Analyse des matériaux d'isolation des barres omnibus laminées : comment l'isolation flexible et rigide affecte-t-elle les performances du système ?

Avec le développement rapide des véhicules à énergie nouvelle, des systèmes de stockage d'énergie, du transport ferroviaire et des équipements industriels de conversion de fréquence, les barres omnibus laminées sont devenues des composants de connexion conducteurs clés dans les systèmes électroniques de puissance-haute puissance. Qu'il s'agisse d'un jeu de barres laminé pour les voitures électriques, d'un jeu de barres laminé dans un convertisseur de haute-puissance ou d'un jeu de barres laminé sur mesure pour les IGBT, ses performances dépendent non seulement de la conception du conducteur, mais également étroitement de la sélection des matériaux d'isolation.

 

Le système d'isolation affecte directement la tension de tenue du jeu de barres, les performances de décharge partielle, la durée de vie et la fiabilité globale. Comprendre les caractéristiques de l'isolation flexible et rigide est crucial pour concevoir des barres omnibus laminées à faible-induction hautes-performances.

 

 

 

Une barre omnibus laminée est un système de connexion conductrice composé de plusieurs couches de conducteurs et de matériaux isolants, appartenant à la structure typique des barres de connexion à structure composite multi-couches.

 

En empilant étroitement les conducteurs positifs et négatifs et en les isolant avec une couche isolante, l'inductance de boucle peut être efficacement réduite, les performances de compatibilité électromagnétique du système améliorées et les pertes d'énergie réduites. Il est donc largement utilisé dans :

 

Systèmes de propulsion pour véhicules électriques
Convertisseurs de stockage d'énergie (PCS)
Convertisseurs de fréquence industriels
Onduleurs photovoltaïques
Systèmes électriques de transport ferroviaire
Équipement d'alimentation électrique haute-puissance

 

Dans les structures multi-telles que les barres omnibus laminées à trois-couches, le matériau isolant assure non seulement l'isolation électrique, mais également la protection mécanique et environnementale.

 

 

 

Actuellement, la plupart des jeux de barres partiellement laminés utilisent des films isolants flexibles laminés sur des conducteurs en cuivre.

 

Les matériaux isolants flexibles sont généralement étroitement liés au conducteur via un processus de pressage à chaud-, formant un joint complet au niveau des bords du conducteur, améliorant ainsi la résistance à l'humidité et à la chaleur, à la pollution et au vieillissement.

 

Matériau isolant en polyester PET

Le PET est l’un des matériaux isolants les plus courants pour les jeux de barres multicouches.

Ses principales caractéristiques comprennent :

Température de fonctionnement à long terme-jusqu'à 105 degrés ;
Excellente ductilité ; Moins sujet aux fissures lors du pliage.
Excellente qualité de surface ;
Bonnes propriétés ignifuges ; Coût relativement économique.

En raison de son CTI (indice de suivi relatif) élevé, le PET est particulièrement adapté aux applications à haute -tension.

Les matériaux PET sont largement utilisés dans les jeux de barres laminés de métro et les systèmes électriques industriels.

Matériau isolant en polyimide PI

Le PI est un matériau isolant à haute-performance et résistant aux-températures-élevées.

Ses principaux avantages comprennent :

Résistance à la température à long-terme supérieure à 200 degrés ;
Excellente stabilité thermique ;
Bonne soudabilité ; Haute résistance au feu inhérente.

Par conséquent, les matériaux PI présentent des avantages significatifs dans les barres omnibus laminées IGBT et les applications nécessitant le soudage de condensateurs, d'inductances et d'autres composants.

Cependant, les matériaux PI ont des propriétés de suivi de surface relativement plus faibles et sont plus chers que le PET. Ils sont généralement utilisés dans des applications spéciales plutôt que dans des conceptions conventionnelles.

 

 

L'isolation flexible recouvre principalement le conducteur, tandis que l'isolation rigide sert principalement d'isolation structurelle entre les couches de conducteurs.

 

Dans les systèmes à haute tension-, l'isolation en couche mince-à elle seule est souvent insuffisante pour répondre aux exigences de décharge partielle et de ligne de fuite, ce qui nécessite l'ajout de couches d'isolation rigides.

 

Les matériaux isolants rigides courants comprennent :

Panneau en polyester renforcé de fibre de verre

Panneau en fibre de verre époxy

Matériaux composites isolants à haute-résistance

L'épaisseur de l'isolant rigide est généralement déterminée en fonction de la tension de fonctionnement du système.

 

En conception technique générale :

Environ 1 mm de distance d'isolation est requis pour chaque augmentation de 1 kV de la tension de fonctionnement.
Plus le niveau de tension est élevé, plus l’épaisseur de l’isolant rigide est importante.
Les systèmes à haute-tension peuvent nécessiter des structures d'isolation de 3 à 6 mm d'épaisseur, voire plus.

 

Par conséquent, dans les applications à haute tension-telles que les barres omnibus d'onduleur antidéflagrantes à haute tension-, l'isolation rigide est devenue un composant indispensable et crucial.

 

 

RTI-Indice de température relative

RTI (Relative Thermal Index) représente la température la plus élevée à laquelle un matériau isolant peut fonctionner en continu pendant de longues périodes.

Cet indice est utilisé pour évaluer la capacité du matériau à conserver sa résistance mécanique et ses propriétés électriques dans des conditions de vieillissement thermique à long terme.

En général:

 

Des températures plus élevées raccourcissent la durée de vie des matériaux.

Pour chaque augmentation de température de 10 degrés, la durée de vie du matériau peut être réduite de moitié.

Pour chaque baisse de température de 10 degrés, la durée de vie du matériau peut doubler.

Par conséquent, pour les jeux de barres laminés exploités à long terme pour les installations de jeux de barres complexes, le RTI (Relative Tracking Index) est un facteur crucial dans la sélection des matériaux.

 

CTI-Indice de suivi relatif

CTI évalue la résistance de la surface d'un matériau isolant au cheminement.

Valeurs CTI plus élevées :

Exigences de distance dans l'air plus petites ;
Résistance plus forte à la contamination ;
Fonctionnement plus sûr et plus stable à haute tension.

Pour les applications supérieures à 1 000 V, le CTI est souvent un paramètre critique déterminant la conception de l'isolation.

 

Élongation

L'allongement reflète la capacité d'un matériau à résister à la fissuration et à l'amincissement lors de l'étirement.

Un allongement élevé signifie :

Meilleure adéquation aux processus de pliage complexes ;
Scellement plus facile des bords des conducteurs ;
Fiabilité d'isolation supérieure.

Les matériaux PET ont généralement un allongement supérieur à 100 %, tandis que les matériaux PI ont généralement un allongement inférieur à celui du PET.

 

 

Systèmes d'alimentation industriels

Les applications industrielles impliquent généralement :

Tensions de fonctionnement de 1000V à 6000V ;
Exigences opérationnelles à long-terme ;
Exigences élevées en matière de décharge partielle ;
Spécifications strictes des lignes de fuite.

Par conséquent, les barres omnibus laminées pour les onduleurs à trois -niveaux et les grands systèmes de bus de convertisseur utilisent souvent une combinaison d'isolation flexible et rigide.

 

Applications de véhicules à énergie nouvelle

Les systèmes de véhicules à énergie nouvelle fonctionnent généralement à des tensions concentrées dans :

Plateformes 400V

Plateformes 800V

En raison des niveaux de tension relativement faibles :

Exigences de décharge partielle réduites ;
Une isolation rigide n’est pas requise dans la plupart des scénarios.
L'accent est mis sur la conception légère et l'utilisation de l'espace.

Par conséquent, les jeux de barres laminés pour voitures électriques utilisent souvent des structures stratifiées légères pour répondre aux exigences de densité de puissance élevée.

 

 

 

En plus de l'isolation stratifiée traditionnelle, le revêtement en poudre et le revêtement époxy sont également des méthodes d'isolation courantes.

 

Ces processus conviennent aux structures complexes ou aux applications à-conducteur unique, permettant d'obtenir :

Protection d'isolation de surface ;
Protection contre la corrosion ;
Étanchéité environnementale.

Cependant, pour les systèmes de barres omnibus nécessitant une faible inductance et une fiabilité élevée, l'isolation feuilletée reste la solution principale.

 

 

Avec le développement continu de la technologie de l'électronique de puissance, les barres omnibus laminées sont passées de simples connecteurs conducteurs à des composants cruciaux intégrant la conductivité, la dissipation thermique, l'isolation et l'optimisation électromagnétique. Qu'il soit appliqué aux véhicules à énergie nouvelle, au transport ferroviaire ou aux équipements industriels de conversion d'énergie, la sélection appropriée des matériaux d'isolation a un impact direct sur la sécurité, la fiabilité et la durée de vie du système.

 

Pour le modernejeu de barres laminéDans leurs conceptions, l'isolation flexible est responsable de l'encapsulation efficace des conducteurs, tandis que l'isolation rigide répond aux exigences de tenue aux hautes tensions-. Ensemble, ils assurent le fonctionnement stable à long terme de l'ensemble du système électrique.