Materiales aislantes para barras colectoras laminadas: breve descripción del aislamiento flexible y rígido y sus parámetros

Una barra colectora laminada es un componente de conexión eléctrica compuesto por múltiples capas de conductores y materiales aislantes. Se utiliza ampliamente en sistemas electrónicos de potencia compactos y de alta-potencia-densidad, como barras colectoras laminadas de baja inducción y barras colectoras laminadas de cobre. Su objetivo principal de diseño es mejorar la eficiencia y confiabilidad general del sistema optimizando la distribución del campo eléctrico y la inductancia parásita a través de una estructura tridimensional-al mismo tiempo que cumple con los requisitos de transmisión de alto voltaje y alta corriente. Las aplicaciones típicas incluyen barras colectoras laminadas en convertidores de alta-potencia y barras colectoras laminadas para sistemas de distribución de energía de CC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Estructuralmente, las barras colectoras laminadas suelen utilizar materiales aislantes flexibles laminados con conductores para formar unidades conductoras básicas. Esta estructura también se conoce como barra colectora parcialmente laminada o barra de conexión de estructura compuesta multi-capa. Durante un proceso-de prensado en caliente, el material aislante flexible se une firmemente al conductor a través de capas adhesivas, formando un sello eficaz en los bordes del conductor, manteniendo así un rendimiento de aislamiento estable incluso en entornos complejos. Los materiales aislantes flexibles comunes incluyen poliéster (PET) y poliimida (PI), siendo el PET el más utilizado en barras colectoras laminadas de tres-capas y productos de barras colectoras estandarizadas debido a sus amplias ventajas de rendimiento.

 

Los materiales de poliéster poseen una resistencia moderada a la temperatura (normalmente 105 grados), manteniendo propiedades mecánicas y eléctricas estables en condiciones de ciclos térmicos a largo plazo-. Su alargamiento puede exceder el 100%, lo que lo hace menos propenso a desgarrarse o reducir el espesor durante el doblado y el encuadernado de bordes. Además, el PET tiene un alto índice de seguimiento relativo (CTI), lo que reduce eficazmente el riesgo de fuga, lo cual es particularmente crítico para aplicaciones de alto-voltaje como barras colectoras de inversor de alto voltaje-a prueba de explosiones. Si bien cumple con las clasificaciones de retardante de llama (por ejemplo, V0), el PET también está disponible en varios espesores (por ejemplo, de 50 μm a 350 μm) para adaptarse a diferentes niveles de voltaje y requisitos de diseño estructural, ofreciendo así una gran versatilidad en aplicaciones como barras colectoras laminadas para inversores de tres-niveles y barras colectoras laminadas personalizadas para IGBT.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Por el contrario, los materiales de poliimida (PI) son materiales aislantes de alto-rendimiento con mayor resistencia a la temperatura (el RTI generalmente supera los 200 grados), lo que los hace adecuados para aplicaciones que involucran soldadura a alta-temperatura o altas cargas de calor localizadas, como estructuras que involucran soldadura de capacitores o componentes electrónicos en barras colectoras laminadas para automóviles eléctricos. Los materiales PI tienen una mayor rigidez mecánica y son menos propensos a relajarse bajo tensión-a largo plazo, lo que ayuda a mantener la estabilidad de la estructura sellada. Sin embargo, su rendimiento CTI es relativamente bajo y generalmente requiere un diseño de distancia de fuga mayor, lo que los hace más adecuados para entornos de voltaje medio- y bajo-, como algunas aplicaciones de barras colectoras laminadas con capacitor de enlace de CC- o aplicaciones de barras colectoras laminadas con capacitor de soporte de CC.

 

En un sistema de barras colectoras laminadas completo, el aislamiento flexible se utiliza principalmente para el aislamiento eléctrico y el sellado entre capas de conductores, mientras que los materiales aislantes rígidos se utilizan para soporte estructural y aislamiento eléctrico entre conjuntos de barras colectoras. El espesor del aislamiento rígido suele estar directamente relacionado con el nivel de tensión del sistema; Un principio de diseño general es aproximadamente 1 mm de material aislante rígido por kilovoltio. En sistemas de alto-voltaje, como barras colectoras laminadas para convertidores-de atrás-de gran-capacidad de atrás hacia atrás- o barras colectoras inversoras para sistemas de tráfico ferroviario y subterráneos, normalmente se requieren capas de aislamiento rígido con espesores entre 1 mm y 6 mm para cumplir con los requisitos de control de descarga parcial y de funcionamiento confiable-a largo plazo.

 

En cuanto a los parámetros clave de rendimiento, el índice de temperatura relativa (RTI) y el índice de seguimiento relativo (CTI) son indicadores importantes para evaluar los materiales aislantes. RTI mide la capacidad de un material para mantener el rendimiento en condiciones de envejecimiento térmico-a largo plazo; su evaluación de la vida útil se basa normalmente en pruebas de envejecimiento acelerado que superan las 20.000 horas y sigue una relación exponencial entre la temperatura y la vida útil. CTI refleja la resistencia de un material al seguimiento en ambientes contaminados y es crucial para el diseño de distancias de fuga en sistemas de alto-voltaje. Además, el alargamiento del material afecta directamente su adaptabilidad durante el procesamiento y es uno de los parámetros clave para evaluar el rendimiento del sellado y la confiabilidad mecánica.

 

Los requisitos de rendimiento para los materiales aislantes en barras colectoras laminadas varían significativamente según las diferentes áreas de aplicación. En aplicaciones industriales de alto voltaje-, como barras colectoras de inversores de alto voltaje-a prueba de explosiones o sistemas de conversión de energía a gran-escala, los voltajes de funcionamiento generalmente oscilan entre 1000 V y 6000 V. Estas aplicaciones exigen estándares extremadamente altos para el control de descargas parciales, el rendimiento del aislamiento eléctrico y una vida útil a largo plazo-. Por lo tanto, se requiere una combinación de diseños de aislamiento flexibles y rígidos, siendo la opción preferida los materiales con alto CTI. En el sector de vehículos de nueva energía, como las barras colectoras de condensadores de película metalizada de alta conductividad térmica para sistemas de control de vehículos eléctricos, los voltajes del sistema suelen ser inferiores a 800 V. Los requisitos de rendimiento del aislamiento son relativamente menores, con un mayor énfasis en el diseño liviano, la resistencia al calor y la compatibilidad del proceso de ensamblaje. Por tanto, los materiales PI ofrecen ciertas ventajas en estructuras soldadas específicas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Además, en algunas estructuras no-laminadas o aplicaciones de un solo-conductor, también se puede utilizar aislamiento con recubrimiento en polvo, es decir, barras colectoras laminadas pintadas con polvo-con un espesor de recubrimiento dieléctrico que oscila entre 0,2 mm y 3,00 mm. Este proceso es adecuado para aislar conductores con formas complejas, logrando una buena cobertura superficial y sellado. Sin embargo, debido a la dificultad para controlar la consistencia del aislamiento en los bordes de los conductores y las esquinas afiladas, generalmente no se usa en sistemas de barras colectoras laminadas de alta-precisión, como en aplicaciones exigentes como barras colectoras laminadas con inversor de cobre personalizadas para instalaciones eléctricas.

 

En general, como componentes electrónicos pasivos típicos de las barras colectoras laminadas, el rendimiento de las barras colectoras laminadas depende en gran medida de la selección de los materiales de aislamiento y el diseño estructural. Combinando adecuadamente los materiales aislantes flexibles y rígidos y considerando escenarios de aplicación específicos (comoBarras Laminadas para Instalaciones de Barras Complejas), se puede lograr una mayor densidad de potencia e integración del sistema garantizando al mismo tiempo la seguridad eléctrica.