BRPI0619897B1 - Bushing for high voltage, method for the production of a bushing, electrically conductive layer for a bushing and high-voltage apparatus - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "BUCHA PARA ALTA VOLTAGEM, MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UMA BUCHA, CAMADA ELETRICAMENTE CONDUTORA PARA UMA BUCHA, E APARELHO DE ALTA VOLTAGEM".

Descrição Campo técnico [001] A invenção refere-se ao campo de tecnologia de alta voltagem. Ela se relaciona a uma bucha e um método para a produção de uma bucha e uma camada eletricamente condutora para uma bucha. Tais buchas encontram aplicação, por exemplo, em aparelhos de alta voltagem como geradores ou transformadores, ou em instalações de alta voltagem como comutadores isolados a gás, ou buchas de teste. Antecedentes da Técnica [002] Buchas são dispositivos que são usualmente utilizados para carregar corrente em potenciais elevados através de uma barreira aterrada, por exemplo, um tanque de transformador. Para diminuir e controlar o campo elétrico junto da bucha, buchas condensadoras foram desenvolvidas, também conhecidas como buchas graduadas (finas). Buchas condensadoras facilitam controle de tensão elétrica por meio da inserção de placas equalizadoras (eletrodos) flutuantes, que são incorporadas no núcleo da bucha. O núcleo condensador diminui o gradiente do campo e distribui o campo ao longo do comprimento do isolador o que fornece leituras de descarga parcial baixas bem acima de leituras de voltagem nominal.

[003] O núcleo condensador de uma bucha é tipicamente enrolado de papel Kraft ou papel Kraft enrugado como um espaçador. As placas de equalização são construídas ou de insertos metálicos (tipicamente alumínio) ou remendos não metálicos (tinta, pasta de grafite). Estas placas são localizadas de maneira coaxial de modo a conseguir um equilíbrio ótimo entre faiscação externa e resistência interna à per- furação. O espaçador de papel assegura uma posição definida das placas eletrodos e fornece estabilidade mecânica.

[004] Os núcleos condensadores de buchas de hoje são impregnados ou com óleo (OIP, papel impregnado de óleo) ou com resina (RIP, papel impregnado de resina). Buchas RIP têm a vantagem que são buchas secas (livres de óleo). O núcleo deu uma bucha RIP é enrolado de papel com as placas eletrodos sendo inseridas em lugares apropriados entre enrolamentos de papel vizinhos. A resina é então introduzida durante um processo de aquecimento e vácuo do núcleo.

[005] Uma desvantagem de buchas de papel impregnado é que o processo de impregnar a pilha de papel pré-enrolada e filmes metálicos com óleo ou com uma resina é um processo lento. Seria desejável ser capaz de acelerar a produção de buchas para alta voltagem em que buchas, não obstante, deveríam ser livres de vazios e seguras em operação.

[006] O documento DE 19 26 097 divulga uma bucha de alta voltagem que tem um condutor e um núcleo que circunda o condutor, na qual o núcleo compreende espaçadores, cujos espaçadores são impregnados com um material matriz eletricamente isolante. Os espaçadores têm uma diversidade de furos que podem ser enchidos com o material matriz. Cada espaçador é formado de uma malha de fibras de vidro eletricamente isolantes, na forma de um tubo cilíndrico. Para cada tubo de fibra de vidro, fibras de vidro são formadas ao redor de um cilindro e são impregnadas com uma cola epóxi e, em seguida, endurecidas. Então os tubos espaçadores endurecidos são parcialmente ou completamente revestidos. Um material metálico condutor ou semicondutor constitui as placas de equalização. A bucha compreende esses espaçadores na forma de tubos, os quais são arranjados de maneira concêntrica ao redor do núcleo. Para o processo de impregnação os tubos e espaçadores devem ser fixados em um molde para assegu- rar sua posição correta e para evitar que tubos vizinhos toquem um ao outro. Então, uma resina cheia de partículas, que é utilizada como um material matriz, é enchida no molde. Como diversos tubos de fibra de vidro de diferentes diâmetros devem ser produzidos para a produção de cada bucha, e como estes tubos devem ser colocados um no interior do outro com sua posição fixada, este método para a produção é bastante consumidor de tempo. Além disto, para cada tipo de bucha deve ser feito um molde específico.

[007] A GB 690.022 descreve um isolante feito de papel enrolado em espiral. Camadas de papel com linhas de material condutor ou semicondutor que são espaçadas separadas uma da outra, são enroladas juntas com papel não revestido, para conseguir uma bucha enrolada em espiral, a qual é então impregnada com um líquido isolante, tal como óleo.

Descrição da Invenção [008] Portanto, o objetivo da invenção é criar uma bucha para alta voltagem e um método para a produção de tal bucha, que não tenham as desvantagens mencionadas acima. O processo de produção deve ser acelerado, em particular o processo de impregnação deve ser encurtado.

[009] De acordo com a invenção, a bucha tem um condutor e um núcleo que circunda o condutor, na qual o núcleo compreende um es-paçador como folha, cujo espaçador é impregnado com um material matriz eletricamente isolante. O espaçador é enrolado em forma espiral ao redor de um eixo, o eixo sendo definido por meio da forma do condutor. Assim, uma multiplicidade de camadas vizinhas que são formadas. O núcleo ainda compreende elementos de equalização que são arranjados em distâncias radiais apropriadas até o eixo. Ela é caracterizada pelo fato de os elementos de equalização compreenderem camadas eletricamente condutoras, cujas camadas têm aberturas, através de cujas aberturas o material matriz pode penetrar e os elementos de equalização são aplicados ao núcleos separadamente do espaçador.

[010] O condutor tipicamente é uma haste ou um tubo ou um fio. O núcleo fornece isolamento elétrico do condutor e compreende elementos de equalização. Tipicamente, o núcleo é substancialmente simétrico em rotação e concêntrico com o condutor. O espaçador plano pode ser impregnado com um polímero resina ou com óleo, ou com algum outro material matriz. O espaçador plano pode ser papel ou, preferivelmente, um material diferente, que é tipicamente enrolado em forma espiral, formando assim uma multiplicidade de camadas vizinhas.

[011] Os elementos de equalização são inseridos no núcleo depois de certos números de enrolamentos, de modo que os elementos de equalização são arranjados em uma distância radial bem definida que pode ser prescrita até o eixo. Os elementos de equalização são entremeados de aberturas, o que facilita e acelera a penetração do núcleo enrolado com o material matriz.

[012] Com filmes de metal sólido como no estado da técnica, o material matriz tem que escoar através da pilha de papel pré-enrolado e filmes metálicos a partir das laterais, isto é, ele deve escoar entre as camadas dos dois lados paralelos ao eixo A, uma vez que o material matriz não pode penetrar através dos filmes metálicos. Se os elementos de equalização compreendem camadas com uma multiplicidade de aberturas, a troca de material matriz na direção perpendicular ao eixo é tornada possível. Se as aberturas são grandes o suficiente e o enro-lamento é feito de acordo, canais serão formados dentro do núcleo, os quais irão guiar rapidamente o material matriz através do núcleo durante impregnação nas direções perpendiculares ao eixo A.

[013] Uma outra vantagem principal da utilização de elementos de equalização separados com uma multiplicidade de aberturas, é que isto permite a utilização de materiais alternativos. Independentemente do material do espaçador, o material dos elementos de equalização pode ser escolhido. Além disto, a dimensão, forma e/ou distribuição das aberturas nos elementos de equalização pode ser otimizada independentemente do material espaçador.

[014] Em uma modalidade preferencial, os elementos de equalização são enrolados entre duas camadas espaçadoras, isto é, o espaçador como folha é enrolado e durante o processo de enrolamento, um elemento de equalização é inserido. O processo de enrolamento é continuado, de modo que o elemento de equalização na bucha fabricada se situa entre duas camadas de espaçador enrolado. Este método é muito fácil e permite um controle da espessura da pilha já pré-enrolada, de modo que a posição radial do elemento de equalização pode ser definida de maneira muito precisa.

[015] Em uma modalidade preferencial, as camadas eletricamente condutoras que formam os elementos de equalização são conformadas em tela, conformadas em grade, em malha ou perfuradas. O projeto das camadas em tela, conformadas em grade, malha ou camadas perfuradas e, consequentemente, a dimensão e/ou distribuição das aberturas nestas camadas, pode ser arranjado de maneira regular ou de maneira irregular. Também a forma das aberturas pode ser constante ou pode variar através de toda a camada ou de uma camada para a outra. Com estas variações, uma variação da densidade da área de abertura, definida como a relação da área de aberturas para a área total da camada eletricamente condutora em uma dada região da camada eletricamente condutora, pode ser conseguida. Em uma modalidade preferencial a densidade de abertura de área varia em uma direção perpendicular à direção de enrolamento e paralela ao eixo e, de tal maneira, que a densidade de abertura de área aumenta no sen- tido da parte central. Em uma bucha convencional leva muito mais (tempo) até a parte central da bucha ser impregnada com o material matriz do que as partes externas. Com tal variação da densidade da abertura de área o processo de impregnação é aprimorado na parte central.

[016] Em uma outra modalidade preferencial da presente invenção, as camadas eletricamente condutoras compreendem uma multiplicidade de fibras, as quais são revestidas com um revestimento eletricamente condutor. Em particular, as camadas eletricamente condutoras podem consistir substancialmente em fibras. Diversos materiais podem ser utilizados nas camadas eletricamente condutoras em forma de fibras, por exemplo, fibras orgânicas como polietileno e poliéster, ou fibras inorgânicas como alumina ou vidro, ou outras fibras como fibras de silicone. Fibras de diferentes materiais também podem ser utilizadas em combinação nas camadas eletricamente condutoras. Fibras isoladas ou feixes de fibras podem ser utilizadas como trama e urdidura de um tecido. É de grande vantagem utilizar fibras que têm uma baixa tomada de água de fuga, em particular uma tomada de água que é pequena comparada à tomada de água de fibras de celulose que são utilizadas em buchas conhecidas do estado da técnica.

[017] Uma vez que fibras não eletricamente condutoras devem ser utilizadas com revestimento eletricamente condutor, existem disponíveis fibras orgânicas e inorgânicas. Fibras orgânicas adequada são polietileno (PE), poliéster, poliamida, aramid, polibenzimidazol (PBI), polibenzobisoxazol (PBO), sulfeto de polifenileno (PPS), mela-mina, fenólico e poliimida. Fibras inorgânicas típicas são vidro, quartzo, basalto e alumina. Como fibras eletricamente condutoras carbono, boro, carbureto de silício, carbono metálico revestido e aramida são adequadas.

[018] Em uma outra modalidade preferencial da presente inven- ção, as camadas eletricamente condutoras são feitas de material sólido condutor ou semicondutor. As camadas podem ser conformadas em tela, conformadas em grade, em malha ou perfuradas. Alternativamente, as camadas podem ser feitas de folhas de material sólido eletricamente condutor ou semicondutor, cujas folhas têm aberturas na forma de furos através das folhas. Alternativamente, também folhas de polímero com um revestimento condutor ou semicondutor, que compreende aberturas na forma de furos podem ser utilizadas. Folhas de polímero com revestimentos condutores ou semicondutores podem ser vantajosas para a estabilidade da folha durante o processo de produção. A forma, dimensão, e/ou distribuição dos furos podem ser constantes ou podem variar através de toda a camada. Com estas variações, uma variação da densidade da abertura de área definida como a relação da área de aberturas para a área total da camada eletricamente condutora em uma dada região da camada eletricamente condutora, pode ser conseguida. Em uma modalidade preferencial a densidade de abertura de área varia em uma direção perpendicular à direção de enrolamento e paralela ao eixo, de tal maneira que a densidade de abertura de área aumenta no sentido da parte central.

[019] Em uma outra modalidade vantajosa da presente invenção, as camadas eletricamente condutoras são revestidas e/ou tratadas na superfície para dar uma adesão melhorada entre as camadas eletricamente condutoras e o material matriz. Dependendo do material das camadas eletricamente condutoras pode ser vantajoso escovar, gravar, revestir ou tratar de outra maneira a superfície das camadas eletricamente condutoras, para conseguir uma interação melhorada entre as camadas eletricamente condutoras e o material matriz. Isto irá proporcionar uma estabilidade termomecânica aprimorada do núcleo.

[020] Tipicamente, papel não perfurado é utilizado como material espaçador juntamente com polímeros de baixa viscosidade não enchi- dos com o material matriz. Em uma outra modalidade preferencial, ao invés de utilizar papel não perfurado, o espaçador tem uma multiplicidade de aberturas. Uma bucha com tal espaçador que tem uma multiplicidade de aberturas está descrita no Pedido de Patente Europeu EP 04405480.7 ainda não publicado. O conteúdo deste Pedido de Patente é expressamente o conteúdo deste Pedido de Patente. O espaçador pode ser conformado em tela, conformado em grade, em malha ou perfurado, como já foi divulgado acima para os elementos de equaliza-ção. O espaçador pode compreender uma multiplicidade de fibras, como fibras de polímeros ou orgânicas ou inorgânicas. A combinação de elementos espaçadores e de equalização, ambos com as aberturas, permite uma penetração muito rápida do material matriz através da pilha de camadas espaçadoras e elementos de equalização. A penetração tem lugar principalmente na direção perpendicular ao eixo.

[021] A combinação de elemento os espaçadores e de equalização, ambos com aberturas, permitem uma grande variedade de materiais matriz. Em particular, polímeros enchidos com partículas podem ser utilizados como materiais matrizes, o que resulta em diversas vantagens termomecânicas e uma capacidade de produção de bucha melhorada (acelerada). Isto pode resultar em uma redução considerável do tempo necessário para curar o material matriz.

[022] Em uma modalidade particularmente preferencial o material matriz compreende partículas de enchimento. Preferivelmente, ele compreende um termopolímero com partículas de enchimento. O polímero pode, por exemplo, ser uma resina epóxi, uma resina poliéster, uma resina poliuretano ou um outro polímero eletricamente isolante. Preferivelmente, as partículas de enchimento são eletricamente isolan-tes ou semicondutoras. As partículas de enchimento podem, por exemplo, ser partículas de Si02, Al203, BN, Aln, BeO, TiB2, Ti02, SiC, Si3N4, B4C ou similares, ou misturas deles. Também é possível ter uma mistura de diversas tais partículas no polímero. Preferivelmente o estado físico das partículas é sólido.

[023] Comparado com um núcleo com epóxi não enchido como o material matriz, haverá menos epóxi no núcleo se um material matriz com um enchimento é utilizado. Consequentemente, o tempo necessário para curar o epóxi pode ser consideravelmente reduzido, o que reduz o tempo necessário para fabricar a bucha.

[024] É vantajoso se condutividade térmica das partículas de enchimento for maior do que a condutividade térmica do polímero. Uma condutividade térmica mais elevada do núcleo através da utilização de um material matriz com um enchimento irá permitir uma classificação de corrente aumentada da bucha ou um peso e dimensão reduzidos da bucha para a mesma classificação de corrente. Também a distribuição de calor dentro da bucha sob condições operacionais é mais uniforme quando são utilizadas partículas de enchimento de condutividade térmica elevada.

[025] É também vantajoso se o coeficiente de expansão térmica (CTE) das partículas de enchimento for menor do que o CTE do polímero. Se o material de enchimento é escolhido de acordo, as propriedades termomecânicas da bucha são consideravelmente aprimoradas. Um CTE mais baixo do núcleo devido à utilização de um material matriz com um enchimento, irá conduzir a um encolhimento químico total reduzido durante a cura. Isto possibilita a produção de buchas de forma extrema quase livre de usinagem e, portanto, reduz consideravelmente o tempo de produção. Em adição, o desencontro de CTE entre núcleo e condutor (ou mandril) pode ser reduzido.

[026] Além disso, devido a um enchimento no material matriz, a tomada de água do núcleo pode ser amplamente reduzida e uma rigidez à fratura aumentada (resistência à rachadura mais elevada) pode ser conseguida (resistência elevada à rachadura). Utilizar um enchi- mento pode reduzir de maneira significativa a fragilidade do núcleo (rigidez mais elevada à fratura) possibilitando assim aprimorar as propriedades termomecânicas do núcleo (temperatura de transição de vidro mais elevada).

[027] Tal bucha é uma bucha graduada ou finamente graduada (de graduação fina). Tipicamente, uma camada isolada do material es-paçador é enrolada ao redor do condutor ou ao redor de um mandril de modo a formar uma espiral de material espaçador. Em particular, no caso de buchas muito longas duas ou mais tiras deslocadas axialmen-te de material espaçador podem ser enroladas em paralelo. Também é possível enrolar uma espiral de camada dupla ou mesmo material espaçador mais espesso; tal camada dupla ou tripla podería então, não obstante, ser considerada como a camada de material espaçador cujo material espaçador, neste caso aconteceria ser de camada dupla ou tripla.

[028] Outras modalidades preferenciais e vantagens emergem das Figuras.

Breve Descrição de Desenhos [029] Abaixo a invenção está ilustrada em mais detalhe por meio de modalidades possíveis que estão mostradas nos desenhos incluídos. As Figuras mostram de maneira esquemática: [030] Figura 1: uma seção transversal de uma bucha inovadora graduada fina, em vista parcial;

[031] Figura 1A: um detalhe ampliado da Figura 1;

[032] Figura 2: vista parcial de um elemento de equalização na forma de uma rede de fibras;

[033] Figura 3: vista parcial de um elemento de equalização;

[034] Figura 4: seção transversal de uma outra modalidade de uma bucha inovadora graduada fina, em vista parcial; e [035] Figura 4A: detalhe ampliado da Figura 4.

[036] Os símbolos de referência utilizados nas Figuras e seu significado estão resumidos na lista de símbolos de referência. Geralmente partes iguais e de igual funcionamento recebem os mesmos símbolos de referência. As modalidades descritas são tidas como exemplos e não devem limitar a invenção.

Modos de Realizar a Invenção [037] A Figura 1 mostra, de maneira esquemática, uma vista parcial de uma seção transversal de uma bucha graduada fina 1. A bucha é substancialmente simétrica em rotação com um eixo de simetria A. No centro da bucha 1 existe um condutor metálico sólido 2 que também poderia ser um tubo ou um fio. O condutor 2 é parcialmente circundado por um núcleo 3 que é também substancialmente simétrico em rotação com o eixo de simetria A. O núcleo 3 compreende um es-paçador 10 que é enrolado ao redor do núcleo 3 e é impregnado com um epóxi curável como um material matriz 6. Em distâncias prescritas a partir do eixo A camadas eletricamente condutoras 51 são inseridas entre enrolamentos vizinhos do espaçador 4, de modo a funcionar como elementos de equalização 5. Do lado de fora do núcleo 3 um flan-ge 10 é fornecido, o qual permite fixar a bucha 1 a uma carcaça aterrada de um transformador ou comutador, ou similar. Sob condições de operação o condutor 2 estará em potencial elevado e o núcleo 3 fornece o isolamento elétrico entre o condutor 2 e o flange 10 em potencial de terra. Daquele lado da bucha 2 que usualmente está localizado fora da carcaça, uma envoltória isolante 11 circunda o núcleo 3. A envoltó-ria 11 pode ser um composto oco feito de, por exemplo, porcelana, silicone ou um é epóxi. A envoltória 11 pode ser dotada de telhados ou, como mostrado na Figura 1, compreender telhados. A envoltória 11 deve proteger o núcleo 3 de envelhecimento (por radiação ultravioleta, clima) e manter boas propriedades de isolamento elétrico durante toda a vida da bucha 1. A forma dos telhados é projetada de tal modo que ela tem uma superfície autolimpante quando é exposta à chuva. Isto evita a acumulação de poeira ou poluição sobre a superfície do telhado, o que podería afetar as propriedades isolantes e conduzir a fais-camento elétrico.

[038] No caso de existir um espaço intermediário entre o núcleo 3 e a envoltória 11, um meio isolante 12, por exemplo, um líquido isolan-te 12 como gel de silicone ou gel de poliuretano, pode ser fornecido para encher aquele espaço intermediário.

[039] A vista parcial ampliada Figura 1A da Figura 1 mostra a estrutura do núcleo 3 em maior detalhe. Um elemento de equalização 5 é cercado por duas camadas do espaçador 4. Os elementos de equalização 5 são inseridos em certas distâncias a partir do eixo A entre en-rolamentos espaçadores vizinhos. Usualmente, existem diversas camadas de espaçador 4 entre dois elementos de equalização vizinhos 5, na Figura 1 existem seis camadas de espaçador 4 entre elementos de equalização vizinhos 5. Por meio do número de enrolamentos espaçadores entre elementos de equalização vizinhos 5 a distância (radial) entre elementos de equalização vizinhos 5 pode ser escolhida. A distância radial entre elementos de equalização vizinhos 5 pode ser variada de um elemento de equalização para o próximo. O elemento de equalização 5 na Figura 1A é formado como uma camada eletricamente condutora 51 com uma multiplicidade de aberturas 9, as quais podem ser enchidas com material matriz 6. Por exemplo, na Figura 1A a camada eletricamente condutora 51 é feita de uma folha sólida com aberturas 9 na forma de furos.

[040] Em uma modalidade preferencial da presente invenção, as aberturas 9 nas placas de equalização têm uma extensão lateral na faixa de 50 nm até 5 cm em particular, 1 mícron até 1 cm. A espessura das placas de equalização 4 pode estar na faixa de 1 mícron até 2 mm e a largura das pontes 8, tipicamente está na faixa de 1 mm até 10 cm, em particular 5 mm até 5 cm. A área consumida pelas aberturas 9 pode ser maior do que a área consumida pelas pontes 8. Tipicamente, no plano das placas de equalização, a área consumida pelas aberturas 9 está entre 1% e 90% da área total da camada eletricamente condutora 51 em uma dada região da camada eletricamente condutora, em particular 5% até 75% da área total da camada eletricamente condutora.

[041] A Figura 2 mostra de maneira esquemática uma vista superior de uma camada eletricamente condutora 51. Feixes 7 de fibras formam pontes ou peças transversais 8 através das quais as aberturas 9 são definidas. Em uma seção transversal através de tal rede, quando enrolada para uma espiral, feixes de fibra e aberturas 9 entre estas são visíveis, como mostrado na Figura 1A. As fibras são interligadas em uma maneira conformada em rede, conformada em grade, em malha ou manier perfurado, mais genericamente em um manier, no qual um tecido é fabricado com uma textura, no qual aberturas 9 são criadas pelo arranjo dos feixes de fibra 7. Ao invés de feixes de fibras 7, as camadas eletricamente condutoras 5 conformadas em rede, conformadas em grade, em malha ou perfuradas, também podem ser formadas de fibras isoladas (não mostrado).

[042] Em geral, os elementos de equalização 5 compreendem camadas 51 com aberturas 9. Estas camadas 51 não têm necessariamente que ser igualmente projetadas em qualquer direção. Também a dimensão forma e/ou distribuição das aberturas 9 não têm necessariamente que ser igualmente espaçadas em qualquer direção. Com estas variações, uma variação da densidade de abertura de área definida como a relação da área de aberturas 9 para a área total da camada eletricamente condutora 51 em uma dada região da camada eletricamente condutora pode ser conseguida. Em particular, pode ser vantajoso variar a dimensão forma e/ou distribuição das aberturas 9 ao longo da direção axial e/ou perpendicular à direção axialmente, de tal modo que uma impregnação livre de vazios do núcleo 3 seja facilitada. Pode ser vantajoso, por exemplo, reduzir a densidade de aberturas de área nas margens dos elementos de equalização 5 perpendicular à direção de enrolamento e paralela ao eixo A para conseguir uma distribuição homogênea do material matriz 6, uma vez que nestas margens dos elementos de equalização 5 o material matriz 6 pode penetrar a partir de direções perpendiculares ao eixo A, bem como a partir da direção paralela ao eixo A, portanto a impregnação é mais rápida nestas áreas.

[043] Em um núcleo 3 enrolado com elementos de equalização 5 sem aberturas, como eles são conhecidos do estado da arte, o material matriz 6 não pode atravessar os elementos de equalização 5 e, é portanto, o material matriz tem que impregnar o núcleo a partir dos lados, isto é, ele tem que escoar entre as camadas 4 e/ou 51 a partir dos dois lados paralelos ao eixo A e em direção radial ao redor do eixo A entre duas camadas. Isto está mostrado na Figura 1A por meio de setas finas 14. Dependendo do material espaçador, o espaçador 4 também pode ser parcialmente permeável para o material matriz 6 delineado na Figura 1A pelas setas finas 14'. Com os elementos de equalização inovadores 5 com aberturas 9 o material matriz 6 pode escoar através das aberturas 9 nos elementos de equalização 5 durante impregnação através de canais 13, delineados na Figura 1A por meio de setas espessas.

[044] A Figura 4 mostra, de maneira esquemática, uma vista parcial de uma seção transversal de uma bucha graduada fina 1 de acordo com uma outra modalidade da bucha inovadora. A vista parcial ampliada na Figura 4A da Figura 4 mostra as estruturas do núcleo 3 em maior detalhe. Como mostrado na Figura 4A o processo de impregnação pode ser aprimorado se os elementos de equalização 5 e o espaçador 4 compreenderem uma multiplicidade de aberturas 9, 9' que formam canais 13,13' através de cujos canais o material matriz 6 pode passar. Neste caso o material matriz 6 pode penetrar rapidamente no espaçador 4 bem como nos elementos de equalização 5 a partir de direções perpendiculares ao eixo A para a direção do conduto 2 ou mandril, respectivamente, delineado pelas setas espessas 13, 13'. Em uma variante preferencial, as aberturas 9 de enrolamentos espaçado-res vizinhos se superpõem de modo que canais 13, 13' são formados dentro de camadas espaçadoras vizinhas para o interior das quais e através das quais o material matriz 6 pode escoar durante impregnação. Em uma variante preferencial particular, aberturas 9, 9' de todas as camadas vizinhas, isto é, do espaçador 4 e das camadas eletricamente condutoras 51 se superpõem, de modo que canais 13, 13' são formados através do núcleo 3 até o condutor 2 ou mandril, respectivamente. O espaçador 4, como mostrado na Figura 4A é conformado em rede, porém é também possível que o espaçador 4 seja conformado em grade, em malha ou perfurado.

[045] Tipicamente, existem entre duas e quinze camadas de enrolamentos espaçadores entre elementos de equalização vizinhos 5, porém também é possível ter somente uma camada espaçadora entre elementos de equalização vizinhos 5, ou ter mais do que quinze camadas espaçadoras.

[046] O elemento equalizador 5 pode também ser feito de uma peça sólida de material ao invés de fibras. A Figura 3 mostra um exemplo. Uma folha eletricamente condutora sólida ou uma folha de material semicondutor compreendem aberturas 9 na forma de furos que são separados um do outro por meio de pontes 8. Ao invés de utilizar uma folha sólida, é também possível utilizar uma folha de polímero com uma metalização superficial ou com revestimento de material semicondutor. A forma dos furos pode ser quadrada como mostrado na Figura 3, porém qualquer forma é possível, por exemplo, retangu- lar, ou redonda ou oval. Como sólido, material elétrico condutor uma quantidade de metais estão disponíveis como prata, cobre, ouro, alumínio, tungstênio, ferro, aço, platina, cromo, chumbo, níquel-cromo, constantan, estanho ou ligas metálicas. Alternativamente, a camada eletricamente condutora 51 pode também ser feita de carbono.

[047] O material matriz 6 no núcleo 3 na Figura 4 é preferivelmente um polímero enchido com partículas. Por exemplo, uma resina epóxi ou poliuretano é enchida com partículas de AI203. Dimensões de partícula de enchimento típicas estão na faixa de 10 nm até 300 micra. O espaçador 4 e os elementos de equalização 5 têm que ser conformados, isto é, têm que compreender aberturas 9, 9' de uma tal dimensão que as partículas de enchimento podem se distribuir através de todo o núcleo 3 durante a impregnação. Em buchas convencionais com papel (livre de furo) como espaçador, o papel deveria funcionar como um filtro para tais partículas. Ele pode ser facilmente fornecido para canais 13 que são grandes o suficiente para um escoamento de um material matriz enchido com partículas 6 como mostrado na Figura 4A.

[048] A condutividade térmica de um núcleo RIP padrão com resina pura (não enchido com partícula) é tipicamente cerca de 0,15 W/mK até 0,25 W/mK. Quando uma resina enchida com partícula é utilizada, valores de no mínimo 0,6 W/mK até 0,9 W/mK ou mesmo acima 1,2 W/mK ou 1,3 W/mK para a condutividade térmica do núcleo da bucha podem facilmente ser conseguidos.

[049] Em adição, o coeficiente de expansão térmica (CTE) pode ser muito menor quando um material matriz enchido com partículas 6 é utilizado ao invés de um material matriz sem partículas de enchimento. Isto resulta em menos tensão termomecânica no núcleo da bucha.

[050] O processo de produção de uma bucha 1 como descrito em conjunto com a Figura 1 ou Figura 4, compreende tipicamente as eta- pas de enrolar o espaçador 4 em uma ou mais tiras com pedaços sobre o condutor 2, aplicar os elementos de equalização 5 durante enro-lamento, aplicar um vácuo e aplicar o material matriz 6 a um núcleo evacuado 3 até que o núcleo 3 esteja completamente impregnado. A impregnação sob vácuo tem lugar em temperaturas tipicamente entre 25*0 e 130*0. Então o material matriz epóxi 6 é cur ado (endurecido) a uma temperatura tipicamente entre 600 e 1500 e ev entualmente pós-curado para alcançar as propriedades termomecânicas desejadas. Então o núcleo 3 é resfriado e eventualmente usinado, e o flange 10, a envoltória isolante 11 e outras partes são aplicadas. Ao invés de enrolar o espaçador 4 sobre o condutor 2, também é possível enrolar o espaçador 4 sobre um mandril que é removido depois de acabar um processo de produção. Mais tarde um condutor 2 pode ser inserido no furo no núcleo 3 que é deixado no lugar no qual o mandril estava posicionado. Neste caso o condutor 2 pode ser circundado por algum material isolante como um líquido isolante para evitar espaços de ar entre o condutor 2 e o núcleo 3.

[051] Os elementos de equalização 5 podem ser aplicados ao núcleo 3 enrolando-os entre duas camadas espaçadoras, isto é, o espaçador como folha 4é enrolado e durante o processo de enrolamento um elemento de equalização 5 é inserido. O processo de enrolamento é continuado, de modo que o elemento de equalização 5 na bucha fabricada se situa entre duas camadas de espaçador enrolado 4. Este método é muito fácil e permite um controle da espessura da pilha já pré-enrolada, de modo que a posição radial do elemento de equalização pode ser definida de maneira muito precisa.

[052] Uma outra possibilidade é fixar um elemento de equalização 5 ao espaçador 4 antes ou durante o enrolamento. Isto pode ser feito, por exemplo, colando o elemento de equalização 5 sobre o espaçador ou fixando-os juntos por meio de um processo de aquecimen- to no qual o espaçador 4 e o elemento de equalização 5 são depositados um acima do outro e calor é aplicado, por meio do que, no mínimo um dos materiais, isto é, um material do espaçador 4 e/ou o elemento de equalização 5 no mínimo parcialmente derrete ou amolece, e com isto formam uma conexão com o outro material. No mínimo um dos materiais, isto é, o espaçador 4 e/ou o elemento de equalização 5 poderíam também ter um revestimento que tem um ponto de fusão baixo e que facilita este processo. Uma outra possibilidade para fixar o elemento de equalização 5 sobre o espaçador 4 é revestir o espaçador 4 juntamente com o elemento de equalização 5 com um revestimento de fixação. Alternativamente, é possível fixar um elemento de equalização 5 de maneira mecânica, por exemplo, utilizando um tipo de grampo ou por meio de uma fibra que conecta o espaçador 4 com o elemento de equalização 5. É mesmo possível utilizar um elemento de equalização 5 e um espaçador 4 com uma tal estrutura de superfície que eles podem ser interligados como uma conexão de fixador de gancho e alça. Ao invés de utilizar uma camada eletricamente condutora 51 como um elemento de equalização 5, é possível utilizar no mínimo duas camadas eletricamente condutoras 51 como um elemento de equalização 5.

[053] Classificações de voltagem típicas para buchas de alta voltagem estão entre cerca de 50 kV até 800 kV em correntes classificadas de 1 kA até 50 kA.

Lista de símbolos de referência 1. bucha, bucha condensadora 2. condutor 3. núcleo 4. espaçador como folha 5. elemento de equalização 51. camada 6. material matriz 7. feixe de fibras 8. peça transversal/ponte 9. abertura 10. flange 11. envoltória isolante (com telhados) composto núcleo oco 12. meio isolante, gel 13. canal A. eixo REIVINDICAÇÕES

Claims (15)

1. Bucha (1) para alta voltagem com um condutor (2) e um núcleo (3) que circunda o condutor (2), o núcleo (3) compreendendo um espaçador como folha (4) cujo espaçador (4) é impregnado com um material matriz eletricamente isolante (6) e cujo espaçador (4) é enrolado em forma espiral ao redor de um eixo (A), formando assim uma multiplicidade de camadas vizinhas, o eixo (A) sendo definido através da forma do condutor (2), o núcleo (3) ainda compreendendo elementos de equalização (5) em distâncias radiais apropriadas até eixo (A), onde os elementos de equalização (5) compreenderem camadas eletricamente condutoras ou semicondutoras (51), e os elementos de equalização (5) são aplicados ao núcleo (3) de forma separada do espaçador (4), caracterizado pelo fato de que as camadas (51) têm aberturas (9) através de cujas aberturas (9) o material matriz (6) pode penetrar.

2. Bucha (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de os elementos de equalização (5) serem enrolados de forma separada do espaçador (4).

3. Bucha (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de as camadas eletricamente condutoras (51) compreenderem um material metálico semicondutor ou carbono.

4. Bucha (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de as camadas eletricamente condutora (51) compreenderem uma multiplicidade de fibras (7).

5. Bucha (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de as camadas eletricamente condutoras (51) serem conformadas em rede conformadas em grade, em malha ou perfuradas.

6. Bucha (1) de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 ou 2, caracterizada pelo fato de as camadas eletricamente condutoras (51) serem feitas de folhas sólidas, em particular feitas de metal, liga metálica, ou carbono, com aberturas (9) na forma de furos.

7. Bucha (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de as camadas eletricamente condutoras (51) serem revestidas e/ou tratadas na superfície para uma adesão melhorada entre as camadas eletricamente condutoras (51) e o material matriz (6).

8. Bucha (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de a dimensão e/ou número das aberturas (9) nas camadas eletricamente condutoras (51) variar ao longo da direção paralela ao eixo (A).

9. Bucha (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de o espaçador como folha (4) compreender uma camada eletricamente isolante, cuja camada tem aberturas (9') através de cujas aberturas (9') o material matriz (6) pode penetrar.

10. Bucha (1) de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de o material matriz (6) compreender partículas de enchimento.

11. Bucha (1) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de as partículas de enchimento serem eletricamente isolantes ou semicondutoras.

12. Bucha (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizada pelo fato de a condutividade térmica das partículas de enchimento ser mais elevada do que a condutividade térmica do polímero e/ou o coeficiente de expansão térmica das partículas de enchimento ser menor do que o coeficiente de expansão térmica do polímero.

13. Método para a produção de uma bucha (1) para alta voltagem, como definida na reivindicação 1, com um espaçador como folha (4) enrolado em forma espiral ao redor de um condutor (2) ou ao redor de um mandril, a forma do condutor (2) ou do mandril definindo um eixo (A), o espaçador é enrolado como folha (4) formando assim uma multiplicidade de camadas vizinhas, e então o espaçador como folha (4) é impregnado com um material matriz eletricamente isolante (6), onde elementos de equalização (5) que compreendem camadas eletricamente condutoras (51) serem aplicados ao núcleo (3) de forma separada do espaçador (4) em distâncias radiais apropriadas até o eixo (A), caracterizado pelo fato de que as camadas eletricamente condutoras (51) apresentam aberturas (9).

14. Camada eletricamente condutora para uma bucha para alta voltagem, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 até 12, caracterizada pelo fato de a camada eletricamente condutora (51) que tem uma multiplicidade de aberturas (9) formar um elemento de equalização individual (5).

15. Aparelho de alta voltagem, em particular um gerador ou um transformador, ou uma instalação de alta voltagem, em particular um comutador caracterizado por compreender uma bucha (1) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 até 12.