การวิเคราะห์วัสดุฉนวนบัสบาร์ลามิเนต: ฉนวนที่ยืดหยุ่นและแข็งส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบอย่างไร

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของยานพาหนะพลังงานใหม่ ระบบกักเก็บพลังงาน การขนส่งทางรถไฟ และอุปกรณ์แปลงความถี่ทางอุตสาหกรรม บัสบาร์เคลือบได้กลายเป็นส่วนประกอบการเชื่อมต่อที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่สำคัญในระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง- ไม่ว่าจะเป็นบัสบาร์เคลือบสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า บัสบาร์เคลือบในตัวแปลงกำลังสูง- หรือบัสบาร์เคลือบลามิเนตแบบกำหนดเองสำหรับ IGBT ประสิทธิภาพของบัสบาร์ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับการออกแบบตัวนำเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการเลือกวัสดุฉนวนอย่างใกล้ชิดอีกด้วย

 

ระบบฉนวนส่งผลโดยตรงต่อแรงดันไฟฟ้าที่ทนได้ ประสิทธิภาพการคายประจุบางส่วน อายุการใช้งาน และความน่าเชื่อถือโดยรวมของบัสบาร์ การทำความเข้าใจคุณลักษณะของฉนวนที่ยืดหยุ่นและแข็งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบบัสบาร์เหนี่ยวนำ-เคลือบประสิทธิภาพสูง-

 

 

 

บัสบาร์เคลือบเป็นระบบเชื่อมต่อแบบนำไฟฟ้าที่ประกอบด้วยตัวนำหลายชั้นและวัสดุฉนวน ซึ่งอยู่ในโครงสร้างแถบเชื่อมต่อโครงสร้างคอมโพสิตหลายชั้น-ทั่วไป

 

ด้วยการเรียงตัวนำบวกและลบเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา และแยกพวกมันด้วยชั้นฉนวน จะลดการเหนี่ยวนำลูปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของระบบดีขึ้น และการสูญเสียพลังงานลดลง ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายใน:

 

ระบบขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้า
ตัวแปลงกักเก็บพลังงาน (PCS)
ตัวแปลงความถี่อุตสาหกรรม
อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
ระบบไฟฟ้าขนส่งทางราง
อุปกรณ์จ่ายไฟสูง-

 

ในโครงสร้างหลาย-ชั้น เช่น บัสบาร์เคลือบสาม- ชั้น วัสดุฉนวนไม่เพียงแต่ให้การแยกทางไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังช่วยปกป้องกลไกและสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

 

 

 

ปัจจุบันบัสบาร์ที่เคลือบบางส่วนส่วนใหญ่ใช้ฟิล์มฉนวนที่มีความยืดหยุ่นซึ่งเคลือบบนตัวนำทองแดง

 

โดยทั่วไปวัสดุฉนวนที่มีความยืดหยุ่นจะถูกยึดติดอย่างแน่นหนากับตัวนำผ่านกระบวนการอัดร้อน- ซึ่งทำให้เกิดการปิดผนึกอย่างสมบูรณ์ที่ขอบตัวนำ ดังนั้นจึงปรับปรุงความต้านทานต่อความชื้นและความร้อน มลภาวะ และการเสื่อมสภาพตามอายุ

 

วัสดุฉนวนโพลีเอสเตอร์ PET

PET เป็นหนึ่งในวัสดุฉนวนที่พบมากที่สุดสำหรับบัสบาร์หลายชั้น

ลักษณะสำคัญ ได้แก่ :

อุณหภูมิในการทำงานระยะยาว-สูงถึง 105 องศา ;
ความเหนียวที่ดีเยี่ยม มีโอกาสเกิดการแตกร้าวน้อยลงในระหว่างการดัดงอ
คุณภาพพื้นผิวดีเยี่ยม
คุณสมบัติหน่วงไฟที่ดี ต้นทุนค่อนข้างประหยัด

เนื่องจากมี CTI (ดัชนีการติดตามสัมพัทธ์) สูง PET จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานไฟฟ้าแรงสูง-

วัสดุ PET ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในบัสบาร์ซับเวย์ลามิเนตและระบบไฟฟ้าทางอุตสาหกรรม

วัสดุฉนวนโพลีอิไมด์ PI

PI เป็นวัสดุฉนวนที่-มีประสิทธิภาพสูง ทนทานต่ออุณหภูมิ-สูง-

ข้อดีหลัก ได้แก่ :

ทนต่ออุณหภูมิในระยะยาว-เกิน 200 องศา ;
เสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม
เชื่อมได้ดี สารหน่วงไฟโดยธรรมชาติสูง

ดังนั้น วัสดุ PI จึงมีข้อได้เปรียบที่สำคัญในบัสบาร์ลามิเนต IGBT และการใช้งานที่ต้องการการบัดกรีตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ และส่วนประกอบอื่นๆ

อย่างไรก็ตาม วัสดุ PI มีคุณสมบัติการติดตามพื้นผิวที่ค่อนข้างอ่อนกว่าและมีราคาแพงกว่า PET โดยทั่วไปจะใช้ในการใช้งานพิเศษมากกว่าการออกแบบทั่วไป

 

 

ฉนวนที่มีความยืดหยุ่นส่วนใหญ่จะครอบคลุมตัวนำ ในขณะที่ฉนวนแข็งส่วนใหญ่จะทำหน้าที่เป็นการแยกโครงสร้างระหว่างชั้นตัวนำ

 

ในระบบ-แรงดันไฟฟ้าสูง ฉนวนแบบฟิล์มบาง-เพียงอย่างเดียวมักไม่เพียงพอที่จะตอบสนองข้อกำหนดการปล่อยประจุและระยะห่างตามผิวฉนวนบางส่วน ซึ่งจำเป็นต้องเพิ่มชั้นฉนวนแข็งเพิ่มเติม

 

วัสดุฉนวนแข็งทั่วไป ได้แก่ :

แผ่นโพลีเอสเตอร์เสริมใยแก้ว

บอร์ดไฟเบอร์กลาสอีพ็อกซี่

วัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงสูง-

โดยทั่วไปความหนาของฉนวนแข็งจะพิจารณาจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานของระบบ

 

ในการออกแบบทางวิศวกรรมทั่วไป:

ต้องใช้ระยะห่างของฉนวนประมาณ 1 มม. สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 1kV
ยิ่งระดับแรงดันไฟฟ้าสูงเท่าใด ความหนาของฉนวนก็จะยิ่งแข็งมากขึ้นเท่านั้น
ระบบไฟฟ้าแรงสูง-อาจต้องใช้โครงสร้างฉนวน 3-6 มม. หรือหนากว่านั้นด้วยซ้ำ

 

ดังนั้น ในการใช้งานไฟฟ้าแรงสูง- เช่น บัสบาร์อินเวอร์เตอร์ป้องกันการระเบิดแรงดันสูง - ฉนวนแข็งจึงกลายเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้และสำคัญ

 

 

RTI-ดัชนีอุณหภูมิสัมพัทธ์

RTI (ดัชนีความร้อนสัมพัทธ์) แสดงถึงระดับอุณหภูมิสูงสุดที่วัสดุฉนวนสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลานาน

ดัชนีนี้ใช้เพื่อประเมินความสามารถของวัสดุในการรักษาความแข็งแรงเชิงกลและคุณสมบัติทางไฟฟ้าภายใต้-สภาวะการเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนในระยะยาว

โดยทั่วไป:

 

อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทำให้อายุการใช้งานของวัสดุสั้นลง

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10 องศา อายุการใช้งานของวัสดุอาจลดลงครึ่งหนึ่ง

เมื่ออุณหภูมิลดลงทุกๆ 10 องศา อายุการใช้งานของวัสดุอาจเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

ดังนั้น สำหรับ-บัสบาร์เคลือบที่ดำเนินการในระยะยาวสำหรับการติดตั้งบัสบาร์ที่ซับซ้อน RTI (Relative Tracking Index) จึงเป็นปัจจัยสำคัญในการเลือกใช้วัสดุ

 

CTI-ดัชนีการติดตามแบบสัมพันธ์

CTI ประเมินความต้านทานของพื้นผิววัสดุฉนวนต่อการติดตาม

ค่า CTI ที่สูงขึ้น:

ข้อกำหนดระยะห่างตามผิวฉนวนที่เล็กลง
ต้านทานการปนเปื้อนได้ดีขึ้น
การทำงานที่ปลอดภัยและเสถียรยิ่งขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าสูง

สำหรับการใช้งานที่สูงกว่า 1,000V CTI มักเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการพิจารณาการออกแบบฉนวน

 

การยืดตัว

การยืดตัวสะท้อนถึงความสามารถของวัสดุในการต้านทานการแตกร้าวและการผอมบางในระหว่างการยืด

การยืดตัวสูงหมายถึง:

เหมาะสมกว่าสำหรับกระบวนการดัดงอที่ซับซ้อน
การปิดผนึกขอบตัวนำที่ง่ายขึ้น
ความน่าเชื่อถือของฉนวนที่สูงขึ้น

โดยทั่วไปแล้ว วัสดุ PET มีการยืดตัวเกิน 100% ในขณะที่วัสดุ PI โดยทั่วไปมีการยืดตัวต่ำกว่า PET

 

 

ระบบไฟฟ้าอุตสาหกรรม

การใช้งานทางอุตสาหกรรมมักเกี่ยวข้องกับ:

แรงดันไฟฟ้าขณะทำงานตั้งแต่ 1,000V ถึง 6,000V;
ข้อกำหนดในการดำเนินงานระยะยาว-
ข้อกำหนดการปลดปล่อยบางส่วนสูง
ข้อกำหนดระยะห่างตามผิวฉนวนที่เข้มงวด

ดังนั้น บัสบาร์แบบลามิเนตสำหรับอินเวอร์เตอร์สาม-ระดับและระบบคอนเวอร์เตอร์บัสขนาดใหญ่จึงมักใช้ฉนวนที่ยืดหยุ่นและแข็งผสมผสานกัน

 

การใช้งานรถยนต์พลังงานใหม่

โดยทั่วไประบบรถยนต์พลังงานใหม่จะทำงานที่แรงดันไฟฟ้าที่เข้มข้นใน:

แพลตฟอร์ม 400V

แพลตฟอร์ม 800V

เนื่องจากระดับแรงดันไฟฟ้าค่อนข้างต่ำกว่า:

ข้อกำหนดการปล่อยบางส่วนที่ต่ำกว่า
ไม่จำเป็นต้องใช้ฉนวนแข็งในสถานการณ์ส่วนใหญ่
มุ่งเน้นไปที่การออกแบบน้ำหนักเบาและการใช้พื้นที่

ดังนั้น บัสบาร์แบบลามิเนตสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าจึงมักใช้โครงสร้างลามิเนตน้ำหนักเบาเพื่อตอบสนองความต้องการความหนาแน่นของพลังงานสูง

 

 

 

นอกเหนือจากฉนวนลามิเนตแบบดั้งเดิมแล้ว การเคลือบผงและการเคลือบอีพ็อกซี่ยังเป็นวิธีการฉนวนทั่วไปอีกด้วย

 

กระบวนการเหล่านี้เหมาะสำหรับโครงสร้างที่ซับซ้อนหรือการใช้งานตัวนำเดี่ยว- โดยบรรลุผล:

การป้องกันฉนวนพื้นผิว
ป้องกันการกัดกร่อน
การปิดผนึกด้านสิ่งแวดล้อม

อย่างไรก็ตาม สำหรับระบบบัสบาร์ที่ต้องการความเหนี่ยวนำต่ำและความน่าเชื่อถือสูง ฉนวนลามิเนตยังคงเป็นโซลูชันหลัก

 

 

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง บัสบาร์เคลือบได้พัฒนาจากตัวเชื่อมต่อนำไฟฟ้าแบบธรรมดาไปเป็นส่วนประกอบสำคัญที่รวมการนำไฟฟ้า การกระจายความร้อน ฉนวน และการเพิ่มประสิทธิภาพทางแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ว่าจะนำไปใช้กับยานพาหนะพลังงานใหม่ การขนส่งทางรถไฟ หรืออุปกรณ์แปลงพลังงานทางอุตสาหกรรม การเลือกวัสดุฉนวนที่เหมาะสมส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และอายุการใช้งานของระบบ

 

เพื่อความทันสมัยบัสบาร์ลามิเนตการออกแบบ ฉนวนที่ยืดหยุ่นมีหน้าที่รับผิดชอบในการบรรลุการห่อหุ้มตัวนำที่มีประสิทธิภาพ ในขณะที่ฉนวนแข็งนั้นตรงตามข้อกำหนดการทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูง- เมื่อรวมกันแล้ว จะรับประกันการทำงานที่มีเสถียรภาพ-ในระยะยาวของระบบไฟฟ้าทั้งหมด