Materiale de izolare pentru barele colectoare laminate - O scurtă discuție despre izolația flexibilă și rigidă și parametrii acestora

O bară colectoare laminată este o componentă de conexiune electrică compusă din mai multe straturi de conductori și materiale izolatoare. Este utilizat pe scară largă în sistemele electronice cu densitate mare de-putere- și putere compactă, cum ar fi barele colectoare laminate cu inducție scăzută și barele colectoare laminate cu cupru. Scopul său principal de proiectare este de a îmbunătăți eficiența și fiabilitatea generală a sistemului prin optimizarea distribuției câmpului electric și a inductanței parazitare printr-o structură tridimensională, îndeplinind în același timp cerințele de transmisie de înaltă tensiune și curent ridicat. Aplicațiile tipice includ bare colectoare laminate în convertoare de-putere mare și bare colectoare laminate pentru sistemele de distribuție a energiei CC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Din punct de vedere structural, barele colectoare laminate folosesc de obicei materiale izolante flexibile laminate cu conductori pentru a forma unități conductoare de bază. Această structură este cunoscută și ca o bară de conexiune parțial laminată sau o bară de conexiune a structurii compozite cu mai multe straturi. În timpul unui-proces de presare la cald, materialul izolator flexibil este lipit strâns de conductor prin straturi adezive, formând o etanșare eficientă la marginile conductorului, menținând astfel performanța stabilă de izolație chiar și în medii complexe. Materialele izolatoare flexibile obișnuite includ poliesterul (PET) și poliimidă (PI), PET-ul fiind cel mai utilizat în barele colectoare laminate cu trei straturi și produsele standardizate pentru bare colectoare, datorită avantajelor sale cuprinzătoare de performanță.

 

Materialele din poliester au o rezistență moderată la temperatură (de obicei 105 grade ), menținând proprietăți mecanice și electrice stabile în condiții de-ciclu termic pe termen lung. Alungirea sa poate depăși 100%, făcându-l mai puțin predispus la rupere sau la reducerea grosimii în timpul îndoirii și legarii marginilor. În plus, PET are un indice relativ ridicat de urmărire (CTI), reducând eficient riscul de scurgere, ceea ce este deosebit de critic pentru aplicațiile de-tensiune înaltă, cum ar fi barele colectoare cu invertor rezistente la explozii-de înaltă tensiune. Deși îndeplinește indicele de ignifugare (de exemplu, V0), PET-ul este disponibil și în diferite grosimi (de exemplu, 50μm până la 350μm) pentru a se adapta la diferite niveluri de tensiune și cerințe de proiectare structurală, oferind astfel o versatilitate ridicată în aplicații precum bare laminate pentru invertoare cu trei-niveluri și bare laminate personalizate pentru IGBT-uri.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

În schimb, materialele din poliimidă (PI) sunt materiale izolatoare de înaltă{0}}performanță, cu rezistență la temperatură mai mare (RTI depășește de obicei 200 de grade), făcându-le potrivite pentru aplicații care implică sudare la temperatură înaltă-sau sarcini termice localizate ridicate, cum ar fi structurile care implică sudarea condensatorului sau a componentelor electronice în barele colectoare laminate pentru mașini electrice. Materialele PI au o rigiditate mecanică mai mare și sunt mai puțin predispuse la relaxare sub stres pe termen lung-, ceea ce ajută la menținerea stabilității structurii etanșe. Cu toate acestea, performanța lor CTI este relativ scăzută, necesitând de obicei un design mai mare de distanță de fuga, făcându-le mai potrivite pentru medii de tensiune medie- și joasă-, cum ar fi unele aplicații de bare de bus laminate cu condensator DC-Link sau aplicații de bare de bus laminate cu condensator de suport DC.

 

Într-un sistem complet de bare colectoare laminate, izolația flexibilă este utilizată în principal pentru izolarea electrică și etanșarea între straturile conductoare, în timp ce materialele de izolație rigidă sunt utilizate pentru suport structural și izolarea electrică între ansamblurile de bare colectoare. Grosimea izolației rigide este de obicei direct legată de nivelul de tensiune al sistemului; un principiu general de proiectare este de aproximativ 1 mm de material izolator rigid per kilovolt. În sistemele de-tensiune înaltă, cum ar fi barele colectoare laminate pentru convertoare--de capacitate mare--sau barele invertor pentru traficul feroviar și sistemele de metrou, straturile de izolare rigide cu grosimi cuprinse între 1 mm și 6 mm sunt de obicei necesare pentru a îndeplini cerințele de control al descărcării parțiale și de funcționare de lungă{9}fiabilitate.

 

În ceea ce privește parametrii cheie de performanță, indicele de temperatură relativă (RTI) și indicele de urmărire relativă (CTI) sunt indicatori importanți pentru evaluarea materialelor izolatoare. RTI măsoară capacitatea unui material de a menține performanța în condiții de îmbătrânire termică pe termen lung-; evaluarea duratei sale de viață se bazează de obicei pe teste de îmbătrânire accelerată care depășesc 20.000 de ore și urmărește o relație exponențială între temperatură și durata de viață. CTI reflectă rezistența unui material la urmărire în medii poluate și este esențial pentru proiectarea distanței de fuga în sistemele de-înaltă tensiune. Mai mult, alungirea materialului afectează direct adaptabilitatea acestuia în timpul procesării și este unul dintre parametrii cheie pentru evaluarea performanței de etanșare și a fiabilității mecanice.

 

Cerințele de performanță pentru materialele izolatoare din barele colectoare laminate variază semnificativ în diferite domenii de aplicare. În aplicațiile industriale de-tensiune înaltă, cum ar fi barele colectoare cu invertor de înaltă tensiune-protejate la explozii sau sistemele de-conversie a puterii la scară mare, tensiunile de funcționare variază de obicei între 1000V și 6000V. Aceste aplicații necesită standarde extrem de înalte pentru controlul descărcărilor parțiale, performanța izolației electrice și durata de viață pe termen lung-. Prin urmare, este necesară o combinație de modele de izolație flexibilă și rigidă, materialele CTI ridicate fiind alegerea preferată. În sectorul vehiculelor cu energie nouă, cum ar fi barele colectoare de condensatoare cu film metalizat cu conductivitate termică ridicată pentru sistemele de control EV, tensiunile sistemului sunt de obicei sub 800V. Cerințele de performanță a izolației sunt relativ mai mici, cu un accent mai mare pe designul ușor, rezistența la căldură și compatibilitatea procesului de asamblare. Prin urmare, materialele PI oferă anumite avantaje în structurile sudate specifice.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

În plus, în unele structuri ne-laminate sau aplicații cu un singur-conductor, poate fi utilizată și izolația de acoperire cu pulbere, de exemplu, bare colectoare laminate vopsite cu pulbere-cu grosimi de acoperire dielectrică între 0,2 mm ~ 3,00 mm. Acest proces este potrivit pentru izolarea conductoarelor cu forme complexe, realizând o bună acoperire a suprafeței și etanșare. Cu toate acestea, din cauza dificultății de a controla consistența izolației la marginile conductorilor și la colțurile ascuțite, acesta nu este, în general, utilizat în sistemele de bare colectoare laminate de înaltă precizie, cum ar fi în aplicații solicitante, cum ar fi barele colectoare laminate cu invertor personalizate de cupru pentru instalații electrice.

 

În general, ca componente electronice pasive tipice pentru barele colectoare laminate, performanța barelor colectoare laminate depinde în mare măsură de selecția materialelor de izolație și de designul structural. Prin potrivirea adecvată a materialelor de izolare flexibile și rigide și luând în considerare scenarii specifice de aplicare (cum ar fiBare colectoare laminate pentru instalații complexe de bare colectoare), se poate obține o densitate mai mare de putere și integrarea sistemului, asigurând în același timp siguranța electrică.