Analyse des matériaux d'isolation pour les jeux de barres laminés : sélection et application d'une isolation flexible et rigide

Avec le développement de véhicules à énergie nouvelle, de systèmes de stockage d'énergie, de transport ferroviaire et d'équipements électriques industriels, les barres omnibus laminées sont largement utilisées en raison de leur faible inductance, de leur haute fiabilité et de leur structure compacte. Qu'il s'agisse d'un jeu de barres pour véhicule électrique, d'un jeu de barres pour batterie de voiture ou d'un système de jeu de barres à condensateur de qualité industrielle-, le choix du matériau d'isolation affecte directement les performances électriques, la durée de vie et le niveau de sécurité du produit.

 

Pour les systèmes de jeux de barres automobiles modernes, la couche d'isolation sert non seulement à isoler les conducteurs, mais doit également répondre aux exigences de résistance à la chaleur, de résistance à la tension, d'ignifugation et de -fonctionnement fiable à long terme. Par conséquent, une compréhension approfondie des caractéristiques des matériaux isolants flexibles et rigides est cruciale pour la conception et la sélection des jeux de barres.

 

 

 

Actuellement, la plupart des jeux de barres laminés utilisent une structure flexible d'isolation à film mince-, liant étroitement le film isolant au conducteur en cuivre via un processus de stratification. Ce processus réduit efficacement l'espacement des conducteurs, améliore l'intégration du système et garantit d'excellentes performances d'isolation des jeux de barres.

 

Matériau isolant en polyester (PET)

Le PET est l’un des matériaux isolants les plus utilisés, détenant une part de marché importante dans le domaine de l’isolation PET des barres omnibus automobiles. Ses principales caractéristiques comprennent :

Température de fonctionnement à long terme-jusqu'à 105 degrés ; Allongement élevé, généralement supérieur à 100 %, adapté aux structures de flexion complexes ; Bonne ténacité mécanique et performances de moulage ; Indice de suivi relatif élevé (CTI) ; Disponible en différentes épaisseurs pour répondre à différents niveaux de tension ; Excellentes propriétés ignifuges, répondant aux exigences des applications industrielles et automobiles.

Dans les systèmes d'alimentation des véhicules à énergie nouvelle, les couches d'isolation en PET sont largement utilisées dans les barres omnibus de batterie EV, les barres omnibus de mise à la terre pour automobiles et les produits de barres omnibus automobiles.

 

Matériau isolant en polyimide (PI)

Le PI est un matériau isolant haute-performance et-résistant aux températures élevées, avec une température de fonctionnement continu dépassant généralement 200 degrés.

Par rapport au PET, le PI présente les caractéristiques suivantes :

Résistance supérieure aux températures- élevées ; Excellente ignifugation inhérente ; Rigidité mécanique plus élevée ; Plus adapté aux procédés de soudage ; Coût relativement plus élevé ; CTI inférieur au PET.

Par conséquent, dans les applications nécessitant le soudage de condensateurs, de modules de puissance ou de connecteurs, le matériau PI est fréquemment utilisé dans les jeux de barres de condensateurs à film pour véhicules à énergie nouvelle et dans certains jeux de barres pour les produits de condensateurs de puissance.

 

Différences entre l’isolation flexible et rigide

L'isolation flexible est principalement utilisée pour isoler la surface des conducteurs en cuivre, formant une structure isolante complète par stratification.

 

Ses avantages incluent :

Il permet de sceller complètement les bords des conducteurs ;

Il convient aux conceptions structurelles tridimensionnelles complexes- ;

Il réduit efficacement la taille du système ;

Il facilite la production de masse et la fabrication automatisée.

 

L’isolation rigide, quant à elle, est principalement utilisée pour l’espacement et le support entre les différentes couches conductrices.

Pour les systèmes à haute -tension, l'isolation flexible à elle seule ne peut souvent pas répondre aux exigences de distribution du champ électrique et de contrôle des décharges partielles ; par conséquent, des matériaux isolants rigides sont nécessaires pour augmenter la distance d’isolation.

 

Typiquement:

Environ 1 mm d'espacement d'isolation est requis pour chaque augmentation de 1 kV de la tension de fonctionnement ;

Plus la tension de fonctionnement est élevée, plus l'épaisseur de l'isolant rigide est grande ;
Les systèmes à haute-tension utilisent généralement des panneaux en polyester renforcé de fibre de verre comme couche d'isolation structurelle.

Dans la conception de jeux de barres haute tension-, l'isolation rigide est un composant crucial garantissant un fonctionnement stable à long terme-, tandis que les systèmes automobiles de jeux de barres basse-tension ne nécessitent généralement pas de structures d'isolation rigides supplémentaires et lourdes.

 

 

 

Indice de température relative (RTI)

Le RTI est un indicateur important de la-résistance thermique à long terme des matériaux isolants.

 

L’indice de suivi relatif (RTI) est défini comme :

Température à laquelle les propriétés mécaniques et électriques d'un matériau diminuent jusqu'à 50 % de leurs valeurs initiales après environ 20 000 heures de fonctionnement à long-fonctionnement.

 

Pour les systèmes de véhicules électriques à jeu de barres fonctionnant à long terme, le RTI a un impact direct sur la durée de vie du produit.

En général:

 

Pour chaque baisse de température de 10 degrés, la durée de vie de l’isolation double environ ;

Pour chaque augmentation de température de 10 degrés, la durée de vie de l’isolation peut être réduite d’environ la moitié.

 

Par conséquent, lors de la conception d’une barre omnibus en cuivre étamé pour véhicules électriques, les solutions de gestion thermique et les qualités de matériaux d’isolation doivent être prises en compte de manière globale.

 

 

CTI reflète la résistance de la surface du matériau au suivi.

 

Lorsque l'équipement est exposé à des environnements humides, pollués ou à haute tension- pendant des périodes prolongées, une valeur CTI plus élevée réduit efficacement le risque de fuite en surface.

 

Pour les systèmes de stockage d'énergie industriels, les barres omnibus à condensateur CC et les grandes barres omnibus à stratification de condensateurs, le CTI est un paramètre crucial affectant la conception de sécurité.

 

Les matériaux PET ont généralement des indices CTI plus élevés et sont donc plus largement utilisés dans les applications-haute tension.

 

L'allongement représente la capacité d'un matériau à conserver ses propriétés isolantes sous tension.

Ce paramètre affecte directement :

Performances de flexion ;
Qualité d'emballage des bords des conducteurs ;
Stabilité du processus de scellage ;
Fiabilité mécanique à long-terme.

Les matériaux PET ont généralement un allongement supérieur à 100 %, tandis que les matériaux PI sont d'environ 70 %. Par conséquent, le PET est plus adapté aux processus complexes de stratification de conducteurs en cuivre.

 

 

Systèmes d'alimentation industriels

Les exigences des équipements industriels en matière de jeux de barres se concentrent principalement sur la haute tension et la longue durée de vie.

 

Les caractéristiques typiques comprennent :

Tension de fonctionnement généralement comprise entre 1 000 V et 6 000 V ;
Exigences strictes en matière de contrôle des décharges partielles ;
Exigence de structures d'isolation rigides accrues ;
Exigences de lignes de fuite élevées ;
Durée de vie de 20 à 25 ans ou plus.

 

Par conséquent, les-équipements de stockage d'énergie à haute tension, le transport ferroviaire et les-systèmes de distribution d'énergie à grande échelle ont tendance à utiliser des matériaux à CTI élevé et des structures d'isolation plus épaisses pour les jeux de barres de distribution.

 

 

 

Les applications des véhicules à énergie nouvelle mettent davantage l’accent sur l’allègement, l’utilisation de l’espace et le contrôle des coûts.

Les caractéristiques typiques comprennent :

 

Les niveaux de tension sont généralement inférieurs à 800 V ;
Exigences réduites en matière de décharge partielle ;
Utilisant généralement des structures isolantes stratifiées flexibles ;
Plus sensible au poids et au volume ;
La durée de vie est généralement de 5 à 10 ans.

 

Par conséquent, des produits tels que les voitures BusBar, les connecteurs d'alimentation automobile et les barres omnibus en fer blanc-pour l'automobile utilisent de plus en plus des solutions d'isolation PET ou PI pour répondre aux exigences de conception compacte.

 

 

Outre la technologie d’isolation laminée, l’isolation par revêtement en poudre est également une solution courante.

 

Ce processus permet d'obtenir une protection globale de l'isolation en formant un revêtement de résine époxy sur la surface du conducteur et est particulièrement adapté aux conducteurs uniques de structure complexe.

 

Ses avantages incluent :

Peut couvrir des géométries complexes ;
Convient aux conducteurs non-laminés ;
Bonne résistance à la corrosion ;
Peut répondre à certaines-exigences des applications basse tension.

 

Cependant, pour les applications de jeux de barres automobiles et de véhicules électriques nécessitant une faible inductance et une densité de puissance élevée, la technologie d'isolation feuilletée reste la solution principale.

 

 

 

Les matériaux d'isolation sont un élément crucial déterminant les performances des jeux de barres laminés. Le PET et le PI, en tant que matériaux isolants flexibles les plus courants, présentent chacun leurs avantages dans différents scénarios d'application. Pour les systèmes industriels à haute tension, les RTI, CTI et les structures d'isolation rigides doivent être pris en compte de manière globale, tandis que pour le secteur des véhicules à énergie nouvelle, l'accent est davantage mis sur la conception légère, l'utilisation de l'espace et l'efficacité de la production.

 

Avec le développement deJeux de barres pour véhicules électriques, les jeux de barres de condensateurs et les nouveaux dispositifs électroniques de puissance énergétique, la technologie des matériaux d'isolation continuera à s'améliorer, offrant des solutions plus sûres et plus efficaces pour les futurs systèmes de connexion électrique à haute-puissance et haute-fiabilité.