BRPI1004701B1 - Enrolamento de transformador, transformador e método de aumentar a resistência a dobramento de um enrolamento de transformador - Google Patents
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Abstract
enrolamento de transformador e método de reforçar um enrolamento de transformador. a presente invenção refere-se a um enrolamento de transformador que tem um condutor enrolado em uma pluralidade de espiras é descrito, em que o enrolamento de transformador compreende uma parte de reforço arranjada em uma transição de enrolamento, em uma maneira de modo que cubra mais do que 180º da circunferência do condutor, pelo que, a resistência a dobramento do condutor na localização da parte de reforço é aumentada. a capacidade de resistência do enrolamento do transformador contra tensão de dobramento é com isto melhorada.
Description
[001] A presente invenção refere-se ao campo de transformadores para transformação de voltagem, e em particular a enrolamento de transformador.
[002] Um condutor que carrega corrente em um campo magnético irá experimentar uma força que corresponde ao produto cruzado entre a corrente e o campo magnético, esta força muitas vezes referida como a força magnética de Lorentz. Em um transformador, a força magnética de Lorentz resulta, entre outras, em uma força radial para dentro sobre um enrolamento interior e uma força radial para fora correspondente sobre um enrolamento exterior.
[003] No caso de correntes de curto-circuito que escoam em um transformador, a força radial para dentro sobre um enrolamento interior de transformador pode ser muito elevada e pode provocar dano considerável ao transformador. Este fenômeno foi discutido em diversos documentos, vide por exemplo, Z. Liang e outros em "", Electrical Machines e Systems, International Conference on Electrical Machines e Systems, 2003, Vol. 1, PP 302-304.
[004] Um problema ao qual se relaciona a invenção, é como melhorar a estabilidade mecânica de um enrolamento de transformador contra deformação provocada por tensões de dobramento, por exemplo em uma situação de curto-circuito.
[005] Este problema é enfrentado por um enrolamento de transformador que tem um condutor enrolado em uma pluralidade de espiras. O enrolamento do transformador compreende: uma parte de reforço arranjada em uma transição de enrolamento em uma maneira de modo a cobrir mais do que 180° da circunferência do condutor, pelo que, a resistência a dobramento do condutor na localização da transição de enrolamento é aumentada. A capacidade de resistência do enrolamento do transformador contra tensão de dobramento provocada por forças de compressão que ocorrem, por exemplo em uma situação de curto-circuito, é melhorada com isto. A tensão de dobra- mento que ocorre quando de curto-circuito em transições de enrolamento, onde o trajeto condutor desvia do trajeto de enrolamento regular, é muitas vezes um fator limitante para todo o dimensionamento do enrolamento. Daí, aumentando a resistência a dobramento em uma transição de enrolamento, dimensões maiores do transformador podem ser facilitadas.
[006] Em uma modalidade o componente principal da parte de reforço é um polímero reforçado com fibra. Polímeros reforçados com fibra podem ser conformados de maneira conveniente em uma forma adequada e fornecer resistência adequada a tração e compressão.
[007] A parte de reforço poderia ser dimensionada de maneira vantajosa de modo que a resistência a dobramento do condutor é aumentada por no mínimo 25% na localização da parte de reforço. Aumentando a resistência a dobramento do condutor por no mínimo 25% em uma transição de enrolamento, é muitas vezes conseguido que esta transição de enrolamento não seja mais o ponto mais fraco do enrolamento do transformador.
[008] Em uma modalidade, a parte de reforço se estende na direção axial do condutor a uma distância que corresponde a menos do que uma circunferência de uma espira do enrolamento.
[009] Um enrolamento de transformador pode compreender uma pluralidade de espaçadores de duto radiais espaçados a uma distância de espaçador de duto ao longo da direção circunferencial do enrolamento. Em uma modalidade, a parte de reforço se estende na direção axial do condutor a uma distância que corresponde a 1-4 distâncias de espaçador de duto.
[0010] Em uma modalidade, a parte de reforço inclui um componente que fornece propriedades semicondutoras à parte de reforço, de modo que blindagem elétrica da parte de reforço é conseguida. Ao produzir uma parte de reforço existe um risco que bolhas de gás venham a se formar na parte de reforço. Fornecendo blindagem na parte de reforço é conseguido que medidas menos restritivas venham a ser necessárias para evitar que bolhas de gás se formem na parte de reforço quando da produção.
[0011] Um transformador que tem um enrolamento de transformador como descrito acima é ainda mais divulgado. O enrolamento de transformador pode formar, de maneira vantajosa, um enrolamento interior do transformador. Além disto, o enrolamento de transformador pode, de maneira vantajosa, formar um enrolamento de baixa voltagem do transformador. O enrolamento de transformador pode ser benéfico a diversos tipos de transformadores e, em particular, a um transformador de uma classificação de potência elétrica de 25 MVA ou mais, uma vez que tais transformadores são expostos a forças de Lo-rentz muito fortes quando de curto-circuito.
[0012] Em uma modalidade, o condutor de enrolamento do transformador é um condutor de cabo transposto de maneira contínua. Tais condutores são muitas vezes utilizados em enrolamentos de transformador, por exemplo, enrolamentos de baixa voltagem de transformadores de classificação de potência elétrica de 25MVA ou mais elevada. Condutores de cabo transposto de maneira contínua são, genericamente, não tão resistentes a tensão de dobramento como a tensões de compressão ou de tração. Daí, a invenção pode fornecer grandes melhoramentos a tais enrolamentos.
[0013] Um método de aumentar a resistência a dobramento de um enrolamento de transformador que tem um condutor é, além disto, divulgado. Fibras de reforço em um polímero termofixo são arranjadas em uma transição de enrolamento em uma maneira, de modo que as fibras de reforço formem uma parte de reforço que se estende ao redor de mais do que 180° da circunferência do condutor.
[0014] Outros aspectos da invenção estão descritos na descrição detalhada a seguir e nos desenhos que acompanham.
[0015] A figura 1 é uma ilustração esquemática de um enrolamento de transformador de duas camadas.
[0016] A figura 2a é uma vista em perspectiva que ilustra de maneira esquemática um transformador que tem dois enrolamentos.
[0017] A figura 2b é uma vista em seção transversal que ilustra de maneira esquemática um transformador que tem dois enrolamentos.
[0018] A figura 3a é uma vista ao longo do eixo de um exemplo de um enrolamento interior que tem duas camadas.
[0019] A figura 3b é uma vista do enrolamento interior da figura 3a depois que o enrolamento tenha sido exposto a um cenário de curto- circuito.
[0020] A figura 4a é uma ilustração esquemática de um enrolamento interior de uma camada.
[0021] A figura 4b é uma ilustração esquemática do enrolamento interior da figura 4a depois que o enrolamento tenha sido exposto a um cenário de curto-circuito.
[0022] A figura 5a é uma ilustração esquemática de um enrolamento de disco interior.
[0023] A figura 5b é uma ilustração esquemática de dois discos do enrolamento interior da figura 5a depois que o enrolamento tenha sido exposto a um cenário de curto-circuito.
[0024] A figura 6a é uma ilustração esquemática de um enrolamento de transformador de duas camadas no qual uma camada de transição bem como as transições de saída/entrada 125 foram reforçadas por meio de partes de reforço.
[0025] A figura 6b é uma ilustração esquemática de dois discos de um enrolamento de disco no qual uma transição de disco entre os dois discos foi reforçada por uma parte de reforço.
[0026] A figura 7a é uma ilustração esquemática de uma parte de reforço na forma de um tubo inteiro.
[0027] A figura 7b é uma ilustração esquemática de uma parte de reforço na forma de um tubo parcial.
[0028] As figuras 8a-d são seções transversais esquemáticas de diferentes modalidades de partes de reforço para reforçar um condutor de seção transversal retangular.
[0029] A figura 8e é uma seção transversal esquemática de uma modalidade de uma parte de reforço para reforçar o exemplo de um condutor CTC.
[0030] A figura 9a é um fluxograma que ilustra de maneira esquemática um exemplo de um método de produzir uma transição de enrolamento reforçada.
[0031] A figura 9b é um fluxograma que ilustra de maneira esquemática uma modalidade do método da figura 9a.
[0032] A figura 9c é um fluxograma que ilustra de maneira esquemática outra modalidade do método da figura 9a.
[0033] A figura 10 é uma ilustração esquemática de uma parte de reforço de polímero que compreende um componente que produz propriedades semicondutoras.
[0034] A figura 1 ilustra de maneira esquemática um exemplo de um enrolamento de transformador 100 que tem um condutor 105 que é enrolado ao redor de um núcleo 110 (o núcleo geralmente não é considerado ser parte do enrolamento do transformador 100). O condutor 105 forma N espiras ao redor do núcleo 110 em pelo menos uma camada 120. O enrolamento de transformador 100 da figura 1, que é fornecido apenas como um exemplo, tem N espiras - divididas entre uma primeira camada 120a e uma segunda camada 120b. Uma camada de transição 130 entre as duas camadas 120a, 120b, está mostrada na figura 1. O condutor 105, além disto, tem duas transições de saí- da/entrada 125 que formam transições entre as partes de alimentação do condutor 105 e a parte do condutor 105 que constitui a bobina. O trajeto de enrolamento em um transformador de potência é muitas vezes circular, porém, pode alternativamente, ser de outra forma tal como, por exemplo, elíptica, quadrática ou retangular. Um condutor 105 é tipicamente um cabo formado de diversos fios paralelos, porém também poderia ser um condutor de um fio único. Uma vista em perspectiva esquemática de um transformador 200 que tem um enrolamento interior 100a e um enrolamento exterior 100b é fornecida na figura 2a. Os enrolamentos interior e exterior 100a, 100b da figura 2a são enrolados ao redor de um núcleo circular 110. A figura 2b é uma seção transversal esquemática do transformador 200 da figura 2a. O transformador 200 da figura 2a é apenas um exemplo, e um transformador 200 poderia incluir mais do que dois enrolamentos; os enrolamentos poderiam ser arranjados em uma maneira diferente do que aquela mostrada na figura 2b, etc.
[0035] Quando um transformador 200 está em operação, a corrente no enrolamento exterior 100b dá origem a um campo magnético que irá exercer uma força sobre o condutor que carrega corrente 105 do enrolamento interior 100a, e vice-versa. Isto irá resultar em uma compressão radial para dentro do enrolamento interior 100a bem como uma tensão radial para fora do enrolamento exterior 100b. Genericamente existe o risco que a compressão de um enrolamento interior 100a que resulta das forças sobre o condutor que carrega corrente 105 do enrolamento interior 100a em uma situação de curto-circuito dê origem a deformação não desejada do enrolamento interior 100a. Este risco é particularmente pronunciado quando o enrolamento interior 100a é o enrolamento de baixa voltagem dos enrolamentos do transformador, uma vez que a corrente que escoa através do enrolamento interior 100a será então maior do que quando o enrolamento interior 100a é o enrolamento de alta voltagem.
[0036] O enrolamento interior 100a será daí espremido ao redor do núcleo 110 em um cenário de curto-circuito. Se nenhuma medida especial for tomada esta compressão do enrolamento 100 pode provocar uma flambagem do condutor 105. Para aumentar a resistência mecânica do condutor contra flambagem em transformadores de grande potência 200, um cabo transposto de maneira contínua (CTC) é muitas vezes utilizado como o condutor 105, no qual tranças finas e isoladas individualmente são arranjadas em uma forma transposta de maneira contínua e ligadas juntas tipicamente por epóxi. Contudo, mesmo se flambagem pode ser evitada, existe ainda um risco que o condutor 105 de um enrolamento interior 100a venha a ser deformado em uma situação de curto-circuito. Embora CTC ligado com epóxi suporte tensões elevadas de compressão ou de tração, genericamente ele não é resistente a tensões de dobramento.
[0037] Quando forças magnéticas fortes de Lorentz atuam sobre o enrolamento interior 100a a compressão do enrolamento interior 100a muitas vezes induz tensão de dobramento no condutor 105 em localizações onde o trajeto condutor desvia do trajeto de enrolamento regular ao redor do núcleo 110, tais localizações referidas daqui em diante como transições de enrolamento.
[0038] Um exemplo de uma transição de enrolamento é a camada de transição 130 encontrada entre duas camadas 120 em um enrolamento multicamadas 100. Na figura 3a uma vista ao longo do eixo de um exemplo de um enrolamento interior 100a está mostrado esquematicamente, onde o enrolamento 100a tem duas camadas 120a e 120b, com uma camada de transição 130 entre as camadas. Para finalidades de ilustração o condutor 105 foi indicado pelas linhas interrompidas na região de transição de camada. Na figura 3b uma seção transversal do mesmo enrolamento interior 100a está ilustrada depois que o enrolamento interior 100a foi exposto a uma situação de curto-circuito. O enrolamento interior 100a da figura 3b foi deformado na camada de transição 130 pela tensão de dobramento do condutor 105 induzida pelas forças de Lorentz radiais para dentro que ocorrem durante curto- circuito.
[0039] Outro exemplo de uma transição de enrolamento são as transições de saída/entrada 125 entre a bobina e as partes de alimentação do condutor 105 de um enrolamento de transformador 100. Tensão de dobramento induzida pelas forças magnéticas de Lorentz pode fazer com que um condutor 105 forme o que pode ser referido como o início de uma expira extra nas transições de enrolamento de saí- da/entrada 120. A tensão de dobramento de curto-circuito nas transições de saída/entrada 125 são particularmente pronunciadas em um de tipos de enrolamento de transformador referidos como enrolamentos de transformador helicoidais e enrolamentos de camada onde o condutor 105 é enrolado de maneira contínua ao redor do núcleo 110 em uma maneira de hélice ou parafuso (vide as figuras 1 e 2, nas quais enrolamentos de transformador de duas camadas 100 de tipo helicoidal ou em camadas, foram mostrados. O enrolamento interior helicoidal de uma camada 100a está mostrado de maneira esquemática na figura 4a e o mesmo enrolamento interior 100a está ilustrado de maneira esquemática na figura 4b depois que o enrolamento foi exposto a uma situação de curto-circuito. O condutor 105 foi deformado nas transições de saída/entrada 125 pela tensão de dobramento que ocorre na situação de curto-circuito.
[0040] Um outro exemplo de uma transição de enrolamento é uma transição de disco, isto é, uma transição a partir de um disco para o outro em um enrolamento de disco. O exemplo de um enrolamento de transformador 100 que compreende uma pluralidade de discos está ilustrado de maneira esquemática na figura 5a. Um enrolamento de disco é um tipo de enrolamento de transformador 100 muitas vezes utilizado para voltagens mais elevadas onde o condutor 105 é enrolado em uma pluralidade de espiras 115 em um padrão espiral para formar uma seção de transformador 500, daqui em diante referida como um disco 500 (a despeito da terminologia, um disco 500 poderia ser de outras formas diferentes de circular, tal como retangular ou elíptica. Diversos tais discos 500 são tipicamente empilhados axialmente para formar um enrolamento completo 100. Entre dois discos adjacentes 500, o condutor 105 forma uma transição de disco 505. Na figura 5b está ilustrada uma parte de um enrolamento de transformador de disco. A parte mostrada inclui dois discos 500 conectados por meio de uma transição de disco 505, onde o enrolamento de transformador 100 do qual os discos 500 formam uma parte foi exposto a uma situação de curto-circuito. O condutor 105 foi deformado na região de transição de disco pela tensão de dobramento induzida durante curto-circuito.
[0041] Como é o caso nas figuras 5a e 5b, uma pluralidade de es- paçadores de duto radiais são muitas vezes colocados entre discos 500 diretamente um em cima do outro na direção axial do enrolamento do transformador 100 para suportar mecanicamente o enrolamento do transformador 100 na direção axial. Os espaçadores de duto radiais 510 são muitas vezes colocados em localizações diferentes ao redor da circunferência do enrolamento. A distância entre dois espaçadores de duto radiais 510 ao longo da direção circunferencial do enrolamento será referida como a distância de espaçador de duto. Espaçadores de duto radiais 510 são muitas vezes utilizados também em outros tipos de enrolamentos, por exemplo, entre espiras 115 em um enrolamento helicoidal de transformador 100, embora alguns enrolamentos de transformador 100 não tenham quaisquer espaçadores de duto radiais 510.
[0042] Deformação do condutor 105 como discutido em relação às figuras 3-5 pode degradar a resistência dielétrica, bem como a tolerância de tensão do enrolamento 100. Além disto, existe um risco que a função de qualquer estrutura suporte para manter o condutor 105 no lugar será degradada se as transições de saída/entrada 125 do enrolamento se movem.
[0043] Para reduzir o impacto negativo sobre um enrolamento de transformador 100 de forças radiais para dentro, uma parte de reforço poderia ser aplicada ao condutor 115 nas transições de enrolamento onde das forças poderiam induzir tensões de dobramento elevadas. Dois exemplos de enrolamentos de transformador 100 aos quais partes de reforço 600 foram aplicadas estão mostrados nas figuras 6a e 6b, respectivamente. Os enrolamentos de transformador 100 mostrados nas figuras 6a e b são somente exemplos, e outros tipos de enrolamentos de transformador também podem se beneficiar de ter uma ou mais partes de reforço 600. Na figura 6a um enrolamento helicoidal de transformador de duas camadas 100 está mostrado, no qual as partes de reforço 600 foram aplicadas à transição de camada 130 bem como às transições do condutor de saída/entrada 125. Na figura 6b uma parte de um transformador de disco 100 está mostrada, no qual uma parte de reforço 600 foi aplicada a uma transição de disco 505 entre dois discos adjacentes 500.
[0044] Partes de reforço 600 poderiam ser feitas de um material isolante que tenha propriedades adequadas em termos de resistências de tração e compressão e elasticidade a tração. Um componente que fornece propriedades semicondutoras à parte de reforço 600 também poderia ser incluído, como está mais discutido em relação à figura 10. Geralmente, um material de alta resistência a escoamento e um valor elevado de módulo de Young poderia ser adequado para aumentar de maneira eficiente a resistência a dobramento do enrolamento de transformador 100. Polímeros de alta resistência e polímeros reforçados com fibra, são exemplos de materiais adequados. Polímeros adequados a serem reforçados são, por exemplo, polímeros termofixo tal co-mo epóxi, éster de vinila, poliéster, náilon, etc. Exemplos de fibras de reforço são fibra de vidro, fibra de carbono, fibra de para-aramida, etc.
[0045] Uma parte de reforço 600 poderia ser fornecida de maneira vantajosa em uma transição de enrolamento tal como, por exemplo, nas transições de saída/entrada do condutor 125, por exemplo, em um enrolamento helicoidal ou em camadas, em transições de camada 130 em um enrolamento multicamadas, em transições entre discos, em um enrolamento de transformador de disco, etc. Uma parte de reforço 600 poderia também ser fornecida em outras partes de um condutor de enrolamento 105m onde resistência a dobramento aumentada seria benéfica.
[0046] Uma parte de reforço 600 poderia ser na forma de um tubo que circunda o condutor 105 ao longo de sua circunferência totalmente ou parcialmente. Uma parte de reforço em forma de tubo 600 poderia ser na forma de um tubo completo cobrindo 360° da circunferência do condutor 105 ou na forma de um tubo parcial cobrindo menos do que 360° da circunferência do condutor. Se uma parte de reforço 600 na forma de um tubo parcial é utilizada, a parte de reforço 600 deveria preferivelmente ser posicionada de modo que uma tensão de modo que um mínimo de tensão de dobramento venha ser experimentado ao longo da parte da circunferência do condutor que não está coberta pela parte de reforço 600. Um exemplo de uma parte de reforço 600 na forma de um tubo completo está mostrado de maneira esquemática na figura 7a enquanto um exemplo de uma parte de reforço na forma de um tubo parcial está mostrado na figura 7b. As partes de reforço 600 das figuras 7a e 7b estão mostradas sendo de uma forma lisa como ar estas iguais. Contudo, tubos mais ásperos também podem ser utilizados.
[0047] Da circunferência interior da parte de reforço 600 poderia ser, de maneira vantajosa, de forma similar ou de mesma forma que a circunferência do condutor 105, de modo que a parte de reforço 600 se situe junto ao condutor 105. As partes de reforço 600 das figuras 7a e 7b estão mostradas para serem de circunferência circular. Contudo, muitas vezes a seção transversal do condutor 105 é de uma forma não circular, tal como retangular, elíptica ou uma forma aproximada retangular. Um condutor CTC, por exemplo, tem tipicamente uma forma retangular aproximada onde um desvio de uma seção transversal retangular é provocado pela transposição de tranças. Uma parte de reforço 600 a ser utilizada para reforçar a resistência a dobramento de um condutor 105 de circunferência retangular poderia ter, de maneira van-tajosa, uma circunferência retangular interior, e assim por diante. Em uma modalidade a parte de reforço 600 adere à superfície do condutor 105 enquanto em outra modalidade o condutor 105 e a parte de reforço 600 não aderem um ao outro.
[0048] Nas figuras 8a-d, seções transversais de exemplos diferentes de partes de reforço 600 para reforçar um condutor retangular 105 estão mostrados. Um eixo A que indica a direção do eixo do enrolamento 100 do qual o condutor faz parte está mostrado nos desenhos, bem como um eixo r que indica a direção radial do enrolamento 100. Na figura 8a uma parte de reforço na forma de um tubo inteiro retangular está mostrada. Esta forma da parte de reforço 600 é adequada para reforçar o condutor retangular 105 em qualquer localização. Contudo, por exemplo, por razões de facilidade de montar a parte de reforço 600 no condutor 105, muitas vezes pode ser desejável utilizar uma parte de reforço 600 na forma de um tubo parcial. Na figura 8b uma parte de reforço 600 por meio da qual três lados do condutor retangular 105 estão no mínimo parcialmente cobertas em uma maneira de modo que um lado do corpo do condutor 600 não está coberto, está ilustrada. Esta forma da parte de reforço 600 é adequada para reforçar uma parte do condutor 105 onde os lados longos da seção transversal do condutor experimentam um risco mais elevado de serem expostos à tensão de dobramento, tal como em uma transição de disco 130, ou em uma transição de entrada/saída 125 quando o condutor 105 en- tra/sai do enrolamento 100 na direção axial do enrolamento. Na figura 8c uma parte de reforço 600 está ilustrada por meio da qual três lados do condutor retangular 105 são no mínimo parcialmente cobertos em uma maneira de modo que um lado longo do condutor 600 não seja coberto. Esta forma da parte de reforço 600 é adequada para reforçar uma parte do condutor 105 onde os lados curtos da seção transversal do cabo experimentam um risco mais elevado de serem expostos à tensão de dobramento tal como em uma transição de camada 130 ou em uma transição de entrada/saída 125 quando o condutor 105 en- tra/sai do enrolamento 100 na direção radial do enrolamento. Na figura 8d uma parte de reforço 600 está mostrada tendo uma forma onde todos os quatro lados do condutor retangular 105 são no mínimo parcialmente cobertos em uma maneira de modo que um canto do condutor 105 não está coberto pela parte de reforço 600. Esta forma da parte de reforço 600 é adequada para aplicação em todas as localizações do condutor 105.
[0049] Embora o condutor 105 das figuras 8a-b seja retangular, a discussão acima também se mantém para condutores aproximadamente retangulares 105 tal como condutores CTC. Um exemplo de um condutor CTC 105 que é reforçado por meio de uma parte de reforço completa 600 está mostrado de maneira esquemática na figura 8e, o condutor CTC 1055 compreendendo tranças condutoras 800.
[0050] A despeito da forma do condutor, a parte de reforço 600 deveria genericamente cobrir no mínimo 180° da circunferência do condutor para fornecer o reforço suficiente ao condutor 105. Se 360° da circunferência estão cobertos, a espessura e/ou o comprimento axial da parte de reforço 600 poderia tipicamente ser menor enquanto mantendo o mesmo aprimoramento de reforço que se fosse utilizado um tubo parcial. Em uma modalidade a parte de reforço compreende dois ou mais tubos parciais cobrindo em conjunto no mínimo 180° da circunferência do condutor e formando uma parte de reforçou dividida 600. Um ou mais dos tubos parciais de tal parte de reforço dividida de-veriam cobrir menos do que 180° da circunferência do condutor. Tais tubos parciais de uma parte de reforço dividida 600 poderiam ser mantidos no lugar por exemplo por meio de ranhuras no condutor 105; por meio de uma fita adesiva forte, etc.
[0051] A resistência a dobramento de um condutor 105 é o limite superior de tensão normal do condutor 105 no qual ocorre fratura ou deformação plástica excessiva, e pode ser definida como o produto da resistência limite (ponto de escoamento ou resistência à ruptura) e módulo da seção do condutor 105. A resistência a dobramento pode, por exemplo, ser medida por meio de um teste de dobramento em três pontos, ou um teste de dobramento em balanço, ambos os quais são bem-conhecidos na técnica.
[0052] Dependendo por exemplo das dimensões do condutor 105, as resistências a tração e compressão do material utilizado para a par te de reforço 600, e a magnitude do momento de dobramento M esperado no caso de curto-circuito, uma espessura adequada da parte de reforço 600 pode ser selecionada. Um aumento na resistência a do- bramento de 50% ou mais é muitas vezes desejado na transição de enrolamento quando comparada às partes do condutor 105 que não foram reforçadas, embora em algumas situações um aumento menor em resistência a dobramento possa ser suficiente, e as dimensões da parte de reforço 600 poderiam ser selecionadas de acordo. Tipicamente, um aumento em resistência a dobramento de no mínimo 25% é desejado para assegurar que a resistência a dobramento do condutor 105 não será o fator limitante ao dimensionar um transformador 200. Testes mecânicos foram realizados em uma transição de enrolamento de um condutor 105de dimensões 30 mm X 18 mm. O condutor 105 deste teste foi envolvido com uma fita reforçada com fibra de vidro e impregnada com epóxi semicurado, que foi então curado. Uma parte de reforço 600 de aproximadamente 2 a 3 mm espessura aproximadamente dobrou a resistência a dobramento do condutor assim reforçado na transição de enrolamento.
[0053] Quando uma parte de reforço 600 é aplicada a uma transição de enrolamento na qual o trajeto condutor se desvia do trajeto de enrolamento regular (muitas vezes circular) para formar uma dobra no condutor 105, a parte de reforço 600 poderia se estender de maneira vantajosa na direção axial do condutor 105, além da dobra no condutor 105. Uma parte de reforço 600 não deve se estender pela mesma distância em ambas as direções a partir da transição de enrolamento, embora este possa, muitas vezes, ser o caso. Contudo, a parte de reforço 600 tipicamente se estende ao longo da direção axial do condutor 105 por no mínimo um diâmetro do condutor em cada direção (quando o condutor 105 é de seção transversal retangular, o comprimento de uma diagonal poderia ser visto como o diâmetro). Em algu- mas implementações a parte de reforço 600 poderia se estender sobre uma distância que corresponde a um quarto de uma espira 115 em cada direção a partir da transição de enrolamento (ou mais); em outras implementações a parte de reforço poderia se estender sobre 1/40 de uma espira 115 em cada direção (ou menos). Tipicamente, para um enrolamento maior 100, a parte de reforço 600 poderia se estender sobre uma parte menor de uma espira 115. Em enrolamentos de transformador 100 nos quais espaçadores de duto 510 são utilizados para separar discos diferentes 500 ou espiras 115, a parte de reforço 600 poderia, por exemplo, se estender além dos espaçadores de duto 510 que são adjacentes à transição de enrolamento a ser reforçada, de modo que a parte de reforço 600 se estende sobre um comprimento que corresponde aproximadamente a 1-4 vezes a distância circunfe- rencial de espaçador de duto. Desta maneira, a parte de reforço 600 irá cobrir a parte do condutor 105 que está submetida à tensão de do- bramento a mais elevada no caso de um curto circuito. Os espaçado- res de duto 510 fornecem suporte mecânico para o condutor 105 de tal modo que a tensão de dobramento é consideravelmente mais baixa um espaçamento de duto afastado da transição de enrolamento. Se a parte de reforço 600 por exemplo reforça o condutor 105 em uma transição de enrolamento localizada entre dois espaçadores de duto 505, a parte de reforço irá, se ela se estende aproximadamente por 1-4 distâncias de espaçador de duto, cobrir a parte do condutor 105 que está submetida à tensão de dobramento a mais elevada no caso de um curto-circuito. Por meio de a parte de reforço 600 cobrir aproximadamente duas distâncias de espaçadores de duto, os espaçadores de duto muitas vezes fornecem suporte suficiente para o condutor 105.
[0054] Outros comprimentos da parte de reforço 600 poderiam ser utilizados, mais curtos ou mais longos do que nos exemplos fornecidos acima, dependendo das propriedades de dobramento da parte de re- forço 600 e do condutor 105, bem como da magnitude do momento de dobramento esperado no caso de curto-circuito.
[0055] Para formar uma parte de reforço 600 de polímero termofi- xo reforçado por fibra, a parte de reforço 600 poderia, por exemplo, ser formada aplicando ao condutor 105 uma fita de fibra, tapete de fibra, ou similar, o qual foi impregnado com um polímero termofixo. De maneira alternativa, as fibras de reforço e um polímero termofixo poderiam ser aplicados ao condutor 105 separadamente, caso em que a fibra é muitas vezes aplicada primeiro, por exemplo, na forma de uma fibra para tecer, um filamento de fibra unidirecional, um pano tecido, ou similar. O polímero termofixo é então aplicado, tipicamente depois da fibra, e poderia ser aplicado por meio de, por exemplo, uma escova, um rolo de pintura, spray, injeção, derramamento em uma forma temporária, etc.
[0056] A figura 9a é um fluxograma que ilustra de maneira esquemática um exemplo de um método de produzir uma transição de enrolamento reforçada feita de um polímero reforçado com fibra. Na etapa 900, fibras de reforço em um polímero termofixo são arranjadas na transição de enrolamento para formar uma parte de reforço 600 de uma forma adequada. Na etapa 910 o polímero termofixo é curado. A cura do polimento termofixo poderia ser realizada, por exemplo, Ada secagem a quente do enrolamento 100m ou do transformador acabado 200 (normalmente, o núcleo do transformador 110 é secado depois que os enrolamentos 100 tenham sido colocados em posição). Daí, uma etapa de cura adicional, tipicamente, poderia ser desnecessária.
[0057] A figura 9b é um fluxograma que ilustra de maneira esquemática uma modalidade do método mostrado na figura 9a. Nesta modalidade a etapa 900 inclui a etapa 910 de arranjar fibras de reforço que foram pré-impregnadas como um polímero termofixo na transição de enrolamento. A etapa 905 é então introduzida. As fibras de reforço pré-impregnadas poderiam, por exemplo, ser na forma de uma fita de fibra pré-impregnada ou tapete de fibra. A figura 9c é um fluxograma que ilustra de maneira esquemática outra modalidade do método mostrado na figura 9a, na qual a etapa 900 compreende as etapas 915 e 920. Na etapa 915 fibras de reforço são arranjadas na transição de enrolamento, enquanto na etapa 920 um polímero termofixo é aplicado às fibras de reforço.
[0058] As fibras de reforço poderiam ser, por exemplo, na forma de uma fibra para tecer, um filamento de fibra unidirecional, um pano tecido, ou similar.
[0059] Uma parte de reforço 600 poderia, alternativamente, ser curada antes de aplicar a parte de reforço à transição de enrolamento, isto é, a etapa 905 da figura 9a poderia ser realizada antes da etapa 900. A etapa 905 deveria então ser precedida por outra etapa de conformar um polímero reforçado com fibra para a forma de uma parte de reforço 600. Por exemplo, uma parte de reforço 600 de forma adequada poderia ser feita em um molde em uma maneira convencional. A parte de reforço 600 poderia então ser aplicada ao condutor 600 depois que a parte de reforço 600 tenha sido curada. Isto poderia, por exemplo, ser adequado para partes de reforço 600 a serem aplicadas a transições de saída/entrada 125 onde o condutor 105 poderia ser passado através da parte de reforço 600 depois que as espiras 115 do enrolamento de transformador 100 tenham sido enroladas; ou para partes de reforço 600 na forma de um tubo parcial que poderia ser deslizado sobre o condutor 105.
[0060] Partes de reforço 600 poderiam, de maneira alternativa, ser feitas de um polímero que não é curado e/ou que não é reforçado com fibra. Além disto, outros materiais isolantes poderiam ser utilizados como o componente principal de uma parte de reforço 600.
[0061] Em uma modalidade a parte de reforço 600 compreende um componente que fornece propriedades semicondutoras à parte de reforço 600. Geralmente existe o risco que bolhas de gás venham se formar dentro de um polímero quando da conformação do polímero em uma forma adequada. A presença de bolhas de gás irá aumentar o risco de descargas parciais quando o enrolamento do transformador 100 é submetido a voltagens elevadas. Uma propriedade de blindagem de uma parte de reforço de polímero 600 pode, por exemplo, ser concedida misturando o polímero com um componente que fornece propriedades semicondutoras à parte de reforço 600, de modo que bolhas de gás no polímero, se alguma, serão blindadas por este componente. O risco por descargas parciais em bolhas de gás no polímero será assim reduzido. Daí, misturando o polímero com um componente que fornece propriedades semicondutoras, as demandas sobre a aplicação do polímero ou processo de montagem podem ser menos estritas. Um polímero semicondutor pode, por exemplo, ser conseguido misturando um polímero com pó de carbono, um pó metálico, ou similar, antes de conformar o polímero para uma forma adequada. Um exemplo de uma parte de reforço de polímero 600 na qual o polímero foi misturado com um pó 1000 que fornece propriedades semiconduto- ras está mostrado na figura 10. O componente que fornece propriedades semicondutoras poderia ter sido pré-adicionado ao polímero de uma fita de polímero reforçado com fibra, filamento para tecer ou similar (ver a etapa 910 da figura 9), ou poderia ter sido adicionado a um polímero antes de realizar a etapa 920 da figura 9. Uma maneira alternativa de obter uma propriedade de blindagem da parte de reforço 600 é fornecer uma camada de um material semicondutor adequado, por exemplo, uma camada de papel carbono ao redor da parte de reforço 600. As propriedades semicondutoras da parte de reforço 600 deveriam ser preferivelmente tais que condutividade elétrica suficiente seja conseguida para fornecer e equalização de potencial em relação a um campo elétrico exterior à parte de reforço 600. Contudo, a condutivida- de da parte de reforço 600 não deveria ser grande o suficiente para contribuir para indução de voltagem.
[0062] Quando a parte de reforço 600 apresenta propriedades se- micondutoras, contato elétrico poderia ser feito de maneira vantajosa entre a parte de reforço 600 e o condutor 105, de modo que a parte de reforço estará no mesmo potencial elétrico que o condutor 105. Por exemplo, revestimento isolante que cobre o condutor 105 poderia ser removido em uma localização que é coberta pela parte de reforço 600.
[0063] A presente invenção é aplicável a todos os transformadores 200 que estão expostos a risco por deformação do condutor de enrolamento 105 provocada por tensão de dobramento. A invenção, por exemplo, é útil em grandes transformadores de potência como transformadores de potência que têm uma classificação elétrica de 25MVA ou mais elevada, por exemplo transformador de elevação de classificação 100MVA ou mais, porém poderia também ser útil em transformadores menores. No acima, a descrição foi fornecida principalmente em relação à tensão de dobramento induzida por forças magnéticas de Lorentz em uma situação de curto-circuito. Contudo, a invenção também poderia ser utilizada para reduzir o risco de deformação em um condutor 105 de um enrolamento de transformador 100 provocada por tensão de dobramento em outras situações.
[0064] Alguém versado na técnica irá apreciar que a tecnologia aqui apresentada não está limitada às modalidades descritas nos desenhos que acompanham e na descrição anteriormente detalhada, as quais são apresentadas apenas para finalidades de ilustração, porém ela pode ser implementada em inúmeras maneiras diferentes.
Claims (14)
1. Enrolamento de transformador (100) que tem um condutor (105) enrolado em uma pluralidade de espiras (115), caracterizado pelo fato de que o enrolamento de transformador compreende uma parte de reforço (600) compreendendo um polímero reforçado com fibra, arranjada em uma transição de enrolamento (125; 130; 505) do condutor em uma maneira de modo que a parte de reforço cubra mais do que 180° da circunferência do condutor, pelo que a resistência a dobramento do condutor na localização da transição de enrolamento é aumentada.
2. Enrolamento de transformador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte de reforço aumenta a resistência a dobramento do condutor por no mínimo 25% na localização da transição de enrolamento.
3. Enrolamento de transformador de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a parte de reforço se estende na direção axial do condutor, por uma distância que corresponde a menos do que uma circunferência de uma espira de enrolamento.
4. Enrolamento de transformador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o enrolamento de transformador compreende uma pluralidade de espaçado- res de duto radiais (510) espaçados a uma distância de um espaçador de duto ao longo da direção circunferencial do enrolamento e em que a parte de reforço se estende na direção axial do conduto por uma distância que corresponde a 1-4 distâncias do espaçador de duto.
5. Enrolamento de transformador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a parte de reforço inclui um componente (1000) que fornece propriedades se- micondutoras à parte de reforço, de modo que blindagem elétrica da parte de reforço seja conseguida.
6. Enrolamento de transformador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o condutor é um condutor de cabo transposto de maneira contínua.
7. Transformador, caracterizado pelo fato de que inclui o enrolamento de transformador como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
8. Transformador de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o enrolamento de transformador forma um enrolamento interior do transformador.
9. Transformador de acordo com a reivindicação 7 ou 8, ca-racterizado pelo fato de que o enrolamento de transformador forma um enrolamento de baixa voltagem do transformador.
10. Transformador de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que o transformador é um transformador de potência projetado para ter uma classificação de potência elétrica de 25MVA ou mais elevada.
11. Método de aumentar a resistência a dobramento de um enrolamento de transformador (110; 100a; 100b) que tem um condutor (105), caracterizado pelo fato de que fibras de reforço em um polímero termofixo são arranjadas (900; 910; 915, 920) em uma transição de enrolamento (125; 130; 505) em uma maneira de modo que as fibras de reforço formem uma parte de reforço (600) que se estende ao redor de mais do que 180° da circunferência do condutor em no mínimo parte da transição de enrolamento.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de arranjar compreender arranjar fibras de reforço que foram pré-impregnadas com um polímero termofixo na transição de enrolamento para formar dita parte de reforço.
13. Método de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o polímero termofixo compreende um com- ponente semicondutor (1000) arranjado para fornecer blindagem elétrica para a parte de reforço.
14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que a cura (905) da parte de reforço é realizada quando da secagem a quente do enrolamento do transformador ou de um transformador (200) do qual o enrolamento de transformador forma uma parte.
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