Anàlisi de materials d'aïllament per a barres laminades: selecció i aplicació d'aïllament flexible i rígid

Amb el desenvolupament de nous vehicles d'energia, sistemes d'emmagatzematge d'energia, trànsit ferroviari i equips d'energia industrial, les barres colectores laminades s'utilitzen àmpliament a causa de la seva baixa inductància, alta fiabilitat i estructura compacta. Tant si es tracta d'una barra colectora de vehicles elèctrics, una barra de bateria d'automòbil o un sistema de barres de condensador de grau industrial-, l'elecció del material d'aïllament afecta directament el rendiment elèctric, la vida útil i el nivell de seguretat del producte.

 

Per als sistemes de barres d'automòbils moderns, la capa d'aïllament no només serveix com a aïllament del conductor, sinó que també ha de complir els requisits de resistència a la calor, resistència a la tensió, retard de flama i funcionament fiable a-a llarg termini. Per tant, una comprensió a fons de les característiques dels materials d'aïllament flexibles i rígids és crucial per al disseny i la selecció de barres.

 

 

 

Actualment, la majoria de barres colectores laminades utilitzen una estructura d'aïllament de pel·lícula fina-flexible, que uneix estretament la pel·lícula d'aïllament al conductor de coure mitjançant un procés de laminació. Aquest procés redueix eficaçment l'espai entre conductors, millora la integració del sistema i garanteix un excel·lent rendiment d'aïllament de les barres.

 

Material d'aïllament de polièster (PET).

El PET és un dels materials d'aïllament més utilitzats, amb una quota de mercat important en el camp de l'aïllament PET de barres d'automoció. Les seves característiques principals inclouen:

Temperatura de funcionament-a llarg termini fins a 105 graus ; Alt allargament, normalment superior al 100%, adequat per a estructures de flexió complexes; Bona resistència mecànica i rendiment d'emmotllament; Alt índex de seguiment relatiu (CTI); Disponible en diversos gruixos per satisfer diferents nivells de tensió; Excel·lents propietats ignífugues, que compleixen els requisits d'aplicacions industrials i d'automoció.

En els sistemes d'alimentació de vehicles energètics nous, les capes d'aïllament de PET s'utilitzen àmpliament en barres de bateries EV, barres de bus de terra d'automòbils i productes de barres d'autobusos.

 

Material d'aïllament de poliimida (PI).

PI és un material d'aïllament d'alt-rendiment i altes-temperatura, amb una temperatura de funcionament continu que normalment supera els 200 graus .

En comparació amb el PET, el PI té les característiques següents:

Resistència{0}}superior a altes temperatures; Excel·lent retard de flama inherent; Major rigidesa mecànica; Més adequat per a processos de soldadura; Cost relativament més elevat; CTI més baix que el PET.

Per tant, en aplicacions que requereixen la soldadura de condensadors, mòduls de potència o connectors, el material PI s'utilitza freqüentment a les barres de condensadors de pel·lícula de vehicles d'energia nova i algunes barres de condensadors de potència.

 

Diferències entre aïllament flexible i rígid

L'aïllament flexible s'utilitza principalment per aïllar la superfície dels conductors de coure, formant una estructura d'aïllament completa mitjançant laminació.

 

Els seus avantatges inclouen:

Permet el segellat complet de les vores dels conductors;

És adequat per a dissenys estructurals en tres-dimensions complexos;

Redueix eficaçment la mida del sistema;

Facilita la producció en massa i la fabricació automatitzada.

 

L'aïllament rígid, d'altra banda, s'utilitza principalment per a l'espaiat i el suport entre diferents capes conductores.

Per als sistemes d'alta{0}}tensió, l'aïllament flexible sol sovint no pot complir els requisits de distribució de camps elèctrics i control de descàrregues parcials; per tant, es necessiten materials d'aïllament rígids per augmentar la distància d'aïllament.

 

Normalment:

Es requereix aproximadament 1 mm d'espai d'aïllament per cada augment d'1 kV en la tensió de funcionament;

Com més gran sigui la tensió de funcionament, major serà el gruix de l'aïllament rígid;
Els sistemes d'alta tensió -normalment utilitzen plaques de polièster reforçades amb fibra de vidre com a capa d'aïllament estructural.

En el disseny de barres d'alta tensió-, l'aïllament rígid és un component crucial que garanteix un funcionament estable a-a llarg termini, mentre que els sistemes d'automoció de barres de baixa-tensió normalment no requereixen estructures d'aïllament rígides addicionals i pesades.

 

 

 

Índex de temperatura relativa (RTI)

RTI és un indicador important de la-resistència a la calor a llarg termini dels materials d'aïllament.

 

L'índex de seguiment relatiu (RTI) es defineix com:

La temperatura a la qual les propietats mecàniques i elèctriques d'un material disminueixen fins al 50% dels seus valors inicials després d'aproximadament 20.000 hores de funcionament a llarg termini-.

 

Per als sistemes de vehicles elèctrics de barres que funcionen a llarg termini-, RTI afecta directament la vida útil del producte.

Generalment:

 

Per cada descens de 10 graus de temperatura, la vida útil de l'aïllament es duplica aproximadament;

Per cada augment de temperatura de 10 graus, la vida útil de l'aïllament es pot escurçar aproximadament a la meitat.

 

Per tant, quan es dissenya una barra de barres de coure llaunada per a vehicles elèctrics, s'han de considerar de manera integral tant les solucions de gestió tèrmica com els graus de materials d'aïllament.

 

 

CTI reflecteix la resistència superficial del material al seguiment.

 

Quan l'equip està exposat a entorns humits, contaminats o d'alta{0}}tensió durant períodes prolongats, un valor CTI més alt redueix de manera efectiva el risc de fluïdesa de la superfície.

 

Per als sistemes d'emmagatzematge d'energia industrial, les barres de condensador de CC i les barres de laminació de condensadors grans, el CTI és un paràmetre crucial que afecta el disseny de seguretat.

 

Els materials PET solen tenir una classificació CTI més alta i, per tant, s'utilitzen més àmpliament en aplicacions d'alta-tensió.

 

L'allargament representa la capacitat d'un material per mantenir les seves propietats d'aïllament sota tensió.

Aquest paràmetre afecta directament:

Rendiment de flexió;
Qualitat d'embolcall de la vora del conductor;
estabilitat del procés de segellat;
Fiabilitat mecànica-a llarg termini.

Els materials PET solen tenir un allargament superior al 100%, mentre que els materials PI són al voltant del 70%. Per tant, el PET és més adequat per a processos complexos de laminació de conductors de coure.

 

 

Sistemes d'alimentació industrial

Els requisits dels equips industrials per a les barres se centren principalment en l'alta tensió i la llarga vida útil.

 

Les característiques típiques inclouen:

Tensió de funcionament normalment entre 1000V i 6000V;
Requisits estrictes per al control de descàrrega parcial;
Necessitat d'augmentar les estructures d'aïllament rígid;
Requisits elevats de distància de fuga;
Vida útil de 20 a 25 anys o més.

 

Per tant, els equips d'emmagatzematge d'energia d'alta -tensió, el transport ferroviari i els sistemes de distribució d'energia a gran-escala solen utilitzar materials CTI elevats i estructures d'aïllament més gruixudes per a les barres de distribució.

 

 

 

Les noves aplicacions de vehicles d'energia posen més èmfasi en la lleugeresa, la utilització de l'espai i el control de costos.

Les característiques típiques inclouen:

 

Els nivells de tensió són generalment per sota dels 800 V;
Requisits més baixos per a la descàrrega parcial;
Normalment utilitzen estructures d'aïllament laminat flexibles;
Més sensible al pes i al volum;
La vida útil és generalment de 5 a 10 anys.

 

Per tant, productes com ara BusBar Cars, Automotive Power Connectors i Busbar Automotives{0}}de llauna utilitzen cada cop més solucions d'aïllament PET o PI per satisfer els requisits de disseny compacte.

 

 

A més de la tecnologia d'aïllament laminat, l'aïllament de recobriment en pols també és una solució habitual.

 

Aquest procés aconsegueix una protecció global d'aïllament formant un recobriment de resina epoxi a la superfície del conductor, i és especialment adequat per a conductors únics estructuralment complexos.

 

Els seus avantatges inclouen:

Pot cobrir geometries complexes;
Apte per a conductors no-laminats;
Bona resistència a la corrosió;
Pot complir alguns requisits d'aplicació-de baixa tensió.

 

No obstant això, per a les aplicacions de vehicles elèctrics de barres d'automoció i barres de bus que requereixen una baixa inductància i una alta densitat de potència, la tecnologia d'aïllament laminat continua sent la solució principal.

 

 

 

Els materials d'aïllament són un component crucial que determina el rendiment de les barres colectores laminades. El PET i el PI, com a materials d'aïllament flexibles més comuns, tenen cadascun els seus avantatges en diferents escenaris d'aplicació. Per als sistemes industrials d'alta-tensió, s'han de tenir en compte les estructures RTI, CTI i d'aïllament rígid de manera exhaustiva, mentre que per al sector dels vehicles d'energia nova, l'atenció se centra més en el disseny lleuger, la utilització de l'espai i l'eficiència de producció.

 

Amb el desenvolupament deBarres EV, barres de condensadors i nous dispositius electrònics d'energia energètica, la tecnologia dels materials d'aïllament es continuarà actualitzant, proporcionant solucions més segures i eficients per als futurs sistemes de connexió elèctrica d'alta-potència i alta-fiabilitat.