Analiza materialului de izolație a barelor colectoare laminate: cum afectează izolația flexibilă și rigidă performanța sistemului?

Odată cu dezvoltarea rapidă a vehiculelor noi de energie, a sistemelor de stocare a energiei, a tranzitului feroviar și a echipamentelor industriale de conversie a frecvenței, barele colectoare laminate au devenit componente cheie de conectare conducătoare în sistemele electronice de putere mare-. Fie că este o bară laminată pentru mașini electrice, o bară laminată într-un convertor de putere mare-sau o bară laminată personalizată pentru IGBT-uri, performanța sa depinde nu numai de designul conductorului, ci și îndeaproape de selecția materialelor de izolație.

 

Sistemul de izolație afectează direct tensiunea de rezistență a barei colectoare, performanța de descărcare parțială, durata de viață și fiabilitatea generală. Înțelegerea caracteristicilor izolației flexibile și rigide este esențială pentru proiectarea de bare colectoare laminate de înaltă performanță-inductivă joasă-.

 

 

 

O bară colectoare laminată este un sistem de conexiune conductiv compus din mai multe straturi de conductori și materiale izolatoare, aparținând structurii tipice de bare de conexiune cu structură compozită cu mai multe straturi.

 

Prin stivuirea strânsă a conductoarelor pozitive și negative și izolarea acestora cu un strat izolator, inductanța buclei poate fi redusă eficient, performanța compatibilității electromagnetice a sistemului poate fi îmbunătățită și pierderea de energie poate fi redusă. Prin urmare, este utilizat pe scară largă în:

 

Sisteme de antrenare a vehiculelor electrice
Convertoare de stocare a energiei (PCS)
Convertoare industriale de frecvență
Invertoare fotovoltaice
Sisteme electrice de tranzit feroviar
Echipament de alimentare cu energie mare-

 

În structurile cu mai multe-strat, cum ar fi barele colectoare laminate cu trei-straturi, materialul izolator nu oferă doar izolare electrică, ci și protecție mecanică și a mediului.

 

 

 

În prezent, majoritatea barelor parțial laminate folosesc folii izolante flexibile laminate pe conductori de cupru.

 

Materialele izolatoare flexibile sunt de obicei lipite strâns de conductor printr-un proces-de presare la cald, formând o etanșare completă la marginile conductorului, îmbunătățind astfel rezistența la umiditate și căldură, poluare și îmbătrânire.

 

Material de izolare din poliester PET

PET este unul dintre cele mai comune materiale izolante pentru barele multistrat.

Principalele sale caracteristici includ:

Temperatura de funcționare pe termen lung de până la 105 grade;
Ductilitate excelentă; Mai puțin predispus la crăpare în timpul îndoirii.
Calitate excelentă a suprafeței;
Proprietăți bune de ignifugare; Cost relativ economic.

Datorită CTI (indicelui relativ de urmărire) ridicat, PET-ul este deosebit de potrivit pentru aplicații de -înaltă tensiune.

Materialele PET sunt utilizate pe scară largă în barele colectoare laminate de metrou și sistemele de alimentare industriale.

Material de izolație poliimidă PI

PI este un material izolator de-performanță ridicată, rezistent la-temperatură înaltă-.

Principalele sale avantaje includ:

Rezistență la temperatură{0}}de lungă durată care depășește 200 de grade;
Stabilitate termică excelentă;
Sudabilitate bună; Ignifugare inerentă ridicată.

Prin urmare, materialele PI au avantaje semnificative în barele colectoare laminate IGBT și în aplicațiile care necesită lipirea condensatoarelor, inductorilor și a altor componente.

Cu toate acestea, materialele PI au proprietăți de urmărire a suprafeței relativ mai slabe și sunt mai scumpe decât PET. Ele sunt de obicei utilizate în aplicații speciale, mai degrabă decât în ​​modele convenționale.

 

 

Izolația flexibilă acoperă în primul rând conductorul, în timp ce izolația rigidă servește în principal ca izolație structurală între straturile conductoare.

 

În sistemele de-tensiune înaltă, izolația cu film subțire-în sine este adesea insuficientă pentru a îndeplini cerințele privind descărcarea parțială și distanța de curgere, necesitând adăugarea de straturi de izolație rigidă.

 

Materialele izolante rigide comune includ:

Placa din poliester armat cu fibra de sticla

Placa din fibra de sticla epoxidica

Materiale compozite{0}}izolatoare de înaltă rezistență

Grosimea izolației rigide este determinată de obicei pe baza tensiunii de funcționare a sistemului.

 

În proiectarea inginerească generală:

Este necesară o distanță de izolație de aproximativ 1 mm pentru fiecare creștere de 1 kV a tensiunii de funcționare.
Cu cât nivelul tensiunii este mai mare, cu atât grosimea izolației rigide este mai mare.
Sistemele de-înaltă tensiune pot necesita structuri de izolare de 3-6 mm sau chiar mai groase.

 

Prin urmare, în aplicațiile de-tensiune înaltă, cum ar fi bara colectoare cu invertor cu rezistență la explozii de înaltă tensiune-, izolația rigidă a devenit o componentă indispensabilă și crucială.

 

 

RTI-Indice de temperatură relativă

RTI (Indexul termic relativ) reprezintă cea mai înaltă temperatură la care un material izolator poate funcționa continuu pentru perioade îndelungate.

Acest indice este utilizat pentru a evalua capacitatea materialului de a menține rezistența mecanică și proprietățile electrice în condiții de îmbătrânire termică pe termen lung{0}.

În general:

 

Temperaturile mai ridicate scurtează durata de viață a materialului.

Pentru fiecare creștere cu 10 grade a temperaturii, durata de viață a materialului se poate reduce la jumătate.

Pentru fiecare scădere de 10 grade a temperaturii, durata de viață a materialului se poate dubla.

Prin urmare, pentru -barele colectoare laminate operate pe termen lung pentru instalații complexe de bare colectoare, RTI (Indice de urmărire relativă) este un factor crucial în selecția materialului.

 

CTI-Indexul de urmărire relativă

CTI evaluează rezistența unei suprafețe de material izolator la urmărire.

Valori CTI mai mari:

Cerințe mai mici privind distanța de curgere;
Rezistență mai mare la contaminare;
Funcționare mai sigură și mai stabilă la tensiuni înalte.

Pentru aplicații de peste 1000 V, CTI este adesea un parametru critic care determină proiectarea izolației.

 

Elongaţie

Alungirea reflectă capacitatea unui material de a rezista la fisurare și subțiere în timpul întinderii.

Alungirea mare înseamnă:

Adecvare mai bună pentru procese complexe de îndoire;
Etanșare mai ușoară a marginilor conductorului;
Fiabilitate mai mare a izolației.

Materialele PET au de obicei o alungire care depășește 100%, în timp ce materialele PI au, în general, o alungire mai mică decât PET.

 

 

Sisteme de alimentare industriale

Aplicațiile industriale implică de obicei:

Tensiuni de funcționare de la 1000V la 6000V;
Cerințe operaționale pe termen lung{0};
Cerințe mari de descărcare parțială;
Specificații stricte ale distanței de fuga.

Prin urmare, barele colectoare laminate pentru invertoarele cu trei-nivele și sistemele de magistrală cu convertoare mari folosesc adesea o combinație de izolație flexibilă și rigidă.

 

Aplicații pentru vehicule energetice noi

Sistemele de vehicule cu energie noi funcționează de obicei la tensiuni concentrate în:

Platforme 400V

Platforme 800V

Datorită nivelurilor de tensiune relativ mai scăzute:

Cerințe mai mici de descărcare parțială;
Izolarea rigidă nu este necesară în majoritatea scenariilor.
Accentul se pune pe designul ușor și pe utilizarea spațiului.

Prin urmare, barele colectoare laminate pentru mașini electrice folosesc adesea structuri laminate ușoare pentru a îndeplini cerințele de densitate mare de putere.

 

 

 

Pe lângă izolația tradițională laminată, acoperirea cu pulbere și acoperirea epoxidică sunt, de asemenea, metode comune de izolare.

 

Aceste procese sunt potrivite pentru structuri complexe sau aplicații cu un singur-conductor, obținând:

Protecția izolației suprafeței;
Protecție împotriva coroziunii;
Etanșarea mediului.

Cu toate acestea, pentru sistemele de bare care necesită inductanță scăzută și fiabilitate ridicată, izolația laminată rămâne soluția principală.

 

 

Odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei electronice de putere, barele colectoare laminate au evoluat de la conectori conductivi simpli la componente cruciale care integrează conductivitatea, disiparea căldurii, izolația și optimizarea electromagnetică. Indiferent dacă se aplică vehiculelor cu energie nouă, transportului feroviar sau echipamentelor industriale de conversie a puterii, selecția adecvată a materialelor de izolare are un impact direct asupra siguranței, fiabilității și duratei de viață a sistemului.

 

Pentru modernbară colectoare laminatădesign, izolația flexibilă este responsabilă pentru obținerea unei încapsulări eficiente a conductorilor, în timp ce izolația rigidă îndeplinește cerințele de-rezistență la tensiune înaltă. Împreună, acestea asigură funcționarea stabilă-pe termen lung a întregului sistem de alimentare.