Тежкотоварни медни шини за офшорни ветрогенераторни шкафове и управление на наклона

Шкафовете за офшорни вятърни преобразуватели изискват медни шини, които поддържат ниско електрическо съпротивление, механична цялост и изолационни характеристики при 2000A+ непрекъснат ток, вибрации, натоварена със сол-влажност и излагане на C5-M корозия. За тежкотоварни преобразувателни шини практичният дизайн често е твърда медна шина C1100, комбинирана с гъвкави плетени съединители, поддържани от контролирано калайдиране, епоксидна изолация и квалифицирани процеси на заваряване или занитване.

 

За офшорни приложения дизайнът на шините не може да бъде оценен само от проводимостта. Напречното-сечение на проводника, съпротивлението на съединението, дебелината на обшивката, пътя на пълзене, натоварването от вибрации, топлинното повишаване, адхезията на покритието и устойчивостта на корозия трябва да се контролират като една електрическа-механична система.

 

 

 

Офшорните конверторни шкафове работят в среда с висока влажност, хлорид{0}}съдържащи солни отлагания и повтарящи се температурни промени. Съгласно ISO 12944, C5-M представлява морска среда с висока корозивност, където защитните системи изискват значително по-голяма устойчивост на корозия в сравнение с конвенционалното вътрешно електрическо оборудване.

 

За медна шина за вятърна турбина откритата медна повърхност и интерфейсите за свързване изискват специално внимание.

 

C1100 Мед с калайдисване за морски електрически системи

C1100 електролитна здрава-смолена мед осигурява висока електрическа проводимост и добра ефективност на формоване. Покритата с калай -повърхност може да намали прякото излагане на мед на морската атмосфера, като същевременно подобрява способността за запояване и стабилността на контакта при избрани интерфейси.
 

Параметър	Типична инженерна цел	Разглеждане на дизайна
Меден материал	C1100 / T2	Токов път с висока-проводимост
Чистота на медта	По-голямо или равно на 99,90%	Консистенция на материала
Електрическа проводимост	Обикновено по-голямо или равно на 97% IACS	Намалява загубата на I²R
Калайдисване	Конкретен проект-	Защита на повърхността и устойчивост на контакт
Дебелина на покритието	Обикновено 3–10 μm	Крайната стойност зависи от изискванията за корозия и интерфейс
Толерантност на размерите	До ±0,01 mm върху контролирани функции	Зависи от геометрията на щамповане/формоване
Повърхностно покритие	Бор{0}}контролиран, окисляване-контролиран	Предотвратява лошия контакт на ставите
Изискване за корозия	Система ISO 12944 C5-M	Класификация на морската експозиция

 

3–10 μm слой калай не трябва да се третира като универсална спецификация. Необходимата дебелина зависи от свързващия интерфейс, излагането на околната среда, плътността на тока, контактното налягане и програмата за квалификационни тестове.

 

За доставка, чертежът трябва да уточнява материала за обшивка, минималната локална дебелина, метода на измерване и плана за вземане на проби, вместо просто да посочва "покрити с калай".

 

Защо C5-M защитата трябва да включва зоната на ставите

Тялото на шината може да остане визуално непокътнато, докато електрическото съединение се влоши.

 

Типичните механизми за повреда включват:

Замърсяване с хлорид на откритите повърхности.
Оксидни или корозионни продукти, повишаващи контактната устойчивост.
Галванична корозия между разнородни метали.
Проникване на влага под изолацията.
Повреда на покритието около пробити отвори, завои и заварени зони.
Корозия на пукнатини под шайби и крепежни елементи.

Поради тази причина квалификацията трябва да инспектира целия път на тока, включително клеми, болтове, шайби, заварени интерфейси и покрити повърхности.

 

 

 

Твърдият проводник е ефективен за разпределение на силен-ток, но дългата твърда медна шина може да прехвърли механичните вибрации директно в клеми, изолатори и точки на свързване на шкафа.

 

Конверторните шкафове на вятърни турбини изпитват механично възбуждане от въртящо се оборудване, превключващи събития и структурни вибрации.

 

Системите за-контрол на стъпката въвеждат допълнителни изисквания, тъй като електрическите връзки трябва да понасят повтарящи се механични движения без прекомерна концентрация на напрежение.

 

Решението не е просто да направите медната шина по-дебела.

 

Една по-здрава архитектура разделя функциите:

Твърда шина → гъвкав плетен конектор → клема за оборудване

Твърдата секция осигурява основния път на тока с ниско{0}}съпротивление и стабилност на позицията. Гъвкавият конектор абсорбира относителното движение и намалява механичното натоварване, предавано към фиксираните клеми.

 

Твърди срещу гъвкави тоководещи-компоненти

 

Характеристика	Твърда шина C1100	Гъвкав конектор с медна оплетка
Основна функция	Високо{0}}токово разпределение	Поглъщане на вибрации и движение
Текущ капацитет	високо	Висока, в зависимост от напречното-сечение
Механична гъвкавост	ниско	високо
Поглъщане на вибрации	Ограничен	високо
Инсталационна геометрия	Фиксиран	Приспособява движението
Типична конструкция	Масивна медна лента	Много{0}}жична медна оплетка
Метод на свързване	Закрепване, заваряване, занитване	Болтове, спояване, заваряване
Основна грижа за дизайна	Термично покачване и механично напрежение	Умора и цялост при прекратяване

 

Гъвкавата секция не трябва да се третира като заместител на твърдата шина с малък размер. Неговото ефективно проводящо напречно-сечение трябва да бъде избрано според RMS тока, допустимото повишаване на температурата, въздушния поток при инсталация, геометрията на оплетката и конфигурацията на клемите.

 

Вибрационният дизайн изисква повече от гъвкава мед

Гъвкавият съединител може да намали механичното предаване, но неправилната геометрия все още може да доведе до отказ от умора.

 

Инженерният преглед трябва да включва:

Свободна дължина на гъвкавата секция.
Ширина на плитката и брой слоеве.
Радиус на огъване.
Припокриване на клеми.
Предварително натоварване на закопчалката.
Контактно налягане.
Брой цикли на движение.
Температура по време на изпитване на вибрации.
Разстояние от съседни проводящи части.
Концентрация на напрежение в близост до заварени или споени клеми.

 

За приложения за-контрол на стъпката, гъвкавият съединител трябва да бъде позициониран така, че движението да става предимно през предвидената гъвкава секция, а не през клемата или заваръчния шев.

 

Съпротивлението на връзката е системен параметър

При 2000A дори малко увеличение на съпротивлението на ставите генерира значителна топлина.

Основната връзка е:

P = I²R

Например при 2000A:

 

Ставно съпротивление	Генериране на топлина
10 μΩ	40 W
20 μΩ	80 W
50 μΩ	200 W
100 μΩ	400 W

 

Ето защо измерването на контактното съпротивление трябва да бъде част от плана-за контрол на производството, вместо да разчита само на визуална проверка.

 

Поискайте безплатна DFM оценка и оферта

 

 

 

За тежкотоварни преобразувателни шини номиналният ток се определя от повече от ширината и дебелината на медта.

 

Действителното повишаване на температурата зависи от:

DC или AC форма на вълната.
RMS ток.
Площ на напречното-сечение на медта.
Повърхност на шина.
Въздушен поток в шкафа.
Околна температура.
Размери на корпуса.
Ефект на близост и ефект на кожата.
Ставно съпротивление.
Конфигурация на покритие и покритие.
Работен цикъл.

Медно напречно-сечение за 2000A+ приложения

За постояннотокови системи загубата на проводник се определя основно от:

P = I²R

За опростен проводник:

R = ρL/A

където:

R=съпротивление на проводник
ρ=съпротивление на медта
L=дължина на проводника
Площ на напречното сечение на=проводник-

Увеличаването на площта на напречното-сечение намалява съпротивлението, но прекомерната дебелина може да увеличи силата на формоване, натоварването на инструментите и цената на материала.

Следователно шина 2000A+ трябва да бъде оптимизирана според цялостната архитектура на шкафа, вместо да бъде избрана само от тока.

 

Типични променливи на конструкцията на шините за тежки{0}}натоварвания

 

Променлива	Инженерен ефект
Дебелина на медта	Директен ефект върху-площта на напречното сечение и твърдостта
Медна ширина	Текущ капацитет и повърхност-на разсейване на топлината
Радиус на ръба	Концентрация на електрическо{0}} поле и технологичност
Диаметър на отвора	Напасване на закопчалка и интерфейс-за пренос на ток
Толерантност на позицията на отвора	Монтажно подравняване
Височина на борда	Риск за безопасност, изолация и монтаж
Дебелина на калай	Корозия и характеристики на интерфейса
Дебелина на покритието	Диелектрична изолация и хлабина
Радиус на огъване	Качество на формоване и работоспособност
Ставно съпротивление	Локализирано генериране на топлина

 

Следователно окончателният номинален ток трябва да бъде установен чрез посочен от клиента тест за термично-нарастване, а не чрез общо правило „ампери на mm²“.

 

 

Офшорните преобразувателни шкафове съчетават висок ток с ограничено пространство за инсталиране. Това създава конфликт между размера на проводника, електрическото разстояние и механичното опаковане.

Една-мощна шина може да изисква както повърхностна защита, така и електрическа изолация.

Обичайните изолационни системи включват епоксидно прахово покритие, термо{0}}свиваеми тръби и формована изолация.

 

Епоксидно прахово покритие срещу термо{0}}свиваема изолация

 

Параметър	Епоксидно прахово покритие	Термо{0}}свиваеми тръби
Приложение	Прахообразен спрей + втвърдяване	Монтаж на механична втулка
Съответствие на повърхността	високо	Зависи от геометрията
Сложни завои	Добре, когато процесът на нанасяне на покритие е контролиран	Може да се набръчка или мост
Контрол на размерите	Дебелината на покритието се контролира от процеса	Дебелината на стената на втулката се контролира от материала
Механична адхезия	Залепено покритие	Механично прилягане
Локален ремонт	По-трудно	Сравнително лесно
Автоматизация	високо	Среден
Типична спецификация	Проект-специфична дебелина в μm	Проект{0}}специфична дебелина на стената
Клас на пламък	Може да се определи според UL 94 V-0	Зависи-от материала
Покритие на ръба	Изисква контрол на-процеса на нанасяне на покритие	Дизайнът на ръкава-зависи

 

За-промишлено производство с голям обем, епоксидното прахово покритие може да осигури повтарящо се покритие върху формираната медна геометрия, когато предварителната обработка, заземяването, отлагането на прах и параметрите на втвърдяване се контролират.

 

Спецификацията на покритието трябва да идентифицира:

Минимална и максимална дебелина на покритието.
Изискване за адхезия.
Диелектрично издържано напрежение.
Пробивно напрежение, където е приложимо.
UL 94 класификация, когато е необходимо.
Температура и време на втвърдяване.
Предварителна обработка на повърхността.
Маскиране на зони.
Непокрити електрически контактни зони.

Изолацията трябва да запазва електрическия интерфейс

Често срещана производствена грешка е прекомерното покритие около терминалния интерфейс.

Шината трябва да поддържа контролирани контактни-метални зони за:

Болтови връзки.
Заварени съединения.
Запоени интерфейси.
Точки за заземяване.
Тестови точки.

Следователно толерантността към маскиране се превръща в изискване за размерите, а не в козметичен проблем.

 

 

 

Тежко{0}}медните шини често се произвеждат чрез комбинация от щанцоване, огъване с ЦПУ, прогресивно щамповане, пробиване, премахване на ръбове, заваряване и повърхностна обработка.

 

Високата термична и електрическа проводимост на медта създава специфични предизвикателства при производството.

 

Щамповането на мед изисква контрол на изпъкналостта и деформацията

За прецизно щамповане на шини критичните променливи включват:

Пунш{0}}за-разстояние.
Температурен материал.
Износване на перфоратор.
Износване на матрицата.
Скорост на рязане.
Точност на подаване на лента.
Позиционен толеранс на отвора.
Височина на борда на ръба.

Прекомерните грапавини могат да повредят изолацията и да намалят пътя на пълзене. Прекомерната хлабина може да доведе до изкривени отвори и лошо качество на ръба.

 

За контролирани компоненти инспекцията на CMM може да потвърди:

Обща дължина и ширина.
Централна позиция на отвора.
Ъгъл на огъване.
Плоскост.
Терминална геометрия.
Връзки с критични данни.

Заваряване на медни шини без прекомерно влагане на топлина

Топлинната проводимост на медта прави конвенционалното заваряване чрез стопяване по-трудно от заваряването на много стомани.

 

В зависимост от геометрията на фугата, производствения обем и комбинацията от материали приложимите процеси могат да включват:

Лазерно заваряване.
Съпротивително заваряване.
Запояване.
Молекулярно дифузионно заваряване.
Ултразвуково заваряване.
Съединяване-базирано на триене.

За Cu-Al сглобки, лазерното заваряване на Cu-Al изисква контрол на образуването на интерметални съединения, тъй като прекомерното влагане на топлина може да увеличи крехките фази във връзката.

 

За възли от мед-към-мед може да се обмисли съпротивително заваряване и спояване, когато геометрията позволява стабилен достъп до електрода и повтарящ се контрол на процеса.

 

Параметри за квалификация на процеса на заваряване

Параметър	Какво трябва да се контролира
Лазерна мощност	Проникване на заваръчен шев и подаване на топлина
Скорост на пътуване	Енергийна плътност
Фокус на лъча	Геометрия на заваръчния шев
Защитен газ	Контрол на окисляването
Електродна сила	Консистенция при{0}}съпротивително заваряване
Заваръчен ток	Генериране на топлина
Задръжте време	Втвърдяване и стабилност на ставата
Състояние на повърхността	Контакт и заваряемост
Ставна празнина	Консистенция на проникване
Металографски участък	Проверка на вътрешни дефекти

 

Квалифицираният процес на заваряване трябва да бъде подкрепен от-металография на напречно сечение, проверка на размерите и изпитване на електрическо съпротивление.

 

 

За програмите за автомобилна и промишлена електроника от ниво 1-качественият контрол трябва да надхвърля окончателната проверка на размерите.

 

Планът за производствен контрол може да включва:

Проверка на сертификат за входящ материал.
Изпитване на проводимост на мед.
Проверка на твърдостта.
Измерване на дебелината на обшивката.
Проверка на размерите на CMM.
Инспекция на бурта.
Измерване на съпротивлението на заваръчния шев.
Анализ на напречното-сечение на заваръчния шев.
Измерване на дебелината на покритието.
Изпитване на диелектрична устойчивост.
Тест-за термично издигане.
Сол{0}}спрей или екологична квалификация.
Проследимост по партида или производствена партида.

Матрица за проверка и съответствие

 

Контролен елемент	Типичен метод	Съответен стандарт/изискване
Система за качество	Одит на процеса	IATF 16949 / ISO 9001
Управление на околната среда	Системен одит	ISO 14001
Дебелина на покритието	XRF / металографско измерване	Спецификация на клиента
Размери	CMM / оптично измерване	Чертеж GD&T
Медна проводимост	Кондуктометър	ASTM B193 / спецификация на клиента
Дебелина на покритието	Размер на покритието/напречно сечение-	Спецификация на клиента
Диелектрична якост	Хай{0}}тест	IEC / спецификация на клиента
Запалимост	Тест за вертикално горене	UL 94 V-0, където е посочено
Устойчивост на корозия	Солен спрей / циклична корозия	Специфичен за проекта-метод ISO/ASTM
Одобрение за производство	PPAP	AIAG PPAP
Качество на заваръчния шев	Металография/измерване на съпротивление	Спецификация на заваръчния шев на клиента

 

Ниво 3 на PPAP трябва да включва приложимите записи на дизайна, диаграма на потока на процеса, PFMEA, план за контрол, резултати от размери, резултати от тестове за материали и производителност, MSA доказателства и части за производство на проби според изискванията на клиента за подаване.

 

 

Повреда на шина може да е резултат от единичен ненормален интерфейс, а не от насипния меден материал.

 

Поради тази причина проследимостта на производството трябва да свързва:

 

Партида суровини → партида за щамповане → процес на формоване → партида за заваряване → партида за покритие → партида за покритие → окончателна проверка → пратка

 

Това позволява съпротивлението или топлинната аномалия, открити в полето, да бъдат проследени до специфичните условия на производство.

 

 

Месингът C2680 може да осигури по-висока механична якост и добри характеристики на формоване, но C1100 обикновено се предпочита, когато ниското електрическо съпротивление и способността за-носене на висок ток са основни изисквания за дизайн.

 

Собственост	C1100 Мед	C2680 Месинг
Електрическа проводимост	Висок, обикновено По-голям или равен на 97% IACS за подходящи степени	Значително по-ниска
Съпротивление	ниско	По-високо
Текуща{0}}ефективност	Отлично	По-ниска
Механична якост	Умерен	По-високо
Оформяемост	добре	добре
Топлопроводимост	високо	По-ниска
Типично приложение на шина	Силен{0}}проводник	Клеми, хардуер, оформени конектори
2000A+ годност	Предпочитан за главен проводник	Обикновено не се предпочита за първичен ток

 

C2680 все още може да е подходящ за спомагателни клеми, скоби или механични компоненти, където проводимостта не е доминиращото изискване.

 

За OEM програма за медна шина от морски клас изборът на материал трябва следователно да се основава на електрическата функция на всеки компонент, вместо да се определя една медна сплав в целия комплект.

 

 

Преди инструментална екипировка или пускане в производство, инженерният чертеж трябва да дефинира параметрите, които пряко влияят върху електрическите и механичните характеристики.

 

Препоръчителните входове за чертане включват:

Качество и температура на медта.
Номинална дебелина и ширина.
Площ-на напречното сечение.
Диаметър на отвора и позиционен толеранс.
Радиус на огъване.
Плоскост.
Ограничение на височината на борда.
Грапавост на повърхността, където е необходимо.
Материал за калайдисване и минимална дебелина.
Материал и дебелина на покритието.
Размери на клемата без покритие.
Спецификация на заваръчния шев.
Граница на съпротивлението на ставата.
Изискване за-топлинно повишаване.
Изискване за диелектрична устойчивост.
Квалификация за корозия.
Вибрационен тестов профил.
Изисквания към опаковката.

 

За щампованите медни компоненти допустимите отклонения трябва да се задават според функцията. Прилагането на ±0,01 mm безразборно към всяко измерение може да увеличи разходите за инструменти и проверка, без да подобрява производителността на системата. Тесните допуски трябва да бъдат запазени за свързващи интерфейси, позиции на отворите и електрически референтни характеристики.

 

 

Един технически полезен RFQ трябва да предоставя повече от 2D чертеж и годишно количество.

 

Доставчикът трябва да получи:

Електрически изисквания
Номинален ток.
Пиков ток.
DC/AC работни условия.
Допустимо повишаване на температурата.
Максимално съпротивление на ставата.
Екологични изисквания
Околна температура.
Относителна влажност.
Излагане на сол.
Категория на корозия, като ISO 12944 C5-M.
Вибрационен профил.
Срок на експлоатация.
Материални изисквания
C1100/T2 или одобрен еквивалент.
Температурно състояние.
Изискване за проводимост.
Спецификация за калайдисване.
Изисквания за изолация
Епоксиден прах или алтернативна изолация.
Минимална дебелина на покритието.
Диелектрична устойчивост.
Класификация UL 94, където е приложимо.
Изисквания за качество
IATF 16949 или ISO 9001.
PPAP ниво 3.
Доклади за размерите на CMM.
Сертификати за материали.
Доклади за дебелината на покритието.
Квалификация на заваръчния шев.
Проследимост на партидите.
Производствени изисквания
Прототипно количество.
Изискване за инструменти.
Годишен обем.
Целеви производствен цикъл.
Конфигурация на опаковката.
Променете-контролната процедура.

 

Тази информация позволява на производителя да оцени инструментите, способността на процеса и рисковете за качеството преди оферта, вместо да открива конфликти в спецификациите по време на масовото производство.

 

 

Следната архитектура осигурява практическа отправна точка за високо{0}}токов офшорен преобразувател:

C1100 твърда медна шина
↓
Калайдисан интерфейс за свързване
↓
Гъвкав конектор с медна оплетка на-чувствителни на вибрации места
↓
Контролиран болтов/заварен/запоен терминал
↓
Епоксидна прахова изолация върху открити повърхности на проводници
↓
CMM + електрически + покритие + проверка на околната среда

 

След това окончателният дизайн трябва да бъде валидиран спрямо действителната топология на преобразувателя, текущата форма на вълната, термичния модел на шкафа и спектъра на механичните вибрации.

 

Инженерната цел не е да се увеличи максимално масата на медта. Той е за контролиране на електрическото съпротивление, топлинното повишаване, механичното напрежение, излагането на корозия и изолационните характеристики едновременно.

 

 

Какъв клас мед е подходящ за 2000A+ офшорна вятърна турбина?

Медта с висока-проводимост C1100 обикновено е подходяща за първичен проводник поради ниското си електрическо съпротивление и висока топлопроводимост. Окончателният избор трябва да следва определения ток, повишаване на температурата и механични и екологични изисквания.

 

Как трябва да се уточни дебелината на калайдисаното покритие за морски -медни шини?

Посочете минималната местна дебелина на калай, метод на покритие, метод на измерване и изискване за вземане на проби. Общият инженерен диапазон е 3–10 μm, но крайната стойност трябва да бъде установена от плана за квалификация на корозията и електрическия интерфейс.

 

Може ли твърда медна шина да замени гъвкав конектор във вибриращ шкаф на вятърна турбина?

Не винаги. Твърдата шина може да пренася висок ток ефективно, но гъвкавият конектор с медна оплетка може да намали механичното напрежение, причинено от вибрации или относително движение. Крайната конфигурация трябва да бъде валидирана чрез изпитване на вибрации и умора.