ฉนวนบัสบาร์เป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบไฟฟ้า โดยทำหน้าที่ทั้งแยกกระแสไฟฟ้าและรองรับกลไกสำหรับตัวนำไฟฟ้าที่นำกระแสไฟฟ้า กระบวนการผลิตของฉนวนบัสบาร์ได้พัฒนาไปอย่างมากเพื่อตอบสนองความต้องการของระบบจ่ายไฟฟ้าสมัยใหม่ ซึ่งต้องการความน่าเชื่อถือสูง เสถียรภาพทางความร้อน และความทนทานต่อสภาพแวดล้อม รายงานฉบับนี้ได้รวบรวมความก้าวหน้าล่าสุดและวิธีการดั้งเดิมในการผลิตฉนวนบัสบาร์ โดยเน้นที่การเลือกใช้วัสดุ เทคนิคการผลิต การควบคุมคุณภาพ และการพิจารณาถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
การเลือกและการเตรียมวัสดุ
วัสดุหลัก
ฉนวนบัสบาร์ผลิตจากวัสดุไดอิเล็กทริกที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับความต้านทานไฟฟ้า ความแข็งแรงเชิงกล และเสถียรภาพทางความร้อน วัสดุที่นิยมใช้กันมากที่สุด ได้แก่:
- โพลิเมอร์คอมโพสิต: สารประกอบขึ้นรูปจำนวนมาก (BMC) และสารประกอบขึ้นรูปแผ่น (SMC) ที่เสริมด้วยไฟเบอร์กลาส ได้รับความนิยมในการใช้งานแรงดันไฟต่ำถึงปานกลาง เนื่องจากมีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงทางไฟฟ้าสูง (~4 kV/mm) และทนความร้อนได้ (สูงถึง 140°C)
- พอร์ซเลน: พอร์ซเลนเป็นวัสดุที่นิยมใช้ติดตั้งภายนอกอาคารที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง จึงมีความทนทานและทนต่อสภาพอากาศเป็นพิเศษ การผลิตใช้ดินเหนียวอะลูมินาบริสุทธิ์สูงเผาที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,200°C เพื่อให้ได้โครงสร้างที่หนาแน่นและไม่มีรูพรุน
- เรซินอีพ็อกซี่: อีพ็อกซี่ใช้สำหรับหุ้มบัสบาร์ ให้ฉนวนที่แข็งแรงทนทานและปกป้องสิ่งแวดล้อม สูตรขั้นสูงประกอบด้วยสารตัวเติมซิลิกาเพื่อเพิ่มการนำความร้อนและลดความไม่ตรงกันของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE)
- เทอร์โมพลาสติก: วัสดุ เช่น โพลีฟีนิลีนซัลไฟด์ (PPS) และโพลีเอไมด์ (PA66) ถูกนำมาใช้เพิ่มมากขึ้นในฉนวนที่ขึ้นรูปด้วยการฉีดสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง (สูงถึง 220°C) ในยานยนต์ไฟฟ้าและระบบพลังงานหมุนเวียน
การเตรียมวัสดุ
วัตถุดิบต้องผ่านกระบวนการเตรียมการอย่างเข้มงวด:
- โพลิเมอร์คอมโพสิต: เม็ดพลาสติก BMC/SMC จะถูกอุ่นไว้ที่อุณหภูมิ 80–100°C เพื่อลดความหนืดก่อนการขึ้นรูป ส่วนผสมไฟเบอร์กลาส (20–30% โดยน้ำหนัก) ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อความแข็งแรงเชิงกล
- พอร์ซเลน: ดินเหนียว ดินขาว เฟลด์สปาร์ และควอตซ์ จะถูกบดให้ละเอียดน้อยกว่า 100 ไมโครเมตร ผสมในอัตราส่วนที่แม่นยำ แล้วอัดขึ้นรูปเป็นแผ่นเปล่า สารเคลือบ (เช่น สีน้ำตาล RAL 8016 หรือสีเทา ANSI 70) ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มความทนทานต่อมลภาวะ
- อีพ็อกซี่: ระบบสองส่วน (เรซิน + ตัวทำให้แข็ง) จะถูกกำจัดแก๊สออกภายใต้สุญญากาศเพื่อกำจัดฟองอากาศ ช่วยให้มั่นใจได้ว่าคุณสมบัติการป้องกันความร้อนจะสม่ำเสมอ
กระบวนการผลิต
1. การขึ้นรูปโดยการอัด
ขั้นตอน:
- การเตรียมแม่พิมพ์: แม่พิมพ์เหล็กจะถูกให้ความร้อนถึง 150–180°C
- การโหลดวัสดุ: ประจุ BMC/SMC ที่ชั่งน้ำหนักไว้ล่วงหน้าจะถูกวางลงในโพรงแม่พิมพ์
- การบีบอัด: เครื่องอัดไฮดรอลิกใช้แรง 100–300 ตัน เพื่อทำให้วัสดุแข็งตัวภายใน 2–5 นาที
- การถอดแบบและการตกแต่ง: ฉนวนจะถูกดีดออก ลบครีบ และผ่านการเคลือบพื้นผิว (เช่น การเคลือบซิลิโคนเพื่อป้องกันรังสี UV)
การใช้งาน: ฉนวนหกเหลี่ยมแรงดันต่ำ (ความสูง 16–70 มม.) พร้อมส่วนแทรกเหล็กเคลือบทองเหลืองหรือสังกะสี
2. การฉีดขึ้นรูป
ขั้นตอน:
- การเตรียมบัสบาร์: ตัวนำทองแดงหรืออลูมิเนียมจะถูกปั๊ม ชุบ (ดีบุก นิกเกิล) และทำความสะอาด
- การประกอบแม่พิมพ์: ตัวนำไฟฟ้าถูกวางในแม่พิมพ์หลายช่องโดยใช้แขนหุ่นยนต์เพื่อความแม่นยำ (ความคลาดเคลื่อน ±0.1 มม.)
- การฉีดเรซิน: เทอร์โมพลาสติก (เช่น PA66, PPS) จะถูกฉีดที่อุณหภูมิ 280–320°C และแรงดัน 800–1,200 บาร์ เพื่อสร้างชั้นฉนวนแบบไร้รอยต่อ
- การระบายความร้อนและการดีดออก: ช่องทำความเย็นจะรักษาอุณหภูมิของแม่พิมพ์ไว้ที่ 80–100°C โดยมีระยะเวลาการทำงาน 30–90 วินาที
ข้อดี:
- ช่วยให้ใช้รูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนได้ (เช่น รูปตัว J ตัวเชื่อมต่อหลายชั้น)
- สายการผลิตอัตโนมัติให้ผลผลิตมากกว่า 99.5% และมีปริมาณงาน 500–1,000 หน่วยต่อชั่วโมง
3. การเคลือบฉนวนไฟฟ้าแรงสูง
ขั้นตอน:
- การซ้อนชั้น: ชั้นวางตัวนำ (ทองแดง) และฉนวน (พรีเพร็ก) สลับกันได้รับการจัดตำแหน่งโดยใช้ระบบนำทางด้วยเลเซอร์
- การประยุกต์ใช้กาว: กาวอีพอกซีหรืออะคริลิกที่แข็งตัวได้จะถูกพ่นหรือกลิ้งลงบนชั้นต่างๆ (การครอบคลุม: 50–80 g/m²)
- การกด: แท่นทำความร้อน (150–200°C) จะใช้แรงดัน 10–20 MPa เป็นเวลา 30–60 นาที โดยยึดชั้นต่างๆ เข้าด้วยกันในขณะที่ลดการเกิดช่องว่างให้น้อยที่สุด (<0.5%)
การควบคุมคุณภาพและการทดสอบ
การทดสอบไฟฟ้า:
- ความแข็งแรงของฉนวนไฟฟ้า: ฉนวนสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดได้ 2.5–4 เท่าโดยไม่เกิดการพังทลาย
- การคายประจุบางส่วน (PD): ระดับที่ยอมรับได้ <5 pC ที่ 2.55 kV
การทดสอบเชิงกล:
- โหลดคานยื่น: ฉนวนพอร์ซเลน A20/A30 รองรับโหลดคงที่ 8–12 kN
- การหมุนเวียนอุณหภูมิ: -40°C ถึง +130°C เป็นเวลา 50 รอบโดยไม่แตกร้าว
การพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจ
ความคิดริเริ่มด้านความยั่งยืน:
- โพลิเมอร์ชีวภาพ: PA66 ที่ได้จากน้ำมันละหุ่งช่วยลดปริมาณคาร์บอนฟุตพริ้นท์ได้ 40%
- การรีไซเคิล: ฉนวนพอร์ซเลนถูกบดเป็นมวลรวมสำหรับการก่อสร้างถนน ทำให้สามารถรีไซเคิลได้ในระดับ 95%
ตัวขับเคลื่อนต้นทุน:
- ทองแดงมีต้นทุนฉนวนบัสบาร์อยู่ที่ 60–70% จึงสามารถใช้ทดแทนอะลูมิเนียมในแอพพลิเคชั่นกระแสไฟต่ำได้
- การฉีดขึ้นรูปอัตโนมัติช่วยลดต้นทุนแรงงานลงเหลือน้อยกว่า 10% ของค่าใช้จ่ายทั้งหมด
สรุป
การผลิตฉนวนบัสบาร์ผสานรวมศาสตร์ด้านวัสดุ วิศวกรรมแม่นยำ และการรับรองคุณภาพอย่างเข้มงวด เพื่อตอบสนองความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไปของการผลิตไฟฟ้าทั่วโลก วิธีการแบบดั้งเดิม เช่น การขึ้นรูปด้วยแรงอัด ยังคงแพร่หลายสำหรับการใช้งานแรงดันต่ำ ขณะที่เทคนิคขั้นสูง เช่น การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์และการเคลือบเซรามิกพรีเพร็ก ช่วยแก้ปัญหาแรงดันไฟฟ้าสูงและอุณหภูมิสูง นวัตกรรมด้านการผลิตแบบเติมแต่งและวัสดุชีวภาพมีแนวโน้มที่จะช่วยยกระดับความยั่งยืนและประสิทธิภาพการทำงานให้ดียิ่งขึ้น ในขณะที่ตลาดพลังงานหมุนเวียนและรถยนต์ไฟฟ้าขยายตัว ผู้ผลิตจำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพด้านต้นทุนกับความต้องการฉนวนที่ให้ความน่าเชื่อถือที่เหนือชั้นในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย การวิจัยในอนาคตควรมุ่งเน้นไปที่วัสดุผสมที่เสริมประสิทธิภาพด้วยนาโนเทคโนโลยีและการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วย AI เพื่อขยายขอบเขตประสิทธิภาพของฉนวน
