ES2208904T3 - Conductor para arrollamientos de alta tension y una maquina electrica rotativa que comprende un arrollamiento que incluye el conductor. - Google Patents

Abstract

Conductor para arrollamientos de alta tensión en máquinas eléctricas y que tiene una superficie conductora con el intervalo de 80-3000 mm2, estando trenzando dicho conductor con dos o más capas (K1K4) de torones (A), estando dichos torones eléctricamente aislados entre sí, alrededor de un núcleo central, núcleo que puede ser uno de los torones (A o B) del conductor, aire u otro material, y porque el aislamiento eléctrico entre los torones es tal que sólo ciertos torones (A) están recubiertos con una capa eléctricamente aislante, caracterizado porque dichos torones (A) dotados con una capa aislante están situados de tal manera dentro de las capas (K1-K4) del conductor que ningunos dos torones (B) no aislados entran en contacto eléctrico entre sí.

Description

Conductor para arrollamientos de alta tensión y una máquina eléctrica rotativa que comprende un arrollamiento que incluye el conductor.

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a conductores para arrollamientos de alta tensión, preferiblemente, para los arrollamientos de alta tensión del estator en un generador de alta tensión, conductores que están trenzados con dos o más capas de torones, eléctricamente aislados entre sí, alrededor de un núcleo central, núcleo que puede ser uno de los torones del conductor, aire u otro material.

La invención también se refiere a una máquina eléctrica rotativa según la parte introductoria de la reivindicación 13 o, alternativamente, la reivindi-
cación 20.

Las máquinas eléctricas rotativas a las que se hace referencia en este contexto son, por ejemplo, máquinas síncronas, pero también se hace referencia a máquinas de doble alimentación, aplicaciones en convertidores en cascada asíncrona de corriente estática, máquinas de polo externo, y máquinas de flujo síncrono así como máquinas de corriente alterna pensadas principalmente como alternadores en una central eléctrica para generar energía eléctrica.

El circuito magnético al que se hace referencia en este contexto comprende un núcleo magnético de chapa laminada, orientada o no orientada, o de otro material, por ejemplo amorfo o basado en polvo, o cualquier otra disposición, con el fin de permitir un flujo magnético alterno, un arrollamiento, un sistema de refrigeración, etc., y que puede estar dispuesto en el estator de la máquina, en el rotor o en ambos.

Antecedentes de la invención

El arrollamiento del estator en generadores conocidos consta tradicionalmente de un conductor eléctrico que comprende varios hilos rectangulares aislados, también conocidos como torones, de cobre, aluminio, u otro metal apropiado. Estos torones se transponen (es decir, cambian de lugar entre sí) y están rodeados por un asilamiento común de tal manera que el haz de conductores adquiere una sección transversal rectangular. Los conductores de cobre son rectangulares para reducir las pérdidas por corrientes parásitas (la dimensión lineal en la dirección del campo magnético debe ser pequeña). Sin embargo, un conductor con una sección transversal rectangular en un aislamiento de alta tensión (es decir, en un conductor) tiene la desventaja de que proporciona una intensidad de campo mucho mayor en las esquinas del conductor, volviéndose así estas esquinas dimensionantes para el espesor del aislamiento. Por tanto, desde el punto de vista del espesor óptimo del aislamiento, serían preferibles los conductores
circulares.

Los conductores circulares pueden fabricarse de muchas maneras distintas. Por ejemplo, el conductor puede constar de:

1)

una barra maciza de cobre u otro metal con sección transversal circular,

2)

un conductor trenzado de hilos circulares que tienen los mismos o distintos diámetros,

3)

un conductor trenzado a partir de hilos seccionados,

4)

un conductor comprimido a partir de varios segmentos, estando a su vez cada uno trenzado a partir de hilos circulares y, a continuación, formados en un segmento.

Con el fin de reducir el tamaño del conductor, tras el trenzado algunas veces éste se comprime o prensa, alterando de este modo la forma de los torones en la capa más exterior o en todo el conductor, lo que puede constituir una desventaja.

Para garantizar una elevada transferencia de energía en las líneas de transmisión de tensión con un conductor para una tensión dada, la corriente debe aumentarse, lo que sólo es posible si se aumenta la superficie del conductor. Cuando la corriente se hace grande, esto supone el inconveniente de que la distribución de corriente en el conductor se vuelve irregular (la corriente intenta alcanzar la superficie exterior del conductor) y se obtiene lo que se conoce como "efecto pelicular", un efecto de compresión de corriente. Para contrarrestarlo, según la técnica anterior se producen conductores, que tienen una gran sección transversal (>1200 mm^{2} de Cu), normalmente denominados conductores Millikan, es decir, conductores fabricados a partir de varios hilos dispuestos concéntricamente, que posteriormente se han comprimido y conformado. Un conductor de este tipo está compuesto frecuentemente de 5 ó 7 segmentos que, a su vez, están aislados entre sí. Una construcción de este tipo es eficaz en la reducción del efecto de compresión de corriente en los cables de distribución y transmisión de alta tensión.

Se conoce con anterioridad que, en los sistemas de distribución para la transmisión de potencia de alta tensión, todos los torones en el cable se han aislado con barniz, por ejemplo, para reducir el efecto de compresión de corriente, véase la publicación Hitachi Cable Review, Nº 11, agosto de 1992, páginas 3-6: "An EHV Bulk Power Transmisión Line Made with Low Loss XLPE Cable". Esta publicación también describe cómo algunos de los torones de la capa más exterior se dejan sin aislar con el fin de evitar diferencias de potencial entre los torones metálicos y la capa interna del semiconductor. Sin embargo, no se describe ninguna aplicación de esta tecnología en los arrollamientos de generador.

Con generadores que tienen arrollamientos del estator convencionalmente diseñados, tal como se han descrito anteriormente, se ha considerado que el límite superior para la tensión generada sea 30 kV. Generalmente, esto supone que un generador debe estar conectado a la red eléctrica a través de un transformador que aumenta la tensión al nivel de la red eléctrica, en el intervalo de 130-400 kV,

Durante las últimas décadas, ha habido una creciente demanda de máquinas eléctricas rotativas con tensiones más grandes de lo que anteriormente había sido posible diseñar. El nivel máximo de tensión que, según el estado de la técnica, ha sido posible alcanzar para máquinas síncronas con un buen rendimiento de la producción de bobina, se encuentra alrededor de 25-30 kV. Es también comúnmente sabido que la conexión de una máquina síncrona/generador a una red eléctrica debe tener lugar a través de un denominado transformador elevador conectado en \Delta/Y, ya que la tensión de la red eléctrica normalmente se encuentra en un nivel superior a la tensión de la máquina eléctrica rotativa. De este modo, este transformador y la máquina síncrona constituyen partes integrales de una instalación. El transformador supone un coste adicional y también tiene la desventaja de que el rendimiento total del sistema es reducido. Si fuera posible fabricar máquinas para tensiones considerablemente superiores, podría omitirse con ello el transformador elevador.

Sin embargo, intentos de desarrollar el generador para tensiones superiores han estado en marcha durante mucho tiempo. Esto es evidente, por ejemplo, a partir de "Electrical World", 15 de octubre, 1932, páginas 524-525. Ésta describe cómo un generador diseñado por Parson en 1929 estaba dispuesto para 33 kV. También describe un generador en Langerbrugge, Bélgica, que producía una tensión de 36 kV. Aunque el artículo también especula sobre la posibilidad de aumentar los niveles de tensión aún más, el desarrollo se restringió debido a los conceptos en los que se basaban estos generadores. Esto fue principalmente debido a las deficiencias del sistema de aislamiento, en el que se utilizaban capas de papel, mica y aceite impregnadas de barniz en varias capas

\hbox{independientes.}

Entre otras cosas en un artículo titulado "Water-and-oil-cooled Turbogenerador TVM-300", en J. Elektrotechnika, Nº 1, 1970, págs. 6-8, en el documento US 4.429.244 "Stator of Generator" y en el documento de patente rusa patente CCCP 955369, se describen ciertos intentos de un nuevo enfoque con respecto al diseño de las máquinas síncronas.

La máquina síncrona refrigerada por aceite y agua descrita en J. Elektrotechnika está pensada para tensiones de hasta 20 kV. El artículo describe un nuevo sistema de aislamiento que consta de aislamiento de papel/aceite, que posibilita la inmersión completa del estator en aceite. El aceite puede entonces utilizarse como refrigerante mientras se utiliza simultáneamente como aislamiento. Para evitar que el aceite del estator se escape hacia el rotor, se prevé un anillo dieléctrico de separación del aceite en la superficie interna del núcleo. El arrollamiento del estator está realizado de conductores con una forma hueca ovalada dotados con aislamiento de papel y aceite. Los lados de la bobina con su aislamiento están sujetos a las ranuras, realizadas con sección transversal rectangular, por medio de calzos. El aceite se utiliza como refrigerante tanto en los conductores huecos como en los agujeros de las paredes del estator. Sin embargo, tales sistemas refrigerantes suponen un gran número de conexiones tanto para el aceite como para la electricidad en los extremos de la bobina. El aislamiento grueso también supone un aumento del radio de curvatura de los conductores, que, a su vez, tiene como resultado un aumento del tamaño de la cabeza de bobina.

La patente de los EE.UU. anteriormente mencionada se refiere a la parte de estator de una máquina síncrona que comprende un núcleo magnético de chapa laminada con ranuras trapezoidales para el arrollamiento del estator. Las ranuras estás ahusadas ya que la necesidad de aislamiento del arrollamiento del estator es menor hacia el interior del rotor, donde está dispuesta esa parte del arrollamiento que está situada cerca del punto neutro. Adicionalmente, la parte de estator comprende un cilindro o anillo dieléctrico de separación del aceite más próximo a la superficie interna del núcleo que puede aumentar el requisito de magnetización con respecto a la máquina sin este anillo. El arrollamiento del estator está realizado de cables sumergidos en aceite con el mismo diámetro para cada capa de la bobina. Las capas están separadas entre sí por medio de separadores en las ranuras y están sujetas por calzos. Lo que es especial en el arrollamiento es que comprende dos de los denominados semi-arrollamientos conectados en serie. Uno de los semi-arrollamientos está dispuesto, centrado, dentro de un manguito de aislamiento. Los conductores del arrollamiento del estator están refrigerados por el aceite circundante. La desventaja con una cantidad tan grande de aceite en el sistema es el riesgo de fuga y la cantidad considerable de trabajo de limpieza que puede resultar de una condición de fallo. Aquellas partes del manguito de aislamiento que están situadas fuera de las ranuras tienen una parte cilíndrica y un extremo cónico reforzado con capas portadoras de corriente, cuyo propósito es controlar la intensidad de campo eléctrico en la zona en la que el cable se introduce en el arrollamiento extremo.

A partir del documento CCCP 955369 está claro, en otro intento de aumentar la tensión nominal de la máquina síncrona, que el arrollamiento del estator refrigerado por aceite comprende un conductor asilado convencional para tensión media con la misma dimensión para todas las capas. El conductor está colocado en ranuras del estator formadas como aberturas circulares, radialmente dispuestas correspondientes a la zona de sección transversal del cable y con el espacio necesario para la fijación y para el refrigerante. Las distintas capas radialmente dispuestas del arrollamiento están rodeadas por y fijadas en tubos aislantes. Los separadores aislantes fijan los tubos en la ranura del estator. Debido a la refrigeración del aceite, también se requiere un anillo interno dieléctrico para sellar el refrigerante contra el entrehierro interno. El diseño mostrado no tiene ahusamiento del aislamiento o de las ranuras del estator. El diseño presenta una sección central radial muy estrecha entre las distintas ranuras del estator, lo que supone un gran flujo de escape por las ranuras que influye significativamente en el requisito de magnetización de la máquina.

En un informe del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica, EPRI, EL-3391 de abril de 1984, se proporciona un informe de conceptos de generador para alcanzar una tensión superior en un generador eléctrico con el objeto de poder conectar un generador de este tipo a una red eléctrica sin transformadores intermedios. En el informe se valora que una solución de este tipo ofrece un buen aumento del rendimiento y considerables ventajas financieras. La razón principal por la que se consideró posible en 1984 iniciar el desarrollo de generadores para una conexión directa a redes eléctricas fue que por aquel entonces se había desarrollado un rotor supra-conductor. La considerable capacidad de excitación del campo supra-conductor permite el uso de un arrollamiento-entrehierro con espesor suficiente para soportar esfuerzos eléctricos.

Al combinar el concepto considerado más prometedor según el proyecto, el de diseñar un circuito magnético con un arrollamiento, conocido como "armadura de cilindro monolítica", un concepto en el que dos cilindros de conductores están encerrados en tres cilindros de aislamiento y toda la estructura está unida a un núcleo de hierro sin dientes, se valoró que una máquina eléctrica rotativa para alta tensión podría estar directamente conectada a una red eléctrica. La solución supuso que el aislamiento principal tenía que hacerse suficientemente espeso para soportar los potenciales de red a tierra y de red a red. Inconvenientes obvios con la solución propuesta, aparte de la exigencia de un rotor supra-conductor, son que también se requiere un aislamiento extremadamente espeso, lo que aumenta el tamaño de la máquina. Los extremos de la bobina deben aislarse y refrigerarse con aceite o freón con el fin de controlar los grandes campos eléctricos en los extremos. Toda la máquina debe estar herméticamente cerrada con el fin de evitar que el medio dieléctrico líquido absorba la humedad de la atmósfera.

El documento US-A-5 094 703 describe un conductor correspondiente al preámbulo de la reivindicación 1.

Sumario de la invención

El objeto de la presente invención es solucionar los problemas anteriormente mencionados y proporcionar una máquina eléctrica rotativa que permita una conexión directa a todos los tipos de redes eléctricas de alta tensión.

Este objeto se alcanza proporcionando un conductor para arrollamientos de alta tensión, tal como se define en la parte introductoria de la reivindicación 1, con las características ventajosas de la parte caracterizadora de dicha reivindicación, y proporcionando una máquina eléctrica rotativa según la parte introductoria de la reivindicación 13 o la reivindicación 20, con las características ventajosas de las partes caracterizadoras de dichas reivindicaciones, respectivamente.

Por consiguiente, el aislamiento eléctrico entre los torones del conductor se realiza de manera que únicamente ciertos torones están recubiertos con una capa eléctricamente aislante, estando situados dichos torones, que están dotados con una capa aislante, de tal manera dentro de las capas del conductor que ningunos dos torones no aislados entran en contacto eléctrico entre sí.

Preferiblemente, el conductor eléctrico según la invención comprende varias capas trenzadas que constan de torones, de cobre, aluminio u otro metal apropiado. Sin embargo, al contrario que los conductores convencionales para la transmisión de potencia, la capa eléctricamente conductora del conductor está sometida a un campo magnético que induce corrientes, dando como resultado pérdidas. Por tanto, con el fin de reducir estas pérdidas, los torones deber estar aislados entre sí, pero todavía queda el requisito de que al menos algunos torones de la capa más exterior deben estar en contacto con una capa semiconductora interna en el aislamiento del conductor. Por tanto, el conductor se caracteriza adicionalmente, porque al menos un torón en la capa más exterior de torón no está aislado.

El torón o torones no aislados de la capa externa del conductor definen el potencial de la capa semiconductora interna y, de este modo, se obtiene la ventaja de que garantiza un campo eléctrico uniforme dentro del aislamiento. Al utilizar torones no aislados en lugar de torones aislados también se obtiene la ventaja de obtener un conductor aislado menos costoso para un arrollamiento.

Como otra característica ventajosa, la presente invención está caracterizada porque sólo una minoría de dichos torones no está aislada entre sí.

Con respecto a la máquina eléctrica rotativa según la presente invención, se caracteriza porque el arrollamiento comprende al menos un conductor portador de corriente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, porque está prevista una primera capa que tiene propiedades semiconductoras alrededor de dicho conductor, porque está prevista una capa sólida aislada alrededor de dicha primera capa, y porque está prevista una segunda capa que tiene propiedades semiconductoras alrededor de dicha capa aislante.

Preferiblemente, una máquina eléctrica rotativa según la presente invención comprende un conductor/cable aislado de alta tensión con un conductor eléctrico central, también según la presente invención, que comprende varios torones de cobre (Cu), por ejemplo, que tienen normalmente una sección transversal circular. Estos torones están dispuestos en el centro del cable de alta tensión. Alrededor de los torones se encuentra una primera capa semiconductora, y alrededor de la primera capa semiconductora se encuentra una capa aislante, por ejemplo, un aislamiento de polietileno reticulado (XLPE). Alrededor de la capa aislante se encuentra una segunda capa semiconductora. De este modo, en el presente caso, el concepto de "cable de alta tensión" normalmente utilizado para denotar un arrollamiento en una máquina eléctrica rotativa no incluye la cubierta protectora externa que normalmente rodea tales cables para la distribución eléctrica. Además, en un cable de alta tensión para la distribución eléctrica también existe una capa aislante externa encima de la segunda capa semiconductora, que no se incluye aquí.

Al utilizar conductores, sustancialmente del mismo tipo que los conductores para transferir potencia eléctrica, en el arrollamiento del estator del generador según la invención, se obtiene la ventaja de que aumenta la tensión de la máquina hasta tal nivel que puede conectarse directamente a la red eléctrica sin transformadores intermedios.

Una máquina eléctrica rotativa, tal como se define en la reivindicación 13 o la reivindicación 20, tiene la ventaja de que es posible tener al menos un sistema de arrollamiento de conductores apropiado para la conexión directa a las redes de distribución o transmisión.

Esto también supone la ventaja adicional importante de que puede omitirse el transformador elevador conectado en \Delta/Y anteriormente mencionado. Por consiguiente, la solución según la presente invención representa importantes ahorros tanto en términos económicos como en lo que respecta al requisito de espacio y al peso para las plantas generadoras y otras instalaciones que comprenden máquinas eléctricas rotativas.

Para poder hacer frente a los problemas que surjan en caso de una conexión directa de máquinas eléctricas rotativas a todos los tipos de redes eléctricas de alta tensión, una máquina según la presente invención puede tener varias características que la distinguen significativamente del estado de la técnica, tanto con respecto a la ingeniería mecánica convencional como a la ingeniería mecánica que se ha publicado en los últimos años. Algunas se exponen a
continuación.

Tal como se ha mencionado, el arrollamiento se fabrica a partir de uno o más conductores aislados con una capa semiconductora interna y una externa, preferiblemente un cable extruido de algún tipo. Algunos ejemplos típicos de tales conductores son un cable de polietileno reticulado (XLPE) o un cable con un aislamiento de caucho de etileno-propileno (EP) que, no obstante, para este fin y según la invención, tiene un diseño mejorado tanto con respecto a los torones del conductor como respecto a la capa externa.

El conductor está dotado con una capa semiconductora externa con ayuda de la cual se definirá su potencial en relación con el entorno. Por tanto, esta capa debe estar conectada a tierra, al menos en algún sitio de la máquina, posiblemente sólo en la sección del extremo de la bobina.

El uso de un conductor aislado con una capa semiconductora externa tiene la ventaja de que permite que la capa externa del arrollamiento, en su longitud total, se mantenga al potencial de tierra. Por consiguiente, la invención reivindicada puede tener la característica de que la capa semiconductora externa esté conectada al potencial de tierra. Como una alternativa, la capa externa puede cortarse en lugares apropiados a lo largo de la longitud del conductor, y cada tramo de parte cortada puede estar directamente conectado al potencial de tierra.

Una ventaja considerable al tener la capa externa conectada al potencial de tierra es que el campo eléctrico será casi cero en la zona de extremo de la bobina fuera del semiconductor externo y que el campo eléctrico no necesita controlarse. Esto supone que no pueden obtenerse concentraciones de campo, ni dentro de la chapa, ni en la zona de extremo de la bobina, ni en la transición entre ambos.

Como otra característica ventajosa, al menos dos, y preferiblemente las tres, de las capas tienen coeficientes de expansión térmica sustancialmente iguales. Con ello, se consigue evitar el movimiento térmico y se evita la aparición de grietas, fisuras u otros defectos en el arrollamiento debido al movimiento térmico.

Según otro rasgo caracterizador, cada una de las tres capas está conectada sólidamente a la capa adyacente sustancialmente en toda la superficie de conexión. Esto tiene la ventaja de que las capas están fijas y no pueden moverse unas respecto a otras, y sirve para garantizar que no se produzca ningún juego entre las capas. Es muy importante que no se permita la entrada de aire entre las capas ya que conduciría a perturbaciones en el campo eléctrico.

Tal como se ha mencionado, la presente invención está pensada para su uso con altas tensiones, que en el presente documento se refieren principalmente a tensiones por encima de 10 kV. Un intervalo operativo típico para un dispositivo según la invención puede ser tensiones desde 36 kV hasta 800 kV, preferiblemente en el intervalo de 72.5-800 kV. Adicionalmente, la invención tiene la ventaja de garantizar una distribución uniforme de la corriente, contrarrestar las pérdidas por corrientes parásitas y garantizar que la capa semiconductora interna del sistema de aislamiento tenga el mismo potencial durante el funcionamiento que las capas de hilos o de torones en el conductor.

Los requisitos de material para la capa aislante con respecto al procedimiento XLPE, por ejemplo, son que ésta debe ser estable, no fundirse y ser resistente a la deformación a temperaturas de hasta 220ºC durante aproximadamente 30 minutos. Ejemplos son el hilo esmaltado, la sinterización en polvo (epoxi, plástico a alta temperatura), plástico extruido de alta temperatura, capas de óxido.

El objeto anteriormente mencionado de la presente invención es optimizado por las diversas realizaciones de la construcción del conductor, tal como se expone en las reivindicaciones dependientes. Características y ventajas adicionales resultarán evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes restantes.

Breve descripción de los dibujos

El conductor del arrollamiento del estator en un generador de alta tensión según la presente invención se ilustrará adicionalmente en la siguiente descripción de varias realizaciones a título de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 muestra una realización de un conductor según la invención con torones dispuestos concéntricamente en capas con distintas direcciones de trenzado,

- la figura 2 muestra una segunda realización del conductor según la invención con torones dispuestos concéntricamente en capas aisladas entre sí con cinta aislante insertada entre las capas,

- la figura 3 muestra una realización del conductor según la invención similar a la de la figura 1, pero en la que los torones se han dispuesto en la misma dirección, y

- la figura 4 es un corte transversal a través de un conductor o cable aislado que incluye un conductor central según la invención.

Descripción detallada de realizaciones preferidas

La figura 1 muestra un ejemplo de un conductor según la invención con unos torones A y B circulares que tienen una sección transversal uniforme, que se han dispuesto concéntricamente. Las capas K1, K2, K3 y K4 de torones están dispuestas con direcciones de trenzado alternantes. Los torones A, sombreados en los dibujos, están eléctricamente aislados, mientras que los torones B (sin sombrear en los dibujos) no están eléctricamente aislados. De este modo, los torones alternos (B) en las capas K2, K4 alternas de torones no están aislados. De este modo, en el conductor ilustrado, que comprende capas que comprenden 1+6+12+18 torones A+B, no están aislados 9 torones B en la capa K4 externa y 3 torones B en la capa K2 próxima a la capa más interna, es decir, 12 torones de 37 no están aislados.

La figura 2 muestra, a título de ejemplo, otra realización del conductor según la invención. Como con el conductor según la figura 1, unos torones A y B circulares de sección transversal uniforme están dispuestos concéntricamente. Como en la figura 1, las capas K1, K2, K3 y K4 de torones están dispuestas en direcciones alternas. Los torones A (sombreados en el dibujo) están aislados, mientras que los torones B (sin sombrear en los dibujos) no están aislados. De este modo, los torones alternos en todas las capas alternas no están aislados. Las capas K1, K2, K3 y K4 de torones están aisladas entre sí por medio de una cinta T1, T2 y T3, respectivamente, insertada entre las capas de torones y consiste bien en una cinta que se extiende longitudinalmente en el conductor o bien, tal como se muestra en la figura 2, en una cinta enrollada entre las capas. Del total de 37 torones A+B, aquí 19 torones B no están aislados. Las cintas T1, T2, T3 pueden ser de papel u otro material aislante.

Por supuesto, la cinta T1 puede omitirse si el torón único de la capa K1 de torón está aislado.

La figura 3 muestra un conductor fabricado según el de la figura 1, excepto que las capas K2, K3 y K4 de torones están trenzadas en la misma dirección.

La figura 4 muestra una vista en corte transversal de un cable 10 de alta tensión, que incluye un conductor 1 central según la presente invención. Este cable no es idéntico a lo normalmente se entiende por la expresión "cable de alta tensión", tal como se explica a continuación. Una expresión más relevante puede ser "conductor aislado", pero con el fin de distinguir el conductor aislado del conductor (central) de la invención, puede utilizarse la expresión "cable". Debería señalarse que siempre que se utilice la expresión "conductor" en la presente solicitud, ésta no se refiere al cable o conductor aislado, sino al elemento conductor del centro del cable.

En la figura 4, el cable de alta tensión comprende el conductor 1 (central), que incluye varios torones A, B de cobre (Cu), por ejemplo, que tienen una sección transversal circular. Estos torones A, B están dispuestos en el centro del cable de alta tensión. Alrededor de los torones A, B se encuentra una primera capa 2 semiconductora, y alrededor de la primera capa 2 semiconductora se encuentra una capa 3 aislante, por ejemplo aislamiento XLPE. Alrededor de la capa 3 aislante se encuentra una segunda capa 4 semiconductora. De este modo, el concepto de "cable de alta tensión" en la presente invención no incluye la cubierta protectora exterior que normalmente rodea tales cables para la distribución eléctrica. Con respecto a las dimensiones geométricas del conductor o cable aislado, la zona conductora está comprendida en el intervalo aproximado de 80-3000 mm^{2} y el diámetro interior se encuentra en el intervalo aproximado de
20-250 mm.

Por supuesto, el conductor según la invención puede estar hecho de más o menos capas de torones dependiendo de lo que se exige del conductor del arrollamiento del estator del generador. También es posible realizar las capas de torones a partir de torones preformados, en cuyo caso la sección transversal de los conductores puede minimizarse. En otras variaciones, el conductor según la invención puede tener torones de distinta sección transversal en las diversas capas. Con el fin de obtener una sección transversal uniforme entre los torones A aislados y los torones B no aislados, la superficie eléctricamente conductora de los torones A aislados puede ser inferior que la superficie de los torones B no aislados.

Aunque el cobre es el material más eficaz para los torones A y B en el conductor, también son factibles otros materiales eléctricamente conductores, tales como el aluminio. Los torones de distintas capas pueden ser de diferentes materiales eléctricamente

\hbox{conductores.}

También es factible que los torones A aislados estén compuestos de aluminio, cuya superficie se oxida y proporciona de este modo el aislamiento requerido.

La minimización de las pérdidas por corrientes parásitas se alcanza garantizando que los torones utilizados en el conductor acabado según la invención no tengan una dimensión lineal que exceda los 4mm, preferiblemente <2mm. Una condición para que el potencial de las capas conductoras de torones sea el mismo que en la capa semiconductora interna del conductor durante el funcionamiento es que la capa externa de torones K4 tenga al menos un torón B no aislado que, de este modo, está en contacto eléctrico con la capa semiconductora (no mostrada en los dibujos). Ejemplos son hilo esmaltado, sinterización por remolinos, extrusión, capa de
óxido.

Claims (21)

1. Conductor para arrollamientos de alta tensión en máquinas eléctricas y que tiene una superficie conductora con el intervalo de 80-3000 mm^{2}, estando trenzando dicho conductor con dos o más capas (K1-K4) de torones (A), estando dichos torones eléctricamente aislados entre sí, alrededor de un núcleo central, núcleo que puede ser uno de los torones (A o B) del conductor, aire u otro material, y porque el aislamiento eléctrico entre los torones es tal que sólo ciertos torones (A) están recubiertos con una capa eléctricamente aislante, caracterizado porque dichos torones (A) dotados con una capa aislante están situados de tal manera dentro de las capas (K1-K4) del conductor que ningunos dos torones (B) no aislados entran en contacto eléctrico entre sí.

2. Conductor según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un torón en la capa (K4) más exterior no está aislado.

3. Conductor según la reivindicación 2, caracterizado porque el conductor está formado por torones circulares que están dispuestos concéntricamente con direcciones de trenzado alternantes, estando no aislado al menos un torón (B) en la capa (K4) más externa.

4. Conductor según la reivindicación 2, caracterizado porque el conductor está formado por torones circulares que están dispuestos concéntricamente con direcciones de trenzado alternantes, y porque los torones (B) alternos en capas (K2, K4) alternas están sin aislar.

5. Conductor según la reivindicación 2, caracterizado porque el conductor está formado por torones circulares que están dispuestos concéntricamente con direcciones de trenzado alternantes, en el que los torones (B) alternos en todas las capas (K1-K4) están aislados y las capas en sí mismas están aisladas entre sí por una cinta (T1-T3) aislante.

6. Conductor según la reivindicación 5, caracterizado porque la cinta (T1-T3) está dispuesta longitudinalmente a lo largo de las capas (K1-K4) en el conductor o enrollada entre las capas (K1-K4) en el conductor.

7. Conductor según la reivindicación 5 o la reivindicación 6, caracterizado porque la cinta (T1-T3) es de papel o de material sintético.

8. Conductor según cualquiera de las reivindicaciones 3-5, caracterizado porque los torones (A, B) tienen una sección transversal preformada.

9. Conductor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las capas (K1-K4) de torones (A, B) se han dispuesto en la misma dirección.

10. Conductor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la dimensión lineal del torón (A, B) utilizado es como máximo de 4 mm, no obstante preferiblemente, limitada a 2 mm.

11. Conductor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los torones (A) aislados son hilos de aluminio dotados con una capa de óxido aislante y los otros torones (B) son hilos de aluminio o de cobre sin aislar.

12. Conductor según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque sólo una minoría de los torones no está aislada entre sí.

13. Máquina eléctrica rotativa de alta tensión que comprende un estator, un rotor y al menos un arrollamiento, caracterizado porque dicho arrollamiento comprende al menos un conductor (1) portador de corriente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, porque está prevista una primera capa (2) que tiene propiedades semiconductoras alrededor de dicho conductor, porque está prevista una capa (3) sólida aislante alrededor de dicha primera capa, y porque está prevista una segunda capa (4) que tiene propiedades semiconductoras alrededor de dicha capa aislante.

14. Máquina eléctrica rotativa según la reivindicación 13, caracterizada porque el potencial de dicha primera capa (2) es sustancialmente igual al potencial del conductor (1).

15. Máquina eléctrica rotativa según la reivindicación 13 ó 14, caracterizada porque dicha segunda capa (4) está dispuesta para constituir una superficie sustancialmente equipotencial que rodea dicho conductor.

16. Máquina eléctrica rotativa según la reivindicación 15, caracterizada porque dicha segunda capa está conectada a un potencial predeterminado.

17. Máquina eléctrica rotativa según al reivindicación 16, caracterizada porque dicho potencial predeterminado es el potencial de tierra.

18. Máquina eléctrica rotativa según una cualquiera de las reivindicaciones 13-17, caracterizada porque al menos dos capas adyacentes tienen coeficientes de expansión térmica sustancialmente iguales.

19. Máquina eléctrica rotativa según una cualquiera de las reivindicaciones 13-18, caracterizada porque cada una de las tres capas (2, 3, 4) está conectada sólidamente a la capa adyacente sustancialmente en toda la superficie de conexión.

20. Máquina eléctrica rotativa que tiene un circuito magnético de alta tensión, que comprende un núcleo magnético y un arrollamiento, caracterizada porque dicho arrollamiento está formado de un cable (10) que comprende al menos un conductor (1) portador de corriente según una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, porque cada conductor comprende varios torones (A, B), porque está prevista una capa (2) semiconductora interna alrededor de cada conductor, porque está prevista una capa (3) aislante de material aislante sólido alrededor de dicha capa semiconductora interna, y porque está prevista una capa (4) semiconductora externa alrededor de dicha capa aislante.

21. Máquina eléctrica rotativa según una cualquiera de las reivindicaciones 13-20, caracterizada porque dicho arrollamiento también comprende una armadura metálica y una cubierta.