報告書番号

H05008

タイトル（和文）

全固体変圧器の要素技術の開発（その４） -－AlN球状ナノ構造複合粒子を充填したエポキシ樹脂の熱伝導率と絶縁破壊強度－-

タイトル（英文）

Design and evaluation of all solid transformer (Part 4)-Thermal conductivity and breakdown strength of epoxy resin with spherical nano-structured composite particles of aluminum nitride-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

当所では，環境性や防災性の観点から全固体変圧器の開発研究を推進しており，この絶縁材料として熱伝導率が高い窒化アルミニウム(AlN)粒子を充填したエポキシ樹脂を提案している。また，これまでに，このAlN粒子として球状のミクロン粒子の表面に100nm以下のナノ粒子が付着した複合粒子（以下，複合粒子と呼ぶ）を利用することを提案するとともに，複合粒子の大量製造が期待できる移行形アークプラズマを用いて複合粒子の創製条件を明らかにしている。今回，複合粒子をエポキシ樹脂に充填し，その熱伝導率および交流絶縁破壊強度を評価した。その結果，ミクロン粒子どうしの間にナノ粒子が分散している様子が観察され，エポキシ樹脂に40vol.％充填でき，同形状を持つ市販の球状化粒子に比べて高充填化できた。また，全固体変圧器用絶縁材料に必要とされる熱伝導率と交流絶縁破壊強度の計算結果と，熱伝導率および交流絶縁破壊強度の高温での推定値とを比較した結果，複合粒子を充填したエポキシ樹脂は，全固体変圧器を実現するための有望な絶縁材料であると評価できた。

概要 （英文）

For the reinforcement of future electric power demand in urban area and the replacement to existing electric power equipments, the CRIEPI has proposed eco-friendly compact all solid substation. All solid transformer is one of components of all solid substation. An insulating material of all solid transformer requires a high thermal conductivity. To develop polymer insulating materials with high thermal conductivity, it is necessary to add large quantities of ceramic particles with high thermal conductivity, e.g. aluminum nitride (AlN), to organic insulating materials. Using composite particles consisting of nano-particles dispersed on the surface of spherical micro-particles is considered a good way of achieving a high ceramic particle content. The AlN spherical nano-structured composite particles were synthesized using transferred type DC arc plasma. The synthesized particles or commercial particles (crushed particles, spherical particles) were mixed with epoxy resin and a plate of the composite of the epoxy resin and the particles was made. The thermal conductivity and the dielectric breakdown strength of the plate were measured. The thermal conductivity of the plate using synthesized particles was higher than that of the plate using commercial spherical particles. The dielectric breakdown strength of the plate using synthesized particles was higher than that of the plate using commercial crushed particles. In addition, the relationship between dielectric breakdown strength and thermal conductivity, necessary for insulating material of all solid transformer, was derived. The epoxy resin mixed with the AlN spherical nano-structured composite particles has the possibility for developing the insulating material of all solid transformer that has more designing margin and has lower losses.

報告者

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