BRPI1102467A2 - método para produzir enrolamento para um transformador do tipo seco - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA PRODUZIR ENROLAMENTOS PARA UM TRANSFORMADOR DO TIPO SECO. A presente invenção refere-se a um método para produzir enrolamentos para um transformador do tipo seco com, em cada caso, um enrolamento para a baixa voltagem (enrolamento LV) e um para a alta voltagem (enrolamento HV), que são eletricamente isolados um do outro e cujas camadas são eletricamente isoladas uma da outra em virtude de, inicialmente, o enrolamento para baixa voltagem ser produzido a partir de arame eletricamente condutor ou material de fita e uma camada isolante que consiste de material de fibra impregnada de resina, por exemplo, mechas, sendo enroladas em torno do dito enrolamento, com o enrolamento para alta voltagem então sendo formado no topo do dito enrolamento com as camadas individuais do enrolamento para a alta voltagem sendo isoladas uma da outra por meio de mechas de fibras impregnadas de resina, em que, antes da aplicação do enrolamento HV, a espessura de isolamento máxima exigida para o isolamento da camada e o número de mechas de fibra correspondendo a esta espessura de isolamento são determinados, e, em adição, cada camada de enrolamento e a camada de isolamento associada são produzidas simultaneamente com um desvio físico com respeito uma a outra e a espessura de isolamento exigida é determinada por meio do número de mechas de fibra e por meio da alimentação de enrolamento das mechas de fibra, em que, em adição, a fim de produzir o enrolamento, camadas de fibra/polímero formadas a partir de fibras e uma matriz de polímero sólido são aplicadas alternada e repetidamente, como camadas de isolamento simultaneamente com o condutor de enrolamento entre as camadas de isolamento individuais do enrolamento, e em que, uma vez que as ditas camadas de fibra/polímero foram aplicadas nas camadas de enrolamento individuais, o enrolamento acabado é submetido a uma operação de cura, de modo que os prepregs aplicados no enrolamento são curados.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA PRODUZIR ENROLAMENTOS PARA UM TRANSFORMADOR DO TIPO SECO".

Descrição

A presente invenção refere-se a um método para produzir enro- Iamentos para um transformador do tipo seco de acordo com a reivindicação 1, e a um enrolamento produzido de acordo com este método que corres- ponde à reivindicação 14.

Transformadores do tipo seco são conhecidos per se. Com este tipo de transformador, as perdas de calor que ocorrem durante a operação são emitidas diretamente para o ar ambiente em contraste com os assim chamados transformadores do tipo óleo, em que as bobinas do transforma- dor são dispostas em um tanque enchido com óleo isolante e o óleo isolante realiza a função adicional de meio de transferência de calor e transfere as perdas de calor para a parede de tanque freqüentemente estriada que está em comunicação com o ar ambiente.

Uma diferença adicional relacionada ao isolamento entre cama- das de enrolamento individuais de cada bobina consiste em que, nos trans- formadores do tipo seco, o invólucro de metal laminado que protege os transformadores do tipo óleo de quaisquer efeitos externos é dispensado. Consequentemente, as bobinas dos transformadores do tipo seco ou a su- perfície das mesmas precisam ter proteção comparável sem a dissipação de calor ser desse modo substancialmente prejudicada.

A fim de satisfazer as exigências acima, mechas de fibra im- pregnadas com resina sintética de preferência consistindo em fibras de vi- dro, podem ser enroladas em torno dos enrolamentos das bobinas de trans- formadores do tipo seco, em uma maneira conhecida.

Neste caso, estas mechas de fibra são aplicadas em camadas e, portanto, também atuam como isolamento entre as camadas de enrolamento individuais. A aplicação das camadas de arame individuais e das camadas isolantes é em geral realizada com a ajuda de assim chamados aparelhos de enrolamento, que têm uma configuração similar a um torno mecânico, em que a primeira bobina subsequente é presa entre um cabeçote fixo e um ca- beçote móvel e o arame de enrolamento e as mechas de fibra são supridos a partir do lado por meio de um carrinho de guia do tipo suporte.

A fim de manter a configuração predeterminada e as dimensões do enrolamento durante a fabricação de tal bobina e a fim de impedir a resi- na sintética de fluir em uma maneira descontrolada, a secagem e cura da bobina completamente enrolada é em geral realizada sob rotação em um forno de cura especial.

A fim de obter uma formação do campo eletromagnético das bobinas individuais que é tão uniforme quanto possível, os enro- Iamentos de alta voltagem das bobinas de transformador são de prefe- rência construídos na forma de assim chamados enrolamentos de gru- po, neste caso, as camadas de enrolamento são divididas, com res- peito ao comprimento de bobina inteiro, em vários grupos que estão localizados perto um do outro. Por sua vez, isto exige em cada caso uma interrupção no enrolamento ao construir camadas de enrolamento individuais, isto é, é necessário que o isolamento do arame de enro- lamento associado com esta camada seja removido, e uma vez que a camada de isolamento associada respectiva foi aplicada, as extremida- des de arame são conectadas uma na outra em maneira isolada de CC1 que em geral ocorre por meio de uma junta soldada.

Este procedimento é muito demorado e trabalhoso. Além do mais, exige um nível elevado de atenção da pessoa que realiza este proce- dimento.

EP 1941523 Bldescreveu um método para produzir uma bobina isolada com resina, em que a bobina é reforçada com fibras que são dispos- tas na bobina em uma matriz de polímero sólido. Neste caso, uma camada de enrolamento e uma de fibra/polímero são aplicadas alternadamente e repetidamente, em que a aplicação da camada de fibra/polímero compreen- de as etapas continuamente implementadas seguintes:

- suprir continuamente pelo menos uma fita, que compreende fibras e uma matriz de polímero sólido, - fundir ou ativar uma seção de pelo menos uma fita durante o

suprimento,

- pressionar a seção fundida ou ativada da fita na bobina durante o suprimento,

-resfriar a fita uma vez que deixou a zona aquecida ou ativada e pressionada.

Em adição, DE 4445423 A1 descreveu um método, de a- cordo com o qual, antes da aplicação do enrolamento de baixa volta- gem, a espessura de isolamento máxima exigida para o isolamento de camada e o número de mechas de fibra que corresponde com esta espessura de isolamento são determinados. Cada camada de enrola- mento e a camada isolante associada são produzidas simultaneamente com um desvio físico com respeito uma a outra, em que a espessura de isolamento exigida é determinada primeiramente por meio da ali- mentação de enrolamento das mechas de fibra e, em segundo lugar, por meio do número das mesmas.

Uma característica do último método mencionado é que as me- chas de fibra são supridas ao aparelho de enrolar a partir de um lado e o arame de enrolamento é suprido a partir do lado oposto, isto é, são supridos de lados diferentes. A vantagem disto pode ser considerada pelo fato de que as mechas e o arame não impedem um o outro, por exemplo, no caso de uma alimentação diferente. No entanto, isto acarreta uma exigência de es- paço considerável durante este procedimento.

Contra o antecedente da técnica anterior acima mencionada, o objetivo da invenção é especificar um método do tipo mencionado no início que pode ser facilmente implementado, tem uma exigência de espaço que é tão pequeno quanto possível e que evita as dificuldades indicadas, bem co- mo um produto produzido de acordo com este método.

Este objetivo é alcançado de acordo com a invenção pelos as- pectos caracterizantes das reivindicações 1 e 14.

Portanto, a invenção prove que, a fim de produzir o enrolamento, camadas de fibra/polímero formadas a partir de fibras e uma matriz de poli- mero sólido, assim chamadas prepregs, são aplicadas alternada e repetida- mente como camadas de isolamento entre camadas de enrolamento indivi- duais do enrolamento simultaneamente com o condutor de enrolamento, que neste caso opcionalmente, estas camadas de isolamento são aquecidas durante a aplicação, e em que, uma vez que as ditas camadas de isolamen- to tenham sido aplicadas nas camadas de enrolamento individuais, o enro- lamento acabado é opcionalmente submetido a uma operação de pressão com aquecimento simultâneo, com o resultado de que as camadas de isola- mento aplicadas no enrolamento são curadas.

A vantagem essencial da invenção pode ser considerada em que os feixes de fibra impregnada de resina sintética, usados na construção prévia de transformadores do tipo seco como camada de isolamento, são distribuídos em favor do uso de fibras contínuas pré-tratadas, que são co- nhecidas como prepregs na técnica, que são feixes de fibra contínuos que foram impregnados com resina sintética à base de polímero.

Um prepreg pretende significar um produto semiacabado que é formado a partir de fibras contínuas e de um termoplástico ou de uma matriz de polímero de termocura não curado e que tem múltiplas aplicações, por exemplo, em construção leve para aeronave e veículos a motor. As fibras contínuas podem, neste caso, estar na forma de uma camada unidirecional simplesmente, na forma de um tecido tramado, ou na forma de um tecido de algodão. Em geral prepregs são distribuídos em forma de tela, de preferên- cia enrolados em rolos.

Prepregs podem ser usinados e são, portanto primariamente u- sados em processos automatizados. Eles fornecem uma alta qualidade uni- forme. As vantagens são sua baixa ondulação e seu alto conteúdo de volu- me de fibra. A ondulação neste caso é entendida por significar a deflexão de fibras dentro de tecidos tramados, por exemplo, no caso de materiais com- postos de fibra. As ondulações resultam em uma diminuição da resistência paralela à fibra do tecido tramado.

A cura dos prepregs em altas temperaturas torna tempos de ci- clo curtos possíveis. No entanto, o processamento dos prepregs exige um alto nível de investimento, por exemplo, para autoclaves, robôs de colocação e armazenamento refrigerado.

No caso da invenção, ao usar prepregs como material isolante para a produção de camadas de isolamento, a complexidade é muito menor em comparação com processos de fabricação prévios usando mechas de fibras impregnadas com resina sintética convencional, como será explicado abaixo.

Assim, uma modalidade preferida do método de acordo com a invenção é caracterizada pelo fato de que é fornecida uma resina curável por UV como parte da camada de fibra/polímero, em que o enrolamento é irradiado com luz UV durante a aplicação, que resulta inicialmente em ativa- ção da reação de cura da resina durante a operação de enrolamento e então resulta em cura parcial ou completa do enrolamento.

A produção de enrolamento de bobina pode ser realizada sem quaisquer problemas usando prepregs com os dispositivos fornecidos com mechas de fibras, em que a impregnação com resina sintética líquida é dis- pensada porque os prepregs já são distribuídos em forma impregnada com a matriz de polímero à base de polímero fornecida para reter as voltas juntas ou para isolamento suficiente.

De modo correspondente, é meramente necessário que uma certa quantidade de energia na forma de calor seja suprida, com esta ener- gia tornando possível a matriz de polímero presa nos feixes de fibras do pre- preg ser amolecida, com o resultado que as camadas individuais de isola- mento formadas a partir de prepregs podem ser primeiramente deformadas plasticamente e combinadas uma com a outra para formar um corpo único que, depois da cura subsequente causada pelo aquecimento, é fornecido com rigidez e resistência mecânica suficiente como resultado do resfria- mento.

Uma variante vantajosa adicional do método de acordo com a invenção estabelece que a fim de aquecer as camadas de isolamento du- rante a aplicação, um emissor de infravermelho é usado para irradiar a su- perfície da bobina e/ou o material de isolamento, ou é realizada injeção com ar quente, o que resulta inicialmente em amolecimento da resina durante a operação de enrolamento e então resulta e em cura parcial ou completa do enrolamento.

Para a aplicação desta variante de fabricação, não é necessário fornecer resina curável por UV como parte da camada de fibra/polímero.

Finalmente, de acordo com uma modalidade vantajosa adicional do método de acordo com a invenção, o aquecimento das camadas de iso- lamento durante a aplicação usando um rolo de pressão aquecido durante o enrolamento pode ser fornecido, o que inicialmente resulta em amolecimento da resina durante a operação de enrolamento e então resulta em cura parci- al ou completa do enrolamento.

Como uma variante adicional do método de acordo com a inven- ção para produzir um enrolamento para um transformador do tipo seco, no entanto, pode também ser fornecido aquecimento indireto do enrolamento de modo que, a fim de aquecer as camadas de isolamento durante a aplicação, é fornecido o aquecimento do condutor de enrolamento como resultado da resistência não reativa do mesmo, que resulta inicialmente em amolecimento da resina durante a operação de enrolamento e então os resultados em cura parcial ou completa do enrolamento.

Neste caso, a invenção estabelece que uma corrente é enviada dentro do condutor que foi enrolado na bobina em cada caso por meio de anéis de contato no início do condutor e no fim do mesmo, isto é, ambas as extremidades do condutor são conectadas a uma fonte de energia elétrica e atua como aquecimento de resistência que aquece o condutor como resulta- do do fluxo de corrente e, portanto, também as camadas de isolamento ad- jacentes ao condutor. Este método de cura pode ser realizado de maneira a evitar a rotação durante a cura mesmo sem o uso de anéis de contato. Alter- nativamente, a bobina pode ser rodada em maneira alternada meramente dentro de uma faixa angular restrita, por exemplo, ± 180°, a fim de evitar os anéis de contato.

Um aspecto vantajoso da invenção se refere aos efeitos da construção das camadas de enrolamento ou as camadas de isolamento na resposta do campo elétrico, e no processo, a otimização do mesmo, que é obtido por construção de enrolamento correspondente.

De modo correspondente, de acordo com uma modalidade do método de acordo com a invenção, é feita provisão das camadas de isola- mento entre camadas de enrolamento individuais a serem formadas de mo- do escalonado de maneira que as camadas de isolamento entre as primeira e segunda camadas e aquelas entre as segunda e terceira camadas suplementam uma a outra na vista em seção transversal para formar um retângulo.

Finalmente, uma variante adicional do método, de acordo com a invenção estabelece que as camadas de isolamento entre duas camadas adjacentes são configuradas de maneira que não suplementam uma a outra para formar um retângulo, com o resultado que a superfície mais externa do enrolamento não se desloca paralela à superfície interna. Além do mais, um objetivo da invenção é especificar um enrolamento que foi produzido de a- cordo com o método mencionado e detalhado acima, o dito enrolamento tendo uma construção simples, tendo isolamento de funcionalidade perfeita, sendo operacionalmente seguro e tendo resistência mecânica suficiente.

Este objetivo é alcançado de acordo com a invenção pelos as- pectos caracterizantes da reivindicação 14.

Consequentemente, a invenção prove que camadas de fibra/ po- límero sejam fornecidas como camadas de isolamento, alternada e repeti- damente entre as camadas de enrolamento individuais do enrolamento, as ditas camadas de fibra/polímero sendo formadas a partir de prepregs, isto é feixes de fibras conectadas com uma matriz de polímero sólido, em que es- tas camadas de isolamento são conectadas uma com a outra.

Neste caso, a alta resistência mecânica desejada do enrola- mento de acordo com a invenção é obtida em virtude do fato que as cama- das de fibra/polímero fornecidas para uso são usadas na forma de prepregs, em que o conteúdo de polímero da matriz de polímero sólido do mesmo é curado e como resultado, a fibra ou feixe de fibras é preso na matriz de po- límero.

Claims (14)

1. Método para produzir enrolamentos para um transformador do tipo seco com, em cada caso, um enrolamento para a baixa voltagem (enro- Iamento LV) e um para a alta voltagem (enrolamento HV), que são eletrica- mente isolados um do outro e cujas camadas são eletricamente isoladas uma da outra em virtude de, inicialmente, o enrolamento para baixa volta- gem ser produzido a partir de arame eletricamente condutor ou material de fita e uma camada isolante que consiste de material de fibra impregnada de resina, por exemplo, mechas, sendo enroladas em torno do dito enrolamen- to, com o enrolamento para alta voltagem então sendo formado no topo do dito enrolamento com as camadas individuais do enrolamento para a alta voltagem sendo isoladas uma da outra por meio de mechas de fibras im- pregnadas de resina, em que, antes da aplicação do enrolamento HV, a es- pessura de isolamento máxima exigida para o isolamento da camada e o número de mechas de fibra correspondendo a esta espessura de isolamento são determinados, em que, em adição, cada camada de enrolamento e a camada de isolamento associada são produzidas simultaneamente com um desvio físico com respeito uma a outra e a espessura de isolamento exigida é determinada por meio do número de mechas de fibra e por meio da ali- mentação de enrolamento das mechas de fibra, caracterizado pelo fato de que a fim de produzir o enrolamento, camadas de fibra/polímero formadas a partir de fibras e uma matriz de polímero sólido são aplicadas alternada e repetidamente, como camadas de isolamento simultaneamente com o con- dutor de enrolamento entre as camadas de isolamento individuais do enro- lamento, e em que, uma vez que as ditas camadas de fibra/poli mero foram aplicadas nas camadas de enrolamento individuais, o enrolamento acabado é submetido a uma operação de cura, de modo que os prepregs aplicados no enrolamento são curados.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma resina curável por UV é fornecida como parte da camada de fibra/polímero, em que o enrolamento é irradiado com luz UV durante a apli- cação, que inicialmente resulta na ativação da reação de cura da resina du- rante a operação de enrolamerito, e então resulta em cura parcial ou com- pleta do enrolamento.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fim de aquecer as camadas de isolamento durante a aplicação, um emissor de infravermelho é usado para irradiar a superfície da bobina e/ou o material de isolamento ou é realizada a injeção de ar quente, que ini- cialmente resulta em amolecimento da resina durante a operação de enro- lamento e então resulta em cura parcial ou completa do enrolamento.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, a fim de aquecer as camadas de isolamento durante a aplica- ção, o uso de um rolo de pressão aquecido é fornecido durante o enrolamen- to, o que resulta inicialmente em amolecimento da resina durante a operação de enrolamento e então resulta em cura parcial ou completa do enrolamento.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, a fim de aquecer as camadas de isolamento durante a aplica- ção, é fornecido aquecimento do condutor de enrolamento, que resulta inici- almente em amolecimento da resina durante a operação de enrolamento e então resulta em cura parcial ou completa do enrolamento.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que, quando o enrolamento roda, uma corrente é enviada dentro do condutor que foi enrolado na bobina no início do condutor e no fim do mesmo.

7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que, quando o enrolamento não está rodando, uma corrente é envia- da dentro do condutor que foi enrolado na bobina no início do condutor e no fim do mesmo.

8. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que, quando o enrolamento está rolando aIternadamente em maneira limitada, uma corrente é enviada dentro do condutor que foi enrolado na bo- bina no início do condutor e no fim do mesmo.

9. Método, de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as camadas de isolamento entre enrolamen- tos individuais têm espessura constante.

10. Método, de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de que as camadas de isolamento são formadas escalonadas entre as camadas de enrolamento individuais, em que as ca- madas de isolamento entre as primeira e segunda camadas e aquelas entre a segunda e terceira camadas suplementa uma a outra na vista em seção transversal para formar um retângulo.

11. Método, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, carac- terizado pelo fato de que, variando continuamente a velocidade de alimenta- ção de isolamento, é obtido o isolamento aumentando continuamente de modo linear, em que o isolamento entre as primeira e segunda camadas e aquele entre as segunda e terceira camadas, suplementam uma a outra na vista em seção transversal para formar um retângulo.

12. Método, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, carac- terizado pelo fato de que, variando a velocidade de alimentação de isola- mento, é obtido o isolamento aumentando de modo não linear, em que o isolamento entre as primeira e segunda camadas e aquele entre as segunda e terceira camadas, suplementam uma a outra na vista em seção transversal para formar um retângulo.

13. Método, de acordo com uma das reivindicações 7 a 9, carac- terizado pelo fato de que as camadas de isolamento entre duas camadas adjacentes não suplementam uma a outra para formar um retângulo, com o resultado que a superfície mais externa do enrolamento não se desloca mais paralelo à superfície interna.

14. Enrolamento produzido de acordo com o método, como defi- nido em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as camadas de fibra/polímero formadas a partir de fibras e uma matriz de polímero sólido são fornecidas altemadamente e repetidamente como camadas de isolamento entre as camadas de enrolamento individuais do enrolamento, em que estas camadas de isolamento são conectadas uma na outra, e em que o conteúdo de polímero da matriz de polímero sólido é curado.