ES2201789T3 - Procedimiento para la fabricacion de cintas aislantes micaceas y su uso. - Google Patents
Procedimiento para la fabricacion de cintas aislantes micaceas y su uso.Info
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de cintas aislantes micáceas para las bobinas de máquinas eléctricas rotativas de alta tensión, que después del arrollamiento, se pueden impregnar con una resina sintética sin disolvente bajo vacío y presión y, a continuación, endurecer bajo el efecto de calor, caracterizado porque una lámina micácea con fibras que, además de mica fina, presenta fibras orgánicas y/o inorgánicas, se rocía con una mezcla de resina epoxi en forma de un esmalte en polvo y porque el lado rociado con el esmalte en polvo de la lámina micácea con fibras se adhiere a un material de base a presión y bajo una elevada temperatura.
Description
Procedimiento para la fabricación de cintas
aislantes micáceas y su uso.
La invención se refiere a un procedimiento para
la fabricación de cintas aislantes micáceas para las bobinas de
máquinas eléctricas rotativas de alta tensión, que después del
arrollamiento se pueden impregnar con una resina sintética sin
disolvente bajo vacío y presión y, a continuación, endurecer bajo
el efecto del calor, así como su uso en el aislamiento principal
de máquinas eléctricas rotativas de alta tensión.
Para el aislamiento de bobinas en máquinas
eléctricas rotativas de alta tensión, la técnica de la
impregnación sobre la base de una impregnación a presión bajo vacío
se ha impuesto en los últimos años con fuerza. Por razones
constructivas, las bobinas se configuran o bien como bobinas
moldeadas o bien como barras conductoras, preferentemente, barras
Roebel. Estas bobinas se dotan de un aislamiento principal micáceo
y se continúan procesando con el procedimiento de impregnación a
presión bajo vacío. Las resinas de impregnación que se usan para
ello son las resinas epoxi, preferentemente sistemas de resina sin
disolvente y de baja viscosidad.
Éstas impregnan bajo vacío y a presión el
aislamiento principal micáceo compuesto por varias capas de
bobinado, de modo que los huecos que pueden dar lugar a descargas
parciales entre las capas de bobinado, se rellenan por completo, de
modo que después del endurecimiento de la resina de impregnación,
se forma un manguito de aislamiento estable tanto eléctrica como
mecánicamente.
Las capas de bobinado del aislamiento principal
están formadas por cintas aislantes micáceas. Estas se fabrican de
tal modo que una lámina micácea se adhiere a un material de base
poroso mediante el uso de un aglutinante. Esta cinta aislante
micácea porosa tiene la función de absorber al máximo la resina de
impregnación antes citada bajo vacío y presión.
Sobre todo en la construcción de generadores es
donde en los últimos años se ha incrementado la demanda de cintas
aislantes micáceas que, además de unas excelentes propiedades de
elaboración en las modernas máquinas bobinadoras, también deben
disponer de una impregnabilidad satisfactoria, ya que el tamaño y la
potencia crecientes de los generadores han hecho que también
aumente la necesidad de espesores de pared de aislamiento igual de
elevados.
Las cintas aislantes conocidas sólo pueden
responder en parte a esta exigencia, ya que por su constitución
física y química actúan más bien como barrera frente a la resina
de impregnación penetrante, de modo que con tiempos de impregnación
largos, la profundidad de impregnación, es decir, el número de
capas de bobinado impregnadas para espesores de pared de
aislamiento elevados, es insuficiente.
Por tanto, la presente invención tiene por
objetivo presentar una cinta aislante micácea del tipo descrito al
principio, que además de excelentes propiedades de bobinado en
bobinadoras modernas, también muestre un comportamiento de
impregnación sustancialmente mejorado durante la impregnación a
presión bajo vacío. Además, esta cinta aislante micácea debe ser
fácil de fabricar y ser resistente al almacenamiento.
Por tanto, según la invención se propone fabricar
esta cinta aislante micácea de tal modo que una lámina micácea con
fibras que, además de mica fina, presente adicionalmente fibras
orgánicas y/o inorgánicas, se rocía con una mezcla de resina epoxi
en forma de esmalte en polvo y que el lado rociado con el esmalte en
polvo de la lámina micácea con fibras se adhiera a presión y bajo
una temperatura elevada a un material de base.
Preferentemente, este material de base se compone
de un tejido de vidrio, un vellón o una lámina sintética.
Mediante la introducción de fibras en la lámina
micácea, ésta se vuelve más porosa, de modo que se incrementa su
efecto capilar frente a la resina de impregnación durante la
impregnación a presión bajo vacío. Las ventajas que resultan de ello
son tiempos de impregnación más cortos, así como la impregnación
con resinas de mayor viscosidad, para poder impregnar también
espesores de pared de aislamiento muy elevados con resina de
impregnación por completo.
Preferentemente, se escoge además un contenido de
fibra que se sitúa entre un mínimo del 3 y un máximo de 50% en
peso, referido a 100% en peso de la lámina micácea con fibras. Una
proporción de fibra que esté por debajo de 3% en peso no comporta
ninguna mejora de la impregnabilidad; una proporción de fibra de más
de 50% en peso incluso reduce la resistencia eléctrica de la cinta
aislante micácea.
Otras ventajas del procedimiento según la
invención consisten en que las fibras orgánicas y/o inorgánicas en
la lámina micácea con fibras presentan un diámetro medio de 0,1 a
20 \mum y una longitud media de 0,5 a 10 mm.
Según la invención se escogen además las fibras
orgánicas del grupo de los poliamidas aromáticos o de los
poliésteres aromáticos como el tereftalato de polietileno y las
fibras inorgánicas del grupo de vidrio exento de álcali, vidrio S,
vidrio de silicio y aluminio.
Según otra variante del procedimiento según la
invención, la lámina micácea con fibras presenta un acelerador del
endurecimiento, preferentemente naftenato de cinc, que actúa sobre
la resina sintética sin disolvente.
De modo adicional, la mezcla de resina epoxi en
polvo puede contener un endurecedor, preferentemente un endurecedor
amínico.
De acuerdo con el procedimiento según la
invención, la mezcla de resina epoxi usada en forma de un esmalte
en polvo presenta un punto de reblandecimiento de 85ºC.
La invención se refiere, además, al uso de una
cinta aislante micácea fabricada de acuerdo con una de las
variantes de procedimiento anteriormente descritas, como
aislamiento principal en máquinas eléctricas rotativas de alta
tensión, arrollándose la cinta aislante micácea en varias capas en
torno a una bobina e impregnándose a continuación bajo vacío y
presión con una resina sintética sin disolvente.
Además, en la impregnación a presión bajo vapor
anteriormente citada se usan preferentemente resinas sintéticas
sin disolvente como, por ejemplo, mezclas de anhídrido de ácido
epoxi sobre la base de resinas epoxi de bisfenol A o bisfenol
F.
Los sistemas de anhídrido de ácido y resina epoxi
se calientan habitualmente a 60º - 70ºC, para tener una viscosidad
lo suficientemente baja para el proceso de impregnación. Las cintas
aislantes micáceas fabricadas de acuerdo con el procedimiento
según la invención, sin embargo, ya se pueden impregnar de forma
satisfactoria con una viscosidad de la resina sustancialmente más
elevada y, por ello, son especialmente idóneas para la
impregnación con resinas que sólo se pueden calentar hasta
aproximadamente 30ºC y por tanto presentan, en la mayoría de casos,
una viscosidad de impregnación muy elevada como, por ejemplo, las
resinas de poliéster con estireno o alcohol de vinilo como
monómero.
A continuación, la invención se explica con más
detalle con la ayuda de ejemplos de realización, así como de los
diagramas según las figuras 1 y 2, elaborados con la ayuda de los
ejemplos de realización:
Una lámina micácea con fibras con un peso de 160
g/m^{2}, compuesta por moscovita sin calcinar o flogopita, y un
5% en peso de fibras cortas de vidrio exento de álcali, que tienen
un diámetro medio de 8 \mum y una longitud de fibra de
aproximadamente 3 mm, se impregna con una solución de naftenato de
cinc en metiletilcetona y se evapora el disolvente. La lámina
micácea con fibras preimpregnada con aprox. 4 g/m^{2} de
naftenato de cinc se rocía con una mezcla de resina epoxi en polvo
con un punto de reblandecimiento de \geq 85ºC y se adhiere al
material de base por medio de una calandria a presión y bajo el
efecto de calor. Para lograr unos valores de impregnación
especialmente satisfactorios durante la impregnación a presión bajo
vacío, se puede añadir a la mezcla de resina epoxi un endurecedor
adicional, preferentemente un endurecedor amínico.
Como material de base se usa
a) un tejido de vidrio con un peso por unidad de
superficie de 23 g/m^{2} que está recubierto con 2 g/m^{2} de
resina acrílica reticulada flexible y que, a continuación, para
poder endurecer la resina acrílica, se recuece en un horno a una
temperatura de 100ºC,
b) o se usa como material de base un tejido de
vidrio con un peso por unidad de superficie de 23 g/m^{2}, que
está recubierto con 0,5 g/m^{2} de naftenato de cinc, o
c) un vellón de poliéster con un peso por unidad
de superficie de 20 g/m^{2} o
d) se usa una lámina de poliéster con un peso por
unidad de superficie de 42 g/m^{2}.
Una lámina micácea con fibras con un peso por
unidad de superficie de 160 g/m^{2}, compuesta por moscovita sin
calcinar o flogopita, y 5% en peso de fibras cortas de vidrio
exento de álcali, que tienen un diámetro medio de 8 \mum y una
longitud de fibra de aproximadamente 3 mm, se preimpregna con una
solución de mezcla de resina epoxi en metiletilcetona. Después de
la evaporación del disolvente quedan aproximadamente 4 g/m^{2}
de resina epoxi en la lámina micácea con fibras. Esta medida permite
evitar el desprendimiento de escamas micáceas en el procesamiento
ulterior, de modo que la lámina micácea con fibras se hace más
resistente frente a la carga mecánica.
La lámina micácea preimpregnada de este modo se
rocía con una mezcla de resina epoxi en polvo con un punto de
reblandecimiento de \geq 85ºC. A continuación, la lámina micácea
con fibras rociada de este modo se adhiere al material de base por
medio de una calandria calentable a presión y bajo el efecto de
calor.
Como material de base se usa
a) un tejido de vidrio con un peso por unidad de
superficie de 23 g/m^{2} que está recubierto con 2 g/m^{2} de
resina acrílica reticulada flexible y que, a continuación, para
poder endurecer ésta, se recuece en un horno a una temperatura de
100ºC,
b) un vellón de poliéster con un peso por unidad
de superficie de 20 g/m^{2} o
c) se usa una lámina de poliéster con un peso por
unidad de superficie de 42 g/m^{2}.
Las ventajas de una cinta aislante micácea
fabricada de acuerdo con el procedimiento según la invención se
pueden representar muy bien con la ayuda del número de capas
impregnadas durante la impregnación a presión bajo vacío, en
comparación con las cintas aislantes micáceas conocidas.
A este fin, se arrollan de forma semisolapada 20
capas de cinta aislante micácea sobre barras perfiladas, los lados
frontales del aislamiento se rellenan con resina y las barras
modelo así fabricadas, que simulan una bobina en forma de barra
conductora, se impregnan durante tres horas a 60ºC con una resina
de impregnación epoxi de anhídrido de ácido. Después del
endurecimiento, las barras modelo se cortan transversalmente para
medir la profundidad de la impregnación.
De esta forma, se usa una cinta aislante micácea,
fabricada de acuerdo con el procedimiento según la invención según
el ejemplo 1a) (muestra A) o una cinta aislante micácea conocida
equivalente en su estructura, aunque sin la adición de fibras
(muestra B).
Los resultados se representan en los diagramas
según las figuras 1 y 2.
En el diagrama según la figura 1 se puede ver que
al usar la cinta aislante micácea A, se ha impregnado la totalidad
del espesor de aislamiento, es decir, el espesor de las 20 capas,
mientras que en las cintas aislantes micáceas conocidas B sin
adición de fibras, sólo se han impregnado aproximadamente dos
tercios del espesor de aislamiento. Ello hace que, necesariamente,
se creen huecos entre las diversas capas, que pueden originar
descargas parciales y, por tanto, el fallo del sistema de
aislamiento.
En otro ensayo se arrollan de forma semisolapada
10 capas de cinta aislante micácea sobre barras perfiladas, los
lados frontales del aislamiento se rellenan con resina de modo que
se producen barras modelo, que simulan una bobina en forma de barra
conductora. Como cintas aislantes micáceas se usa una muestra A,
fabricada de acuerdo con el procedimiento según la invención según
el ejemplo 1a, y una cinta aislante micácea según el estado de la
técnica (muestra B), aunque sin adición de fibras.
A continuación, las barras modelo endurecidas,
dotadas con la muestra A o la muestra B, se someten a un ciclo de
envejecimiento térmico, constituyendo un ciclo el calentamiento de
las barras a 155ºC durante 16 horas y el posterior enfriamiento a
temperatura ambiente. Después de cada ciclo, se mide el valor del
factor de pérdida dieléctrica (tan \delta) como función de la
tensión. El incremento máximo resultante (\Delta tan\delta max)
refleja la condición óptica y mecánica del aislamiento después de
cada ciclo. Los valores de incremento más elevados significan un
"hinchamiento" prematuro del aislamiento, que posteriormente
origina una descarga disruptiva eléctrica y, por tanto, un fallo
del aislamiento.
En el diagrama según la figura 2 se representa el
número de ciclos de envejecimiento térmico frente al incremento
máximo del factor de pérdida dieléctrica (tan\delta max en
%).
En él se puede ver que la cinta aislante micácea
sin adición de fibras (muestra B) ya muestra después de unos pocos
ciclos de envejecimiento un mayor incremento del factor de pérdida
dieléctrica máximo que la muestra A representada en comparación,
que se fabricó de acuerdo con el procedimiento según la invención,
lo que también permite constatar una deslaminación muy rápida del
aislamiento.
Las cintas aislante micáceas con fibras, tal como
se fabrican según la invención, muestran en su uso en forma de
bobinas como barras conductoras, un comportamiento a largo plazo
extremadamente satisfactorio, incluso después de varios ciclos de
envejecimiento térmico, así como una tendencia extremadamente
reducida a la deslaminación.
Claims (12)
1. Procedimiento para la fabricación de cintas
aislantes micáceas para las bobinas de máquinas eléctricas
rotativas de alta tensión, que después del arrollamiento, se
pueden impregnar con una resina sintética sin disolvente bajo vacío
y presión y, a continuación, endurecer bajo el efecto de calor,
caracterizado porque una lámina micácea con fibras que,
además de mica fina, presenta fibras orgánicas y/o inorgánicas, se
rocía con una mezcla de resina epoxi en forma de un esmalte en polvo
y porque el lado rociado con el esmalte en polvo de la lámina
micácea con fibras se adhiere a un material de base a presión y
bajo una elevada temperatura.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material base es un tejido de
vidrio, un vellón o una lámina sintética.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque las fibras orgánicas y/o inorgánicas
en la lámina micácea con fibras presentan un diámetro medio de 0,1
a 20 \mum.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las fibras
orgánicas y/o inorgánicas en la lámina micácea con fibras presentan
una longitud media de 0,5 a 10 mm.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la proporción
de fibra en la lámina micácea con fibras presenta de 3 a 50% en
peso.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las fibras
orgánicas se escogen del grupo de los poliamidas aromáticos o de los
poliésteres aromáticos, como el tereftalato de polietileno.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las fibras
inorgánicas se escogen del grupo de vidrio exento de álcali, vidrio
S, vidrio de silicio y aluminio.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la lámina
micácea con fibras presenta un acelerador del endurecimiento,
preferentemente naftenato de cinc, que actúa sobre la resina
sintética sin disolvente.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el esmalte en
polvo sobre la base de una mezcla de resina epoxi contiene
adicionalmente un endurecedor, preferentemente un endurecedor
amínico.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la mezcla de
resina epoxi usada en forma de un esmalte en polvo presenta un punto
de reblandecimiento de \geq 85ºC.
11. Uso de una cinta aislante micácea fabricada
según una de las reivindicaciones 1 a 10 como aislamiento
principal en máquinas eléctricas rotativas de alta tensión,
arrollándose la cinta aislante micácea en varias capas en torno a
una bobina e impregnándose a continuación bajo vacío y presión con
una resina sintética sin disolvente.
12. Uso según la reivindicación 11,
caracterizado porque la resina sintética sin disolvente se
compone de una mezcla de anhídrido de ácido y resina epoxi,
preferentemente sobre la base de resinas epoxi de bisfenol A o
bisfenol B.
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