BRPI0721226A2 - material isolante para máquinas elétricas - Google Patents

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BRPI0721226A2 BRPI0721226-7A BRPI0721226A BRPI0721226A2 BR PI0721226 A2 BRPI0721226 A2 BR PI0721226A2 BR PI0721226 A BRPI0721226 A BR PI0721226A BR PI0721226 A2 BRPI0721226 A2 BR PI0721226A2
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Gyula Hipszki
Gerhard Wruss
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Siemens Transformers Austria Gmbh & Co Kg
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Abstract

MATERIAL ISOLANTE PARA MáQUINAS ELéTRICAS. A presente invenção refere-se a um material isolante para máquinas elétricas para isolamento de enrolamentos em espiral, dotados de um material veículo e revestimentos adesivos nas partes dianteira e traseira do material veículo, os revestimentos adesivos sendo montados e alinhados nas partes dianteira e traseira do material veículo de tal forma que no material veículo no estado de isolamento uma conexão de fricção direta é desenvolvida entre os revestimentos adesivos e as partes dianteira e traseira.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MATERIAL ISOLANTE PARA MÁQUINAS ELÉTRICAS".
A presente invenção refere-se a um material isolante para má- quinas elétricas para isolar as voltas de um conjunto de mola em espiral, dotado de um material veículo e revestimentos adesivos nos lados dianteiro e traseiro do material veículo.
A invenção também se refere ao uso do material isolante para isolar as voltas de um conjunto de mola em espiral em máquinas elétricas.
É conhecido por um tempo relativamente longo se usar um ma- terial isolante que é impresso em ambos os lados com resina de epóxi com o objetivo de isolar os enrolamentos de máquinas elétricas (por exemplo, transformadores, transdutores). Tipicamente, o referido material isolante é dotado de um revestimento de resina de epóxi em forma de diamante. Na terminologia técnica, o referido material isolante é referido como "Papel Re- vestido de Epóxi com Padrão Diamante" (DPP).
Um material isolante contendo uma camada isolante produzida a partir de um polímero orgânico é conhecido a partir do pedido de patente Européia EP 0 287 814 B1. O referido pedido de patente Européia divulga um material isolante dotado de uma resistência de coroa aprimorada, sem que um aumento na espessura total do material isolante seja necessário pa- ra isto.
Se o isolamento se desgasta ou rasga, descargas de coroa po- dem ocorrer entre as voltas individuais do enrolamento, deste modo reduzin- do o desempenho e afetando negativamente a vida útil do conjunto de mola em espiral.
O objetivo da presente invenção é proporcionar um material iso- lante que ofereça um alto grau de estabilidade no estado de isolamento.
O referido objetivo é inventivamente alcançado no caso de um material isolante do tipo mencionado na introdução em que os revestimentos adesivos são aplicados e alinhados nos lados dianteiro e traseiro do material veículo de tal modo que no material veículo uma conexão de fricção direta é desenvolvida no estado de isolamento entre os revestimentos adesivos nas partes dianteira e traseira do material veículo. Se uma conexão de fricção direta existe entre os pontos de adesão dos revestimentos adesivos nos lados dianteiro e traseiro do material veículo em seguida do processo de co- zimento (ou em seguida da ligação), nenhuma força de cisalhamento ou apenas mínimas forças de cisalhamento são produzidas entre os pontos de adesão dos lados dianteiro e traseiro. Adicionalmente, o material veículo (por exemplo, papel Kraft1 cartão prensado, papel de aramida, filme de poliéster, fibra têxtil, ou um material com base têxtil) não é também exposto a qualquer tensão de força substancial. Isto tem um efeito positivo na vida útil do mate- rial isolante. Em particular, desgaste e cisalhamento do material isolante é evitado por uma conexão de fricção direta, a qual por sua vez apresenta um efeito positivo na confiabilidade e segurança operacional da máquina elétri- ca. Pelo fato das forças de cisalhamento serem evitadas em resultado da conexão de fricção direta entre os pontos de adesão nos lados dianteiro e traseiro, um alto grau de estabilidade está presente na queima (ou ligação) dos enrolamentos. Ademais, menos material adesivo (resina de epóxi ou outro adesivo adequado) é necessário para os revestimentos adesivos e adicionalmente o alto grau de estabilidade da queima (ou ligação) permite o uso de um material veículo delgado, deste modo reduzindo os custos do ma- terial isolante. Adicionalmente, um alto grau de estabilidade da queima evita um desgaste ou cisalhamento do material isolante, deste modo evitando descargas de coroa entre as voltas individuais do conjunto de mola em espi- ral.
De acordo com uma primeira modalidade vantajosa da inven- ção, resina de epóxi é usada como o material adesivo para os revestimentos adesivos. Resina de epóxi como um material adesivo é fácil de manipular e de aplicar ao material veículo. Adicionalmente, resina de epóxi é dotada de propriedades termoquímicas vantajosas. Assim, no momento do transporte no meio transportador a resina de epóxi é disposta no que se denomina de um estado 6 reativo. Ao ser aquecida a temperaturas mais altas, a resina de epóxi se torna adesiva e se liga às voltas dos condutores elétricos. Após um tempo de cura ter decorrido, a resina de epóxi assume o que se denomina de um estado C e uma ligação infundível estável existe com as voltas dos condutores elétricos. A espessura do revestimento de resina de epóxi se encontra na região de aproximadamente 0,020 mm por lado, dependendo do meio transportador.
De acordo com uma modalidade vantajosa adicional da inven-
ção, os revestimentos adesivos nos lados dianteiro e traseiro do material veículo são, em cada caso, dispostos congruente ou virtualmente congruen- temente um com relação ao outro. É deste modo garantido que a carga me- cânica do material veículo induzida pelas forças adesivas seja minimizada, uma vez que não são produzidas forças de cisalhamento no material veículo pelo fato dos revestimentos adesivos serem dispostos um em oposição ao outro em cada caso. Rasgos e desgaste no material veículo podem ocorrer em virtude de forças de cisalhamento. A vida útil do material isolante é, por- tanto, aumentada em resultado da anulação das forças de cisalhamento. De acordo com uma modalidade vantajosa adicional da inven-
ção, os revestimentos adesivos nos lados dianteiro e traseiro do material veículo representam um padrão simétrico essencialmente oposto em cada caso. A referida disposição dos revestimentos adesivos garante uma cone- xão de fricção direta entre os pontos de adesão dos revestimentos adesivos nos lados dianteiro e traseiro do material veículo. Consequentemente, ne- nhuma força de cisalhamento atua entre os pontos de adesão nos lados di- anteiro e traseiro do material veículo. A disposição simétrica oposta dos pon- tos de adesão nos lados dianteiro e traseiro do material veículo, em cada caso, garante que a carga mecânica induzida no material veículo pelas for- ças adesivas seja minimizada. Dentre outras coisas, isto aumenta a vida útil do material veículo e, portanto, também do material isolante.
De acordo com uma modalidade vantajosa adicional da inven- ção, os revestimentos adesivos são em formato de diamante. Revestimentos adesivos em formato de diamante constituem um revestimento parcial nos lados dianteiro e traseiro. O revestimento parcial conduz a uma ligação par- cial das voltas dos condutores elétricos ao material isolante. Conseqüente- mente, há espaços livres não colados presentes entre o material isolante e as voltas dos condutores elétricos, os quais acarretam em uma contribuição positiva para o processo de secagem e impregnação. Ademais, um revesti- mento de resina de epóxi em forma de diamantes em cartão prensado trans- formador ou em papel Kraft é também adequado para resistir aos elevados níveis de energia e voltagens nas partes ativas dos transformadores (em particular transformadores de energia) ou transdutores, em particular com relação a tensões dielétricas ou mecânicas. Um comprimento de lado ade- quado dos diamantes se encontra na faixa de 9 mm -10 mm, enquanto que uma distância adequada entre dois diamantes (distância entre dois compri- mentos de lados adjacentes) se encontra na faixa de 5,5 mm - 7 mm.
De acordo com uma modalidade vantajosa adicional da inven- ção, os revestimentos adesivos são de formato circular. A vantagem de re- vestimentos adesivos circulares ou em forma de pontos se baseia no fato de que os mesmos podem facilmente ser aplicados ao material veículo por pressão ou usando técnicas de pulverização. A princípio, entretanto, qual- quer formato é adequado desde que seja garantido que os revestimentos adesivos nos lados dianteiro e traseiro do material veículo sejam posiciona- dos congruentemente opostos um ao outro ou são dispostos essencialmente congruentes nos lados dianteiro e traseiro do material veículo. De acordo com uma modalidade vantajosa adicional da inven-
ção, cartão prensado transformador, papel Kraft, papel de aramida, filme de poliéster, fibra têxtil ou um material com base têxtil é usado como o material veículo. Os referidos materiais são dotados de um alto grau de deformabili- dade e flexibilidade e são, portanto, fáceis de manipular. Cartão prensado transformador e papel Kraft adicionalmente são dotados de alta resistência à falha elétrica e excelente resistência à tensão, e, conseqüentemente, podem ser expostos a extremas tensões de voltagem. Papel de aramida (por exem- plo, NOMEX®) é particularmente adequado para satisfazer elevadas exigên- cias térmicas e dielétricas. Fibras têxteis e materiais com base em têxteis são econômicos e adequados em particular para faixas de pequena volta- gem.
De acordo com uma modalidade vantajosa adicional da inven- ção, a máquina elétrica é um transformador, um conversor, um transdutor ou um gerador. Tensões dielétricas e mecânicas extremas com freqüência exis- tem nas partes ativas das máquinas elétricas tais como, por exemplo, trans- formadores, conversores de freqüência, transdutores ou geradores, afetando adversamente a vida útil e eficiência operacional do isolamento condutor usado. Se uma conexão de fricção direta está presente no material veículo entre os revestimentos adesivos dos lados dianteiro e traseiro, as forças de cisalhamento no material veículo do isolamento são evitadas ou reduzidas, deste modo resultando em um efeito positivo na vida útil, eficiência opera- cional e manutenção do isolamento.
Uma modalidade vantajosa adicional da invenção consiste no uso do material isolante da invenção para isolar voltas de conjuntos de mola em espiral em máquinas elétricas. A vida útil de transformadores de energia é descrita em particular pela vida útil do sistema de isolamento, uma vez que no caso de uma instabilidade mecânica do material isolante há um maior risco de uma falha dielétrica e um concomitante potencial de falha total do transformador. Efeitos de envelhecimento e as cargas mecânicas e elétricas no material veículo desempenham um papel importante em termos da vida útil do sistema de isolamento. Se o meio transportador não é exposto, no estado de isolamento, a quaisquer forças de cisalhamento em virtude dos pontos de adesão nos lados dianteiro e traseiro, isto tem um efeito positivo na vida útil e eficiência operacional de todo o sistema de isolamento.
Uma modalidade exemplificativa da invenção é explicada em mais detalhes abaixo com referencia aos desenhos, nos quais: a figura 1 mostra uma representação esquemática do prin-
cípio de conexão de fricção da presente invenção,
a figura 2 mostra uma seção de um lado de um material ve- ículo revestido, em que o revestimento adesivo é em formato de diamante,
a figura 3 mostra uma seção de um lado de um material ve- ículo revestido, em que o revestimento adesivo é aplicado na forma de pon- tos circulares,
a figura 4 é uma vista esquemática detalhada ilustrando o uso do material isolante da invenção em uma máquina elétrica, e
a figura 5 é uma vista esquemática ilustrando o uso do ma- terial isolante da invenção em um transformador.
A figura 1 mostra uma representação esquemática do princípio de conexão de fricção da presente invenção. Revestimentos adesivos 3 são aplicados ao material veículo 1 em suas partes dianteira 4 e traseira 5. Em resultado da fase de queima ou de ligação, os revestimentos adesivos 3 en- tram em contato com as voltas 2 no estado de isolamento. Pelo fato dos re- vestimentos adesivos 3 nas partes dianteira 4 e traseira 5 do material veículo 1 são dispostos diretamente em oposição um ao outro ou, conforme o caso, são congruentes, um efeito de conexão de fricção direta é produzido entre revestimentos adesivos mutuamente opostos entre si 3 em cada caso. Con- sequentemente, não são geradas forças de cisalhamento no material veículo 1, uma vez que a força é transferida diretamente a partir de um lado para o outro. As vantagens a seguir em particular resultam a partir de um efeito de conexão de fricção direta:
- alto grau de estabilidade da queima ou ligação do material iso- lante às voltas 2 dos condutores elétricos de uma máquina elétrica (por e- xemplo, transformador, transdutor, gerador);
- uma maior resistência a curto circuito resultando a partir do
mesmo;
- menos adesivo (por exemplo, resina de epóxi) necessário para os revestimentos adesivos;
- uso de um material veículo mais delgado.
Benefícios de custo podem resultar a partir de todos os pontos
acima mencionados.
Cartão prensado transformador (por exemplo, PSP 3055), papel Kraft e todos os outros materiais de celulose-, aramida-, poliéster- ou materi- ais com base em têxteis são adequados como o material veículo 1, depen- dendo das necessidades particulares dielétricas e térmicas em cada caso. Os revestimentos adesivos 3 podem consistir em resina de epóxi ou de outro adesivo apropriado que é adequado para uso em máquinas elétricas (por exemplo, transformadores). Os revestimentos adesivos 3 podem ser, por exemplo, em formato de diamante, retangular ou em forma de ponto. A prin- cípio, entretanto, qualquer formato é adequado desde que seja garantido que os revestimentos adesivos 3 nas partes dianteira 4 e traseira 5 do mate- rial veículo 1 sejam dispostos congruentemente opostos um ao outro.
Em máquinas elétricas, em particular em transformadores, os condutores elétricos das voltas 2 são isolados em particular por meio do que se chama de isolamentos ou sistemas de isolamento. Por meio de um reves- timento parcial do material veículo 1 com adesivo 3 é garantido que espaços livres são produzidos entre o material isolante e o condutor elétrico das vol- tas 2. Os referidos espaços livres servem para promover o processo de se- cagem (remoção de ar e umidade) em seguida da fase de queima ou ligação e ajudar na impregnação do óleo.
A estabilidade mecânica do material veículo 1 apresenta uma grande influência na vida útil e eficiência operacional de um sistema de iso- lamento. A perda da estabilidade mecânica (em virtude de encolhimento, rasgos, desgaste) do material veículo 1 acarreta em risco de uma falha dielé- trica e também de uma falha total, por exemplo, de um transformador. A presente invenção garante que não sejam produzidas forças de cisalha- mento no material veículo 1, deste modo alcançando um alto nível de estabi- lidade mecânica do material isolante.
A figura 2 mostra uma seção de um lado de um material veículo revestido 1, em que o revestimento adesivo 3 é em formato de diamante. O revestimento adesivo em formato de diamante permite as vantagens de um revestimento adesivo parcial (intercâmbio confiável entre meio líquido e meio sólido, assim como um impacto positivo no processo de secagem durante a fase de queima ou ligação). Um comprimento de lado adequado dos diamantes se encontra na faixa de 9 mm - 10 mm, enquanto uma dis- tância adequada entre dois diamantes (distância entre dois comprimentos de lados adjacentes) se encontra na faixa de 5,5 mm - 7 mm. A área de cober- tura total pelas partes dianteira 4 e traseira 5 que é proporcionada com os revestimentos adesivos está tipicamente na faixa de 30% -40%, embora isto possa variar de acordo com a aplicação e as necessidades. O comprimento do lado de um diamante e a distância entre dois diamantes podem também variar de acordo com a aplicação e as necessidades. Na figura 2 o sinal de referência M indica a direção da máquina, e o sinal de referência Q indica a direção transversal.
A figura 3 mostra uma seção de um lado de um material veículo revestido, em que o revestimento adesivo é aplicado na forma de pontos circulares. A vantagem de revestimentos adesivos circulares ou em forma de pontos 3 se baseia no fato de que os mesmos podem ser facilmente aplica- dos ao material veículo 1 por pressão ou usando técnicas de pulverização. Os revestimentos adesivos circulares ou em forma de pontos 3, mas tam- bém os revestimentos adesivos em formato de diamante 3, podem ser apli- cados, por exemplo, de modo simples em uma operação simultaneamente sobre as partes dianteira 4 e traseira 5 do meio transportador 1 se o meio para aplicar os revestimentos adesivos forem instalados de acordo em um dispositivo, dispostos opostos um ao outro em cada caso. Entretanto, os re- vestimentos adesivos 3 podem também ser aplicados no meio transportador 1 em uma pluralidade de operações.
O raio dos círculos ou pontos e a distância entre dois círculos ou pontos podem variar de acordo com a aplicação e as necessidades. A área de cobertura total pelas partes dianteira 4 e traseira 5 que é proporcionada com os revestimentos adesivos circulares ou em forma de pontos está tipi- camente na faixa de 30% - 40%, embora isto possa variar de acordo com a aplicação e as necessidades.
A figura 4 é uma vista esquemática detalhada ilustrando o uso do material isolante da invenção 10, 11 em uma máquina elétrica. O material isolante da invenção é empregado entre outras coisas no isolamento de vol- tas 2 de conjuntos de mola em espiral em máquinas elétricas, tais como, por exemplo, transformadores, conversores, transdutores ou geradores.
De acordo com a figura 4, o enrolamento de baixa voltagem 8, aqui no exemplo na forma de um enrolamento de tira, é incorporado com um espaço de resfriamento parcial 14. O enrolamento de alta voltagem 9 é in- corporado na figura 4 apenas como exemplo como um enrolamento de ca- mada de fio redondo. A figura 4 mostra fios redondos seccionados como condutores elétricos 7. O material isolante da invenção 10 (isolamento con- dutor do enrolamento de baixa voltagem) é disposto entre as voltas individu- ais e portanto, estabelece uma conexão de fricção direta a partir de uma vol- ta para a outra. No enrolamento de alta voltagem 9, o material isolante da invenção 11 é disposto entre as camadas e constitui o isolamento de cama- da. As tiras de borda 12, 13 dos enrolamentos de baixa voltagem e de alta voltagem também ganham maior estabilidade como um resultado de um e- feito de conexão de fricção direta dos pontos de adesão.
A figura 5 é a uma vista esquemática seccionada ilustrando o uso do material isolante da invenção 10, 11 em um transformador. Afigura 5 mostra o uso do material isolante da invenção 10, 11 em um transformador, como descrito com referência à figura 4. Material isolante para máquinas elétricas para isolar voltas de
conjuntos de mola em espiral, compreendendo um material veículo e reves- timentos adesivos nos lados dianteiro e traseiro do material veículo, em que os revestimentos adesivos são aplicados e alinhados nos lados dianteiro e traseiro do material veículo de tal modo que uma conexão de fricção direta seja estabelecida no material veículo entre os revestimentos adesivos nos lados dianteiro e traseiro no estado de isolamento. Sinais de Referência
1 Material veículo 2 Voltas 3 Revestimento adesivo 4 Dianteira Traseira 6 Conexão de fricção 7 Condutor Elétrico 8 Enrolamento de baixa voltagem de um transformador 9 Enrolamento de alta voltagem de um transformador Isolamento condutor, enrolamento de baixa voltagem 11 Isolamento de camada, enrolamento de alta voltagem 12 Tira de borda, enrolamento de baixa voltagem 13 Tira de borda, enrolamento de alta voltagem 14 Espaço de resfriamento M Direção da máquina Q Direção transversal

Claims (10)

1. Material isolante (10, 11) para máquinas elétricas para isolar voltas (2) de conjuntos de mola em espiral, - compreendendo um material veículo (1) que é dotado de par- tes dianteira (4) e traseira (5); - compreendendo revestimentos adesivos (3) que são aplicados em um padrão nas partes dianteira (4) e traseira (5) do material veículo (1), caracterizado pelo fato de que os revestimentos adesivos (3) são dispostos um em oposição ao outro nas partes dianteira (4) e traseira (5), são dispostos essencialmente congruentemente em cada caso.
2. Material isolante (10, 11) de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado pelo fato de que a resina de epóxi é usada como o material ade- sivo para os revestimentos adesivos (3).
3. Material isolante (10, 11) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os revestimentos adesivos (3) nas partes dianteira (4) e traseira (5) do material veículo (1) representam um padrão simétrico essencialmente oposto em cada caso.
4. Material isolante (10, 11) de acordo com uma das reivindica- ções 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os revestimentos adesivos (3) são em formato de diamante.
5. Material isolante (10, 11) de acordo com uma das reivindica- ções 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os revestimentos adesivos (3) são de formato circular.
6. Material isolante (10, 11) de acordo com uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que cartão prensado transfor- mador, papel Kraft, papel de aramida, filme de poliéster, fibra têxtil ou um material com base têxtil é usado como o material veículo (1).
7. Material isolante (10, 11) de acordo com uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que a máquina elétrica é um transformador, um conversor, um transdutor ou um gerador.
8. Uso do material isolante (10, 11) como definido em uma das reivindicações precedentes, para isolar voltas (2) de conjuntos de mola em espiral em máquinas elétricas.
9.
Uso de material isolante (10, 11) de acordo com a reivindica- ção 8, caracterizado pelo fato de que a máquina elétrica é um transformador, um conversor, um transdutor ou um gerador.
BRPI0721226-7A 2007-02-06 2007-02-06 material isolante para máquinas elétricas BRPI0721226A2 (pt)

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