Isolator busbar berfungsi sebagai komponen penting dalam sistem kelistrikan, menyediakan isolasi listrik dan dukungan mekanis untuk konduktor pembawa arus. Proses manufaktur mereka telah berkembang secara signifikan untuk memenuhi tuntutan jaringan distribusi daya modern, yang membutuhkan keandalan tinggi, stabilitas termal, dan ketahanan lingkungan. Laporan ini mensintesis kemajuan terbaru dan metodologi tradisional dalam produksi isolator busbar, yang menekankan pada pemilihan material, teknik manufaktur, kontrol kualitas, dan pertimbangan lingkungan.
Pemilihan dan Persiapan Bahan
Bahan Inti
Isolator busbar dibuat dari bahan dielektrik yang dioptimalkan untuk ketahanan listrik, kekuatan mekanik, dan stabilitas termal. Bahan yang paling umum meliputi:
- Komposit Polimer: Bulk Molding Compound (BMC) dan Sheet Molding Compound (SMC), yang diperkuat dengan fiberglass, mendominasi aplikasi tegangan rendah hingga menengah karena sifatnya yang ringan, kekuatan dielektrik yang tinggi (~4 kV/mm), dan ketahanan terhadap panas (hingga 140°C).
- Porselen: Lebih disukai untuk instalasi luar ruangan bertegangan tinggi, porselen menawarkan daya tahan dan ketahanan cuaca yang luar biasa. Produksinya melibatkan tanah liat alumina dengan kemurnian tinggi yang dibakar pada suhu melebihi 1.200°C untuk mencapai struktur yang padat dan tidak berpori.
- Resin Epoksi: Digunakan untuk membungkus busbar, epoksi memberikan insulasi yang kuat dan perlindungan lingkungan. Formulasi canggih menggabungkan pengisi silika untuk meningkatkan konduktivitas termal dan mengurangi ketidaksesuaian CTE (Koefisien Ekspansi Termal).
- Termoplastik: Bahan seperti polifenilena sulfida (PPS) dan poliamida (PA66) semakin banyak digunakan dalam isolator cetakan injeksi untuk aplikasi suhu tinggi (hingga 220 ° C) pada kendaraan listrik dan sistem energi terbarukan.
Persiapan Bahan
Bahan baku menjalani proses persiapan yang ketat:
- Komposit Polimer: Pelet BMC / SMC dipanaskan terlebih dahulu hingga 80-100 ° C untuk mengurangi viskositas sebelum dicetak. Kandungan fiberglass (20-30% menurut beratnya) dioptimalkan untuk kekuatan mekanis.
- Porselen: Tanah liat, kaolin, feldspar, dan kuarsa dihaluskan hingga <100 μm, dicampur dengan rasio yang tepat, dan diekstrusi menjadi blanko. Senyawa kaca (misalnya, RAL 8016 berwarna cokelat atau ANSI 70 berwarna abu-abu) diaplikasikan untuk meningkatkan ketahanan terhadap polusi.
- Epoxy: Sistem dua bagian (resin + hardener) didegassing di bawah vakum untuk menghilangkan gelembung udara, memastikan sifat insulasi yang seragam.
Proses Manufaktur
1. Cetakan Kompresi
Langkah-langkah:
- Persiapan Cetakan: Cetakan baja dipanaskan hingga 150-180°C.
- Pemuatan Material: Muatan BMC/SMC yang sudah ditimbang sebelumnya ditempatkan ke dalam rongga cetakan.
- Kompresi: Pengepresan hidraulik menerapkan kekuatan 100-300 ton, mengeringkan material dalam 2-5 menit.
- Demolding dan Finishing: Isolator dikeluarkan, dibuang, dan menjalani perawatan permukaan (misalnya, lapisan silikon untuk ketahanan terhadap UV).
Aplikasi: Isolator heksagonal tegangan rendah (tinggi 16-70 mm) dengan sisipan kuningan atau baja berlapis seng.
2. Cetakan Injeksi
Langkah-langkah:
- Persiapan Busbar: Konduktor tembaga atau aluminium dicap, dilapisi (timah, nikel), dan dibersihkan.
- Perakitan Cetakan: Konduktor diposisikan dalam cetakan multi-rongga menggunakan lengan robotik untuk presisi (toleransi ± 0,1 mm).
- Injeksi Resin: Termoplastik (misalnya, PA66, PPS) diinjeksikan pada suhu 280-320 ° C dan tekanan 800-1.200 bar, membentuk lapisan insulasi yang mulus.
- Pendinginan dan Pengeluaran: Saluran pendingin mempertahankan suhu cetakan pada 80-100°C, dengan waktu siklus 30-90 detik.
Keuntungan:
- Memungkinkan geometri yang kompleks (misalnya, bentuk J, konektor bertingkat).
- Lini produksi otomatis mencapai hasil >99,5% dan hasil produksi 500-1.000 unit/jam.
3. Laminasi untuk Isolator Tegangan Tinggi
Langkah-langkah:
- Penumpukan Lapisan: Lapisan konduktif (tembaga) dan isolasi (prepreg) bergantian disejajarkan menggunakan sistem yang dipandu laser.
- Aplikasi Perekat: Perekat epoksi atau akrilik yang dapat disembuhkan disemprotkan/digulung pada lapisan (cakupan: 50-80 g/m²).
- Menekan: Pelat yang dipanaskan (150-200°C) memberikan tekanan 10-20 MPa selama 30-60 menit, mengikat lapisan sambil meminimalkan pembentukan rongga (<0,5%).
Kontrol dan Pengujian Kualitas
Pengujian Listrik:
- Kekuatan Dielektrik: Isolator tahan terhadap tegangan pengenal 2,5-4x tanpa kerusakan.
- Pelepasan Sebagian (PD): Tingkat yang dapat diterima <5 pC pada 2,55 kV.
Pengujian Mekanis:
- Beban Kantilever: Isolator porselen A20/A30 dapat menahan beban statis 8-12 kN.
- Siklus Termal: -40°C hingga +130°C selama 50 siklus tanpa retak.
Pertimbangan Lingkungan dan Ekonomi
Inisiatif Keberlanjutan:
- Polimer Berbasis Bio: PA66 yang berasal dari minyak jarak mengurangi jejak karbon sebesar 40%.
- Daur ulang: Isolator porselen dihancurkan menjadi agregat untuk konstruksi jalan, sehingga mencapai daur ulang 95%.
Pemicu Biaya:
- Tembaga merupakan 60-70% dari biaya isolator busbar, yang mendorong substitusi dengan aluminium dalam aplikasi arus rendah.
- Cetakan injeksi otomatis mengurangi biaya tenaga kerja hingga <10% dari total pengeluaran.
Kesimpulan
Pembuatan isolator busbar mengintegrasikan ilmu material, teknik presisi, dan jaminan kualitas yang ketat untuk memenuhi tuntutan elektrifikasi global yang terus berkembang. Metode tradisional seperti pencetakan kompresi tetap lazim untuk aplikasi tegangan rendah, sementara teknik canggih seperti pencetakan sisipan dan laminasi prepreg keramik mengatasi tantangan tegangan tinggi dan suhu tinggi. Inovasi dalam manufaktur aditif dan bahan berbasis bio menjanjikan untuk lebih meningkatkan keberlanjutan dan kinerja. Seiring dengan berkembangnya pasar energi terbarukan dan kendaraan listrik, produsen harus menyeimbangkan efisiensi biaya dengan kebutuhan isolator yang menawarkan keandalan yang tak tertandingi dalam berbagai kondisi lingkungan. Penelitian di masa depan harus berfokus pada komposit yang ditingkatkan dengan teknologi nano dan pengoptimalan proses yang digerakkan oleh AI untuk mendorong batas-batas kinerja isolator.
