BRPI0710518A2 - elemento alongado e uso do mesmo - Google Patents

Abstract

<B>ELEMENTO ALONGADO E USO DO MESMO<D>. A presente invenção refere-se a um elemento alongado possui um envoltório isolante rígido tipo manga (1) cercando um condutor de alta voltagem (5) se estendendo na direção longitudinal do envoltório e um espaço (10) dentro do envoltório perto da parede interna do envoltório cercando, pelo menos parcialmente, o dito condutor e preenchido com um meio (11) de um material com propriedades eletricamente isolantes. O dito meio é formado por um material eletricamente isolante contendo espaços ocos preenchidos, pelo menos parcialmente, com gás, e o material é adaptado para expandir com um aumento de temperatura pela compressão reversível dos ditos espaços ocos e redução do volume do mesmo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTOALONGADO E USO DO MESMO".

Campo Técnico da Invenção e Técnica Anterior

A presente invenção refere-se a um elemento alongado possu-indo um envoltório isolante rígido tipo manga externa cercando um condutorde alta voltagem se estendendo na direção longitudinal do envoltório e umespaço dentro do envoltório próximo à parede interna do envoltório cercandopelo menos parcialmente o dito condutor e preenchido com um meio de ummaterial com propriedades eletricamente isolantes.

A invenção é direcionada a tal elemento onde uma alta voltagemdeve ser protegida com relação ao ambiente para prevenir a ocorrência decontornamentos elétricos (flash-overs) no equipamento, envoltórios ou ou-tros objetos normalmente conectados ao terra.

Um exemplo de tal elemento é uma bucha conectando um trans-formador a uma rede de alta voltagem, na qual é essencial se proteger a altavoltagem do condutor a ser conectado à rede de alta voltagem em um local auma distância considerável, tal como, por exemplo, 4 metros, do transforma-dor.

As terminações de cabo e os aparelhos de alta voltagem sãooutros exemplos de tais elementos.

Um elemento desse tipo precisa suportar grandes mudanças detemperatura com o tempo. Essas mudanças de temperatura podem ser de-correntes do fato de ser total ou pelo menos parcialmente localizado no exte-rior, onde a temperatura dependendo da época do ano pode mudar entre -40°C e +40°C. Adicionalmente, a carga do dito condutor de alta voltagempode variar, isto é, a corrente fluindo através do mesmo pode variar tantoque a temperatura desse condutor e, dessa forma, das partes do dito ele-mento alongado dentro do dito envoltório pode variar consideravelmente. Defato, a temperatura do envoltório será basicamente determinada pela tempe-ratura do ambiente do dito elemento, ao passo que, a temperatura das par-tes internas do mesmo, tal como do dito meio, também dependerão da in-tensidade da corrente fluindo através do condutor. O meio de um materialcom determinadas propriedades eletricamente isolantes, que precisa preen-cher o dito espaço, tenderá a mudar em volume com a temperatura, o quesignifica que uma pressão precisa ser acumulada dentro do envoltório medi-ante um aumento de temperatura se o meio for totalmente encerrado no ditoenvoltório. Essa pressão pode fazer com que o envoltório isolante externoseja danificado.

Existem duas soluções conhecidas para esse problema. A pri-meira é se construir o elemento com o envoltório isolante externo de formaque seja capaz de suportar o acúmulo de pressão, que é difícil e oneroso dese obter. A outra solução é se construir o elemento de forma que o acúmulode pressão seja resolvido, por exemplo, pela conexão do dito espaço preen-chido com um fluido a um frasco de expansão, que é tanto complicado quan-to oneroso. Adicionalmente, isso envolve um risco de vazamento do ditomeio, o que pode constituir um risco de incêndio.

Sumário da Invenção

O objetivo da presente invenção é fornecer um elemento do tipodefinido na introdução aconselhado uma solução diferente para o problemacom as mudanças de temperatura do dito elemento e de partes do mesmo.

Esse objetivo é de acordo com a invenção obtido pelo forneci-mento de tal elemento no qual o dito meio é formado por um material eletri-camente isolante contendo espaços ocos pelo menos parcialmente preen-chidos com gás, nos quais o dito material é adaptado para expandir median-te um aumento de temperatura pela compressão reversível dos ditos espa-ços ocos e redução do volume do mesmo.

Isso significa que ao invés de um acúmulo de alta pressão comum aumento de temperatura do dito meio o material pode expandir pelacompressão dos ditos espaços ocos, de forma que a pressão possa ser re-duzida. Dessa forma, o envoltório isolante pode ser protegido contra danossem superdimensionar o mesmo, e nenhuma disposição complicada e one-rosa para se lidar com um acúmulo de pressão precisa ser realizada.

De acordo com uma modalidade da invenção, os ditos espaçosocos são formados por esferas deformáveis adaptadas para retomar, depoisda deformação, seu formato quando forças de compressão externas do ditomaterial são reduzidas como conseqüência de uma redução na temperatura.Isso constitui uma forma vantajosa de obtenção dos ditos espaços ocos for-necendo uma natureza flexível do dito meio com relação às mudanças detemperatura. É até mesmo possível que os ditos espaços ocos se expandame aumentem em volume com relação a um estado dos mesmos à temperatu-ra ambiente quando a temperatura cai abaixo da temperatura ambiente.

De acordo com outra modalidade da invenção, o dito material éum gel reticulado com microesferas embutidas no mesmo. A combinação detal gel com microesferas fornece a possibilidade de se selecionar de formaconveniente uma relação de um volume total dos ditos espaços ocos comrelação ao volume total do dito espaço adequado para o uso pretendido dodito elemento.

De acordo com outra modalidade da invenção, as ditas microes-feras possuem um diâmetro de 10 pm a 100 pm quando não-deformadas.Resulta que essas são dimensões adequadas de tais espaços ocos paragarantir a manutenção de excelentes propriedades de isolamento elétrico dodito meio-alvo.

De acordo com outra modalidade da invenção as ditas microes-feras são microesferas expandidas.

De acordo com outra modalidade da invenção, as ditas microes-feras são preenchidas com uma mistura de líquido e gás, na qual o teor degás é adaptado para aumentar com a temperatura do dito material e, dessaforma, das microesferas. Graças ao aumento do teor de gás com um aumen-to de temperatura a redução de volume das ditas microesferas é facilitadacom as temperaturas crescentes. De acordo com outra modalidade da in-venção as ditas microesferas são preenchidas apenas com gás.

De acordo com outra modalidade da invenção, o volume totaldos ditos espaços ocos é, em temperatura ambiente, 10 a 50%, preferivel-mente 20 a 40% do volume total do dito meio e de acordo com o dito espa-ço. Isso significa uma capacidade do dito material de expandir considera-velmente enquanto reduz o volume dos ditos espaços ocos sem aumentarsubstancialmente a pressão nas partes do elemento definindo o dito espaço.

De acordo com outra modalidade da invenção, o dito meio épreenchido no dito espaço para ter uma pressão excessiva dentro do mes-mo, isto é, influenciando as paredes internas do dito envoltório, com umapressão P de 0<P<200 kilopascal 0<P<200 Kilopascal (0<P<2 bar) à tempe-ratura ambiente. Tal pressão excessiva à temperatura ambiente acabousendo suficiente para garantir que todo o espaço seja totalmente preenchidocom o dito meio também a temperaturas mais baixas do dito elemento.

De acordo com outra modalidade da invenção o dito condutor éum tubo condutor se estendendo através de substancialmente todo o envoltório.

De acordo com uma modalidade adicional da invenção, o ditoespaço separa as paredes internas do envoltório de um núcleo ativo do ele-mento compreendendo o dito condutor. Dessa forma, o dito espaço não pre-cisa preencher todo o volume entre o dito condutor e o envoltório externo, e,de acordo com uma modalidade da invenção, o dito elemento é uma buchaprojetada para levar um condutor de alta voltagem através de uma parede eo dito núcleo ativo então compreende um capacitor distribuindo campo elé-trico cercando o dito condutor, de forma que o campo elétrico seja quaseconstante a partir do dito condutor e para fora na direção do envoltório iso-lante. "Parede" aqui deve ter um significado amplo e pode ser uma paredede um envoltório, tal como um envoltório de transformador, como uma pare-de de um edifício.

De acordo com outra modalidade da invenção, o dito envoltório éuma manga cerâmica, preferivelmente com flanges externos. Essa mangacerâmica pode nas extremidades da mesma ser presa a flanges metálicos,por exemplo, de alumínio.

De acordo com outra modalidade da invenção, o elemento é pro-jetado para ter o dito condutor em uma voltagem de sistema de pelo menos12 kV, tal como 12 V-800kV, especialmente 50 kV-800 kV. Essas são faixasconcebíveis para a voltagem do condutor em um elemento ao qual a presen-te invenção é direcionada.De acordo com outra modalidade da invenção, o dito elemento éprojetado para ter uma corrente de pelo menos 1A, tal como 1 A - 100 kA,especialmente 500 A a 25 kA, para fluir através do condutor do mesmo. Taisintensidades de corrente podem ocorrer tipicamente em aplicações onde umelemento desse tipo é útil, e mudanças dessas correntes podem causar mu-danças de temperatura consideráveis do dito meio no dito espaço.

De acordo com outra modalidade da invenção, o elemento éuma bucha a ser disposta em uma estação conversora de alta voltagem paralevar um condutor de alta voltagem através de uma parede de um corredorde válvula atual e para fora ou de um corredor para outro corredor. O ele-mento também pode ser uma bucha adaptada para ser conectada ao envol-tório externo de qualquer aparelho de alta voltagem, tal como uma buchaadaptada para ser conectada a um desconector de alta voltagem, onde exis-te a necessidade de se isolar um condutor com relação a um plano aterradopelo qual tem que passar.

De acordo com outra modalidade da invenção, o elemento podeser uma bucha de transformador ou uma bucha de gerador, ou pode seruma bucha de parede.

De acordo com outra modalidade da invenção, o dito elemento éprojetado para ser disposto na circunferencial de uma bucha para levar umcondutor de alta voltagem através de uma parede para dar saída a uma vol-tagem a partir dessa bucha. As mudanças de temperatura do dito meio ele-tricamente isolante de tal elemento também podem constituir um problemasevero com relação ao acúmulo de pressão se o dito material não fosse ca-paz de expandir pela redução do volume dos ditos espaços ocos.

De acordo com outra modalidade da invenção, o dito elemento éprojetado como uma terminação de cabo adaptada para ter um cabo de altavoltagem conectado a uma extremidade do mesmo. Tais terminações decabo podem ser utilizadas para conectar um cabo elétrico, tal como um caboPEX a uma linha de energia de uma rede de alta voltagem, um transforma-dor ou um disjuntor isolado por gás no qual o dito elemento pode ser dispos-to para permanecer no solo na extremidade do cabo do mesmo.A invenção também se refere ao uso de um elemento de acordocom a invenção como uma bucha de parede, um transformador ou uma bu-cha de gerador ou como uma terminação de cabo ou como um aparelho dealta voltagem.

Vantagens adicionais além de características vantajosas da in-venção aparecerão a partir da descrição das modalidades a seguir.

Breve Descrição dos Desenhos

Com referência aos desenhos em anexo, abaixo segue umadescrição específica das modalidades da invenção citadas como exemplos.

Nos desenhos:

a figura 1 ilustra uma bucha de transformador de acordo comuma primeira modalidade da invenção em uma vista parcialmente em seçãolongitudinal;

a figura 2 é uma vista ampliada de uma parte do envoltório epartes internas do mesmo da bucha de acordo com a figura 1 além de duasampliações ilustrando a estrutura de um meio de um material eletricamenteisolante na dita bucha em duas temperaturas diferentes do dito meio;

a figura 3 é uma vista parcialmente em corte ilustrando um ele-mento de acordo com uma segunda modalidade da invenção disposto nacircunferência de uma bucha para levar um condutor de alta voltagem atra-vés de uma parede para dar saída a uma voltagem a partir dessa bucha; e

a figura 4 é uma vista parcialmente em corte de um elemento deacordo com uma terceira modalidade da invenção na forma de uma termina-ção de cabo.

Descrição Detalhada das Modalidades da Invenção

A figura 1 ilustra um elemento alongado de acordo com umamodalidade da invenção na forma de uma bucha de transformador possuin-do um envoltório isolante de cerâmica ou polímero rígido tipo manga externa1 com flanges externos 2, envoltório esse que pode ter um comprimento daordem de 1 dm a 10 dm e é preso às extremidades dos flanges metálicos 3,4 que podem ser feitos de alumínio. Um condutor de alta voltagem 5 ha for-ma de um tubo, tal como um tubo de alumínio ou cobre, se estende por todoo envoltório 1 para conectar ao transformador em uma extremidade e a umcondutor de alta voltagem de uma rede de alta voltagem na outra extremida-de (vide pino de contato 6). O condutor 5 é cercado por capacitores de dis-tribuição de campo elétrico na forma de um número de camadas 9 de, porexemplo, papel e metal, alternados, envolvendo o mesmo. Esses númerosde camadas e, de acordo, o número de capacitores é reduzido na extremi-dade 7 distante da conexão da bucha com o envoltório do transformador 8além de na extremidade do mesmo imersa em um banho de óleo 25 dentrodo envoltório do transformador. Isso significa que o campo elétrico serásubstancialmente constante gradualmente do condutor 5 e para fora na dire-ção do envoltório 1. Adicionalmente, o formato tipo cone da camada de ca-pacitar 9 resulta em um campo elétrico suave na direção axial dentro da bu-cha. Na direção radial todo o campo será assumido pela bucha onde a ca-mada de capacitar 9 é espessa, ao passo que uma parte do mesmo seráassumida pela bucha e uma parte pelo ar na extremidade 7 remota do po-tencial terra e uma parte pela camada de capacitar e uma parte pelo banhode óleo na outra extremidade.

Adicionalmente, um espaço 10 é formado dentro do envoltório 1próximo à parede interna do envoltório, e esse espaço é preenchido com ummeio 11 de um material com propriedades eletricamente isolantes. Esse ma-terial contém microesferas ocas expandidas, preenchidas com gás ou umamistura de líquido e gás misturada em um gel de silicone, ou outro tipo degel. Depois dessa mistura o gel de silicone reticula, o que resulta em um gelcompressível, a função do qual será explicada abaixo com referência à figu-ra 2. O volume total dos espaços ocos das microesferas é, à temperaturaambiente, entre 10 e 50% do volume total do dito meio e, de acordo, do ditoespaço.

O gel de silicone com as microesferas contidas no mesmo épreenchido no espaço para ter uma pressão excessiva dentro do mesmo,isto é, influenciando as paredes internas 12 do dito envoltório, com umapressão P e 0>P>200 kilopascal (0>P>2 bar) à temperatura ambiente. Issosignifica no caso de uma bucha de transformador direcionada verticalmentecomo na figura 1, que a pressão será inferior na extremidade superior 7 e naextremidade inferior devido à influência da gravitação.

A função do meio 11 no dito espaço 10 será como se segue. Atemperatura desse meio pode mudar como conseqüência das mudanças datemperatura externa quando o dito envoltório está localizado externamente ecomo uma conseqüência das mudanças na intensidade de uma corrente queflui através do condutor 5. É ilustrado na figura 2 o que acontece quando atemperatura do dito meio aumenta resultando em uma mudança da condiçãodo dito meio de A para B. De acordo, o gel 13 expandirá enquanto comprimeas microesferas 14 e por esse motivo reduzindo o volume das mesmas,mantendo qualquer acúmulo de pressão dentro do envoltório em um nívelaceitavelmente baixo. As microesferas são, dessa forma, reversivelmentecomprimidas, o que significa que expandirão e aumentarão em volumequando a temperatura do dito meio diminui novamente.

A figura 3 ilustra um elemento 15 de acordo com outra modali-dade da invenção que também está presente na figura 1, projetado para serdisposto na circunferência da bucha para dar saída a uma voltagem da ditabucha. Isso é obtido por um fio 16 se estendendo para dentro da camada 9dos capacitores e conectando a um capacitor em um potencial diferindo con-sideravelmente do terra, que será o potencial da camada de capacitor maisexterna suportando contra o flange metálico 17. Dessa forma, esse fio 16precisa ser eletricamente isolante com relação ao flange 17, e um espaço 10cercando esse fio 16 é preenchido com um meio 11 do tipo descrito acima.Dessa forma, esse meio 11 agirá de acordo com o acima quando a tempera-tura do mesmo estiver mudando, protegendo um corpo isolante 18 que cercao fio contra danos como conseqüência do acúmulo de pressão dentro doespaço 10 preenchido com o dito meio.

A figura 4 ilustra um elemento de acordo com uma terceira mo-dalidade da invenção na forma de uma terminação de cabo. Partes do mes-mo correspondentes à parte da bucha na figura 1 foram fornecidas com asmesmas referências numéricas. Essa terminação de cabo possui um pren-dedor de cabo 20 em uma extremidade da mesma, ao qual um cabo de altavoltagem 21, tal como um cabo PEX, é conectado. Esse prendedor 20 é co-nectado a um tubo condutor 5, se estendendo dentro do envoltório cerâmico1 à outra extremidade do mesmo para conexão a uma linha superior 22 deuma rede de alta voltagem. A extremidade inferior da terminação de cabo épreferivelmente presa a uma placa terra 23 por um flange de alumínio 24. Oespaço 10 entre o condutor 5 e o envoltório 1 é preenchido com um meio 11do tipo descrito acima com relação à figura 1 e 2 resultando no mesmo com-portamento e vantagens como mencionado acima.

A invenção não é, obviamente, restringida de forma alguma àsmodalidades descritas acima, mas muitas possibilidades de modificações damesma serão aparentes aos versados na técnica sem se distanciar da idéiabásica da invenção como definida nas reivindicações em anexo.

Os ditos espaços ocos podem ter outros formatos além de umaesfera, e podem ser células fechadas formadas e delimitadas pelo materialformando o resto do dito meio.

Claims (29)

1. Elemento alongado possuindo um envoltório isolante rígidotipo manga externa (1) cercando um condutor de alta voltagem (5, 16) seestendendo na direção longitudinal do envoltório e um espaço (10) dentro doenvoltório próximo à da parede interna do envoltório cercando pelo menosparcialmente o dito condutor e preenchido com um meio (11) de um materialcom propriedades eletricamente isolantes, caracterizado pelo fato de que odito meio é formado por um material eletricamente isolante (13) contendoespaços ocos (14) pelo menos parcialmente preenchidos com gás, e o ditomaterial sendo adaptado para expandir mediante um aumento de temperatu-ra pela compressão reversível dos ditos espaços ocos e reduzindo o volumedo mesmo.

2. Elemento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que os ditos espaços ocos são formados por esferas deformáveis(14) adaptadas para retomarem, após a deformação, seu formato quandoforças de compressão externas do dito material (13) são reduzidas comoresultado de uma redução de temperatura.

3. Elemento de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que o dito material é um gel reticulado (13) com microesferas (14)embutidas no mesmo.

4. Elemento de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que as microesferas (14) possuem um diâmetro de 10 pm a 100 pmquando não-deformadas.

5. Elemento de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizadopelo fato de que o dito gel (13) é um gel de silicone.

6. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 5, caracterizado pelo fato de que as ditas microesferas (14) são microes-feras expandidas.

7. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 6, caracterizado pelo fato de que as ditas microesferas (14) são preen-chidas com uma mistura de líquido e gás, na qual o teor de gás é adaptadopara aumentar com a temperatura do dito material e dessa forma das microesferas.

8. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicações dea 6, caracterizado pelo fato de que as ditas microesferas (14) são preen-chidas apenas com gás.

9. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o volume total dos ditos espa-ços ocos (14) está, à temperatura ambiente, entre 10 e 50%, preferivelmenteentre 20 e 40% do volume total do dito meio (11) e, conseqüentemente, dodito espaço (10).

10. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o dito meio é preenchido no ditoespaço para ter uma pressão excessiva no mesmo, isto é, influenciando asparedes internas do dito envoltório, com uma pressão P e 0<P<200 kilopas-cal (0<P<2 bar) à temperatura ambiente.

11. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o dito condutor é um tubo con-dutor (5) se estendendo através de substancialmente todo o envoltório (1).

12. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o dito espaço (10) separa asparedes internas do envoltório (1) de um núcleo ativo do elemento compre-endendo o dito condutor (5).

13. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o dito envoltório (1) é uma man-ga de cerâmica ou polimérica, preferivelmente com flanges externos (2).

14. Elemento de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que a dita manga cerâmica ou polimérica (1) é, nas extremida-des da mesma, presa aos flanges metálicos (3, 4).

15. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que é projetado para ter o dito con-dutor em uma voltagem de sistema de pelo menos 12 kV, tal como 12 kV --800 kV, especialmente 50 kV a 800 kV.

16. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que é projetado para ter uma corren-te de pelo menos 1 A, tal como 1 A a 100 kA, especialmente 500 A a 25 kA,para fluir através do condutor do mesmo.

17. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que possui uma bucha projetadapara levar um condutor de alta voltagem através de uma parede.

18. Elemento de acordo com as reivindicações 12 e 17, caracte-rizado pelo fato de que o dito núcleo ativo compreende capacitores de distri-buição de campo elétrico (9) cercando o dito condutor (5).

19. Elemento de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que é uma bucha a ser disposta em uma estação conversora dealta voltagem para guiar um condutor de alta voltagem através de uma pare-de de um corredor de válvula de corrente e para fora ou de um corredor paraoutro.

20. Elemento de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que é uma bucha adaptada a fim de ser conectada à coberturaexterna de qualquer aparelho de alta voltagem.

21. Elemento de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato de que é uma bucha adaptada a fim de ser conectada a um desco-nector de alta voltagem.

22. Elemento de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que é uma bucha de transformador ou uma bucha de gerador.

23. Elemento de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que é uma bucha de parede.

24. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que é projetado para ser disposto nacircunferência de uma bucha para guiar um condutor de alta voltagem atra-vés de uma parede para regular uma voltagem a partir dessa bucha.

25. Elemento de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 15, caracterizado pelo fato de que é projetado como uma terminaçãode cabo adaptada para ter um cabo de alta voltagem conectado a uma ex-tremidade do mesmo.

26. Uso de um elemento como definido em qualquer uma dasreivindicações de 1 a 15, como uma bucha de parede.

27. Uso de um elemento como definido em qualquer uma dasreivindicações de 1 a 15, como uma bucha de transformador ou gerador.

28. Uso de um elemento como definido em qualquer uma dasreivindicações de 1 a 15, como uma terminação de cabo.

29. Uso de um elemento como definido em qualquer uma dasreivindicações de 1 a 15, como um aparelho de alta voltagem.