Sistemas de aislamiento y procedimiento para un transformador.

Un transformador (10) que comprende:

un núcleo magnético (14) que comprende una pluralidad de apilamientos laminados (22) que tiene al menos una abertura;

y una pluralidad de devanados (30) que comprenden un material conductivo alrededor del núcleo magnético (14) a través de la al menos una abertura y rodeados por una capa aislante (54) caracterizado porque la capa aislante (54) incluye un material de carga que proporciona una respuesta no lineal a un campo eléctrico, por lo que la capa tiene una constante dieléctrica que varía en función del voltaje, y la capa aislante (54) está dispuesta en una pluralidad de esquinas (60) de cada devanado de la pluralidad de devanados (30).

Sistemas de aislamiento y procedimiento para un transformador La invencion se refiere, en general, a sistemas aislantes para maquinas electricas y a devanados de maquinas y, mas especificamente, a un sistema de aislamiento que tiene propiedades dielectricas no lineales.

Las maquinas y los dispositivos electricos, tales como generadores, motores, actuadores, transformadores, etc., estan sometidos constantemente a estres electrico, mecanico, termico y medioambiental. Dicho estres tiende a degradarlos, reduciendo, en consecuencia, sus vidas utiles. En un ejemplo, un campo magnetico estatico se mantiene despues de desconectar la alimentacion de energia electrica en un nucleo de acero de transformadores debido a la remanencia magnetica. Cuando se aplica de nuevo energia electrica, el campo residual genera una corriente de entrada alta hasta que se reduce el efecto de la remanencia magnetica, generalmente despues de unos pocos ciclos de corriente alterna aplicada. Los dispositivos de proteccion contra sobrecargas electricas tales como fusibles de transformadores conectados a lineas aereas de transmision de corriente electrica a larga distancia son incapaces de proteger los transformadores contra corrientes electricas inducidas debidas a perturbaciones geomagneticas durante tormentas electricas que pueden provocar la saturacion del nucleo de acero y un funcionamiento erroneo de los dispositivos de proteccion de transformadores. Se ha observado habitualmente que el deterioro del aislamiento de los dispositivos anteriores es un factor dominante de sus averias.

Los sistemas de aislamiento de maquinas electricas tales como generadores, motores y transformadores se encuentran en constante desarrollo para mejorar el funcionamiento de las maquinas. Los materiales que se usan en general en el aislamiento electrico incluyen peliculas de poliimida, materiales compuestos de epoxi-fibra de vidrio y cinta de mica. Los materiales aislantes necesitan tener generalmente unas propiedades mecanicas y fisicas que puedan soportar diversos rigores electricos de las maquinas electricas tales como sobretensiones por tormentas electricas y sobretensiones de maniobra. Ademas, algunas de las propiedades deseables de un sistema aislante incluyen soportar variaciones extremas de temperatura de operacion y una vida util larga.

Los materiales aislantes mencionados anteriormente tienen una constante dielectrica esencialmente constante que los protege de la conduccion electrica sobre la base de la rigidez dielectrica respectiva de los materiales compuestos. No obstante, determinados factores tales como las temperaturas de operacion, el medio ambiente, estres de voltaje, sobretension de ciclo termico y sobretension transitoria provocadas por tormentas electricas y conmutaciones deterioran los materiales aislantes durante un largo periodo de tiempo, reduciendo de este modo su vida util u operativa.

El documento US 4219791 divulga un aparato de induccion electrica que incluye un dielectrico aislante que rodea una pluralidad de devanados. La estructura del aislamiento comprende un adhesivo o aglutinante tal como una resina organica cargada con microesferas de vidrio o silice.

El documento US 4212914 divulga un material aislante electrico que se usa para aislar devanados electricos de transformadores, por ejemplo. El material comprende goma fluorada, materiales que contienen mica, resina, agentes reticulantes, estando compuesto el resto del material por cargas. Opcionalmente se incluye tambien goma sintetica.

El documento DE 4 438 187 divulga el uso de cargas dielectricas no lineales de oxido de cinc y carburo de silicona en las capas de aislamiento de devanados de transformadores.

Por lo tanto, seria deseable proporciona un sistema de aislamiento que solucione los problemas mencionados anteriormente y cumpla con las exigencias de aplicaciones industriales.

La presente invencion proporciona un transformador segun la reivindicacion 1 y un procedimiento para crear un aislamiento en el mismo segun la reivindicacion 6.

Se entenderan mejor diversas caracteristicas, aspectos y ventajas de la presente invencion cuando se lea la descripcion detallada siguiente con referencia a las figuras adjuntas en las que numeros similares representan partes similares en todas las figuras, en las que:

FIG. 1: es una vista en perspectiva de un transformador que incluye un nucleo magnetico con devanados que usa un material dielectrico no lineal o variable como aislamiento segun una realizacion de la invencion;

FIG. 2: es una vista en seccion vertical del transformador de la FIG. 1 que ilustra multiples espiras de los devanados;

FIG. 3: es una vista en seccion transversal del sistema de aislamiento dielectrico no lineal de la FIG. 2 segun una realizacion de la invencion;

FIG. 4: es una ilustracion esquematica de una esquina del devanado de la FIG. 2 que experimenta un estres electrico;

FIG. 5: es una comparacion grafica de la constante dielectrica en funcion de la intensidad del campo electrico de

una pelicula de poli (fluoruro de vinilideno) sin y con cargas, todo lo cual puede usarse en una maquina electrica y con devanados segun una realizacion de la invencion; y FIG. 6: es una ilustracion grafica de la resistencia al campo electrico alrededor de la esquina de la FIG. 4.

Tal como se ha expuesto en detalle anteriormente, diversas realizaciones de la invencion incluyen un sistema de aislamiento que usa materiales con propiedades dielectricas no lineales o variables. Tal como se usa en el presente documento, la expresion "no lineal" se refiere a un cambio no uniforme de altos voltajes tales como, pero sin estar limitado a, transformadores. El sistema de aislamiento incluye una propiedad de adaptacion inherente de tal modo que la constante dielectrica del dielectrico no lineal puede aumentar en ubicaciones del aislamiento de la maquina que experimentan un estres electrico alto y proporciona a la maquina una proteccion electrica deseable. La proteccion electrica se obtiene suavizando el estres electrico y reduciendo la intensidad del campo electrico local.

Volviendo a las figuras, la FIG. 1 es una vista en perspectiva de un transformador 10 que incluye un tanque 12. El transformador 10, en la realizacion ilustrada, es un transformador trifasico de nucleo y envoltura. En otra realizacion, el transformador 10 puede ser un transformador monofasico. El transformador 10 incluye un nucleo magnetico 14 que tiene una primera seccion de nucleo 16 y una segunda seccion de nucleo 18 que tiene al menos una abertura 20 y estan dispuestas de forma adyacente entre si. En una realizacion particular la primera seccion del nucleo 16 y la segunda seccion del nucleo 18 pueden incluir tres aberturas 20 cada una. La primera seccion del nucleo 16 y la segunda seccion del nucleo 18 tambien pueden incluir multiples apilamientos laminados 22 superpuestos. En una realizacion particular los apilamientos laminados 22 pueden incluir apilamientos laminados hechos de un metal tal como, pero sin limitarse a, acero. El transformador 10 puede incluir tambien fases de devanado electrico 24, 26 y 28. Cada una de la fases de devanado electrico 24, 26 y 28 puede incluir multiples devanados 30 que estan aislados por una capa dielectrica no lineal (no mostrada) y apilados de forma adyacente entre si. Los devanados 30 pueden rodear a la primera seccion del nucleo 16 y la segunda seccion del nucleo 18 a traves de las aberturas 32 y la abertura 20.

La FIG. 2 es una vista en seccion vertical del transformador 10 de la FIG. 1 que ilustra los devanados 30. Los devanados 30 pueden incluir un material conductor que esta enrollado en espiral formando espiras multiples 36, 38 y 40. En una realizacion particular, el alambre conductor que se usa es generalmente un alambre magnetico. El alambre magnetico es un alambre de cobre con un recubrimiento de barniz o algun otro recubrimiento sintetico. En un ejemplo no limitante, el numero de espiras puede variar en el intervalo entre aproximadamente unas pocas y aproximadamente miles dependiendo de la potencia y la aplicacion.

La FIG. 3 es una vista en seccion transversal de los devanados 30 de la FIG. 2. Cada una de las espiras 36, 38 y 40, tal como se hace referencia en la FIG. 2, incluyen filamentos externos 42, 44 y 46 respectivamente. De forma similar, las espiras 36, 38 y 40 incluyen filamentos internos 48, 50 y 52 respectivamente. Los filamentos 42 y 48 estan dispuestos en una hilera de filamentos en cada espira 36 de tal modo que las espiras multiples 36, 38 y 40 puedan estar dispuestas en una disposicion en paralelo.... [Seguir leyendo]

1. Un transformador (10) que comprende:

un nucleo magnetico (14) que comprende una pluralidad de apilamientos laminados (22) que tiene al menos una abertura; y una pluralidad de devanados (30) que comprenden un material conductivo alrededor del nucleo magnetico (14) a traves de la al menos una abertura y rodeados por una capa aislante (54) caracterizado porque la capa aislante (54) incluye un material de carga que proporciona una respuesta no lineal a un campo electrico, por lo que la capa tiene una constante dielectrica que varia en funcion del voltaje, y la capa aislante (54) esta dispuesta en una pluralidad de esquinas (60) de cada devanado de la pluralidad de devanados (30) .

2. El transformador (10) de la reivindicacion 1, en el que la capa aislante (54) esta dispuesta entre la pluralidad de 10 devanados (30) .

3. El transformador (10) de cualquier reivindicacion precedente, en el que la capa aislante (54) esta dispuesta entre una pluralidad de filamentos en cada devanado de la pluralidad de devanados (30) .

4. El transformador (10) de cualquier reivindicacion precedente, comprendiendo la capa aislante (54) materiales compuestos polimericos.

5. El transformador (10) de cualquier reivindicacion precedente, comprendiendo la capa aislante (54) al menos una nanocarga.

6. Un procedimiento (70) para formar un aislamiento en un transformador que comprende disponer una capa aislante (54) alrededor de al menos una porcion de un devanado, caracterizado porque la capa aislante (54) incluye un material de carga que proporciona una respuesta no lineal a un campo electrico, por lo que la capa tiene una constante dielectrica que varia en funcion del voltaje, y disponer comprende disponer la capa aislante alrededor de una esquina del devanado.

7. El procedimiento (70) de la reivindicacion 6, en el que disponer comprende disponer la capa aislante entre una pluralidad de filamentos del devanado.