Anisotropa egenskaper hos grafen nanokompositer för högspänningsisolering

Syfte och mål

Dagens stora efterfrågan på och utveckling av kraftelektronikbaserade lösningar för energiöverföring från förnyelsebara energikällor, medför att användandet av likspänd högspänningstransmission (HVDC) succesivt ökar. Detta innebär att dess högspänningsisolation ofta utsätts för omkopplingsöverspänningar, vilka avsevärt kan förkorta livslängden.

En lösning på detta problem är isolationsmaterial med lämpligt utformade fältstyrningsegenskaper. Ett sådant material är grafen, vars anisotropa egenskaper vilka i kombination med låg vikt samt hög mekanisk hållfasthet är lämpliga i framtida isolationssystem. Särskilt kritiska är högspänningsgenomföring i transformatorer. Dessa utsätts för alla typer av påkänningar inkluderande såväl likström som snabba transienter. Detta innebär att materialvalet är viktigt.

Att utnyttja grafens anisotropa egenskaper för att styra de elektriska fältnivåerna möjliggör nya konstruktioner med väsentligt förbättrad prestanda. För att uppnå detta måste materialets egenskaper utvärderas och kontrolleras. Detta kan göras genom utvärdering av materialets morfologi och elektrisk karakterisering.

Projektet (en genomförbarhetsstudie) ska utföras i samarbete mellan industrin (ABB) och högskola (Chalmers). ABB är en av världens största tillverkare av högspänningsgenomföring och har ett intresse av att förbättra sina produkter. Chalmers har det kunnande och den utrustning som krävs för att uppnå nödvändig kompetens i testmetodik, beräkningar och mätning av materialegenskaper hos grafenkompositer. Dessutom kommer det svenska samhället i stort kunna dra nytta av en mer tillförlitlig elenergiförsörjning från förnybara energikällor, samt från en ökad kompetens i ny materialutveckling och karaktäriseringsmetodik.

Abstract in English

Anisotropic properties of graphene nanocomposites for high voltage insulation

Today's great demand for and development of power electronics-based solutions for energy transfer from renewable energy sources, means that the use of high-voltage DC transmission (HVDC) is gradually increasing. This means that its high voltage insulation is often subjected to switching overvoltages, which can significantly shorten the life span.

One solution to this problem is insulation material with suitably designed field control properties. Such a material is graphene, whose anisotropic properties which in combination with low weight and high mechanical strength are suitable in future insulation systems. Particularly critical is high voltage throughput in transformers. These are subjected to all types of stress including both DC and fast transients. This means that the choice of material is important.

Utilizing the graphene's anisotropic properties to control the electric field levels enables new designs with significantly improved performance. To achieve this, the properties of the material must be evaluated and controlled. This can be done by evaluating the material's morphology and electrical characterization.

The project (a feasibility study) will be carried out in collaboration between the industry (ABB) and the university (Chalmers). ABB is one of the world's largest manufacturers of high-voltage transmission and has an interest in improving their products. Chalmers has the knowledge and equipment required to achieve the necessary competence in test methodology, calculations and measurement of material properties of graphene composites. In addition, Swedish society will largely benefit from a more reliable supply of electricity from renewable energy sources, and from increased competence in new material development and characterization methodology.

Utlysning:
Samverkan för kommersiella tillämpningar med grafen – hösten 2018

Projektpartners: Chalmers tekniska högskola och ABB AB

Projektledare: Xiangdong Xu

Projektform: Genomförbarhetsstudie

E-mail: xiangdong.xu@chalmers.se

Bidrag: 300 000 kr

Projektets löptid: 1 dec 2018 - 31 maj 2019

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: