Matériaux d'isolation pour barres omnibus laminées – Une brève discussion sur l'isolation flexible et rigide et leurs paramètres

Un jeu de barres laminé est un composant de connexion électrique composé de plusieurs couches de conducteurs et de matériaux isolants. Il est largement utilisé dans les systèmes électroniques de puissance compacts et à haute densité de puissance-puissance-, tels que les barres omnibus laminées à faible induction et les barres omnibus laminées en cuivre. Son objectif principal de conception est d'améliorer l'efficacité et la fiabilité globales du système en optimisant la distribution du champ électrique et l'inductance parasite via une structure tridimensionnelle -tout en répondant aux exigences de transmission haute tension et courant élevé. Les applications typiques incluent les jeux de barres laminés dans les convertisseurs de puissance élevée- et les jeux de barres laminés pour les systèmes de distribution d'énergie CC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Structurellement, les barres omnibus laminées utilisent généralement des matériaux isolants flexibles laminés avec des conducteurs pour former des unités conductrices de base. Cette structure est également connue sous le nom de barre omnibus partiellement laminée ou de barre de connexion à structure composite multicouche. Au cours d'un processus de pressage à chaud-, le matériau isolant flexible est étroitement lié au conducteur par des couches adhésives, formant un joint efficace sur les bords du conducteur, maintenant ainsi des performances d'isolation stables même dans des environnements complexes. Les matériaux d'isolation flexibles courants comprennent le polyester (PET) et le polyimide (PI), le PET étant le plus largement utilisé dans les jeux de barres laminés à trois -couches et les produits de jeux de barres standardisés en raison de ses avantages complets en termes de performances.

 

Les matériaux en polyester possèdent une résistance à la température modérée (généralement 105 degrés), conservant des propriétés mécaniques et électriques stables dans des conditions de cycles thermiques à long terme. Son allongement peut dépasser 100 %, ce qui le rend moins sujet aux déchirures ou à la réduction d'épaisseur lors du pliage et de la reliure des bords. De plus, le PET a un indice de suivi relatif (CTI) élevé, réduisant efficacement le risque de fuite, ce qui est particulièrement critique pour les applications à haute -tension telles que les barres omnibus d'onduleurs antidéflagrantes haute tension-. Tout en répondant aux indices ignifuges (par exemple, V0), le PET est également disponible en différentes épaisseurs (par exemple, 50 μm à 350 μm) pour s'adapter à différents niveaux de tension et exigences de conception structurelle, offrant ainsi une grande polyvalence dans des applications telles que les barres omnibus laminées pour les onduleurs à trois niveaux et les barres omnibus laminées personnalisées pour les IGBT.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En revanche, les matériaux polyimide (PI) sont des matériaux isolants à haute-performance avec une résistance à la température plus élevée (le RTI dépasse généralement 200 degrés), ce qui les rend adaptés aux applications impliquant un soudage à haute-température ou des charges thermiques localisées élevées, telles que les structures impliquant le soudage de condensateurs ou de composants électroniques dans les jeux de barres laminés pour voitures électriques. Les matériaux PI ont une plus grande rigidité mécanique et sont moins sujets à la relaxation sous des contraintes à long terme-, ce qui contribue à maintenir la stabilité de la structure scellée. Cependant, leurs performances CTI sont relativement faibles, nécessitant généralement une conception de ligne de fuite plus grande, ce qui les rend plus adaptés aux environnements à moyenne - et basse -tension, tels que certaines barres omnibus laminées à condensateur de liaison CC- ou les applications de barres omnibus laminées à condensateur de liaison CC.

 

Dans un système de jeu de barres laminé complet, l'isolation flexible est principalement utilisée pour l'isolation électrique et l'étanchéité entre les couches de conducteurs, tandis que les matériaux isolants rigides sont utilisés pour le support structurel et l'isolation électrique entre les ensembles de jeux de barres. L'épaisseur de l'isolant rigide est généralement directement liée au niveau de tension du système ; un principe de conception général est d'environ 1 mm de matériau isolant rigide par kilovolt. Dans les systèmes à haute -tension, tels que les jeux de barres laminés pour les convertisseurs dos à dos-de grande capacité--ou les jeux de barres inverseurs pour les systèmes de circulation ferroviaire et de métro, des couches d'isolation rigides d'une épaisseur comprise entre 1 mm et 6 mm sont généralement nécessaires pour répondre aux exigences de contrôle des décharges partielles et de fonctionnement fiable à long-terme.

 

Concernant les paramètres de performance clés, l'indice de température relative (RTI) et l'indice de suivi relatif (CTI) sont des indicateurs importants pour l'évaluation des matériaux isolants. RTI mesure la capacité d'un matériau à maintenir ses performances dans des conditions de vieillissement thermique à long terme ; son évaluation de la durée de vie est généralement basée sur des tests de vieillissement accéléré dépassant 20 000 heures et suit une relation exponentielle entre la température et la durée de vie. Le CTI reflète la résistance d'un matériau au suivi dans des environnements pollués et est crucial pour la conception des lignes de fuite dans les systèmes à haute tension-. De plus, l’allongement du matériau affecte directement son adaptabilité lors du traitement et constitue l’un des paramètres clés pour évaluer les performances d’étanchéité et la fiabilité mécanique.

 

Les exigences de performance pour les matériaux isolants dans les jeux de barres laminés varient considérablement selon les différents domaines d'application. Dans les applications industrielles à haute tension-, telles que les barres omnibus d'onduleurs antidéflagrantes haute tension-ou les systèmes de conversion de puissance-à grande échelle, les tensions de fonctionnement varient généralement de 1 000 V à 6 000 V. Ces applications exigent des normes extrêmement élevées en matière de contrôle des décharges partielles, de performances d'isolation électrique et de durée de vie à long terme. Par conséquent, une combinaison de conceptions d’isolation flexibles et rigides est requise, les matériaux à CTI élevé étant le choix préféré. Dans le secteur des véhicules à énergie nouvelle, tel que les barres omnibus à condensateur à film métallisé à haute conductivité thermique pour les systèmes de contrôle des véhicules électriques, les tensions du système sont généralement inférieures à 800 V. Les exigences en matière de performances d'isolation sont relativement inférieures, l'accent étant davantage mis sur la conception légère, la résistance à la chaleur et la compatibilité des processus d'assemblage. Les matériaux PI offrent donc certains avantages dans des structures soudées spécifiques.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

De plus, dans certaines structures non-stratifiées ou applications à-conducteur unique, un revêtement isolant en poudre peut également être utilisé, c'est-à-dire des barres omnibus laminées-peintes en poudre avec une épaisseur de revêtement diélectrique comprise entre 0,2 mm et 3,00 mm. Ce procédé convient à l'isolation de conducteurs de formes complexes, en obtenant une bonne couverture de surface et une bonne étanchéité. Cependant, en raison de la difficulté de contrôler la cohérence de l'isolation au niveau des bords des conducteurs et des angles vifs, il n'est généralement pas utilisé dans les systèmes de jeux de barres laminés de haute précision, tels que dans les applications exigeantes telles que les jeux de barres laminés à onduleur en cuivre personnalisés pour les installations électriques.

 

Dans l’ensemble, en tant que composants électroniques passifs typiques des jeux de barres laminés, les performances des jeux de barres laminés dépendent fortement de la sélection des matériaux d’isolation et de la conception structurelle. En associant de manière appropriée les matériaux isolants flexibles et rigides et en considérant des scénarios d'application spécifiques (tels queJeux de barres laminés pour installations de jeux de barres complexes), une densité de puissance et une intégration de système plus élevées peuvent être obtenues tout en garantissant la sécurité électrique.