meio circundante, de acordo com a lei de ohm, determinará a distribuição de campo axial.

[0039] O isolante composto 1, de acordo com alguns aspectos, é para aplicações de corrente contínua de alta voltagem, HVDC, e as partículas 7 de um material de baixa resistividade são distribuídas em toda a camada de primer adesiva 5. A presença de partículas em toda a camada de primer adesiva 5 fornecerá uma resistividade reduzida do primer ao longo do comprimento completo da camada de primer adesiva 5. Isto garantirá uma distribuição de campo favorável. O isolante composto, por exemplo, é uma bucha. Uma bucha é um dispositivo isolado que permite que um condutor elétrico passe com segurança através de uma barreira condutora aterrada tal como o caso de um transformador ou disjuntor. De acordo com alguns aspectos, as partículas 7 de um material de baixa resistividade são uniformemente distribuídos em toda a camada de primer adesiva 5. Isto simplifica o processo de fabricação desde que a camada de primer adesiva 5 pode ser aplicada em uma solução pintando ou pulverizando todo o núcleo alongado 2 e então evaporando o solvente. Uma distribuição uniforme de partículas no primer criará uma resistente constante do primer que por sua vez fornecerá uma distribuição de campo uniforme ao longo da direção axial do primer, assumindo uma espessura de primer constante.

[0040] De acordo com alguns aspectos, pelo menos parte da camada de primer adesiva 5 compreende as partículas 7 de um material de baixa resistividade e pelo menos parte da camada de primer adesiva 5 está livre das partículas 7 de um material de baixa resistividade. Deve ser notado que no método descrito abaixo, a parte da camada de primer adesiva 5 compreendendo as partículas é chamada a primeira camada de primer adesiva 5 e a parte que está livre de partículas é chamada a segunda camada de primer adesiva 5. Isto é somente uma maneira de denominá-las para distinguir entre as partes com ou sem as partículas. As partículas 7 de um material de baixa resistividade estão, de acordo com alguns aspectos, presentes nas extremidades do núcleo alongado 2. Nas extremidades do isolante, onde encaixes podem estar dispostos, pode existir uma transição do material isolante para um material de metal, uma transição do potencial de terra ou uma transição para um potencial de condutor. Nesta área a resistência de campo elétrico em um isolante é especialmente afetada. Usar uma camada de primer adesiva 5 infundida com partículas 7 de um material de baixa resistividade nesta área estabiliza o campo elétrico e reduz descaras.

[0041] De acordo com alguns aspectos, em que a resistividade de superfície da camada de primer adesiva 5 compreendendo as partículas 7 de um material de baixa resistividade está entre 108 e 1014 /quadrado, e de preferência entre 1010 e 1012 /quadrado. A resistividade não deve ser tão baixa que a corrente de fuga causa perdas muito grandes ou aquecimento local, mas deve ser baixa o suficiente par afetar os campos elétricos do isolante. De acordo com alguns aspectos, as partículas do material de baixa resistividade compreendem partículas de qualquer um de, ou uma combinação de: Cr2O3, óxidos de ferro, (Fe2O3 ou Fe3O4), TiO2, ZnO, microvaristores ZnO, SiC, CuO, Negro de Fumo, grafeno/óxido de grafite e grafeno/óxido de grafite termicamente reduzido. A resistividade da camada d primer adesiva 5 pode ser ajustada mudando o material de baixa resistividade e mudando a quantidade de partículas 7 de um material de baixa resistividade. Assim, uma camada de primer adesiva 5 pode exibir a mesma resistividade mas com partículas diferentes 7 de um material de baixa resistividade e com quantidade diferente de partículas. Uma vantagem de um material com resistividade dependente do campo que é reduzida com um campo aumentado é que o material suprimirá altos campos.

[0042] A proporção de partículas 7 de um material de baixa resistividade na camada de primer adesiva 5 é, de acordo com alguns aspectos, alta o bastante para criar uma rede de partículas percoladas e <40% em volume. Novamente, a proporção dependerá do material de baixa resistividade escolhido.

[0043] Existe uma relação entre a espessura da camada de primer adesiva 5 e a proporção de partículas 7 de um material de baixa resistividade. Para atingir um perfil de campo elétrico desejado para o isolante, uma camada fina com uma proporção maior de partículas pode fornecer o mesmo perfil de campo elétrico que uma camada mais espessa com uma proporção menor de partículas. Uma camada fina pode ser desejável por razões de economia de materiais, mas então poderiam ser necessário para tal alta proporção de partículas 7 de um material de baixa resistividade de modo que as propriedades de adesão não são boas o bastante para aderir robustamente a camada protetora 3. Assim, de acordo com alguns aspectos, ao projetar o isolante, a proporção de partículas 7 de um material de baixa resistividade e a espessura da camada de primer adesiva 5 serão determinadas conjuntamente. De acordo com alguns aspectos, a camada de primer adesiva 5 tem uma espessura entre 0,01 e 500 micrometros, e de preferência entre 0,1 e 100 micrometros.

[0044] Existem muitos agentes de acoplamento diferentes 6. As exigências para um agente de acoplamento 6 usado em um isolante é que é não condutor e que fornece boa adesão. De acordo com alguns aspectos, o agente de acoplamento 6 compreende pelo menos um de: silanos, titanatos, ésteres de ortossilicato ou ortoésteres de metal. Organossilanos usados comumente ara unir borracha de silicone a vários substratos são polímeros de metacriloxipropiltrimetoxisilano, 3- aminopropriltrietoxisilano, aliltrimetoxisilano ou polivinilmetoxisilano. Silanos, por exemplo, são usados como agentes de acoplamento 6 para aderir fibras tais como fibras de vidro e fibras de carbono para certas matrizes de polímero, estabilizando assim o material composto.

[0045] A camada protetora 3 compreende um material de alta resistividade de modo que não está conduzindo no isolante. O material da camada protetora 3 é escolhida dependendo das características, a camada protetora 3 compreende, de acordo com alguns aspectos, um material de base polimérica de alta resistividade. A resistividade do material de alta resistividade está entre 1011 e 1016 m, e de preferência entre 5*1012 e 1015 m. a resistividade do material de base polimérico pode ser ajustada pela quantidade, distribuição e tratamento de superfície de partículas de enchimento inorgânicas, tais como sílica e trihidrato de alumínio, ATH.

[0046] A camada protetora 3 compreende, de acordo com alguns aspectos, borracha de silicone. A borracha de silicone tem boa resistência a temperaturas extremas e operam normalmente de -55 a 300°C. A borracha de silicone também oferece alta resistência ao rasgo e alta resistência dielétrica em alta tensão. A borracha de silicone também é hidrofóbica, o que é útil quando o isolante é usado em um ambiente onde pode ficar molhado, por exemplo, pela chuva. Quando sujeira e,/ou água coleta nos “sheds”, descargas elétricas podem acontecer entre os “sheds” e a borracha de silicone então sofre erosão. A borracha de silicone pode, por exemplo, ser preenchida com um retardador de chama, ATH, que aumenta a resistência à erosão elétrica.

[0047] O núcleo fornece robustez, rigidez e resistência ao isolante. Pode também ser bastante grande e assim se torna facilmente pesado para manipular. O núcleo alongado 2 é, de acordo com alguns aspectos, oco e isolante. De acordo com alguns aspectos, o núcleo alongado 2 compreende um tubo composto reforçado com fibra de vidro. Um tubo composto reforçado com fibra de vidro é um núcleo alongado isolante 2 leve, robusto e barato.

[0048] O núcleo alongado isolante 2 compreende, de acordo com alguns aspectos, diâmetros diferentes ao longo do alongamento.

Exemplos diferentes podem ser vistos nas figuras 3a, 3b e 3c. Em um exemplo, o núcleo alongado isolante 2 compreende duas partes cilíndricas com diâmetros diferentes e uma parte cônica entre as duas partes para conectá-las, como mostrado na figura 3b. De acordo com alguns aspectos, o núcleo alongado isolante 2 com diferentes diâmetros ao longo do alongamento é oco e compreende, por exemplo, tubo composto reforçado com fibra de vidro como descrito acima.

[0049] A figura 4 mostra um diagrama de bloco de um método para produzir um isolante composto 1. O método compreende preparar uma primeira solução compreendendo um solvente, um agente de acoplamento 6 e partículas 7 de um material de baixa densidade, aplicar a primeira solução em pelo menos uma parte de uma superfície de envelope de um núcleo alongado isolante 2 e assim formar uma ou mais primeiras camadas de primer adesivas 5 e aplicar uma camada protetora 3 na primeira camada de primer adesiva 5 no núcleo alongado 2, em que a camada protetora 3 compreende uma superfície externa 4 com um perfil de “shed”. Este método fornece um método eficiente sem muitas e/ou etapas complicadas, para produzir o isolante composto 1 discutido acima. As vantagens e alternativas do isolante composto resultante 1 foram discutidas previamente. Alternativas para o agente de acoplamento 6 e o núcleo alongado 2 também foram discutidas acima ao discutir o isolante composto 1. O solvente é usado de modo que a camada de primer adesiva 5 é fácil de aplicar e o solvente é evaporado antes de aplicar a camada protetora 3. Exemplos de solventes que podem ser usados são: metanol, etanol, isopropanol, água, oligômeros PDMS cíclicos voláteis, heptano. Os valores acima para a camada de primer adesiva 5 são para quando a camada secou.

[0050] Como dito, o solvente é usado de modo que a camada de primer adesiva 5 é fácil de aplicar. De acordo com alguns aspectos, aplicar a primeira solução compreende pulverizar, mergulhar ou pintar a primeira solução na superfície de envelope do núcleo alongado 2. Pulverizar, mergulhar ou pintar são métodos eficientes e simples de aplicar a primeira camada de primer adesiva 5 que não exige qualquer equipamento complicado ou dispendioso. É comum aplicar uma camada de primer em substratos para obter uma boa adesão entre a camada com primer e a borracha de silicone isolante. Combinando agentes de acoplamento e partículas condutoras no mesmo primer você obtém simultaneamente uma boa adesão bem como uma resistividade desejada durante uma etapa de processamento.

[0051] Como também explicado acima, em alguns usos pode não haver necessidade de partículas 7 de um material de baixa resistividade na camada de primer adesiva 5 sobre todo o núcleo alongado 2. De acordo com alguns aspectos, a primeira solução é aplicada em uma ou mais partes da superfície de envelope. Assim, as partículas 7 de um material de baixa resistividade estão presentes na camada de primer adesiva 5 que é aplicada em uma ou mais partes do núcleo alongado 2. Neste caso, o método compreende aplicar uma segunda solução, a segunda solução compreendendo o solvente e o agente de acoplamento 6 e está sem as partículas 7 de um material de baixa resistividade, nas partes restantes da superfície e envelope formando assim uma ou mais segundas camadas de primer adesivas 5 e em que a camada protetora 3 é aplicada nas primeira e segunda camadas de primer adesivas 5. Assim, existe a camada de primer adesiva sobre toda a superfície de envelope e pelo menos uma parte da camada de primer adesiva 5, isto é a primeira camada de primer adesiva 5, compreende partículas 7 de um material de baixa resistividade e pelo menos uma parte da camada de primer adesiva 5, isto é a segunda camada de primer adesiva 5, não compreende quaisquer partículas 7 de um material de baixa resistividade. Deve ser notado que os termos “toda a superfície cilíndrica” e “partes restantes” significam as partes onde a camada protetora 3 será colocada e pode excluir alguma parte nas extremidades. As extremidades podem, por exemplo, ser cortadas depois da produção ou ser usadas para fixar o isolante na instalação e então não precisa de qualquer camada de primer adesiva 5.

[0052] Quando existe a camada de primer adesiva 5 com e sem partículas 7 de um material de baixa resistividade, isto é, a primeira e a segunda camada de primer adesiva 5, as primeira e segunda camadas de primer adesivas 5 são aplicadas separadamente. Ambas as camadas podem ser aplicadas da mesma maneira assim, de acordo com alguns aspectos, aplicar a segunda solução compreende pulverizar, mergulhar ou pintar a segunda solução na superfície de envelope do núcleo alongado 2. Portanto, quando existe a camada de primer adesiva 5 sobre toda a superfície do núcleo alongado 2, algumas partes com partículas 7 de um material de baixa resistividade e algumas partes sem, as partes diferentes podem ser aplicadas separadamente por exemplo com pulverização ou pintura.

[0053] Existem diferentes maneiras de aplicar a camada protetora 3; por exemplo, moldando ou através de um processo de extrusão. A figura 5 ilustra um exemplo de um processo de extrusão. De acordo com alguns aspectos, aplicar a camada protetora 3 compreende a extrusão da camada protetora 3, através de um bocal alongado 8, em um formado helicoidal em torno do núcleo alongado 2 e assim formando uma camada contínua com uma superfície externa 4 com um perfil de “shed”. Em processo de extrusão helicoidal atual, silicone é continuamente alimentado em uma extrusora onde o material é plastificado e empurrado através de um bocal. Os bocais com formatos diferentes podem facilmente ser trocados a fim de produzir diferentes geometrias de “shed”. De acordo com um aspecto da descrição, o perfil extrudado é então pressionado contra o núcleo composto rotativo, ou em outras palavras, o tubo composto, previamente revestido com a camada de primer adesiva 5 para assegurar boa adesão e projetar um perfil de campo elétrico desejável. Movendo a extrusora ao longo do tubo, um perfil de “shed” helicoidal é obtido. Após a extrusão, o isolante completo é movido para um forno de ar quente para reticulação do silicone em uma borracha.

[0054] De acordo com alguns aspectos, o isolante composto 1 compreende encaixes de metal de extremidade superior e inferior, isto é, flanges. Os encaixes, por exemplo, são feitos de alumínio. A camada que compreende partículas de baixa resistividade, de acordo com alguns aspectos, contata eletricamente o flange metálico na parte inferior e superior do isolante. Uma possibilidade de fornecer tal conexão é usar uma gola de baixa resistividade ou uma fita de baixa resistividade para conectar o isolante nos flanges de modo que a cola ou fita faça a ponte no espaço entre a camada de baixa resistividade e o flange. A cola poderia ser epóxi com baixa resistividade. Uma possibilidade de reduzir mais a resistividade de uma cola à base de epóxi é preencher com partículas de baixa resistividade, por exemplo, do mesmo tipo de partículas usadas na camada adesiva de primer acima. A cola poderia também ser preenchida com partículas metálicas, tais como partículas de prata.

[0055] Um exemplo de um isolante composto 1 de acordo com o acima é um tubo composto reforçado com fibra de vidro revestido com um primer adesivo antes da extrusão da camada protetora 3, para assegurar excelente adesão da borracha de silicone. Um enchimento ligeiramente condutor é adicionado ao primer, a fim de obter uma camada de primer adesiva de baixa resistividade 5. Silicone de alta resistividade é então extrudado na parte superior desta camada. Uma alternativa para ao silicone de alta resistividade é adicioná-lo na estrutura interna usando moldagem de injeção ou fundição.

[0056] A seguir, uma segunda modalidade de um isolante composto 1 é descrita. A segunda modalidade compartilha todos os aspectos, onde aplicáveis, com o isolante composto 1 e método de fabricação como descrito acima exceto para que as partículas 7 de um material de baixa resistividade não estejam agora presentes na camada de primer adesiva 5, mas na base da camada protetora 3. Em outras palavras, na modalidade abaixo, as partículas que influenciam o campo elétrico 7 de um material de baixa resistividade são agora misturadas com o material de base de alta resistividade da camada protetora 3 na base da camada protetora 3 em vez de ser misturada na camada de primer adesiva 5.

[0057] Aspecto 1. Um segundo isolante composto, compreen- dendo:

[0058] • um núcleo alongado isolante 2;

[0059] • uma camada protetora 3 circundando o núcleo alongado 2, a camada protetora 3 compreendendo uma superfície externa 4 com um perfil de “shed”, em que o perfil de “shed” compreende pontas de “shed”, e em que a camada protetora 3 compreende um material de base de alta resistividade; e

[0060] • uma camada de primer adesiva 5 disposta entre o núcleo alongado 2 e a camada protetora 3 para aderir a camada protetora 3 no núcleo alongado 2;

[0061] em que a camada protetora 3 compreende uma primeira parte, a parte mais próxima da camada de primer adesiva 5, que tem um resistividade menor que uma segunda parte, a parte próxima às pontas de “shed”.

[0062] Aspecto 2. O segundo isolante composto de acordo com o aspecto 1, em que a primeira parte compreende partículas 7 de um material de baixa resistividade e a segunda parte é livre de partículas de material de baixa resistividade.

[0063] Aspecto 3. o segundo isolante composto, de acordo com o aspecto 1 ou 2, em que a camada protetora 3 tem uma espessura total da parte contígua da camada de primer adesiva 5 para as pontas de “shed”, e em que a primeira parte compreendendo as partículas 7 de um material de baixa resistividade compreende pelo menos 1% da espessura total e em que a segunda parte, livre de partículas 7 de um material de baixa resistividade, compreende pelo menos 1% da espessura total.

[0064] Aspecto 4, o segundo isolante composto de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 3, em que o segundo isolante composto é uma bucha para aplicações de corrente contínua de alta tensão, HVDC, e em que as partículas 7 de um material de baixa resistividade são distribuídas uniformemente na primeira parte.

[0065] Aspecto 5. O segundo isolante composto de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 3, em que a primeira parte se estende axialmente através de toda a camada protetora 3 ou através de pelo menos uma parte da camada protetora 3.

[0066] Aspecto 6. O segundo isolante composto de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 5, em que a resistividade de superfície da primeira parte da camada protetora 3, compreendendo partículas 7 de um material de baixa resistividade, está entre 1010 e 1013 m, e de preferência entre 1011 e 5.1012 m. A superfície sendo a superfície da primeira parte para a segunda parte da camada protetora.

[0067] Aspecto 7. O segundo isolante composto de acordo com qualquer um dos aspectos 11 a 6, em que a resistividade da segunda parte da camada protetora 3, sem partículas 7 de um material de baixa resistividade é menor que a resistividade da primeira parte.

[0068] Aspecto 8. O segundo isolante composto, de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 7, em que as partículas do material de baixa resistividade compreendem partículas de qualquer um de, ou uma combinação de: Cr2O3, óxidos de ferro, (Fe2O3 ou Fe3O4), TiO2, ZnO, microvaristores ZnO, SiC, CuO, Negro de Fumo, grafeno/óxido de grafite e grafeno/óxido de grafite termicamente reduzido.

[0069] Aspecto 9. O segundo isolante composto, de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 8, em que a proporção de partículas 7 de um material de baixa resistividade na primeira parte da camada protetora 3 é bastante alta para criar uma rede de partículas percoladas e <40% em volume.

[0070] Aspecto 10. O segundo isolante composto, de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 9, em que a espessura total da camada de primer adesiva 5 está entre 0,01 e 500 micrometros, e de preferência entre 0,1 e 100 micrometros.

[0071] Aspecto 11. O segundo isolante composto, de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 10, em que a camada protetora 3 compreende um material de base polimérica de alta resistividade.

[0072] Aspecto 12. O segundo isolante composto, de acordo com o aspecto 11, em que a camada protetora 3 compreende borracha de silicone.

[0073] Aspecto 13. O segundo isolante composto, de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 12, em que o núcleo alongado 2 compreende um tubo composto reforçado com fibra de vidro.

[0074] Aspecto 14. Um método para produzir um segundo isolante composto, o método compreende:

[0075] • preparar uma solução compreendendo um solvente e um agente de acoplamento 6;

[0076] • aplicar a solução em pelo menos uma parte de uma superfície de envelope de um núcleo alongado isolante 2 e assim formando uma ou mais camadas de primer adesivas 5; e

[0077] • aplicar uma camada protetora 3 na camada de primer adesiva 5 no núcleo alongado 2 por um processo de extrusão, em que a camada protetora 3 compreende um material de base de alta resistividade e uma superfície externa 4 com um perfil de “shed”, a camada protetora 3 compreende uma primeira parte, a parte mais próxima da camada de primer adesiva 5, que compreende partículas 7 de um material de baixa resistividade, e uma segunda parte, a parte próxima das pontas de “shed”, que está livre de partículas 7 de um material de baixa resistividade;

[0078] em que o processo de extrusão compreende coextrusão, com pelo menos um bocal alongado, do material de base de alta resistividade misturado com partículas 7 de um material de baixa resistividade e material de base de alta resistividade sem partículas 7 de um material de baixa resistividade.

[0079] Aspecto 15. O método de acordo com o aspecto 14, em que a coextrusão compreende a extrusão de material de base de alta resistividade misturado com partículas 7 de um material de baixa resistividade e de material de base de alta resistividade sem as partículas 7 de um material de baixa resistividade em um lado do bocal alongado que extruda as pontas de “shed”.

[0080] Aspecto 16. O método de acordo com o aspecto 14, em que a coextrusão compreende um bocal alongado subdividido em duas partes separada, uma primeira parte extrudando o material de base de alta resistividade misturado com partículas 7 de um material de baixa resistividade em um lado do bocal alongado que extruda na camada de primer adesiva 5 e uma segunda parte extrudando o material de base de alta resistividade sem as partículas 7 de um material de baixa resistividade do bocal alongado que extruda as pontas de “shed”.

[0081] A seguir, modalidades adicionais de um isolante composto

1 são descritas. As modalidades compartilham todos os aspectos, onde aplicáveis, com o isolante composto 1 e método de fabricação como descrito acima exceto que as partículas 7 de um material de baixa resistividade agora não estão presentes na camada de primer adesiva 5, mas em uma camada de baixa resistividade disposta entre o núcleo alongado e a camada de primer. Em outras palavras, nas modalidades abaixo, a parte que influencia o campo elétrico da descrição está em uma camada de baixa resistividade entre o núcleo alongado e a camada de primer. Com esta abordagem, uma camada de baixa resistividade fornecendo uma distribuição de campo favorável ao longo da direção axial do núcleo alongado e uma camada de primer fornecendo boas propriedades de adesão na direção da camada protetora, são fornecidas. A camada de baixa resistividade pode ser construída de poucos tipos diferentes de materiais, alguns exemplos listados abaixo:

[0082] • pintar uma “camada condutora” espessa no isolante, isto é, o núcleo alongado. Neste exemplo, uma tinta (à base de epóxi, poliéster ou poliuretano) preenchida com partículas de baixa resistividade, de acordo com o acima, pode ser usada. A camada de primer adesiva sem as partículas de baixa resistividade é então aplicada na parte superior da tinta condutora. A espessura da tinta é 50 a 300 m e de preferência 100 a 200 m.

[0083] • usar um revestimento externo condutor de fibras de poliéster e resina de epóxi/viniléster/poliéster preenchida com partículas de baixa resistividade de acordo com o acima, ou véu de fibras de poliéster ou vidro preenchidas com partículas de baixa resistividade impregnadas com uma resina de termocura, na superfície externa do núcleo alongado. O primer adesivo sem partículas de baixa resistividade é aplicado no topo do revestimento externo condutor. A espessura de revestimento é 50 m a 1000 m, e de preferência 100 a

300 m.

[0084] • os encaixes terminais de alumínio superior e inferior, isto é flanges, são conectados por fita adesiva condutora com partículas de baixa resistividade, enroladas ou coladas no núcleo alongado antes do primer adesivo ser aplicado. A espessura da fita é 5 a 500 m e de preferência 50 a 100 m. Por exemplo, a fita acrílica condutora preenchida com Cr2O3, óxidos de ferro, tais como Fe2O3 ou Fe3O4, TiO2, ZnO, microvaristores ZnO, SiC, CuO, Negro de Fumo, grafeno/óxido de grafite e grafeno/óxido de grafite termicamente reduzido pode ser usada. A fita é conectada em ambos os encaixes terminais. A fira é contínua entre os encaixes terminais ou existem várias fitas. A fita é, de acordo com alguns aspectos, aplicada em um padrão espiral enrolado ou como várias listras diretamente através do tubo alongado. A fita de acordo com alguns aspectos é aplicada para cobrir toda a superfície do tubo alongado ou de modo que existe um espaço entre as fitas.

[0085] • enrolar ou colar as fibras de carbono ou fibras de carbono/prepreg de termocura no núcleo alongado antes de aplicar o primer adesivo, as fibras de carbono são de baixa resistividade e nenhuma adição de partículas de baixa resistividade é necessária. A quantidade de fibras de carbono é escolhida para fornecer uma resistividade de superfície escolhida.

[0086] Todo tipo de camadas condutoras tem uma resistividade de superfície na faixa de 108 e 1014 /quadrado, e de preferência entre 1010 e 1012 /quadrado. Deve ser notado que as fitas descritas acima podem ser enroladas em qualquer padrão sobre o núcleo alongado.

LISTA DE REFERÊNCIA

1. isolante composto

2. núcleo alongado

3. camada protetora

4. superfície externa com um perfil “shed”

5. camada de primer adesiva

6. agente de acoplamento

7. partículas de um material de baixa resistividade

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Isolante composto (1), caracterizado pelo fato de que compreende: - um núcleo alongado isolante (2); - uma camada protetora (3) de um material de alta resistividade circundando o núcleo alongado (2), a camada protetora (3) compreendendo uma superfície externa (4) com um perfil de “shed”; e - uma camada de primer adesiva (5) disposta entre o núcleo alongado (2) e a camada protetora (3) para aderir a camada protetora (3) no núcleo alongado (2), a camada de primer adesiva (5) compreendendo um agente de acoplamento (6) e partículas (7) de um material de baixa resistividade; em que pelo menos parte da camada de primer adesiva (5) compreende as partículas (7) de um material de baixa resistividade e pelo menos parte da camada de primer adesiva (5) está livre das partículas (7) de um material de baixa resistividade.

2. Isolante composto (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a resistividade de superfície da camada de primer adesiva (5) compreendendo partículas (7) de um material de baixa resistividade está entre 108 e 1014 /quadrado, e de preferência entre 1010 e 1012 /quadrado.

3. Isolante composto (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as partículas do material de baixa resistividade compreendem partículas de qualquer um de, ou uma combinação de: Cr2O3, óxidos de ferro, (Fe2O3, Fe3O4), TiO2, ZnO, microvaristores ZnO, SiC, CuO, Negro de Fumo, grafeno/óxido de grafite e grafeno/óxido de grafite termicamente reduzido

4. Isolante composto (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o agente de acoplamento (6) compreende pelo menos um de: silanos, titanatos, ésteres de ortosilicato ou ortoésteres de metal.

5. Isolante composto (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a proporção de partículas (7) de um material de baixa resistividade na camada de primer adesiva (5) é bastante alta para criar uma rede de partículas percoladas e <40% em volume.

6. Isolante composto (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a camada de primer adesiva (5) tem uma espessura entre 0,01 e 500 micrometros, e de preferência entre 0,1 e 100 micrometros.

7. Isolante composto (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a camada protetora (3) compreende um material de base polimérica de alta resistividade.

8. Isolante composto (1), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a camada protetora (3) compreende borracha de silicone.

9. Isolante composto (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o núcleo alongado (2) compreende um tubo composto reforçado com fibra de vidro.

10. Método para produzir um isolante composto (1), caracterizado pelo fato de que compreende: - preparar (S1) uma primeira solução compreendendo um solvente, um agente de acoplamento (6) e partículas (7) de um material de baixa resistividade; - aplicar (S2) a primeira solução em pelo menos uma parte de uma superfície de envelope de um núcleo alongado isolante (2) e assim formando uma ou mais primeiras camadas de primer adesivas (5); - aplicar (S4) uma segunda solução, a segunda solução compreendendo o solvente e o agente de acoplamento (6) e está sem as partículas (7) de um material de baixa resistividade, nas partes restantes da superfície de envelope formando assim uma ou mais segundas camadas de primer adesivas (5); e - aplicar (S3) uma camada protetora (3) de um material de alta resistividade na primeira e segunda camadas de primer adesivas (5) no núcleo alongado (2), em que a camada protetora (3) compreende uma superfície externa (4) com um perfil de “shed”.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que aplicar (S2) a primeira solução compreende pulverizar, mergulhar ou pintar a primeira solução na superfície envelope do núcleo alongado (2).

12. Método, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que aplicar (S4) a segunda solução compreende pulverizar, mergulhar ou pintar a segunda solução na superfície de envelope do núcleo alongado (2).