ES2219351T3 - Aislamiento para conductores electricos resistente a las descargas parciales. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el aislamiento resistente a las descargas parciales de un conductor eléctrico para bobinados de máquinas eléctricas y transformadores mediante encintado con una cinta de material aislante con contenido micáceo, caracterizado porque, para encintar el conductor, se utiliza una cinta de material aislante compuesta por un portaláminas de un polímero termocontraíble a más de 150ºC, una capa de mica fijada mediante un aglutinante al portaláminas y, en caso deseado, un segundo portaláminas de un polímero termocontraíble a más de 150º C dispuesto en la superficie de la capa de mica opuesta al primer portaláminas y fijado a la capa de mica mediante un aglutinante, y el conductor encintado se somete, a los efectos de una termocontracción del polímero, a un tratamiento térmico a una temperatura superior a los 150ºC.

Description

Aislamiento para conductores eléctricos resistente a las descargas parciales.

La invención se refiere a un procedimiento para el aislamiento resistente a las descargas parciales de un conductor eléctrico para aplicaciones electrotécnicas, así como a aislamientos y conductores resistentes a descargas, obtenibles de este modo, para bobinados de máquinas eléctricas y transformadores.

Un procedimiento de este tipo ya se conoce de los documentos FR-A-2230110 y JP-A-02039916.

Las máquinas eléctricas en la versión para alta tensión son realizadas usualmente con bobinados de bobinas moldeadas con alambres planos (también llamadas alambres perfilados) (compárese Sequez H.: "Herstellung der Wicklungen elektrischer Maschinen", Viena, Editorial Springer 1973, a partir de la página 107). Un aislamiento resistente a las descargas parciales para bobinados de tales máquinas se describe, por ejemplo, en el documento DE-AS 10 56 722, en el cual los alambres perfilados esmaltados están provistos de un encintado de cintas de material aislante con contenido micáceo y los bobinados están impregnados y endurecidos con sustancias de impregnación según el procedimiento de impregnación al vacío. Pero para poder insertar bobinas moldeadas aisladas de alambres perfilados en paquetes de chapas, es necesario disponer ranuras abiertas en los paquetes de chapas, lo cual tiene un efecto negativo sobre el comportamiento operativo, o bien, para evitar estas desventajas, requiere cerrar las ranuras de forma dispendiosa con chavetas magnéticas de ranuras. Además, la fabricación de bobinados de bobinas moldeadas con alambres planos requiere mucho trabajo y está sujeta a un elevado gasto tecnológico.

A fin de evitar estas desventajas, en el documento DE-A1-198 03 308 se proponía disponer, en ranuras semiabiertas del paquete de chapas, un revestimiento de ranura de una sustancia aislante de superficies con contenido micáceo, colocar en las ranuras un bobinado por goteo de alambre redondo de un alambre de bobinado encintado con una o varias capas superpuestas con cinta de lámina de mica, y dividir cada bobina, alojada en cada caso en dos ranuras, en al menos dos bobinas parciales superpuestas, conectadas en serie y aisladas entre sí mediante capas intermedias. Por ranuras semiabiertas o semicerradas se entienden, en este caso, ranuras con una abertura cuyo ancho es considerablemente inferior al ancho de ranura, con lo cual se evita el gasto de colocar chavetas magnéticas de ranuras.

Por otro lado se conoce que, al usar onduladores de tensión pulsados para la regulación de revoluciones, se presentó nuevamente el problema de los fallos de máquinas de corriente trifásica, que se consideraba solucionado, a causa de cortocircuitos en el devanado o de fases en distintas situaciones de aplicación. A los efectos de evitar tales fallos, se recomendaron valores límite de la solicitación de bobinado (por ejemplo, en la revista especializada EMA, ejemplar 3/96), aunque de todos modos es esperable una menor vida útil de la máquina eléctrica o es necesaria la instalación de componentes de equipo adicionales (por ejemplo, filtros).

En el documento EP-A1-0 822 640 se propuso, por lo tanto, un aislamiento de baja tensión resistente a descargas parciales para bobinados de máquinas eléctricas, especialmente para motores de corriente trifásica alimentados mediante convertidores de frecuencia, caracterizado porque el bobinado se compone de alambres esmaltados en sí conocidos, porque estos alambres esmaltados están provistos de un encintado de cintas de material aislante con contenido micáceo, porque la ranura está revestida de materiales aislantes de superficies con elevada resistencia térmica, porque se minimiza la cantidad de alambres paralelos y ramificaciones paralelas y porque los bobinados están impregnados y endurecidos con agentes de impregnación según el procedimiento de corriente UV o el procedimiento de impregnación al vacío. Al minimizar las ramificaciones y/o los conductores paralelos se desea compensar el mayor requerimiento de espacio debido al encintado adicional introducido.

En la actualidad es habitual operar máquinas de baja tensión con convertidores de frecuencia con elevadas frecuencias de reloj de hasta 20.000 Hz. La problemática radica aquí en que se producen descargas parciales entre conductores adyacentes, causadas por los agudos picos de la tensión de los convertidores. En el peor de los casos se producen aquí sobretensiones que pueden superar el valor doble de la tensión de los circuitos intermedios. Dado que las descargas parciales llevan a daños en los aislamientos esmaltados de alambres de bobinado usuales, pudiendo producirse así una perforación eléctrica, resulta problemático el uso de alambres esmaltados en motores accionados por convertidores con tensiones de red superiores a 400 V.

Sorprendentemente, se halló que el aislamiento de conductores eléctricos puede mejorarse de manera considerable en distintos aspectos, cuando el conductor se encinta con una cinta de mica que presenta un portaláminas compuesto por un polímero termocontraíble a más de 150ºC, y el polímero se somete a una termocontracción después de encintar el conductor.

Mediante la termocontracción se mejora considerablemente, por un lado, la adherencia del aislamiento y la procesabilidad del conductor aislado, pudiendo evitarse especialmente también al utilizar alambres desnudos una desintegración del aislamiento, incluso sin usar un adhesivo. Por otro lado, las fuerzas de contracción generan una compresión de la mica y, en consecuencia, una reducción deseada del espesor del aislamiento en comparación con el encintado puro con cinta de mica. La adhesión y la contracción tienen como consecuencia, además, una superficie menos fisurada, reduciendo en especial considerablemente el peligro de formación de nichos y pliegues causados por acciones mecánicas (por ejemplo, flexión del conductor). Al mismo tiempo mejoran netamente las propiedades eléctricas, especialmente la resistencia a la tensión y a la descarga luminiscente, así como la resistencia del aislamiento a la perforación a corto y a largo plazo. Se encontró por ejemplo que, en comparación con los alambres esmaltados usuales, con este método pudo mejorarse la vida útil en un factor de aproximadamente 2.000 con aproximadamente el doble de tensión inicial de descarga parcial.

Por lo tanto, este método permite la fabricación de nuevos aislamientos de mica exentos de poros y, en caso deseado, muy delgados, con mejoradas propiedades eléctricas, que son especialmente adecuados para su empleo en máquinas eléctricas de baja tensión y/o para el empleo de alambres desnudos, pero que también ofrecen sorprendentes ventajas en otros usos electrotécnicos como, por ejemplo, en máquinas eléctricas en realizaciones de alta tensión o en transformadores. A causa de la posible reducción del espesor del aislamiento puede prescindirse, además, total o ampliamente, de la minimización de la cantidad de alambres paralelos y ramificaciones paralelas recomendada en el documento EP-A1-0 822 640. En caso de desear una resistencia térmica especialmente elevada del aislamiento, ello puede lograrse, por ejemplo, mediante el uso de un portaláminas compuesto por materiales resistentes a altas temperaturas, por ejemplo, poliimida.

Por lo tanto, la invención se refiere a un procedimiento para el aislamiento resistente a descargas parciales de un conductor eléctrico para bobinados de máquinas eléctricas y transformadores, con las características de la reivindicación 1.

El procedimiento según la invención es apropiado - tal como se mencionó con anterioridad - especialmente para el aislamiento de bobinados de máquinas eléctricas en realizaciones de alta y de baja tensión, como también de transformadores. De acuerdo con una definición de planos de tensión de vigencia general, utilizada actualmente entre especialistas (Lexikon Elektrotechnik, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, Nueva York, 1994, pág. 625), en el marco de la presente invención, se define como alta tensión una tensión > 1.000 V, mientras que por baja tensión se entienden planos de tensión \leq 1.000 V.

Por ello, la invención también se refiere a un aislamiento de conductores eléctricos resistente a descargas parciales para bobinados de máquinas eléctricas y transformadores con las características de la reivindicación 9, así como un a conductor eléctrico resistente a descargas parciales con las características de la reivindicación 10.

Según la invención, son adecuados como conductores eléctricos básicamente todos los conductores que pueden utilizarse en aplicaciones electrotécnicas, por ejemplo alambres redondos o planos en ejecución como alambre esmaltado o alambre desnudo, que están compuestos por materiales conductores usuales como cobre, cobre niquelado o cincado, aluminio, níquel, superconductores y similares, y que pueden presentar los diámetros o las secciones transversales habituales. Con preferencia, el conductor eléctrico también puede ser un alambre redondo, típicamente un alambre redondo con un diámetro de aproximadamente 0,6 a 4 mm, y/o un alambre desnudo.

Las cintas de material aislante con contenido micáceo, que comprenden un portaláminas de un polímero termocontraíble a una temperatura superior a los 150ºC y una capa de mica fijada al portaláminas mediante un aglutinante, básicamente también son de conocimiento del especialista y pueden fabricarse de un modo conocido o de un modo en sí conocido, para lo cual pueden utilizarse capas de mica usuales (por ejemplo, papel de mica) y los aglutinantes usuales (por ejemplo, resinas epoxi o resinas siliconadas). Ocasionalmente, en el estado de la técnica ya se utilizaron asimismo portaláminas adecuados compuestos por un polímero termocontraíble a más de 150ºC, por ejemplo un poliéster, poli(tereftalato de etileno), poli(dicarboxilato de etilen-2,6-naftaleno), poliimida o policarbonato, pero, en ese caso, no fueron sometidos a la termocontracción conforme a la invención. Según la invención, también pueden utilizarse cintas de material aislante muy delgadas, en donde los espesores típicos de cinta pueden oscilar aproximadamente entre 0,06 y 0,09 mm.

En caso deseado, la capa de mica de la cinta de material aislante puede estar fijada mediante un aglutinante por ambos lados a un portaláminas, en donde preferentemente ambos portaláminas pueden estar compuestos por un polímero termocontraíble a más de 150ºC, es decir, la cinta de material aislante puede presentar, en la superficie de la capa de mica opuesta al primer portaláminas, un segundo portaláminas, preferentemente también compuesto por un polímero termocontraíble a más de 150ºC. Esta forma de realización puede ser ventajosa, por ejemplo, al utilizar alambres desnudos y/o cuando la cinta de material aislante debe ser recubierta de ambos lados con adhesivo.

En caso deseado, la cinta de material aislante puede recubrirse por uno o a ambos lados con adhesivo, preferentemente un adhesivo por fusión que endurece por calor, a fin de mejorar adicionalmente la adherencia de la cinta al conductor. Con preferencia, el adhesivo se aplica sobre el portaláminas o los portaláminas. Además, o en lugar de recubrir la cinta de material aislante con adhesivo, en caso deseado, también puede recubrirse el conductor eléctrico con adhesivo o con una laca polimerizable o puede utilizarse un alambre esmaltado horneable.

Para encintar el conductor eléctrico con la cinta de material aislante con contenido micáceo, son adecuados básicamente todos los métodos usuales de encintado, tales como encintado radial, encintado tangencial, encintado en pendiente, encintado longitudinal, etc., con todas las superposiciones posibles (típicamente de aprox. 20% - 66% de superposición) o empalme a tope. El conductor puede procesarse mediante una técnica de inserción manual o automática. El encintado con cintas de material aislante, que sólo presentan un portaláminas, se realiza preferentemente de modo que la superficie de mica haga contacto con el conductor, es decir, se disponga del lado del conductor (internamente).

Después de realizar el encintado del conductor, éste se somete a un tratamiento térmico a una temperatura superior a 150ºC, preferentemente alrededor de 200 a 250ºC, a los fines de la termocontracción del polímero. Ello puede efectuarse, preferentemente, al guiar el conductor después del encintado a través de un horno (por ejemplo, un horno de inducción) y calentarlo brevemente durante el pasaje (por ejemplo, durante aproximadamente 2 minutos) hasta la temperatura deseada. Por el contrario, deberán evitarse tratamientos térmicos más prolongados, en especial al utilizar portaláminas de polímeros que no presenten suficiente resistencia térmica, pudiendo así sufrir daños. La termocontracción lleva, por lo general, a una significativa reducción del espesor de cinta; por ejemplo, ensayos con cintas de material aislante con un espesor de 0,06 mm dieron como resultado un espesor de cinta de 0,045 mm después de la termocontracción. Los aumentos de aislamiento logrados por el encintado y el tratamiento térmico de acuerdo con la invención dependen de la cinta de material aislante utilizada, pero típicamente pueden ser de aproximadamente 0,16 a 0,50 mm.

En caso deseado, puede lubricarse el conductor aislado para mejorar la procesabilidad y las propiedades de deslizamiento de una forma en sí conocida con lubricantes, tales como parafinas o ceras. De modo alternativo, en caso deseado, también puede aplicarse otra capa de barniz, por ejemplo con resinas alquídicas saturadas o con lacas o resinas polimerizables.

El alambre aislado puede ser enrollado luego en bobinas de un modo en sí conocido. En caso necesario pueden efectuarse otros procedimientos, como el aislamiento de ranura, la impregnación de la bobina, etc., también de una forma en sí conocida.

La invención se explica con mayor detalle mediante el siguiente ejemplo:

Ejemplo

Un alambre de cobre desnudo de 1,20 mm de diámetro se introduce en una máquina de encintado de acuerdo con el estado de la técnica. Mediante un cabezal de encintado se aplica una cinta de mica, que presenta un espesor de 0,06 mm y un ancho de cinta de 6 mm y que se compone de una película de poliéster de 0,025 mm de espesor, termocontraíble a más de 150ºC y un papel de mica de 0,035 mm de espesor fijado a la película de poliéster mediante resina epoxi, y presenta en la película de poliéster, por el lado
opuesto al papel de mica, un revestimiento de adhesivo de fusión que se aplica sobre el alambre de cobre de modo que el lado de la mica esté sobre el cobre. La cinta de mica se aplica radialmente, sin pliegues y con pleno contacto, con una tensión de tracción de 7 N, con una superposición del 25%. A continuación, el alambre se somete a un tratamiento térmico en un horno de paso continuo a 220ºC durante 1,5 minutos. El tratamiento térmico genera una contracción de la película y una adhesión de la cinta en las partes superpuestas. Después del tratamiento térmico, el alambre presenta un aumento de aislamiento de aproximadamente 0,16-0,19 mm, y se lubrica con parafina de un modo en sí conocido y se enrolla sobre bobinas de suministro. La tensión de perforación eléctrica en el baño de bolas en un cuerpo de ensayo, compuesto por un envoltorio alrededor de un diámetro de espiga que es 10 veces mayor que el diámetro del alambre, debe ser mayor de 1.500 V y en promedio asciende a 2.500 V. Para la tensión inicial de descarga parcial se obtiene un valor de 1.100 V.

Claims (10)

1. Procedimiento para el aislamiento resistente a las descargas parciales de un conductor eléctrico para bobinados de máquinas eléctricas y transformadores mediante encintado con una cinta de material aislante con contenido micáceo, caracterizado porque, para encintar el conductor, se utiliza una cinta de material aislante compuesta por un portaláminas de un polímero termocontraíble a más de 150ºC, una capa de mica fijada mediante un aglutinante al portaláminas y, en caso deseado, un segundo portaláminas de un polímero termocontraíble a más de 150ºC dispuesto en la superficie de la capa de mica opuesta al primer portaláminas y fijado a la capa de mica mediante un aglutinante, y el conductor encintado se somete, a los efectos de una termocontracción del polímero, a un tratamiento térmico a una temperatura superior a los 150ºC.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el conductor eléctrico es un alambre redondo.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el conductor eléctrico es un alambre desnudo.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la capa de mica de la cinta de material aislante está fijada por ambos lados mediante un aglutinante a un portaláminas compuesto por un polímero termocontraíble a más de 150ºC.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el polímero termocontraíble es un poliéster, poli(tereftalato de etileno), poli(dicarboxilato de etilen-2,6-naftaleno), poliimida o policarbonato.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la cinta de material aislante está recubierta en uno o ambos lados con adhesivo.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la cinta de material aislante presenta un espesor de cinta de 0,06-0,09 mm.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el aumento del aislamiento causado por la cinta de material aislante es de 0,16 a 0,50 mm después del tratamiento térmico.

9. Aislamiento resistente a descargas parciales de conductores eléctricos para bobinados de máquinas eléctricas y transformadores, caracterizado porque

el bobinado se compone de conductores eléctricos en sí conocidos,

estos conductores están provistos de un encintado de cinta de material aislante con contenido micáceo y

esa cinta de material aislante se compone de un portaláminas termocontraído de un polímero termocontraíble a más de 150ºC, una capa de mica fijada mediante un aglutinante al portaláminas y, en caso deseado, un segundo portaláminas termocontraído de un polímero termocontraíble a más de 150ºC dispuesto en la superficie de la capa de mica opuesta al primer portaláminas y fijado a la capa de mica mediante un aglutinante.

10. Aislamiento resistente a descargas parciales de conductores eléctricos para bobinados de máquinas eléctricas y transformadores, caracterizado porque

el bobinado se compone de conductores eléctricos en sí conocidos,

estos conductores están provistos de un encintado de cinta de material aislante con contenido micáceo y

esa cinta de material aislante se compone de un portaláminas termocontraído de un polímero termocontraíble a más de 150ºC, una capa de mica fijada mediante un aglutinante al portaláminas y, en caso deseado, un segundo portaláminas termocontraído de un polímero termocontraíble a más de 150ºC dispuesto en la superficie de la capa de mica opuesta al primer portaláminas y fijado a la capa de mica mediante un aglutinante.