Skenisolatorer är kritiska komponenter i elektriska system och ger både elektrisk isolering och mekaniskt stöd för strömförande ledare. Deras tillverkningsprocesser har utvecklats avsevärt för att uppfylla kraven i moderna kraftdistributionsnät, som kräver hög tillförlitlighet, termisk stabilitet och miljötålighet. Den här rapporten sammanfattar de senaste framstegen och traditionella metoderna för tillverkning av samlingsskenisolatorer, med tonvikt på materialval, tillverkningstekniker, kvalitetskontroll och miljöhänsyn.
Materialval och förberedelser
Kärnmaterial
Skenisolatorer tillverkas av dielektriska material som är optimerade för elektrisk resistans, mekanisk hållfasthet och termisk stabilitet. De vanligaste materialen inkluderar:
- Polymera kompositer: Bulk Molding Compound (BMC) och Sheet Molding Compound (SMC), förstärkta med glasfiber, dominerar låg- till mellanspänningsapplikationer tack vare sin låga vikt, höga dielektriska hållfasthet (~4 kV/mm) och värmetålighet (upp till 140°C).
- Porslin: Porslinet är avsett för högspänningsinstallationer utomhus och har en exceptionell hållbarhet och väderbeständighet. Det tillverkas av högrenad aluminiumoxidlera som bränns vid temperaturer över 1 200 °C för att få en tät, icke-porös struktur.
- Epoxihartser: Epoxi används för inkapsling av strömskenor och ger robust isolering och miljöskydd. Avancerade formuleringar innehåller kiseldioxidfyllmedel för att förbättra värmeledningsförmågan och minska CTE (Coefficient of Thermal Expansion) missanpassningar.
- Termoplaster: Material som polyfenylensulfid (PPS) och polyamid (PA66) används i allt större utsträckning i formsprutade isolatorer för högtemperaturapplikationer (upp till 220°C) i elfordon och system för förnybar energi.
Förberedelse av material
Råvarorna genomgår en rigorös förbearbetning:
- Polymera kompositer: BMC/SMC-pellets förvärms till 80-100°C för att minska viskositeten före gjutning. Glasfiberinnehållet (20-30% i vikt) är optimerat för mekanisk hållfasthet.
- Porslin: Lera, kaolin, fältspat och kvarts finfördelas till <100 μm, blandas i exakta proportioner och extruderas till ämnen. För att öka motståndskraften mot föroreningar appliceras glasyrföreningar (t.ex. brun RAL 8016 eller grå ANSI 70).
- Epoxi: Tvåkomponentsystem (harts + härdare) avgasas under vakuum för att eliminera luftbubblor och säkerställa enhetliga isoleringsegenskaper.
Tillverkningsprocesser
1. Kompressionsgjutning
Steg:
- Förberedelse av mögel: Stålformar värms upp till 150-180°C.
- Materialbelastning: Förvägda BMC/SMC-laddningar placeras i gjutformens hålrum.
- Kompression: Hydrauliska pressar med en kraft på 100-300 ton härdar materialet på 2-5 minuter.
- Avformning och efterbehandling: Isolatorerna matas ut, avgradas och ytbehandlas (t.ex. silikonbeläggning för UV-beständighet).
Applikationer: Sexkantiga lågspänningsisolatorer (16-70 mm höjd) med insatser av mässing eller förzinkat stål.
2. Formsprutning
Steg:
- Förberedelse av samlingsskenor: Ledare av koppar eller aluminium stansas, pläteras (tenn, nickel) och rengörs.
- Montering av gjutform: Ledarna placeras i formar med flera håligheter med hjälp av robotarmar för hög precision (tolerans ±0,1 mm).
- Injektion av harts: Termoplaster (t.ex. PA66, PPS) sprutas in vid 280-320°C och 800-1.200 bars tryck och bildar ett sömlöst isoleringsskikt.
- Kylning och utmatning: Kylkanalerna håller formtemperaturen på 80-100°C, med cykeltider på 30-90 sekunder.
Fördelar:
- Möjliggör komplexa geometrier (t.ex. J-former, anslutningar med flera nivåer).
- Automatiserade produktionslinjer ger ett utbyte på >99,5% och en genomströmning på 500-1.000 enheter/timme.
3. Laminering för högspänningsisolatorer
Steg:
- Stapling av lager: Växlande ledande (koppar) och isolerande (prepreg) skikt riktas in med hjälp av laserstyrda system.
- Självhäftande Applikation: Härdbara epoxi- eller akryllim sprutas/rullas på skikten (täckning: 50-80 g/m²).
- Pressar: Uppvärmda plattor (150-200°C) applicerar ett tryck på 10-20 MPa under 30-60 minuter, vilket binder samman skikten och minimerar hålrumsbildningen (<0,5%).
Kvalitetskontroll och testning
Elektrisk provning:
- Dielektrisk hållfasthet: Isolatorer tål 2,5-4x märkspänning utan att gå sönder.
- Partiell urladdning (PD): Godtagbara nivåer <5 pC vid 2,55 kV.
Mekanisk provning:
- Utkragande belastning: A20/A30 porslinsisolatorer klarar statiska belastningar på 8-12 kN.
- Termisk cykling: -40°C till +130°C i 50 cykler utan sprickbildning.
Miljömässiga och ekonomiska överväganden
Initiativ för hållbar utveckling:
- Biobaserade polymerer: PA66 som framställs av ricinolja minskar koldioxidavtrycket med 40%.
- Återvinning: Porslinsisolatorer krossas till ballast för vägbyggen och uppnår 95% återvinningsbarhet.
Kostnadsdrivande faktorer:
- Koppar utgör 60-70% av kostnaderna för isolatorer för samlingsskenor, vilket gör att de ersätts med aluminium i lågströmsapplikationer.
- Automatiserad formsprutning minskar arbetskostnaderna till <10% av de totala kostnaderna.
Slutsats
Vid tillverkningen av samlingsskenisolatorer integreras materialvetenskap, precisionsteknik och rigorös kvalitetssäkring för att möta de ständigt nya kraven från den globala elektrifieringen. Traditionella metoder som formpressning är fortfarande vanliga för lågspänningsapplikationer, medan avancerade tekniker som insatsgjutning och keramisk prepreg-laminering används för högspänning och höga temperaturer. Innovationer inom additiv tillverkning och biobaserade material lovar att ytterligare förbättra hållbarhet och prestanda. I takt med att marknaderna för förnybar energi och elfordon expanderar måste tillverkarna balansera kostnadseffektivitet med behovet av isolatorer som erbjuder oöverträffad tillförlitlighet under olika miljöförhållanden. Framtida forskning bör fokusera på nanoteknikförbättrade kompositer och AI-driven processoptimering för att flytta fram gränserna för isolatorernas prestanda.
Relaterad blogg
Tillverkare av isolatorer för samlingsskenor
