1、DC/DC铜排的作用
铜排作为DC\DC中主要导线,在电路中起输送电流和连接电气元件的作用,安全方面必须杜绝尖端放电现象且外表面需有一定的绝缘防护。 常见的铜排有镀镍铜排、镀锌铜排也有裸铜排,在电柜中铜排连接处一般都要做镀镍处理和压花处理或者加导电膏。空余处有加热缩套管防护,也有些是用绝缘涂层防护的。铜排设计最主要考虑的是载流量,根据导通电流大小选用合适截面的铜排。铜排连接处的紧固件一定要拧紧,否则大电流时容易出现烧熔铜排的现象。
2、DC/DC铜排的绝缘要求
绝缘防护的定义:使用不导电的物质将带电体隔离或包裹起来的特性,以防止触电的一种安全措施。良好绝缘性对于保证电气设备与线路的安全运行起重要作用。
国标标准对DC/DC铜排的绝缘未作过多要求,只提到内部电路对外壳的绝缘要求,要求如下:
图5 《GBT 24347-2009 电动汽车DC∕DC变换器》对绝缘性能要求截图
3、铜排的绝缘在DC\DC中的作用
虽然标准上没有对DC/DC铜排绝缘有过多要求,那么铜排的绝缘在DC\DC中有哪些作用呢?分析如下:
人手接触过的裸铜排,会残留汗渍,产生局部斑点腐蚀。铜与空气中的水、二氧化碳及氧气发生化学反应,生成铜绿。铜及表面的金属粉尘在水的介质作用下发生电化学腐蚀。
虽然目前铜排主要通过镀锌镀镍进行表面防护,但对铜排表面进行绝缘防护,相当于增加隔离层,能有效隔离上述情况所带来的酸、碱、盐等化学物质对母排的腐蚀,增强铜排的抗腐蚀能力,提升铜排的工作年限。
3.2 解决铜排间的绝缘问题,适应DC/DC小型化的发展趋势.
参照国标《GBT 18488.1-2006电动汽车用电机及其控制器 第1部分:技术条件》来看,在不采取铜排绝缘的情况下,我司DC/DC铜排间的安全电气间隙应大于10mm,才能有效防止尖端放电等安全隐患。
图6 《GBT 18488.1-2006电动汽车用电机及其控制器 第1部分:技术条件》对导线间隙要求截图
增加铜排表面绝缘防护,能缩小铜排间的电气间距,在结构上有利于铜排的紧凑布局,甚至缩少整个DC/DC产品的体积,为产品小型化发展提供可靠依据。
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3.3降低安装检修人员误入带电间隙造成意外伤害风险
DC/DC测试或检修过程中,在无法确定电容是否充电的情况下,人员接触裸露铜排容易发生触电事故,造成安全问题。
增加铜排表面绝缘防护,主线铜排、分支铜排大部分裸露面积都得到防护,能有效降低这种触电风险。
3.4降低DC/DC内部零件脱落造成意外电气短路事故风险
在极端情况下,DC/DC内部发生金属零件或导线脱落,造成内部短路,对产品及整车带来安全隐患。
增加铜排表面绝缘防护,主线铜排、分支铜排大部分裸露面积都得到防护,能有效降低内部零部件脱落带来的短路风险。
4、铜排表面绝缘层要求
查阅国标《GBT 24347-2009 电动汽车DC∕DC变换器》及结合实际生产情况,总结出DC/DC铜排对表面绝缘层的要求如下:
1)绝缘层与铜排基体的机械性粘合和附着强度良好,能够满足产品在车辆上振动使用的要求。2)绝缘层需具备一定的防腐蚀能力,能够承受48小时以上盐雾腐蚀试验。
3)绝缘层能够满足DC/DC绝缘耐压使用要求。
4)绝缘层能够满足DC/DC高低工作温度要求。
5)绝缘层能够适用于异形铜排,安装或涂覆方便。
5、铜排表面绝缘的处理方法及优缺点
常见铜排表面绝缘处理的方法主要有铜排热缩套管,铜排绝缘有机涂层和铜排粘贴绝缘胶带等方式。根据4铜排表面绝缘层要求,逐个分析上述三种方法是否满足于DC/DC铜排的绝缘层要求。
5.1 铜排套绝缘护套
常见的铜排用绝缘护套有两种方式,包括热缩式绝缘护套和卡扣式绝缘护套。
1)、热缩式绝缘护套介绍:
热缩式绝缘护套的加热工具选用大功率电吹风器或喷灯即可操作。阻燃型热缩母排绝缘保护套管可广
泛用于10kV变电站的汇流排和高、低压开关柜的绝缘保护,可以有效地防止因为有小动物的
进入,或者因金属异物搭接或因其它突发因素引起的电网闪络、短路等事故,可以显著地缩小开关柜的体积,降低生产成本。
优点:具有绝缘性能强、阻燃性能高、热稳定性能强、耐酸碱程度高、安装使用简便、性能稳定、运行安全、价格低廉等优点。
缺点:只能适用与长条状标准铜排,不适用于异形铜排。
图7 阻燃型热缩母排绝缘保护套管的应用
2)、卡扣式绝缘护套介绍
卡扣式硅胶管采用优质硅橡胶材料制成,具有优异的电气、抗漏电起痕性能,耐侯性极佳,机械性能高,具有憎水性及憎水性迁移等特点,耐高低温性能极其优异,可在-50℃~+150℃条件下连续使用。安装方便简单,省工省时。卡扣式绝缘套管的优缺点如下:
优点:
a. 卡扣式绝缘护套管密封装置,安装时简便、快捷,无需任何工具,只需将现两端卡扣在一起即可完成安装。
b. 卡扣式绝缘护套管内设置卡扣式爬电增长页棱,即增长了爬电的距离,又将产品的两端牢靠地结合在一起,进一步提高绝缘性能。
c. 卡扣式绝缘护套管将防水胶条涂在卡扣槽内这将进一步增强了其产品的耐压性和紧密性。缺点:
只能用于标准线缆或铜排,若用在异形铜排需专门开模。
图8 卡扣式绝缘保护套管工作原理
5.2 铜排绝缘有机涂层
生物厕所树脂绝缘母排是将绝缘树脂粉通过特殊工艺处理包附在铜排上,以实现四周绝缘的母排。由于涂层的散热性良好,涂层的位置、厚度、大小不受限制,喷涂母排比传统的热缩管方案大大提高了导流量,也解决了各种异形铜排的绝缘问题。喷涂母排也可以进一步采用叠压的方案,成一喷涂叠压的复合母排。可用于电器开关柜、电子仪器仪表、金属硅箱等装饰性保护,电动机转子或铜排的电绝缘防护。
优点:
1).优散热。喷涂母排的绝缘材料与铜排紧密粘附在一起,有利于铜导体的散热
2).广应用。母排产品可以任意形状,导出口可以在任何部位,节约了安装的空间。
3).高耐压。喷涂母排的绝缘层厚度从0.1-2.5mm,可以承受380V-15000VAC的耐压测试;
4).强附着力。喷涂母排可以通过百格、冲击、震动、高低温老化等各项苛刻的测试;
5).长寿命。喷涂母排有效寿命>150,000H;材料为绝缘树脂
6).阻燃环保。符合UL94V0阻燃标准。
缺点:表面涂层磨损后无法修复
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图9 树脂绝缘母排展示
5.3 铜排粘贴绝缘胶带
常见电气绝缘胶带以有机高分子塑料薄膜为基材,涂压敏胶制造而成,具有良好的绝缘性、耐燃、耐电压、耐寒等特性,适用于汽车线束、电线缠绕、绝缘保护、消磁线圈、通信配线等。市场上绝缘胶带的种类很多,常见的电气绝缘胶带就有绝缘黑胶布,PVC绝缘胶带,高压自粘带(聚酰亚胺胶带为例)。
绝缘黑胶布主要成分是棉纱和沥青,只具备绝缘功能,不具有阻燃和防水功能,目前正逐步被淘汰。
PVC电气胶带是以软质聚氯乙烯(PVC)薄膜为基材,涂橡胶型压敏胶制造而成,具有良好的绝
缘、耐燃、耐电压、耐寒等特性,适用于汽车配线、电线缠绕、绝缘保护等。但因其材质较软,不耐磨,铜排上有毛刺时,很容易扎伤胶带。且PVC胶带拉长后易错位,造成开胶隐患。
聚酰亚胺胶带,是以聚酰亚胺薄膜为基材,采用进口有机硅压敏胶粘剂,具有耐高低温、耐酸碱、耐溶剂、电气绝缘(H级)、防辐射,抗拉强度高,耐磨等性能。能在-269℃~280℃的温度范围内长期使用,短时可达到400℃的高温。在电子电工行业可用于较高要求的H级电机和变压器线圈绝缘包扎,耐高温线圈端部。可以说是铜排良好的绝缘材料。
图10 聚酰亚胺胶带
铜排粘贴绝缘胶带是比较灵活的操作方法,适应铜排各种复杂平面或曲面,同时能够适应野外施工。其优缺点体现在:
优点:
1)操作灵活,铜排可以任意形状
2)性能可靠,满足铜排绝缘表面要求耐高低温、耐酸碱、耐溶剂、电气绝缘(H级)、抗拉强度高,耐磨等特点
3)作业灵活,既能室内作业也能野外作业,尤其适用于电气设备的维修作业。
缺点:
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1)全手工作业,胶带裁剪粘贴繁琐,效率低。
2)员工用刀具裁剪胶带过程中,容易割伤手部,存在安全隐患。
6、适用于DC\DC铜排表面绝缘的方法
通过以上叙述,我们用表格1来比较分析各种表面绝缘方式是否满足1.3铜排表面绝缘层要求
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表1 绝缘方式优缺点对比
通过以上分析,我们首先排除热缩绝缘套管这种方式,因其不适用于DC/DC异形铜排的绝缘。卡扣式绝缘套管能适用异形铜排,但需要开数套模具,价格昂贵,不适用灵活小批生产,因此排除此类绝缘方式。
绝缘树脂涂层和聚酰亚胺胶带因其全部满足铜排表面绝缘层要求,是DC/DC铜排表面绝缘的可选方案
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