Análise do material de isolamento de barramentos laminados: como o isolamento flexível e rígido afeta o desempenho do sistema?

Com o rápido desenvolvimento de novos veículos de energia, sistemas de armazenamento de energia, transporte ferroviário e equipamentos industriais de conversão de frequência, os barramentos laminados tornaram-se componentes-chave de conexão condutiva em sistemas eletrônicos de alta potência. Seja um barramento laminado para carros elétricos, um barramento laminado em um conversor de alta-potência ou um barramento laminado personalizado para IGBTs, seu desempenho depende não apenas do projeto do condutor, mas também da seleção dos materiais de isolamento.

 

O sistema de isolamento afeta diretamente a tensão suportável do barramento, o desempenho de descarga parcial, a vida útil e a confiabilidade geral. Compreender as características do isolamento flexível e rígido é crucial para projetar barramentos indutivos laminados de alto-desempenho-.

 

 

 

Um barramento laminado é um sistema de conexão condutivo composto por múltiplas camadas de condutores e materiais isolantes, pertencentes à típica estrutura de barra de conexão de estrutura composta multicamadas.

 

Ao empilhar firmemente os condutores positivos e negativos e isolá-los com uma camada isolante, a indutância do loop pode ser efetivamente reduzida, o desempenho da compatibilidade eletromagnética do sistema melhorado e a perda de energia reduzida. Portanto, é amplamente utilizado em:

 

Sistemas de acionamento de veículos elétricos
Conversores de armazenamento de energia (PCS)
Conversores de frequência industriais
Inversores fotovoltaicos
Sistemas de energia de trânsito ferroviário
Equipamento de fonte de alimentação-de alta potência

 

Em estruturas multi{0}}camadas, como barramentos laminados de três{1}}camadas, o material isolante não apenas fornece isolamento elétrico, mas também proteção mecânica e ambiental.

 

 

 

Atualmente, a maioria dos barramentos parcialmente laminados utiliza filmes isolantes flexíveis laminados sobre condutores de cobre.

 

Os materiais isolantes flexíveis normalmente são firmemente ligados ao condutor por meio de um processo de-prensagem a quente, formando uma vedação completa nas bordas do condutor, melhorando assim a resistência à umidade e ao calor, à poluição e ao envelhecimento.

 

Material de isolamento de poliéster PET

PET é um dos materiais isolantes mais comuns para barramentos multicamadas.

Suas principais características incluem:

Temperatura-operacional de longo prazo de até 105 graus;
Excelente ductilidade; Menos propenso a rachar durante a flexão.
Excelente qualidade superficial;
Boas propriedades retardadoras de chama; Custo relativamente econômico.

Devido ao seu alto CTI (índice de rastreamento relativo), o PET é particularmente adequado para aplicações de alta-tensão.

Os materiais PET são amplamente utilizados em barramentos laminados de metrô e sistemas de energia industriais.

Material de isolamento de poliimida PI

PI é um material de isolamento de alto-desempenho e resistente a altas-temperaturas-.

Suas principais vantagens incluem:

Resistência-a longo prazo a temperaturas superiores a 200 graus;
Excelente estabilidade térmica;
Boa soldabilidade; Alto retardamento de chama inerente.

Portanto, os materiais PI apresentam vantagens significativas em barramentos laminados IGBT e aplicações que requerem soldagem de capacitores, indutores e outros componentes.

No entanto, os materiais PI têm propriedades de rastreamento de superfície relativamente mais fracas e são mais caros que o PET. Eles são normalmente usados ​​em aplicações especiais, em vez de projetos convencionais.

 

 

O isolamento flexível cobre principalmente o condutor, enquanto o isolamento rígido serve principalmente como isolamento estrutural entre as camadas do condutor.

 

Em sistemas de alta-tensão, o isolamento-de filme fino por si só costuma ser insuficiente para atender aos requisitos de descarga parcial e distância de fuga, necessitando da adição de camadas de isolamento rígidas.

 

Os materiais de isolamento rígido comuns incluem:

Placa de poliéster reforçada com fibra de vidro

Placa de fibra de vidro epóxi

Materiais compostos isolantes-de alta resistência

A espessura do isolamento rígido é normalmente determinada com base na tensão operacional do sistema.

 

Em projetos de engenharia geral:

Aproximadamente 1 mm de distância de isolamento é necessário para cada aumento de 1 kV na tensão operacional.
Quanto maior o nível de tensão, maior será a espessura do isolamento rígido.
Sistemas de alta-tensão podem exigir estruturas de isolamento de 3 a 6 mm ou até mais espessas.

 

Portanto, em aplicações de alta-tensão, como o barramento inversor à prova de explosão-de alta tensão, o isolamento rígido se tornou um componente indispensável e crucial.

 

 

RTI-Índice de temperatura relativa

O RTI (Índice Térmico Relativo) representa a classificação de temperatura mais alta na qual um material isolante pode operar continuamente por longos períodos.

Esse índice é usado para avaliar a capacidade do material de manter a resistência mecânica e as propriedades elétricas sob condições de envelhecimento térmico-de longo prazo.

Geralmente:

 

Temperaturas mais altas encurtam a vida útil do material.

Para cada aumento de 10 graus na temperatura, a vida útil do material pode ser reduzida pela metade.

Para cada diminuição de 10 graus na temperatura, a vida útil do material pode dobrar.

Portanto, para barramentos laminados operados por longo prazo em instalações de barramentos complexos, o RTI (Relative Tracking Index) é um fator crucial na seleção do material.

 

CTI-Índice de acompanhamento relativo

O CTI avalia a resistência de uma superfície de material isolante ao rastreamento.

Valores de CTI mais altos:

Requisitos menores de distância de fuga;
Maior resistência à contaminação;
Operação mais segura e estável em altas tensões.

Para aplicações acima de 1000 V, o CTI costuma ser um parâmetro crítico que determina o projeto do isolamento.

 

Alongamento

O alongamento reflete a capacidade do material de resistir a rachaduras e adelgaçamento durante o alongamento.

Alto alongamento significa:

Melhor adequação para processos complexos de dobra;
Facilidade na vedação das bordas do condutor;
Maior confiabilidade de isolamento.

Os materiais PET normalmente têm um alongamento superior a 100%, enquanto os materiais PI geralmente têm um alongamento menor que o PET.

 

 

Sistemas de Energia Industriais

As aplicações industriais normalmente envolvem:

Tensões de operação de 1000V a 6000V;
Requisitos operacionais-de longo prazo;
Altos requisitos de descarga parcial;
Especificações rigorosas de distância de fuga.

Portanto, barramentos laminados para inversores de três{0}}níveis e grandes sistemas de barramento conversor geralmente empregam uma combinação de isolamento flexível e rígido.

 

Novas Aplicações de Veículos Energéticos

Os novos sistemas de veículos de energia normalmente operam em tensões concentradas em:

Plataformas 400V

Plataformas 800V

Devido aos níveis de tensão relativamente mais baixos:

Menores requisitos de descarga parcial;
O isolamento rígido não é necessário na maioria dos cenários.
O foco está no design leve e na utilização do espaço.

Portanto, os barramentos laminados para carros elétricos geralmente empregam estruturas laminadas leves para atender aos requisitos de alta densidade de potência.

 

 

 

Além do isolamento laminado tradicional, o revestimento em pó e o revestimento epóxi também são métodos de isolamento comuns.

 

Esses processos são adequados para estruturas complexas ou aplicações de{0}condutor único, alcançando:

Proteção de isolamento superficial;
Proteção contra corrosão;
Vedação ambiental.

No entanto, para sistemas de barramentos que exigem baixa indutância e alta confiabilidade, o isolamento laminado continua sendo a solução principal.

 

 

Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de eletrônica de potência, os barramentos laminados evoluíram de simples conectores condutores para componentes cruciais que integram condutividade, dissipação de calor, isolamento e otimização eletromagnética. Seja aplicado a novos veículos de energia, transporte ferroviário ou equipamentos industriais de conversão de energia, a seleção apropriada de materiais de isolamento impacta diretamente a segurança, a confiabilidade e a vida útil do sistema.

 

Para modernobarramento laminadoNos projetos, o isolamento flexível é responsável por obter um encapsulamento eficiente do condutor, enquanto o isolamento rígido atende aos requisitos de resistência de alta-tensão. Juntos, eles garantem a operação estável-de longo prazo de todo o sistema de energia.