ES2284522T3 - Procedimiento y dispositivo para el aislamiento de componentes electrotecnicos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el aislamiento de componentes electrotécnicos, en el que se aplica una capa de medio de fundición y de impregnación polimerizable y/o barniz en forma poco viscosa sobre la superficie de los componentes, en el que se realiza una impregnación de los componentes por inmersión, inundación, impregnación en vacío, impregnación a presión en vacío o gota a gota, y a continuación se endurece con una radiación de alta energía, caracterizado porque la radiación de alta energía es radiación en el infrarrojo próximo (IRP), que tiene una longitud de onda de 500 nm a 1400 nm, y en el que los componentes son transformadores u otros componentes con devanados así como alambres conductores.

Description

Procedimiento y dispositivo para el aislamiento de componentes electrotécnicos.

La presente invención se refiere a un procedimiento para el aislamiento de componentes electrotécnicos, en el que se aplica una capa de medio de fundición y de impregnación polimerizable y/o barniz en forma poco viscosa sobre la superficie de los componentes y, a continuación, se endurece con la ayuda de radiación de alta energía.

Para el aislamiento eléctrico, para la estabilización mecánica y para la distribución térmica en componentes electrónicos se emplean, exceptuando algunos casos excepcionales, medios de fundición y de impregnación (MFI). En este caso se trata, por regla general, de resinas líquidas o que se pueden fluidificar por calor, que se pueden endurecer (polimerizar) por calor y/o luz ultravioleta.

Para la consecución de tiempos de ciclo más rápidos en el aislamiento de componentes con los medios mencionados, se imponen cada vez más procedimientos en los que por medio de la aplicación de corriente a los devanados de los componentes se genera muy rápidamente calor, y los MFI se endurecen. En este caso, sin embargo, representa un problema el endurecimiento en los puntos que por medio del flujo térmico desde el devanado sólo se pueden calentar de un modo insuficiente, y con ello, sólo se pueden endurecer de un modo insuficiente.

Para estos casos, cada vez son más importantes los procedimientos en los que, adicionalmente al calor, se emplea luz ultravioleta para el endurecimiento de los puntos de los componentes que por medio del flujo térmico desde el devanado sólo se pueden calentar de un modo insuficiente o de manera demasiado lenta. En este caso, se producen problemas económicos a partir de la necesidad de ajustar los MFI por medio de modificación química de modo sensible a la luz ultravioleta, y a partir del uso requerido de caros fotoiniciadores. Adicionalmente, existe un problema técnico en la inhibición de luz ultravioleta local por medio de materiales adicionales, que se usan en el montaje de los componentes o que existen en los componentes (por ejemplo en los aislamientos de diferentes cables de conexión). Gracias a ello se pueden producir, de modo local, superficies pegajosas.

En el documento DE-A-40 22 235 y en el documento DD-A-295 056 se propone, para la reducción de las pérdidas de vapor de escape de los medios de impregnación convencionales con proporciones elevadas de monómeros como estireno, endurecer en primer lugar con rayos ultravioletas las superficies y a continuación endurecer por suministro de calor, el interior de los componentes.

Adicionalmente, del documento EP-A-0643467 se conoce el hecho de usar medios de impregnación convencionales con una proporción elevada de monómeros, como estireno, y para la mejora de la distribución de medio de impregnación en el componente, ya durante la impregnación por calentamiento de bobinas, conseguir una pregelatinización y fijación del medio de impregnación y un endurecimiento térmico. Ya de modo simultáneo con el endurecimiento térmico sobre los devanados, o bien, después del endurecimiento térmico sobre los devanados se han de endurecer aquellos puntos de los componentes, que no han sido alcanzados mediante el calentamiento de los devanados, con radiación de alta energía, preferentemente con radiación ultravioleta.

El documento DE-A19600149 describe MFI especiales que se pueden endurecer sin monómeros. Como medios de endurecimiento se menciona el calor y/o la radiación actínica en forma de luz ultravioleta.

También en los documentos DE19648132A1, DE19648133A1 y DE19648134A1 se describen diferentes combinaciones ventajosas de MFI con el endurecimiento por calor y/o radiación actínica en forma de luz ultravioleta.

El documento EP0065147 da a conocer el revestimiento de componentes electrónicos, usando la radiación IRP, sin embargo, exclusivamente para gelatinizar el revestimiento, si bien no para el endurecimiento.

Los documentos US4.234.624 y US5.705.232 dan a conocer el endurecimiento de medios de revestimientos IRP, si bien el documento US4.234.624 se refiere exclusivamente al revestimiento de conductores por extrusión, y el documento 5.705.232 se refiere al revestimiento de piezas de trabajo de semiconductores.

El objetivo de la presente invención era proporcionar un procedimiento barato para el aislamiento de componentes electrotécnicos, que adicionalmente no esté sometido a ninguna inhibición por medio de componentes químicos que provengan del componente.

Este objetivo se consigue gracias a un procedimiento para el aislamiento de componentes electrónicos, en el que, de modo conocido, se aplica una capa de medios de fundición y de impregnación polimerizables y/o barniz en forma poco viscosa sobre la superficie de los componentes y, a continuación, se endurece con radiación de alta ener-
gía.

Los componentes que se pueden aislar con el procedimiento son, entre otros, transformadores u otros componentes con devanados, así como alambres conductores. Mientras que, en el caso de componentes conformados de modo complicado se requiere una impregnación para la humidificación completa de las superficies que se han de aislar, en el caso de alambres conductores eléctricos es suficiente, por lo general, una capa de barniz.

Al usar radiación IRP es posible, en todos los casos, en los que hasta ahora se empleaba endurecimiento por luz ultravioleta, emplear MFI térmicos puros convencionales. Esto significa una reducción de costes considerable. Adicionalmente no se han de considerar inhibidores ultravioletas, y los materiales se pueden manipular sin el peligro de la polimerización prematura bajo la luz del día. Adicionalmente, también puede tener sentido una combinación de un calentamiento convencional, por ejemplo con aire circulante, calor de corriente y radiación infrarroja (con una longitud de onda típica de hasta 10^{6} nm), con el calentamiento conforme a la invención con radiación IRP y con un endurecimiento adicional por luz ultravioleta para finalidades especiales. La selección de una combinación lógica se le deja al especialista en cada caso individual a partir de reflexiones técnicas y económicas.

La ventaja de la radiación IRP en comparación con la radiación infrarroja de ondas medias y largas reside en el hecho de que ésta, en el material de resina sintética, penetra directamente en el grosor de capa habitual en los materiales electroaislantes, mientras que la radiación infrarroja de ondas largas se absorbe en la superficie, y es posible el calentamiento de la regiones dispuestas más abajo únicamente por medio de flujo térmico, para lo que se requieren tiempos de calentamiento prolongados, y existe el peligro de un sobrecalentamiento en la superficie.

Otra ventaja del procedimiento conforme a la invención reside en el hecho de que se puede realizar en instalaciones existentes, modificadas sólo ligeramente por medio de la conexión a continuación de una lámpara IRP. En este caso, una adaptación de la instalación es posible fundamentalmente por medio de la modificación de los parámetros de control y del orden del procedimiento.

Otra ventaja fundamental de la invención, además de las razones económicas, que se fundamentan en un ahorro de los fotoiniciadores y en una construcción más fácil de la resina y en un tiempo de ciclo menor, es la posibilidad de endurecer muy rápidamente también regiones sensibles a la temperatura de los componentes sin provocar daños, ya que la radiación IRP calienta las capas de resina muy rápidamente a una temperatura elevada, y el endurecimiento está acabado antes de que las regiones que se encuentran por debajo se pongan muy calientes.

La radiación IRP empleada según la invención tiene una longitud de onda de 500 nm a 1400 nm, preferentemente de 750 nm a 1100 nm. La radiación IRP en estas regiones de longitud de onda se puede generar, por un lado, de un modo comparativamente fácil y que se puede controlar bien, por otro lado cubre la región óptima para el endurecimiento del MFI o del barniz.

Para hacer posible una penetración de la radiación IRP en los materiales de resina sintética o en las capas de barniz, el máximo de intensidad de las fuentes IRP está, preferentemente, en un intervalo de longitud de onda en el que el medio de fundición y de impregnación, o bien el barniz para hilos es parcialmente transparente para la luz IRP, es decir, su grado de absorción con esta longitud de onda está entre el 20 y el 80%, preferentemente entre el 40 y
el 70%.

Adicionalmente es ventajoso enfocar y desviar la radiación IRP con dispositivos ópticos de tal manera que en los componentes o alambres que se han de endurecer se consiga una distribución de temperatura adaptada a la característica de endurecimiento de los materiales. La existencia de una distribución de este tipo se puede comprobar, en este caso, con la ayuda de dispositivos de medición adecuados, o por medio de cálculos de modelo.

En el marco el procedimiento conforme a la invención el revestimiento se puede endurecer adicionalmente por un calentamiento térmico con gases calentados (aire circulante), por luz ultravioleta y/o por radiación de electrones. Mediante el empleo adicional de radiación IRP es posible controlar de un modo dirigido la evolución del calentamien-
to.

Los componentes que se han de impregnar se impregnan, preferentemente, a temperatura ambiente o en estado precalentado, o se calientan durante la impregnación. Gracias a ello, los MFI se hacen más líquidos, y debido a ello pueden penetrar mejor en espacios estrechos de los componentes.

Además, los componentes impregnados son calentados después de la impregnación y antes del endurecimiento, preferentemente hasta la gelatinización. En este caso, la cantidad de medio de impregnación gelatinizado se puede controlar por medio de la velocidad, el nivel y la duración del calentamiento. Mediante la gelatinización, los medios de recubrimiento aplicados se solidifican hasta tal punto que en el procesado posterior no se vuelven a escurrir fácilmente del componente, dejando con ello regiones sin protección. El calentamiento se puede llevar a cabo en componentes con un devanado a través del flujo de corriente eléctrica a través del devanado.

La impregnación de los componentes se puede realizar por inmersión, inundación, impregnación en vacío, impregnación a presión en vacío o gota a gota.

En el caso de componentes con devanados conductores eléctricamente se calientan, de modo ventajoso, los devanados de los componentes impregnados en el medio de impregnación aplicando corriente, hasta tal punto que se gelatiniza y se fija una cantidad deseada de medio de impregnación, retirándose después de esta gelatinización el componente del medio de impregnación, escurriéndose el medio de impregnación no gelatinizado y, dado el caso, enfriándose y reconduciéndose, y endureciéndose posteriormente los componentes. La evolución descrita del proceso se ha mostrado como especialmente adecuada para componentes con devanados, como por ejemplo transformadores.

Los MFI adecuados para el procedimiento están descritos, por ejemplo, en los documentos DE-A-19542564,
DE-A-19600149, DE-A-19757227 y DE19648133A1. En este caso, cuando no se desea un endurecimiento adicional por luz ultravioleta, tiene sentido económico y técnico el prescindir del uso de fotoiniciadores.

Los materiales con los que se puede llevar a cabo el procedimiento conforme a la invención son los medios de impregnación conocidos, en general, sobre la base de plásticos de poliéster insaturados, que se pueden copolimerizar mediante la preparación con monómeros insaturados de modo radical como diluyente de reactivo. Los poliéster que han de ser seleccionados, de modo adecuado, son conocidos para los especialistas, al igual que los poliéster imídicos o los poliéster amídicos, que presentan características térmicas y mecánicas especialmente adecuadas. También se conocen los diluyentes reactivos que se han de seleccionar de manera adecuada: en particular, son estireno, alfametilestireno, viniltolueno, éster alílico, éster vinílico, éter vinílico y/o metacrilatos.

Otros materiales con los que se puede llevar a cabo el procedimiento conforme a la invención son monómeros polimerizables de modo radical, oligómeros y/o materiales polímeros que también se pueden endurecer por radiación. También estos materiales y combinaciones de materiales son conocidos de modo general por el especialista. En particular, se trata de sustancias insaturadas alílicas, vinílicas o metacrílicas y/o mezclas de materiales. Están indicadas especialmente, por ejemplo, metacrilatos de poliepóxido, metacrilatos de poliuretano y/o metacrilatos de poliéster.

Las preparaciones parcialmente se pueden polimerizar en parte térmicamente de forma directa, si bien se prefiere un endurecimiento térmico óptico con temperaturas lo más bajas posibles, y es adecuado añadir iniciadores radicales. Adicionalmente se añaden por regla general iniciadores ultravioletas para un endurecimiento rápido por luz ultravioleta. También es estado de la técnica conocido el uso de estabilizadores para la mejora de la estabilidad de soporte.

Adicionalmente, también se pueden emplear sustancias polimerizables iónicamente, que son epóxidos, en particular monómeros y/u oligómeros, conjuntamente con iniciadores activables de modo térmico o bajo luz ultravioleta. También este tipo de sustancias son estado de la técnica conocido.

El procedimiento conforme a la invención es especialmente ventajoso en combinación con los materiales que se pueden endurecer libres de monómeros, según los documentos DE19542564, DE19600149, DE19757227 y
DE19648133A1, ya que éstos no se pueden inflamar fácilmente durante el endurecimiento. Sin embargo, también es posible y se puede llevar a cabo desde el punto de vista técnico el endurecimiento de MFI convencionales con elevadas proporciones de monómeros como estireno, éster acrílico, y similares, con IRP, cuando, por ejemplo, por medio de la reducción de la potencia y/o del ciclo de los radiadores IRP se procura que la temperatura de encendido de los MFI, que está muy por encima de la temperatura de endurecimiento, no sea sobrepasada. Además es posible, mediante un suministro local de gas inerte o de aire fresco, procurar que no se originen mezclas de gases que se puedan inflamar o que sean explosivas.

Adicionalmente se emplea un dispositivo para el aislamiento de componentes electrotécnicos, en el que el dispositivo presenta un dispositivo de revestimiento para la aplicación de una capa hecha de medio de fundición y de impregnación polimerizable y/o barniz sobre la superficie de los componentes y un dispositivo de calentamiento para el calentamiento de los componentes. El dispositivo de calentamiento contiene al menos una fuente de radiación del infrarrojo próximo (IRP). Con el dispositivo, con ello, se puede llevar a cabo el procedimiento conforme a la invención explicado anteriormente, produciéndose las ventajas explicadas.

Como fuentes de radiación IRP se consideran radiadores disponibles comercialmente, que emiten con una elevada proporción de su radiación en el intervalo de longitudes de onda preferidos. En la mayoría de los casos se trata, en este caso, de radiadores halógenos con una elevada temperatura de filamento incandescente (por ejemplo radiadores halógenos de USHIO Inc., Tokio). La ventaja de la radiación IRP en comparación con los radiadores IR de ondas medias y largas reside en la capacidad de regulación muy rápida de la intensidad de radiación, sin que en este caso el máximo de emisión se aleje del intervalo de las longitudes de onda del IRP. Adicionalmente, los rayos IRP penetran directamente en el material de resina sintética que se ha de endurecer en el grosor de la capa habitual en materiales electroaislantes, mientras que la radiación IR de ondas largas se absorbe en la superficie, y el calentamiento de las regiones que están por debajo sólo es posible por medio de flujo de calor, para lo que se requieren prolongados tiempos de calentamiento, y existe el peligro de un sobrecalentamiento en la superficie.

El dispositivo de calentamiento comprende, preferentemente, una regulación eléctrica de las fuentes de radiación IRP, para ajustar la energía de radiación que actúa sobre los objetos y/o la longitud de onda. Adicionalmente, el dispositivo puede contener dispositivos de filtrado óptico, para ajustar la energía de radiación que actúa sobre los objetos y/o la longitud de onda.

Ejemplos

A continuación se explica la invención con la ayuda de ejemplos de ensayo.

Los ensayos se han llevado a cabo en una instalación de laboratorio. La instalación tiene un recipiente abierto por arriba como recipiente para los MFI, que se puede cerrar con una tapa, que también sirve como chapa de goteo. Por encima del recipiente está colocada una sujeción para los componentes que se han de impregnar. La sujeción se puede bajar por medio de un motor eléctrico, de modo que los componentes pueden ser sumergidos de modo uniforme y con la velocidad deseada en el MFI. Los devanados de los componentes se pueden calentar con una corriente regulada a la temperatura deseada.

Los ensayos se han llevado a cabo con el estator de un motor industrial pequeño con un diámetro de aprox. 15 cm. Los devanados son guiados en las conexiones frontales por medio de bastidores auxiliares hechos de termoplástico, y además hay alambres de conexión aislados con plásticos de diferentes colores. Como MFI se ha usado la resina de monómero Dobeckan MF 8001-UV de Schenectady-Beck, Hamburgo. La resina contiene fotoiniciadores.

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Ejemplo 1 (B1)

(Ejemplo de comparación)

El componente y el medio de impregnación tienen una temperatura ambiente de 26ºC. El componente se sumerge con 135 mm/min, después de 1 min en el medio de impregnación ya no escapa más aire del componente. En ese momento se calienta el devanado a 125ºC, y se mantiene 4 minutos. A continuación se extrae, se deja escurrir 10 min encima del tratamiento de inmersión y se eleva el calentamiento del devanado a 180ºC y se mantiene 20 min. En este caso, en la superficie del componente se alcanzan temperaturas de 90 a 120ºC.

Después de la refrigeración, la superficie del componente, con la excepción de los alambres del devanado, está con una pegajosidad entre media y alta, y sobre las partes del termoplástico y los cables de conexión, la resina está poco o nada endurecida. El componente se puede usar no antes de un endurecimiento posterior de 4 horas a 130ºC en el horno, aunque ya antes de este endurecimiento en el horno, los paquetes del devanado están bien endurecidos. La temperatura del horno no ha de sobrepasar aprox. los 130ºC, para evitar una deformación de las partes de los termoplásticos.

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Ejemplo 2 (B2)

(Ejemplo de comparación)

Se procede como en el ejemplo 1, pero después del endurecimiento por calor a 180ºC se radia en 20 min, durante 10 min desde abajo y arriba, cada vez con 2 rayos de presión media de mercurio de luz ultravioleta con un consumo de potencia de 500 W cada uno durante 10 min. En este caso, se mantiene el calentamiento del devanado y en la superficie del componente se alcanzan temperaturas de 100-140ºC. El componente está bien endurecido en los devanados y en el paquete de chapa, si bien las partes de termoplástico y los cables de conexión todavía están ligeramente pegajosas, para eliminar la pegajosidad se debe realizar un endurecimiento posterior durante aprox. 1 hora a 130ºC en el
horno.

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Ejemplo 3 (B3)

El MFI es el mismo (Dobeckan MF 8001) que en los ejemplos anteriores, en una configuración especial sin fotoiniciador. Se procede como en el ejemplo 1, pero el endurecimiento por calor con calentamiento de devanado se reduce a 8 min a 180ºC, y a continuación se irradia desde abajo y desde arriba con 2 fuentes IRP reguladas con un máximo de emisión entre 750 nm y 1300 nm y un consumo de potencia de 2000 W durante 40 s, respectivamente. Los radiadores se regulan mediante tiristores que reciben una señal de regulación a través de sensores que miden la temperatura de la superficie del componente. La temperatura de control prefijada era de 170ºC. Se mantiene el calentamiento de devanado, en la superficie del componente se alcanzan temperaturas de 170-180ºC.

El componente está totalmente libre de pegamento en la superficie, también en los alambres de conexión y en la parte de termoplástico, y está bien endurecido en el interior. Las partes de termoplástico no muestran deformación alguna o daños de otro tipo.

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Ejemplo 4 (B4)

(Ejemplo de comparación)

Se ha procedido como en el ejemplo 3, pero en lugar de los radiadores IRP se han montado radiadores IR de onda larga con un máximo de emisión de aprox. 7000 nm (radiador oscuro de porcelana) y una potencia de 2000 W, igualmente. Estos radiadores requieren un tiempo de calentamiento de aprox. 15 min hasta alcanzar su potencia. En caso de que estos radiadores se calienten previamente y a continuación se posicionen sobre el componente, entonces aproximadamente después de 20 s se producen carbonizaciones superficiales de las resinas de impregnación, sin que se endurezcan las regiones situadas más abajo. En caso de que se reduzca la potencia de los radiadores a través de una regulación de tensión, de manera que no se produzcan ya carbonizaciones y se consigan temperaturas de superficie de aprox. 200ºC, entonces se consigue un endurecimiento suficiente en las regiones situadas más abajo del medio de impregnación después de aprox. 30 min.

Los ejemplos muestran las ventajas conformes a la invención del uso de luz IRP en el endurecimiento de masas electroaislantes por medio del ahorro de fotoiniciador, tiempo de ciclo y energía. La radiación IRP hace posible un endurecimiento muy rápido de la superficie del componente, con un buen endurecimiento también de capas gruesas en la profundidad de estas capas con medios de impregnación que pueden ser endurecidos de un modo puramente térmico. Gracias a ello se pueden usar los medios de impregnación baratos conocidos que se pueden endurecer de un modo puramente térmico para procesos de ciclo rápido, sin la necesidad de desarrollar, por ejemplo, medios de impregnación endurecibles por luz ultravioleta, o emplear caros fotoiniciadores.

Claims (7)

1. Procedimiento para el aislamiento de componentes electrotécnicos, en el que se aplica una capa de medio de fundición y de impregnación polimerizable y/o barniz en forma poco viscosa sobre la superficie de los componentes, en el que se realiza una impregnación de los componentes por inmersión, inundación, impregnación en vacío, impregnación a presión en vacío o gota a gota, y a continuación se endurece con una radiación de alta energía, caracterizado porque la radiación de alta energía es radiación en el infrarrojo próximo (IRP), que tiene una longitud de onda de 500 nm a 1400 nm, y en el que los componentes son transformadores u otros componentes con devanados así como alambres conductores.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la radiación IRP tiene una longitud de onda de 750 nm a 1100 nm.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el máximo de intensidad de la radiación IRP está en un intervalo de longitudes de onda en el que el medio de fundición y de impregnación o el barniz tiene un grado de absorción entre 20 y 80%.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la radiación IRP se enfoca de tal manera que en las capas que han de ser endurecidas se alcanza una distribución de temperatura adaptada a la característica de endurecimiento del medio de recubrimiento.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los componentes se impregnan a temperatura ambiente o en un estado precalentado o se calientan durante el impregnado.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque los componentes, después del impregnado y antes del endurecimiento, se calientan hasta la gelatinización.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los devanados conductores eléctricamente de los componentes impregnados se calientan en el medio de impregnación por medio de la aplicación de corriente hasta tal punto que una cantidad de medio de impregnación deseada se gelatiniza y se fija, después de esta gelatinización se retira el componente del medio de impregnado, se escurre el medio de impregnado no gelatinizado, y porque a continuación se endurecen los componentes.