Nouveaux progrès dans la recherche et le développement du papier isolant aramide à haute conductivité thermique, Surmonter le goulot d’étranglement de l’élévation de température des enroulements des transformateurs de grande capacité

Actualité sectorielle

Résumé: Le premier transformateur 110 kV entièrement fabriqué en Chine, équipé de papier isolant aramide et d’huile ester de synthèse, a été mis en service avec succès. Face à la tendance au fort pouvoir, à la compacité et à la surcharge élevée des transformateurs élévateurs pour stockage d’énergie et des transformateurs de distribution des centres de données, l’Université d’Énergie Électrique de Chine du Nord a développé un papier isolant aramide à haute conductivité thermique modifié par un mélange nitrure d’aluminium (AlN) / nitrure de bore (BN). Il résout efficacement le problème de l’élévation de température au point chaud des enroulements, causée par la faible conductivité thermique du papier aramide classique, et apporte une solution d’isolation solide résistante aux hautes températures pour les transformateurs de puissance compacts de nouvelle génération.

Depuis la mise en service réussie de ce premier transformateur 110 kV entièrement national à papier aramide et huile ester de synthèse, les transformateurs élévateurs de stockage d’énergie et les transformateurs de distribution des centres de données évoluent vers une plus grande puissance, une conception compacte et une capacité de surcharge supérieure. L’élévation de température au point chaud des enroulements est devenue le principal facteur limitant l’amélioration des performances des transformateurs.

Le papier isolant aramide méta classique présente une bonne résistance thermique mais une faible conductivité thermique. En fonctionnement à pleine charge, la chaleur des enroulements ne peut pas être évacuée rapidement, ce qui accélère le vieillissement de l’isolant et limite la capacité de surcharge à court terme de l’appareil.

L’équipe de recherche de l’Université d’Énergie Électrique de Chine du Nord a développé le papier aramide modifié AlN/BN. Elle procède d’abord à la modification de surface des charges thermoconductrices afin d’améliorer la compatibilité interfaciale entre les charges et la matrice aramide, puis fabrique le papier isolant composite par procédé de fabrication humide. Les propriétés diélectriques et thermiques peuvent être ajustées librement en modifiant le rapport des charges:

- Pour un rapport AlN/BN de 3:7, la rigidité diélectrique atteint 186 kV/mm ;
- Pour un rapport AlN/BN de 7:3, la conductivité thermique hors plan augmente de 213,6 % par rapport au papier aramide pur.

Ce nouveau matériau isolant composite réduit efficacement la température au point chaud des enroulements du transformateur, améliore la capacité de surcharge à court terme et prolonge la durée de vie du système d’isolation. Il est compatible avec l’huile isolante ester de synthèse écologique.

À l’heure actuelle, ce nouveau matériau est au stade d’échantillons de laboratoire. Dans la phase suivante, l’équipe réalisera des essais de vieillissement thermique à long terme, de compatibilité en immersion huileuse, ainsi que des vérifications sur des prototypes de transformateurs, afin de soutenir la mise à niveau des systèmes d’isolation des transformateurs de puissance compacts de nouvelle génération.

Cette avancée de R&D ouvre une voie pratique pour optimiser les systèmes d’isolation des transformateurs de grande capacité. L’équipe R&D de Tianan suit en permanence les recherches de pointe sur les matériaux isolants. Fondée en 1969, Tianan maîtrise depuis des décennies la conception et la fabrication de transformateurs. Face aux enjeux du secteur pour les transformateurs de stockage d’énergie et de centres de données (forte puissance et surcharge élevée), nous menons des recherches préliminaires prospectives. En nous appuyant sur la mise en œuvre technique concrète, nous accélérons la transformation et l’application des technologies de matériaux avancés sur les équipements électriques, et répondons aux besoins du secteur grâce à une solide expérience technique.