버스바 절연체는 전기 시스템에서 중요한 구성 요소로, 전류가 흐르는 도체를 전기적으로 절연하고 기계적으로 지지하는 역할을 합니다. 높은 신뢰성, 열 안정성 및 환경 복원력을 요구하는 현대 배전 네트워크의 요구 사항을 충족하기 위해 제조 공정이 크게 발전했습니다. 이 보고서는 버스바 절연체 생산의 최신 발전과 전통적인 방법론을 종합하여 재료 선택, 제조 기술, 품질 관리 및 환경 고려 사항을 강조합니다.
재료 선택 및 준비
핵심 자료
버스바 절연체는 전기 저항, 기계적 강도 및 열 안정성에 최적화된 유전체 재료로 제작됩니다. 가장 일반적인 재료는 다음과 같습니다:
- 폴리머 컴포지트: 유리섬유로 강화된 벌크 몰딩 컴파운드(BMC)와 시트 몰딩 컴파운드(SMC)는 경량, 높은 절연 내력(~4kV/mm), 내열성(최대 140°C)으로 인해 저압 및 중압 애플리케이션에 주로 사용됩니다.
- 도자기: 고전압 실외 설치에 선호되는 포세린은 뛰어난 내구성과 내후성을 제공합니다. 1,200°C 이상의 온도에서 소성된 고순도 알루미나 점토를 사용하여 조밀하고 다공성이 없는 구조를 만듭니다.
- 에폭시 수지: 버스바를 캡슐화하는 데 사용되는 에폭시는 강력한 단열과 환경 보호 기능을 제공합니다. 고급 포뮬러는 실리카 필러를 통합하여 열 전도성을 향상하고 CTE(열팽창계수) 불일치를 줄입니다.
- 열가소성 플라스틱: 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 및 폴리아미드(PA66) 같은 소재는 전기 자동차 및 재생 에너지 시스템의 고온 애플리케이션(최대 220°C)을 위한 사출 성형 단열재에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
재료 준비
원자재는 엄격한 전처리를 거칩니다:
- 폴리머 컴포지트: BMC/SMC 펠릿은 성형 전에 80~100°C로 예열하여 점도를 낮춥니다. 유리 섬유 함량(중량 기준 20-30%)은 기계적 강도를 위해 최적화되었습니다.
- 도자기: 점토, 고령토, 장석, 석영을 100㎛ 이하로 분쇄하고 정확한 비율로 혼합하여 블랭크로 압출합니다. 내오염성을 높이기 위해 유약 화합물(예: 갈색 RAL 8016 또는 회색 ANSI 70)을 도포합니다.
- 에폭시: 두 부분으로 구성된 시스템(수지 + 경화제)은 진공 상태에서 기포를 제거하여 균일한 단열 특성을 보장합니다.
제조 프로세스
1. 압축 성형
단계:
- 몰드 준비: 스틸 몰드는 150-180°C로 가열됩니다.
- 자료 로딩: 사전 계량된 BMC/SMC 전하가 몰드 캐비티에 배치됩니다.
- 압축: 유압 프레스는 100-300톤의 힘을 가하여 2-5분 안에 재료를 경화시킵니다.
- 탈성형 및 마무리: 절연체는 배출, 디버링 및 표면 처리(예: 자외선 차단을 위한 실리콘 코팅)를 거칩니다.
애플리케이션: 황동 또는 아연 코팅 강철 인서트가 있는 저전압 육각 절연체(높이 16~70mm).
2. 사출 성형
단계:
- 버스바 준비: 구리 또는 알루미늄 도체는 스탬핑, 도금(주석, 니켈) 및 세척을 거칩니다.
- 몰드 어셈블리: 로봇 팔을 사용하여 멀티 캐비티 몰드에 도체를 정밀하게 배치합니다(허용 오차 ±0.1mm).
- 레진 주입: 열가소성 플라스틱(예: PA66, PPS)을 280~320°C, 800~1,200bar의 압력으로 주입하여 완벽한 단열층을 형성합니다.
- 냉각 및 배출: 냉각 채널은 금형 온도를 80~100°C로 유지하며 사이클 시간은 30~90초입니다.
장점:
- 복잡한 지오메트리(예: J 모양, 다중 계층 커넥터)를 사용할 수 있습니다.
- 자동화된 생산 라인은 99.5% 이상의 수율과 시간당 500~1,000개의 처리량을 달성합니다.
3. 고전압 절연체용 라미네이션
단계:
- 레이어 스태킹: 레이저 가이드 시스템을 사용하여 전도성(구리) 및 절연성(프리프레그) 층을 번갈아 가며 정렬합니다.
- 접착제 적용: 경화성 에폭시 또는 아크릴 접착제를 층에 분사/롤링합니다(적용 범위: 50~80g/m²).
- 누릅니다: 가열된 플래튼(150-200°C)은 30-60분 동안 10-20MPa의 압력을 가해 보이드 형성을 최소화하면서 층을 접착합니다(<0.5%).
품질 관리 및 테스트
전기 테스트:
- 유전체 강도: 절연체는 고장 없이 2.5~4배의 정격 전압을 견딥니다.
- 부분 방전(PD): 2.55kV에서 허용 가능한 수준 <5pC.
기계적 테스트:
- 캔틸레버 하중: A20/A30 포셀린 절연체는 8~12kN의 정하중을 견딥니다.
- 열 순환: -40°C ~ +130°C에서 50회 동안 균열 없이 작동합니다.
환경 및 경제적 고려 사항
지속 가능성 이니셔티브:
- 바이오 기반 폴리머: 피마자유에서 추출한 PA66은 탄소 발자국을 40% 줄입니다.
- 재활용: 도자기 단열재는 도로 건설용 골재로 파쇄되어 95%의 재활용성을 달성합니다.
비용 동인:
- 구리는 버스바 절연체 비용의 60-70%를 차지하기 때문에 저전류 애플리케이션에서 알루미늄으로 대체해야 합니다.
- 자동화된 사출 성형으로 인건비를 총 비용의 101% 미만으로 절감할 수 있습니다.
결론
버스바 절연체 제조에는 재료 과학, 정밀 엔지니어링 및 엄격한 품질 보증이 통합되어 전 세계 전기화의 진화하는 요구 사항을 충족합니다. 저전압 애플리케이션에는 압축 성형과 같은 전통적인 방법이 여전히 널리 사용되고 있으며, 인서트 성형 및 세라믹 프리프레그 라미네이션과 같은 첨단 기술은 고전압 및 고온 문제를 해결합니다. 적층 제조 및 바이오 기반 소재의 혁신은 지속 가능성과 성능을 더욱 향상시킬 것으로 기대됩니다. 재생 에너지와 전기 자동차 시장이 확대됨에 따라 제조업체는 비용 효율성과 다양한 환경 조건에서 탁월한 신뢰성을 제공하는 절연체에 대한 필요성 사이에서 균형을 맞춰야 합니다. 향후 연구는 절연체 성능의 한계를 뛰어넘기 위해 나노기술로 강화된 복합재와 AI 기반 공정 최적화에 초점을 맞춰야 합니다.
