Nuevos avances en la investigación del papel aislante de aramida de alta conductividad térmica, Superar el cuello de botella del aumento de temperatura en los devanados de transformadores de gran capacidad

Noticia del sector

Resumen: El primer transformador de 110 kV totalmente nacional de China, con papel aislante de aramida y aceite de éster sintético, ha entrado en funcionamiento satisfactoriamente. Ante la tendencia de gran potencia, diseño compacto y alta capacidad de sobrecarga de los transformadores elevadores para almacenamiento energético y transformadores de distribución de centros de datos, la Universidad de Energía Eléctrica del Norte de China ha desarrollado papel aislante de aramida de alta conductividad térmica modificado con una mezcla de nitruro de aluminio (AlN) y nitruro de boro (BN). Resuelve eficazmente el problema del aumento de temperatura en el punto caliente de los devanados causado por la baja conductividad térmica del papel de aramida convencional, ofreciendo una solución de aislamiento sólido resistente a altas temperaturas para transformadores de potencia compactos de nueva generación.

Tras la puesta en marcha exitosa del primer transformador 110 kV totalmente nacional con papel de aramida y aceite de éster sintético, los transformadores elevadores de almacenamiento energético y los transformadores de distribución de centros de datos evolucionan hacia mayor potencia, tamaño compacto y mayor capacidad de sobrecarga. El aumento de temperatura en el punto caliente de los devanados se ha convertido en el principal límite para mejorar el rendimiento de los transformadores.

El papel aislante de meta-aramida tradicional tiene buena resistencia al calor, pero baja conductividad térmica. En condiciones de carga máxima, el calor generado en los devanados no se disipa rápidamente, acelerando el envejecimiento del material aislante y limitando la capacidad de sobrecarga a corto plazo del equipo.

El equipo de investigación de la Universidad de Energía Eléctrica del Norte de China ha desarrollado el papel de aramida modificado AlN/BN. Primero realiza la modificación superficial de los rellenos conductores térmicos para mejorar la compatibilidad interfacial entre los rellenos y la matriz de aramida, y luego fabrica el papel aislante compuesto mediante el proceso de formación en húmedo. Las propiedades dieléctricas y térmicas se pueden ajustar flexiblemente variando la proporción de relleno:

- Con una relación AlN:BN de 3:7, la rigidez dieléctrica alcanza 186 kV/mm;
- Con una relación AlN:BN de 7:3, la conductividad térmica fuera del plano es un 213,6 % superior a la del papel de aramida puro.

Este nuevo material aislante compuesto reduce eficazmente la temperatura en el punto caliente de los devanados del transformador, mejora la capacidad de sobrecarga a corto plazo y prolonga la vida útil del sistema de aislamiento. Es compatible con el aceite aislante de éster sintético ecológico.

Actualmente este nuevo material se encuentra en fase de muestras de laboratorio. En la siguiente etapa, el equipo realizará ensayos de envejecimiento térmico a largo plazo, compatibilidad en inmersión en aceite y otras pruebas, además de validaciones con prototipos de transformadores, para impulsar la actualización de los sistemas de aislamiento de transformadores de potencia compactos de nueva generación.

Este avance en I+D abre una vía viable para optimizar los sistemas de aislamiento de transformadores de gran capacidad. El equipo de I+D de Tianan realiza un seguimiento continuo de la investigación puntera en materiales aislantes. Fundada en 1969, Tianan cuenta con décadas de experiencia en el desarrollo y fabricación de transformadores. Ante los retos del sector de alta potencia y alta sobrecarga para transformadores de almacenamiento energético y centros de datos, realizamos estudios previos prospectivos. Centrados en la aplicación ingenieril práctica, promovemos de forma estable la transferencia y aplicación de tecnologías de materiales avanzados en equipos eléctricos, respondiendo a las demandas del sector con una sólida base técnica.