Materiais de Isolamento para Barramentos Laminados – Uma Breve Discussão sobre Isolamento Flexível e Rígido e Seus Parâmetros

Um barramento laminado é um componente de conexão elétrica composto por múltiplas camadas de condutores e materiais isolantes. Ele é amplamente utilizado em sistemas eletrônicos de potência compactos e de alta-densidade-de potência, como barramentos laminados de baixa indutividade e barramentos laminados de cobre. Seu principal objetivo de projeto é melhorar a eficiência e a confiabilidade geral do sistema, otimizando a distribuição do campo elétrico e a indutância parasita por meio de uma estrutura tri-dimensional, ao mesmo tempo em que atende aos requisitos de transmissão de alta tensão e alta corrente. As aplicações típicas incluem barramentos laminados em conversores de alta-potência e barramentos laminados para sistemas de distribuição de energia CC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Estruturalmente, os barramentos laminados normalmente usam materiais isolantes flexíveis laminados com condutores para formar unidades condutoras básicas. Essa estrutura também é conhecida como barramento parcialmente laminado ou barra de conexão de estrutura composta multi-camadas. Durante um processo-de prensagem a quente, o material isolante flexível é firmemente ligado ao condutor através de camadas adesivas, formando uma vedação eficaz nas bordas do condutor, mantendo assim um desempenho de isolamento estável mesmo em ambientes complexos. Os materiais de isolamento flexíveis comuns incluem poliéster (PET) e poliimida (PI), sendo o PET o mais amplamente utilizado em barramentos laminados de três camadas e produtos de barramentos padronizados devido às suas abrangentes vantagens de desempenho.

 

Os materiais de poliéster possuem uma resistência moderada à temperatura (normalmente 105 graus), mantendo propriedades mecânicas e elétricas estáveis ​​sob condições de ciclos térmicos de longo-prazo. Seu alongamento pode ultrapassar 100%, tornando-o menos sujeito a rasgos ou redução de espessura durante dobramento e encadernação de bordas. Além disso, o PET tem um alto índice de rastreamento relativo (CTI), reduzindo efetivamente o risco de fuga, o que é particularmente crítico para aplicações de alta-tensão, como barramentos inversores à prova de explosão-de alta tensão. Embora atenda às classificações de retardante de chama (por exemplo, V0), o PET também está disponível em diversas espessuras (por exemplo, 50 μm a 350 μm) para se adaptar a diferentes níveis de tensão e requisitos de projeto estrutural, oferecendo assim alta versatilidade em aplicações como barramentos laminados para inversores de três níveis e barramentos laminados personalizados para IGBTs.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Por outro lado, os materiais de poliimida (PI) são materiais de isolamento de alto-desempenho com maior resistência a temperaturas (RTI normalmente excede 200 graus), o que os torna adequados para aplicações que envolvem soldagem em alta-temperatura ou altas cargas de calor localizadas, como estruturas que envolvem soldagem de capacitores ou componentes eletrônicos em barramentos laminados para carros elétricos. Os materiais PI têm maior rigidez mecânica e são menos propensos ao relaxamento sob estresse-de longo prazo, o que ajuda a manter a estabilidade da estrutura selada. No entanto, seu desempenho de CTI é relativamente baixo, geralmente exigindo um projeto de distância de fuga maior, tornando-os mais adequados para ambientes de média- e baixa-tensão, como algumas aplicações de barramentos laminados com capacitor de link-CC ou barramentos laminados com capacitor de suporte CC.

 

Em um sistema completo de barramentos laminados, o isolamento flexível é usado principalmente para isolamento elétrico e vedação entre camadas de condutores, enquanto materiais de isolamento rígido são usados ​​para suporte estrutural e isolamento elétrico entre conjuntos de barramentos. A espessura do isolamento rígido geralmente está diretamente relacionada ao nível de tensão do sistema; um princípio geral de projeto é de aproximadamente 1 mm de material de isolamento rígido por quilovolt. Em sistemas de alta-tensão, como barramentos laminados para conversores-back to{6}}back de grande{4}}capacidade ou barramentos inversores para tráfego ferroviário e sistemas de metrô, normalmente são necessárias camadas de isolamento rígidas com espessuras entre 1 mm e 6 mm para atender ao controle de descarga parcial e aos requisitos de operação confiável-de longo prazo.

 

Em relação aos principais parâmetros de desempenho, o índice de temperatura relativa (RTI) e o índice de rastreamento relativo (CTI) são indicadores importantes para avaliar materiais de isolamento. O RTI mede a capacidade de um material de manter o desempenho sob condições de envelhecimento térmico-de longo prazo; sua avaliação de vida útil é normalmente baseada em testes de envelhecimento acelerado superiores a 20.000 horas e segue uma relação exponencial entre temperatura e vida útil. O CTI reflete a resistência de um material ao rastreamento em ambientes poluídos e é crucial para o projeto da distância de fuga em sistemas de alta-tensão. Além disso, o alongamento do material afeta diretamente a sua adaptabilidade durante o processamento e é um dos parâmetros chave para avaliar o desempenho da vedação e a confiabilidade mecânica.

 

Os requisitos de desempenho para materiais de isolamento em barramentos laminados variam significativamente em diferentes áreas de aplicação. Em aplicações industriais de alta-tensão, como barramentos inversores à prova de explosão-de alta tensão ou sistemas de conversão de energia em grande-escala, as tensões operacionais normalmente variam de 1.000 V a 6.000 V. Essas aplicações exigem padrões extremamente elevados de controle de descarga parcial, desempenho de isolamento elétrico e vida-de longo prazo. Portanto, é necessária uma combinação de designs de isolamento flexíveis e rígidos, sendo os materiais de alto CTI a escolha preferida. No setor de veículos de nova energia, como barramentos capacitores de filme metalizado de alta condutividade térmica para sistemas de controle de EV, as tensões do sistema são normalmente abaixo de 800V. Os requisitos de desempenho de isolamento são relativamente mais baixos, com maior ênfase no design leve, na resistência ao calor e na compatibilidade do processo de montagem. Portanto, os materiais PI oferecem certas vantagens em estruturas soldadas específicas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Além disso, em algumas estruturas não{0}}laminadas ou aplicações de-condutores únicos, o isolamento de revestimento em pó também pode ser usado, ou seja, barramentos laminados-pintados em pó com faixas de espessura de revestimento dielétrico entre 0,2 mm e 3,00 mm. Este processo é adequado para isolar condutores com formatos complexos, obtendo boa cobertura superficial e vedação. No entanto, devido à dificuldade em controlar a consistência do isolamento nas bordas do condutor e cantos afiados, ele geralmente não é usado em sistemas de barramento laminado de alta-precisão, como em aplicações exigentes como barramento laminado inversor de cobre personalizado para instalação elétrica.

 

No geral, como componentes eletrônicos passivos típicos de barramentos laminados, o desempenho dos barramentos laminados é altamente dependente da seleção de materiais de isolamento e do projeto estrutural. Ao combinar adequadamente materiais de isolamento flexíveis e rígidos e considerar cenários de aplicação específicos (comoBarramentos laminados para instalações complexas de barramentos), maior densidade de potência e integração do sistema podem ser alcançadas, garantindo ao mesmo tempo a segurança elétrica.