ラミネートバスバーの絶縁材料の分析: 柔軟な絶縁体と剛性の高い絶縁体はシステムのパフォーマンスにどのような影響を与えますか?

新エネルギー車両、エネルギー貯蔵システム、鉄道交通機関、産業用周波数変換装置の急速な発展に伴い、積層バスバーは高出力パワー エレクトロニクス システムにおける重要な導電接続コンポーネントとなっています。-電気自動車用の積層バスバー、高電力コンバータの積層バスバー、または IGBT 用のカスタマイズされた積層バスバーのいずれであっても、その性能は導体の設計だけでなく、絶縁材料の選択にも密接に依存します。

 

絶縁システムは、バスバーの耐電圧、部分放電性能、耐用年数、および全体的な信頼性に直接影響します。柔軟な絶縁体と剛性のある絶縁体の特性を理解することは、高性能ラミネート低誘導バスバーを設計するために非常に重要です。{{1}

 

 

 

積層バスバーは、複数の導体層と絶縁材料で構成される導電性接続システムであり、典型的な多層複合構造接続バー構造に属します。{0}

 

正極と負極の導体をしっかりと積み重ね、絶縁層で絶縁することにより、ループインダクタンスを効果的に低減し、システムの電磁両立性性能を向上させ、エネルギー損失を低減します。したがって、次の分野で広く使用されています。

 

電気自動車の駆動システム
エネルギー貯蔵コンバーター (PCS)
産業用周波数変換器
太陽光発電インバータ
鉄道輸送用電力システム
高出力電源装置-

 

3 層積層バスバーなどの多層構造では、絶縁材料は電気的絶縁だけでなく、機械的および環境的保護も提供します。{{1}

 

 

 

現在、部分的にラミネートされたバスバーのほとんどは、銅導体にラミネートされた柔軟な絶縁フィルムを使用しています。

 

柔軟な絶縁材料は通常、ホット プレス プロセスを通じて導体にしっかりと接着され、導体の端に完全なシールを形成します。これにより、湿気や熱、汚染、経年変化に対する耐性が向上します。{0}

 

PETポリエステル断熱材

PET は、多層バスバーの最も一般的な絶縁材料の 1 つです。

その主な特徴は次のとおりです。

-長期​​動作温度は最大 105 度。
優れた延性。曲げ加工時に割れが発生しにくい。
優れた表面品質。
優れた難燃性。比較的経済的なコスト。

PET は CTI（相対追跡指数）が高いため、特に高電圧用途に適しています。{0}

PET 材料は、地下鉄の積層バスバーや産業用電力システムに広く使用されています。

PIポリイミド絶縁材

PI は、高性能、-耐熱性--の断熱材です。

その主な利点は次のとおりです。

-200 度を超える長期耐熱性。
優れた熱安定性。
溶接性が良好。固有の高い難燃性。

したがって、PI 材料は、IGBT 積層バスバーや、コンデンサ、インダクタ、その他のコンポーネントのはんだ付けが必要なアプリケーションにおいて大きな利点があります。

ただし、PI 材料は表面追従性が比較的弱く、PET よりも高価です。これらは通常、従来の設計ではなく特殊な用途に使用されます。

 

 

フレキシブル絶縁は主に導体を覆い、リジッド絶縁は主に導体層間の構造的絶縁として機能します。

 

高電圧システムでは、薄膜絶縁だけでは部分放電や沿面距離の要件を満たすには不十分な場合が多く、剛性の絶縁層を追加する必要があります。-

 

一般的な硬質断熱材には次のようなものがあります。

ガラス繊維強化ポリエステル板

エポキシグラスファイバーボード

高強度断熱複合材料-

硬質絶縁体の厚さは通常、システムの動作電圧に基づいて決定されます。

 

一般的なエンジニアリング設計では次のようになります。

動作電圧が 1kV 増加するごとに、約 1mm の絶縁距離が必要です。
電圧レベルが高くなるほど、剛性絶縁体の厚さは厚くなります。
高電圧システムでは、3～6 mm、あるいはさらに厚い絶縁構造が必要になる場合があります。-

 

したがって、-高電圧防爆インバータ バスバーなどの高電圧用途では、-剛性絶縁が不可欠かつ重要なコンポーネントとなっています。

 

 

RTI-相対温度指数

RTI (相対熱指数) は、断熱材が長期間連続して動作できる最高温度定格を表します。

この指数は、長期の熱老化条件下で機械的強度と電気的特性を維持する材料の能力を評価するために使用されます。{0}}

一般的に：

 

温度が高くなると材料の寿命が短くなります。

温度が 10 度上昇するごとに、材料の寿命は半分になる可能性があります。

温度が 10 度下がるごとに、材料の寿命は 2 倍になる可能性があります。

したがって、複雑なバスバー設置用に長期運用される積層バスバーの場合、RTI（相対追跡指数）が材料選択の重要な要素となります。-

 

CTI-相対トラッキング インデックス

CTI は、絶縁材料表面のトラッキングに対する耐性を評価します。

より高い CTI 値:

沿面距離要件が小さくなる。
汚染に対するより強い耐性。
高電圧でのより安全で安定した動作。

1000V を超えるアプリケーションの場合、CTI は絶縁設計を決定する重要なパラメータとなることがよくあります。

 

伸長

伸びは、伸長中の亀裂や薄化に抵抗する材料の能力を反映します。

高い伸びとは次のことを意味します。

複雑な曲げ加工への適合性が向上。
導体エッジのシールが容易。
絶縁信頼性が高くなります。

PET 材料の伸びは通常 100% を超えますが、PI 材料の伸びは一般に PET よりも低くなります。

 

 

産業用電源システム

産業用アプリケーションには通常、次のものが含まれます。

動作電圧は1000V～6000V。
長期的な運用要件。-
高い部分放電要件。
厳密な沿面距離仕様。

したがって、3 レベル インバータや大型コンバータ バス システム用の積層バスバーでは、多くの場合、柔軟な絶縁と硬い絶縁の組み合わせが採用されています。{0}

 

新エネルギー自動車への応用

新エネルギー車システムは通常、以下に集中した電圧で動作します。

400Vプラットフォーム

800Vプラットフォーム

電圧レベルが比較的低いため:

部分放電要件が低い。
ほとんどのシナリオでは、硬質絶縁は必要ありません。
軽量設計とスペース活用に重点が置かれています。

したがって、電気自動車用の積層バスバーには、高出力密度の要件を満たすために軽量の積層構造が採用されることがよくあります。

 

 

 

従来の積層絶縁に加えて、粉体塗装やエポキシ塗装も一般的な絶縁方法です。

 

これらのプロセスは、複雑な構造または単一導体のアプリケーションに適しており、次のことを実現します。{0}

表面絶縁保護;
腐食防止;
環境に配慮したシーリング。

しかし、低インダクタンスと高い信頼性が必要なバスバーシステムでは、依然として積層絶縁が主流のソリューションです。

 

 

パワー エレクトロニクス技術の継続的な開発により、積層バスバーは単純な導電性コネクタから、導電性、放熱、絶縁、電磁最適化を統合する重要なコンポーネントに進化しました。新エネルギー車両、鉄道輸送、産業用電力変換装置のいずれに適用される場合でも、断熱材の適切な選択はシステムの安全性、信頼性、寿命に直接影響します。

 

現代向けラミネートバスバー設計では、柔軟な絶縁が効率的な導体のカプセル化を実現する役割を果たし、一方、硬い絶縁は高電圧耐性の要件を満たします。{0}}これらを組み合わせることで、電力システム全体の長期にわたる安定した動作が保証されます。-