Anàlisi del material d'aïllament de barres de bus laminat: com afecta l'aïllament flexible i rígid al rendiment del sistema?

Amb el ràpid desenvolupament de nous vehicles d'energia, sistemes d'emmagatzematge d'energia, trànsit ferroviari i equips de conversió de freqüència industrial, les barres colectores laminades s'han convertit en components de connexió conductors clau en sistemes electrònics d'alta potència -. Tant si es tracta d'una barra colectora laminada per a cotxes elèctrics, una barra colectora laminada en un convertidor d'alta-potència o una barra colectora laminata personalitzada per a IGBT, el seu rendiment depèn no només del disseny del conductor sinó també de la selecció dels materials d'aïllament.

 

El sistema d'aïllament afecta directament la tensió de resistència de la barra, el rendiment de descàrrega parcial, la vida útil i la fiabilitat general. Entendre les característiques de l'aïllament flexible i rígid és crucial per dissenyar barres de baixa-inducció laminats d'alt rendiment.

 

 

 

Una barra colectora laminada és un sistema de connexió conductor format per múltiples capes de conductors i materials aïllants, que pertany a l'estructura típica de la barra de connexió d'estructura composta multi-capa.

 

Apilant estretament els conductors positius i negatius i aïllant-los amb una capa aïllant, es pot reduir eficaçment la inductància del bucle, millorar el rendiment de la compatibilitat electromagnètica del sistema i reduir la pèrdua d'energia. Per tant, s'utilitza àmpliament en:

 

Sistemes de conducció de vehicles elèctrics
Convertidors d'emmagatzematge d'energia (PCS)
Convertidors de freqüència industrials
Inversors fotovoltaics
Sistemes elèctrics de trànsit ferroviari
Equips d'alimentació d'alta-potència

 

En estructures multi-capes, com ara barres colectores laminades de tres-capes, el material aïllant no només proporciona aïllament elèctric sinó també protecció mecànica i mediambiental.

 

 

 

Actualment, la majoria de barres parcialment laminades utilitzen pel·lícules aïllants flexibles laminades sobre conductors de coure.

 

Normalment, els materials aïllants flexibles s'uneixen estretament al conductor mitjançant un procés de premsat-calent, formant un segell complet a les vores del conductor, millorant així la resistència a la humitat i la calor, la contaminació i l'envelliment.

 

Material d'aïllament de polièster PET

El PET és un dels materials aïllants més comuns per a barres multicapa.

Les seves característiques principals inclouen:

Temperatura de funcionament-a llarg termini fins a 105 graus ;
Excel·lent ductilitat; Menys propens a esquerdes durant la flexió.
Excel·lent qualitat superficial;
Bones propietats retardants de flama; Cost relativament econòmic.

A causa del seu alt CTI (índex de seguiment relatiu), el PET és especialment adequat per a aplicacions d'-alta tensió.

Els materials PET s'utilitzen àmpliament en barres de bus laminats de metro i sistemes d'alimentació industrials.

Material d'aïllament de poliimida PI

PI és un material d'aïllament d'alt-rendiment i-altes temperatures-resistents.

Els seus principals avantatges inclouen:

Resistència a la temperatura{0}}a llarg termini superior a 200 graus;
Excel·lent estabilitat tèrmica;
Bona soldabilitat; Alta resistència a la flama inherent.

Per tant, els materials PI tenen avantatges significatius en barres de bus laminat IGBT i aplicacions que requereixen la soldadura de condensadors, inductors i altres components.

Tanmateix, els materials PI tenen propietats de seguiment de la superfície relativament més febles i són més cars que el PET. Normalment s'utilitzen en aplicacions especials en lloc de dissenys convencionals.

 

 

L'aïllament flexible cobreix principalment el conductor, mentre que l'aïllament rígid serveix principalment com a aïllament estructural entre les capes del conductor.

 

En els sistemes d'alta tensió, l'aïllament de pel·lícula fina- sol sovint és insuficient per complir els requisits de descàrrega parcial i distància de fuga, la qual cosa requereix l'addició de capes d'aïllament rígides.

 

Els materials d'aïllament rígids comuns inclouen:

Tauler de polièster reforçat amb fibra de vidre

Tauler de fibra de vidre epoxi

Materials compostos aïllants-d'alta resistència

El gruix de l'aïllament rígid es determina normalment en funció de la tensió de funcionament del sistema.

 

En disseny d'enginyeria general:

Es requereix aproximadament 1 mm de distància d'aïllament per cada augment d'1 kV de la tensió de funcionament.
Com més alt sigui el nivell de tensió, més gran serà el gruix d'aïllament rígid.
Els sistemes d'alta -tensió poden requerir estructures d'aïllament de 3-6 mm o fins i tot més gruixudes.

 

Per tant, en aplicacions d'alta tensió-com ara la barra de bus inversor a prova d'explosió d'alta tensió-, l'aïllament rígid s'ha convertit en un component indispensable i crucial.

 

 

RTI-Índex de temperatura relativa

RTI (índex tèrmic relatiu) representa la temperatura màxima a la qual un material aïllant pot funcionar contínuament durant períodes prolongats.

Aquest índex s'utilitza per avaluar la capacitat del material per mantenir la resistència mecànica i les propietats elèctriques en condicions d'envelliment tèrmic a llarg termini.

Generalment:

 

Les temperatures més altes escurcen la vida útil del material.

Per cada augment de temperatura de 10 graus, la vida útil del material es pot reduir a la meitat.

Per cada descens de 10 graus de temperatura, la vida útil del material es pot duplicar.

Per tant, per a barres de barres laminates operades a llarg termini per a instal·lacions complexes de barres, RTI (Relative Tracking Index) és un factor crucial en la selecció del material.

 

CTI-índex de seguiment relatiu

CTI avalua la resistència d'una superfície de material aïllant al seguiment.

Valors CTI més alts:

Requisits de distància de fuga menors;
Resistència més forta a la contaminació;
Funcionament més segur i estable a altes tensions.

Per a aplicacions superiors a 1000 V, el CTI és sovint un paràmetre crític que determina el disseny d'aïllament.

 

Elongació

L'allargament reflecteix la capacitat d'un material per resistir l'esquerdament i l'aprimament durant l'estirament.

Alt allargament significa:

Millor adequació per a processos de plegat complexos;
Segellat de vores del conductor més fàcil;
Major fiabilitat d'aïllament.

Els materials PET solen tenir un allargament superior al 100%, mentre que els materials PI generalment tenen una elongació menor que el PET.

 

 

Sistemes d'alimentació industrial

Les aplicacions industrials solen incloure:

Tensió de funcionament de 1000V a 6000V;
Requisits operatius a llarg termini{0};
Alts requisits de descàrrega parcial;
Especificacions estrictes de la distància de fuga.

Per tant, les barres colectores laminates per a inversors de tres-nivells i els sistemes de bus convertidors grans solen emprar una combinació d'aïllament flexible i rígid.

 

Aplicacions de nous vehicles d'energia

Els sistemes de vehicles d'energia nova funcionen normalment a tensions concentrades en:

Plataformes de 400 V

Plataformes de 800V

A causa dels nivells de tensió relativament més baixos:

Requisits de descàrrega parcial més baixos;
No es requereix un aïllament rígid en la majoria dels escenaris.
El focus es centra en el disseny lleuger i la utilització de l'espai.

Per tant, les barres de bus laminats per a cotxes elèctrics sovint utilitzen estructures laminades lleugeres per complir els requisits d'alta densitat de potència.

 

 

 

A més de l'aïllament laminat tradicional, el recobriment en pols i el recobriment epoxi també són mètodes d'aïllament habituals.

 

Aquests processos són adequats per a estructures complexes o aplicacions d'un -conductor, aconseguint:

protecció d'aïllament superficial;
protecció contra la corrosió;
Segellat ambiental.

Tanmateix, per als sistemes de barres que requereixen una inductància baixa i una alta fiabilitat, l'aïllament laminat continua sent la solució principal.

 

 

Amb el desenvolupament continu de la tecnologia d'electrònica de potència, les barres colectores laminates han evolucionat des de connectors conductors simples a components crucials que integren conductivitat, dissipació de calor, aïllament i optimització electromagnètica. Tant si s'aplica a vehicles d'energia nova, trànsit ferroviari o equips de conversió d'energia industrial, la selecció adequada de materials d'aïllament afecta directament la seguretat, la fiabilitat i la vida útil del sistema.

 

Per modernbarra colectora laminatdissenys, l'aïllament flexible és responsable d'aconseguir un encapsulament eficient dels conductors, mentre que l'aïllament rígid compleix els requisits de resistència a alt-tensió. Junts, asseguren el funcionament estable-a llarg termini de tot el sistema elèctric.