Nuovi progressi nella ricerca della carta isolante in arammide ad alta conducibilità termica, Superare il collo di bottiglia dell’innalzamento termico degli avvolgimenti dei trasformatori di grande capacità

Notizia di settore

Riassunto: Il primo trasformatore 110 kV completamente prodotto in Cina con carta isolante in arammide e olio estere sintetico è stato messo in servizio con successo. In risposta alla tendenza verso grande potenza, compattezza e alta capacità di sovraccarico dei trasformatori elevatori per accumulo energetico e dei trasformatori di distribuzione per data center, l’Università di Energia Elettrica della Cina del Nord ha sviluppato una carta isolante in arammide ad alta conducibilità termica modificata con nitruro di alluminio (AlN) / nitruro di boro (BN). Risolve efficacemente il problema dell’innalzamento della temperatura nel punto caldo degli avvolgimenti causato dalla scarsa conducibilità termica della carta in arammide convenzionale, fornendo una soluzione di isolamento solido resistente alle alte temperature per i trasformatori di potenza compatti di nuova generazione.

Dopo la messa in esercizio del primo trasformatore 110 kV interamente nazionale con carta in arammide e olio estere sintetico, i trasformatori elevatori per accumulo energetico e i trasformatori di distribuzione dei data center si stanno evolvendo verso maggiore potenza, design compatto e maggiore capacità di sovraccarico. L’innalzamento termico nel punto caldo degli avvolgimenti è diventato il principale limite al miglioramento delle prestazioni dei trasformatori.

La carta isolante in meta‑aramamide tradizionale presenta una buona resistenza al calore ma scarsa conducibilità termica. In condizioni di funzionamento a pieno carico, il calore degli avvolgimenti non può essere dissipato rapidamente: questo accelera l’invecchiamento dell’isolante e limita la capacità di sovraccarico a breve termine dell’apparecchiatura.

Il gruppo di ricerca dell’Università di Energia Elettrica della Cina del Nord ha sviluppato la carta in arammide modificata AlN/BN. Innanzitutto i riempitivi termoconduttori vengono sottoposti a modifica superficiale per migliorare la compatibilità interfacciale tra riempitivi e matrice in arammide; successivamente la carta isolante composita viene prodotta con il processo di formazione a umido. Le proprietà dielettriche e termiche possono essere regolate modificando il rapporto dei riempitivi:

- Con rapporto AlN:BN pari a 3:7, la rigidità dielettrica raggiunge 186 kV/mm;
- Con rapporto AlN:BN pari a 7:3, la conducibilità termica fuori dal piano è superiore del 213,6 % rispetto alla carta in arammide pura.

Questo nuovo materiale isolante composito riduce efficacemente la temperatura nel punto caldo degli avvolgimenti del trasformatore, migliora la capacità di sovraccarico a breve termine e allunga la durata del sistema di isolamento. È compatibile con l’olio isolante estere sintetico ecologico.

Al momento il nuovo materiale è nella fase di campioni di laboratorio. Nella fase successiva il gruppo effettuerà prove di invecchiamento termico a lungo termine, compatibilità ad immersione in olio e test di verifica su prototipi di trasformatore, per supportare l’aggiornamento dei sistemi di isolamento dei trasformatori di potenza compatti di nuova generazione.

Questa innovazione nella ricerca apre una strada praticabile per l’ottimizzazione dei sistemi di isolamento dei trasformatori di grande capacità. Il team R&D di Tianan segue costantemente le ricerche all’avanguardia sui materiali isolanti. Fondata nel 1969, Tianan vanta decenni di esperienza nella progettazione e produzione di trasformatori. Di fronte alle esigenze del settore di grande potenza e alto sovraccarico per trasformatori per accumulo energetico e data center, realizza continue ricerche preliminari prospettiche. Focalizzati sulla realizzazione ingegneristica concreta, promuoviamo gradualmente la trasformazione e l’applicazione delle tecnologie dei materiali avanzati sulle apparecchiature elettriche, soddisfacendo le esigenze del settore grazie a una solida competenza tecnica.