BR112022002167B1 - Isolador e método de produção de um isolador - Google Patents

Abstract

ABRIGO DE ISOLADOR POSSUINDO UMA PONTA NÃO CIRCULAR. A presente invenção refere-se a um isolador para isolar eletricamente um condutor elétrico. O isolador compreende um rolo, definindo um furo de passagem longitudinal, central ao longo de um eixo longitudinal do isolador. O furo de passagem é disposto para permitir que um condutor elétrico passe por ele. O isolador também compreende pelo menos um abrigo (2), disposto em uma superfície externa do rolo. O abrigo compreende uma ponta de abrigo (10) possuindo uma curvatura (11) não plana , definida por uma pluralidade de diferentes raios de curvatura e compreendendo um ponto mais distal do abrigo. Um raio de curvatura de extremidade (R), no ponto mais distal da curvatura, é maior do que um primeiro raio de curvatura (r1), em um lado do ponto mais distal, e de um segundo raio de curvatura (r2), no outro lado do ponto mais distal.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a um abrigo para um isolador de um condutor elétrico.

ANTECEDENTES

[002] A estrutura mais externa de uma gama de produtos para energia elétrica, por exemplo, buchas, transformadores de instrumentos, terminações de cabos, disjuntores, descarregadores de surtos e outros isoladores, é constituída, frequentemente, de abrigos. Os abrigos servem para vários fins. Aumentam a rota de fuga da voltagem ao solo, aumentando a voltagem de arco. Podem agir também como proteção climática no caso de equipamento externo. As pontas dos abrigos são, no entanto, muito estreitas, o que acarreta um aumento significativo no campo elétrico nas vizinhanças das pontas, especialmente para abrigos nos quais o condutor elétrico passa longitudinalmente pelo rolo do isolador, gerando campos elétricos radiais.

[003] Um alto campo elétrico radial fora das pontas do abrigo pode acarretar uma descarga por efeito corona, que degrada o material e promove perdas. Há também um limite nas descargas durante teste do produto. O aumento da espessura do abrigo é possível a um grau, mas incorpora um custo de material significativo.

[004] O pedido de patente US 2016/284447 descreve abrigos possuindo pontas de abrigo planas para facilitar a manufatura, e um canto inferior externo agudo para facilitar a formação de gotículas.

[005] O pedido de patente JP 2013/229312 descreve uma bucha de tubo de porcelana possuindo ambos os abrigos de diâmetros grande e pequeno, em que os abrigos de grandes diâmetros têm pontas abauladas para diminuir o gradiente de potencial nas pontas.

[006] O documento “Hollow composite insulators 72 - 1,200 kV Design for reliable performance” da ABB de 30 de junho de 2013, XP055680148, revela considerações de ponta de abrigo para campos elétricos reduzidos nas pontas.

[007] A patente CN103366908B revela uma ponta de abrigo tendo uma superfície de extremidade plana entre dois raios de curvatura.

SUMÁRIO

[008] É um objeto de a presente invenção proporcionar um abrigo possuindo um campo elétrico reduzido na ponta do abrigo, sem comprometer outras propriedades desejadas, tal como distância de fuga, e sem custo de material adicional.

[009] De acordo com um aspecto da presente invenção, proporciona-se um isolador para isolar eletricamente um condutor elétrico. O isolador compreende um rolo, que define um furo de passagem longitudinal, central ao longo de um eixo longitudinal do isolador. O furo de passagem é disposto para permitir que um condutor elétrico passe por ele. O isolador também compreende pelo menos um abrigo, disposto em uma superfície externa do rolo. O abrigo compreende uma ponta de abrigo, possuindo uma curvatura não plana, externa definida por uma pluralidade de diferentes raios de curvatura e compreendendo um ponto mais distal do abrigo. Um raio de curvatura de extremidade no ponto mais distal da curvatura é maior do que um primeiro raio de curvatura, em um lado do ponto mais distal, e de um segundo raio de curvatura, no outro lado do ponto mais distal.

[0010] De acordo com outro aspecto da presente invenção, proporciona-se um método de produção de um isolador. O método compreende extrudar pelo menos um abrigo em uma superfície externa de um rolo, definindo um furo de passagem longitudinal, central ao longo de um eixo longitudinal do isolador. O abrigo compreende uma ponta de abrigo, possuindo uma curvatura não plana, externa definida por uma pluralidade de diferentes raios de curvatura e compreendendo um ponto mais distal do abrigo. Um raio de curvatura de extremidade no ponto mais distal da curvatura é maior do que um primeiro raio de curvatura, em um lado do ponto mais distal, e de um segundo raio de curvatura, no outro lado do ponto mais distal.

[0011] Em um isolador no qual o condutor elétrico passa por um furo de passagem longitudinal, central do rolo do isolador, o campo elétrico formado vai ser substancialmente radial, implicando que um campo elétrico vai ser formado fora das partes radialmente mais distantes, nesse caso também chamadas distais do abrigo, isto é, nas pontas do abrigo. Por meio de um raio de curvatura relativamente grande no ponto mais distal do abrigo, o campo elétrico no dito ponto pode ser reduzido. Por outro lado, não se deseja ter uma superfície plana (o raio de curvatura próximo de infinito) no ponto mais distal, isto é uma superfície paralela ao eixo longitudinal do isolador, uma vez que isso, alternativamente, concentraria o campo elétrico em qualquer um dos lados da dita superfície plana.

[0012] Para obter a curvatura desejada de acordo com a invenção, pode ser impossível usar materiais tradicionais, tal como porcelana, ou métodos de produção tradicionais, tal como fundição, para produzir o isolador. Diferentemente, os abrigos são formados preferivelmente por extrusão no rolo do isolador.

[0013] Deve-se notar que qualquer característica de quaisquer dos aspectos pode ser aplicada a qualquer outro aspecto, quando adequado. Igualmente, qualquer vantagem de quaisquer dos aspectos pode se aplicar a quaisquer dos outros aspectos. Outros objetos, característica e vantagens das concretizações inclusas vão ser evidentes da descrição detalhada apresentada a seguir, das reivindicações dependentes anexadas bem como dos desenhos.

[0014] Geralmente, todos os termos usados devem ser interpretados de acordo com os seus significados usuais no campo técnico, a menos que explicitamente definidos de outro modo no presente relatório descritivo. Todas as referências a "um/o elemento, aparelho, componente, meio, etapa, etc." devem ser interpretadas livremente como referindo-se a pelo menos um exemplo do elemento, aparelho, componente, meio, etapa, etc., a menos que explicitamente indicados de outro modo. As etapas de quaisquer métodos, descritos no presente relatório descritivo, não precisam ser conduzidas na ordem exata descrita, a menos que indicado explicitamente desse modo. O uso de "primeiro", "segundo", etc. para as diferentes características e componentes da presente invenção é apenas com a intenção de distinguir as características e os componentes de outras características e componentes similares e não confere qualquer ordem ou hierarquia às características e componentes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] As concretizações vão ser descritas, por meio exemplificativo, com referência aos desenhos em anexo, em que: a Figura 1 é uma vista lateral esquemática de um isolador elétrico, de acordo com uma concretização da presente invenção; a Figura 2 é um detalhe esquemático de uma seção longitudinal de um isolador, mostrando uma seção transversal de um abrigo, de acordo com uma concretização da presente invenção; a Figura 3 é um detalhe esquemático de uma seção longitudinal de um isolador, mostrando uma seção transversal de um abrigo, compreendendo uma borda gotejadora na sua ponta do abrigo, de acordo com uma concretização da presente invenção; a Figura 4 é um diagrama mostrando uma simulação de redução de campo em função do raio de curvatura da ponta do abrigo; e a Figura 5 é a ponta do abrigo simulada na Figura 4, possuindo uma seção transversal elíptica com um eixo a e um eixo b.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0016] As concretizações vão ser descritas agora mais completamente com referência aos desenhos em anexo, nos quais determinadas concretizações são mostradas. No entanto, outras concretizações, em muitas diferentes formas, são possíveis dentro do âmbito da presente invenção. Diferentemente, as concretizações apresentadas a seguir são proporcionadas por meio exemplificativo, de modo que esta invenção seja direta e completa, e conduza inteiramente o âmbito da invenção àqueles versados na técnica. Os números iguais se referem aos mesmos elementos ao longo da descrição.

[0017] A Figura 1 ilustra um isolador 1, isolando eletricamente um condutor elétrico 4, que passa por um furo de passagem longitudinal, central de um rolo 5 do isolador, ao longo de um eixo longitudinal 3 do isolador. O isolador 1 é formado pelo rolo 5 possuindo uma pluralidade de abrigos circunferenciais radiais 2, dispostos em uma superfície externa do rolo. Cada abrigo 2 se estende para fora (tipicamente, substancialmente radialmente) da superfície externa do rolo 5 e em torno do rolo (circunferencialmente), substancialmente em um plano que é ortogonal ao eixo longitudinal 3. Os abrigos 2 são dispostos ao longo do rolo 5, um após o outro, tipicamente substancialmente ao longo de toda a extensão longitudinal do rolo.

[0018] Em uma concretização alternativa, os abrigos 2 podem ser formados de uma espiral contínua ou descontínua em torno do rolo 5 e ao longo do eixo longitudinal 3.

[0019] O rolo 5 define o furo de passagem longitudinal, central do isolador 1, por cujo furo o condutor elétrico 4 pode passar. No entanto, também outros componentes podem ser dispostos dentro do rolo 5, por exemplo, um núcleo de condensador disposto entre o rolo 5 e o condutor 4. O rolo 5 pode ser qualquer material eletricamente isolante, rígido, por exemplo, compreendendo uma resina termorrígida ou curável, tal como epóxi. O rolo pode ser reforçado, por exemplo, por fibras de vidro. Um material atualmente preferido para formação do rolo 5 é epóxi reforçado com fibra de vidro.

[0020] O rolo 5 pode ser cilíndrico, como na Figura 1, mas pode, em outras concretizações, por exemplo, ao longo de todo o seu comprimento ou ao longo de uma parte do seu comprimento, ser cônico, por exemplo, para conectar um isolamento de menor diâmetro com um isolamento de maior diâmetro de, por exemplo, uma bucha de transformador.

[0021] O condutor 4 pode ser, por exemplo, um tubo oco de um material eletricamente condutor, tal como cobre e/ou alumínio.

[0022] Os abrigos 2 são, de preferência, extrudados no rolo 2, em razão dos abrigos serem preferivelmente feitos de um material extrudável eletricamente isolante, por exemplo, compreendendo um elastômero, tal como uma borracha de silicone.

[0023] As concretizações do isolador 1 podem ser usadas, por exemplo, em buchas elétricas, transformadores de instrumentos, terminações de cabos, disjuntores, descarregadores de surtos, etc., especialmente onde um campo elétrico radial é formado. Prevê-se que o isolador pode ser especialmente útil em buchas de alta voltagem (HV), por exemplo, buchas de transformadores.

[0024] As Figuras 2 e 3 ilustram uma seção transversal de um abrigo 2, formado por feitura de uma seção longitudinal do isolador 1, por exemplo, um isolador como na Figura 1. O abrigo pode ter uma primeira superfície substancialmente plana 14, aqui chamada uma superfície superior, uma vez que é tipicamente pretendida para formar uma superfície superior, quando o isolador é instalado, e uma segunda superfície substancialmente plana 15, aqui chamada uma superfície inferior, uma vez que é tipicamente pretendida para formar uma superfície inferior, quando o isolador é instalado.

[0025] Com a conexão das superfícies inferior e superior 14 e 15 entre elas, há uma superfície de extremidade, curva, convexa, por exemplo, elipsoide, que é, nas seções das Figuras 2 e 3, definida como uma curvatura convexa 11 de uma parte de extremidade circunferencial distal 10 do abrigo 2, que é, nesse caso, chamada uma ponta de abrigo 10. A curvatura 11 compreende o ponto mais distal (correspondente a, por exemplo, um círculo ou uma espiral, quando visto em três dimensões em vez de em seção) da ponta de abrigo 10. Um primeiro ponto 12 marca a transição entre a superfície superior plana 14 e a curvatura 11, e um segundo ponto 13 marca a transição entre a superfície inferior plana 15 e a curvatura 11. A ponta do abrigo 10 pode, nas seções das Figuras 2 e 3, ser definida como a parte do abrigo que fica no lado distal (relativamente ao eixo longitudinal central 3) de uma linha reta, entre o primeiro e o segundo pontos 12 e 13. A ponta do abrigo tridimensional 10 pode ser então formada por rotação da seção bidimensional nas Figuras 2 e 3 em torno do eixo longitudinal 3, se o abrigo 2, bem como o rolo 5, forem rotativamente simétricos como na concretização da Figura 1.

[0026] De acordo com a presente invenção, a curvatura 11 é definida por uma pluralidade de diferentes raios de curvatura R, r1 e r2 (isto é, a curvatura não é circular). O raio de curvatura no ponto mais distal (relativamente ao eixo longitudinal 3) da curvatura é, nesse caso, chamado o raio de extremidade da curvatura R. Além do raio de curvatura de extremidade R, a curvatura 11 possui um primeiro raio de curvatura r1, que pode ser chamado um raio de curvatura superior, que é um raio de curvatura de uma parte da curvatura 11, entre o ponto mais distal e o primeiro ponto 12, e um segundo raio de curvatura r2, que pode ser chamado um raio de curvatura inferior, que é um raio de curvatura de uma parte da curvatura 11, entre o ponto mais distal e o segundo ponto 13.

[0027] De acordo com a presente invenção, o raio de curvatura de extremidade R é maior do que ambos o primeiro raio de curvatura r1 e o segundo raio de curvatura r2, isto é, R > r1 e R > r2. O primeiro e o segundo raios de curvatura r1 e r2 podem ser iguais ou diferentes, mas ambos são menores do que o raio de curvatura de extremidade R. A curvatura 11 é assim aplainada, mas não plana, no seu ponto mais distal, por exemplo, sendo de forma elíptica. Em algumas concretizações, o raio de curvatura de extremidade R é pelo menos duas vezes maior do que o primeiro raio de curvatura r1 e/ou pelo menos duas vezes maior que o segundo raio de curvatura r2, isto é, R > 2r1 e/ou R > 2r2.

[0028] Uma espessura de ponta T pode ser definida como a maior espessura da ponta de abrigo 10 do abrigo 2, nas seções das Figuras 2 e 3. Como mencionado acima, a ponta de abrigo 10 pode ser delimitada por uma linha reta, entre o primeiro ponto 12, marcando a transição entre a superfície externa superior substancialmente plana 14 da ponta de abrigo 2 e a curvatura 11, e o segundo ponto 13, marcando a transição entre a superfície externa inferior substancialmente plana 15 do abrigo 2 e a curvatura 11.

[0029] Na concretização da Figura 2, a ponta de abrigo 10 é mais espessa entre o primeiro e o segundo pontos 12 e 13. Comparativamente, a concretização da Figura 3 compreende uma borda gotejadora 30 (pode ser chamada alternativamente um rebordo gotejador), disposta na parte inferior da ponta de abrigo para facilitar e impedir o escoamento de umidade da extremidade de extremidade do abrigo para a superfície inferior 15. Na concretização da Figura 3, a espessura de ponta T é, desse modo, definida alternativamente entre o primeiro ponto 12 e um ponto no fundo da borda gotejadora 30, entre o ponto mais distal e o segundo ponto 13.

[0030] Em algumas concretizações da presente invenção, o raio de curvatura de extremidade R é maior do que a metade da espessura de ponta T, isto é, R > T/2, por exemplo, igual ou superior à espessura de ponta T, isto é, R > T. Em algumas concretizações, o raio de curvatura de extremidade R está dentro da faixa de 0,6 T a 10T, por exemplo, dentro da faixa de 0,7T a 3T.

[0031] Em algumas concretizações da presente invenção, o primeiro raio de curvatura r1 e/ou o segundo raio de curvatura r2 é ou são menores do que metade da espessura de ponta T, isto é, r1, r2 < 0,5T, por exemplo, igual ou inferior a um quarto da espessura de ponta, isto é, r1, r2, < 0,25T.

[0032] Em algumas concretizações da presente invenção, o primeiro raio de curvatura r1 e/ou o segundo raio de curvatura r2 está ou estão dentro da faixa de 0,05T a 0,45T, por exemplo, dentro da faixa de 0,1T a 0,4T.

[0033] A Figura 4 é um diagrama de uma simulação que mostra como o campo na ponta de abrigo é reduzido em função da relação entre um eixo a e um eixo b de uma ponta de abrigo simplificada, possuindo uma seção transversal elíptica, como mostrado na Figura 5. A simulação é baseada ainda nas dimensões típicas para um abrigo de um isolador.

[0034] Quando a relação b/a é 1, a seção transversal da ponta de abrigo é circular, isto é, perfeitamente redonda. Na medida em que b/a é reduzida, o campo é também reduzido, mas atinge um máximo quando b/a é aproximadamente 0,5. Isso é porque o primeiro raio de curvatura r1 e o segundo raio de curvatura r2 não foram considerados, o que gera transições abruptas entre as superfícies externas inferior e superior planas da ponta de abrigo e a curvatura da extremidade da ponta de abrigo. Quando o primeiro raio de curvatura r1 e o segundo raio de curvatura r2 são incluídos na simulação, a parte esquerda da curva, mostrada na Figura 4, pode ser substancialmente aperfeiçoada, promovendo uma redução de campo de 10 - 15%.

[0035] A presente invenção foi basicamente descrita acima com referência a umas poucas concretizações. No entanto, como vai entender facilmente uma pessoa versada na técnica, outras concretizações, diferentes daquelas descritas acima, são igualmente possíveis dentro do âmbito da presente invenção, definido pelas reivindicações em anexo.

Claims (7)

1. Isolador (1) para isolar eletricamente um condutor elétrico (4), o isolador compreende: um rolo (5), que define um furo de passagem longitudinal central ao longo de um eixo longitudinal (3) do isolador, disposto para permitir que um condutor elétrico (4) passe por ele; e pelo menos um abrigo (2) disposto em uma superfície externa do rolo; em que o abrigo (2) compreende uma ponta de abrigo (10) possuindo uma curvatura (11) não plana externa definida por uma pluralidade de diferentes raios de curvatura (R, r1, r2) e compreendendo um ponto mais distal do abrigo; em que um raio de curvatura de extremidade (R), no ponto mais distal da curvatura (11), é maior do que um primeiro raio de curvatura (r1) em um lado do ponto mais distal e de um segundo raio de curvatura (r2) no outro lado do ponto mais distal, e em que o raio de curvatura de extremidade (R) é pelo menos duas vezes maior do que o primeiro raio de curvatura (r1) e/ou pelo menos duas vezes maior do que o segundo raio de curvatura (r2), caracterizado pelo fato de que uma espessura de ponta (T) é definida como uma maior espessura em seção transversal da ponta de abrigo (10) do abrigo (2), a ponta de abrigo (1) sendo delimitada por uma linha reta, entre um primeiro ponto (12), marcando uma transição entre uma superfície externa superior plana (14) do abrigo e a curvatura (11), e um segundo ponto (13), marcando uma transição entre uma superfície externa inferior plana (15) do abrigo e a curvatura (11); e em que o raio de curvatura de extremidade (R) é maior do que metade da espessura de ponta (T), por exemplo, igual a ou superior à espessura de ponta, e em que o raio de curvatura de extremidade (R) está dentro da faixa de 0,6 vez a espessura de ponta (T) a dez vezes a espessura de ponta, por exemplo, dentro da faixa de 0,7 vez a espessura de ponta a 3 vezes a espessura de ponta.

2. Isolador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que que o primeiro raio de curvatura (r1) e/ou o segundo raio de curvatura (r2) é menor ou são menores do que metade da espessura de ponta (T), por exemplo, igual ou iguais a ou menor ou menores do que um quarto da espessura de ponta.

3. Isolador, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro raio de curvatura (r1) e/ou o segundo raio de curvatura (r2) está ou estão dentro da faixa de 0,05 vez a espessura de ponta (T) a 0,45 vez a espessura de ponta, por exemplo, dentro da faixa de 0,1 vez a espessura de ponta a 0,4 vez a espessura de ponta.

4. Isolador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a ponta de abrigo (10) compreende uma borda gotejadora (30).

5. Isolador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um abrigo (2) é de um material extrudável, por exemplo, compreendendo um elastômero, tal como uma borracha de silicone.

6. Isolador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o rolo (5) é de um material compreendendo uma resina, por exemplo, epóxi, por exemplo, epóxi reforçado com fibra de vidro.

7. Método de produção de um isolador (1), o método compreende extrudar pelo menos um abrigo (2) em uma superfície externa de um rolo (3) definindo um furo de passagem longitudinal central ao longo de um eixo longitudinal (3) do isolador; em que o abrigo (2) compreende uma ponta de abrigo (10), possuindo uma curvatura (11) não plana externa definida por uma pluralidade de diferentes raios de curvatura (R, r1, r2) e compreendendo um ponto mais distal do abrigo; em que um raio de curvatura de extremidade (R), no ponto mais distal da curvatura (11), é maior do que um primeiro raio de curvatura (r1) em um lado do ponto mais distal e de um segundo raio de curvatura (r2) no outro lado do ponto mais distal, e em que o raio de curvatura de extremidade (R) é pelo menos duas vezes maior do que o primeiro raio de curvatura (r1) e/ou pelo menos duas vezes maior do que o segundo raio de curvatura (r2), caracterizado pelo fato de que uma espessura de ponta (T) é definida como uma maior espessura em seção transversal da ponta de abrigo (10) do abrigo (2), a ponta de abrigo (1) sendo delimitada por uma linha reta, entre um primeiro ponto (12), marcando uma transição entre uma superfície externa superior plana (14) do abrigo e a curvatura (11), e um segundo ponto (13), marcando uma transição entre uma superfície externa inferior plana (15) do abrigo e a curvatura (11); e em que o raio de curvatura de extremidade (R) é maior do que metade da espessura de ponta (T), por exemplo, igual a ou superior à espessura de ponta, e em que o raio de curvatura de extremidade (R) está dentro da faixa de 0,6 vez a espessura de ponta (T) a dez vezes a espessura de ponta, por exemplo, dentro da faixa de 0,7 vez a espessura de ponta a 3 vezes a espessura de ponta.