低压绝缘子在储能中的应用

介绍

储能系统（ESS）正在快速增长。它们对于可再生能源、电网稳定性和备用电源至关重要。在这些系统中，安全性和可靠性是重中之重。一个关键组件是 低压绝缘子.

低压绝缘体将带电导体与接地金属部件分开。它们可以防止短路并保护人们免受电击。在电池存储系统中，它们的工作电压高达 1,000 V AC 或 1,500 V DC。

在储能领域，错误的绝缘体选择可能导致电弧故障、设备损坏甚至火灾。这就是为什么设计人员遵循 IEC 60660、IEC 60865、UL 94、GB/T 11022 等严格标准来确保安全。本博客解释了什么是低压绝缘体、它们的类型、为什么需要它们以及如何为储能应用选择合适的绝缘体。

什么是 低压绝缘子?

一个 低压绝缘子 是一种在 1,000 V AC 或更低（或高达 1,500 V DC）电压下支撑和分离电导体的设备。它的作用既是电气的又是机械的。它必须：

• 提供介电强度以防止击穿。

• 提供机械稳定性以将母线或电缆固定到位。

• 抵抗潮湿、灰尘或盐雾等环境条件。

关键性能参数:

• 介电强度：承受 2.5 kV AC 1 分钟，无闪络。

• 爬电距离：基于工作电压的最小值（例如 UL 1973 ≥16 mm/kV DC）。

• 比较漏电起痕指数 (CTI)：通常≥300 才能获得良好的表面电阻（根据 IEC 60112）。

• 耐温性：适用于 ESS 环境（通常为 -40°C 至 +120°C）。

ESS 中的典型应用:

• 电池架母线分离。

• 直流汇流箱绝缘。

• 电源转换系统 (PCS) 中的母线支持。

低压绝缘子的类型

隔离绝缘子

低压隔离绝缘子广泛应用于ESS。它们的形状像柱子，两端都有螺纹嵌件。
特征:

• 尺寸范围：M6 至 M12 螺纹，高度从 20 毫米至 100 毫米。

• 材料：环氧树脂、SMC/DMC 化合物或增强 PA66。

• 优点：安装方便、尺寸紧凑、机械强度强。

• 典型应用：将母线安装在储能柜内的直流配电盘中。

有关其结构、性能和安装最佳实践的更详细说明，您可以阅读我们的完整指南： 母线隔离绝缘子 – 您需要了解的一切.

母线支撑绝缘子

母线绝缘体设计用于将铜或铝母线固定到位。它们可以通过夹子、燕尾槽或螺栓固定。
优势:

• 允许轻微的热膨胀 (±2 mm)，以防止导体上产生应力。

• 以高悬臂强度和弯曲强度支撑重负载。

• 常见于电池存储系统中的母线支撑绝缘子。

如果您想深入探索设计类型、材料选项和测试标准，请查看我们的综合文章： 母线绝缘子 – 完整指南.

SMC/DMC绝缘子

SMC（片状模塑料） 和 DMC（面团模塑料） 属于高强度热固性材料。它们被广泛使用，因为它们：

• 提供高 CTI (400–600)。

• 符合 UL 94 V-0 阻燃性。

• 在高温（高达 150°C）下运行。
  SMC/DMC 绝缘体非常适合户外 ESS 或高温环境。

卸扣/线轴绝缘子

卸扣或线轴类型较小，通常用于：

• 存储系统内的电缆终端。

• 对较小导体的机械支撑。
  它们通常由瓷器、玻璃或环氧树脂制成。它们符合 GB/T 772 低压应用的机械强度等级。

为什么储能设备需要低压绝缘子？

安全保证

在 ESS 中，触电或电弧闪光的风险是真实存在的。 低压绝缘子 确保导体与金属框架安全分离。他们帮助满足 IEC 62933-5-2 安全要求。

短路预防

通过保持适当的爬电距离和电气间隙，绝缘体可以防止导体在故障或振动期间发生接触。这可以防止可能损坏电池系统的短路。

机械稳定性

在运输、安装或地震事件期间，ESS 组件会经历振动和冲击。具有高弯曲和悬臂强度的绝缘体可将母线牢固地固定到位。

模块化设计

许多 ESS 设计都使用预制模块。低压隔离绝缘体和母线支架可以轻松组装和更换，从而减少停机时间。

耐环境性

ESS 可能在高湿度、盐雾或多尘的地方运行。材料如 SMC/DMC绝缘子 抗漏电起痕、抗紫外线和抗腐蚀，使其在恶劣环境下依然可靠。

储能设备低压绝缘子的设计与材料选择

机械设计

设计绝缘子支架的步骤：

1. 额定电压：确定最大直流电压 (Vmax) 并计算爬电距离。

2. 机械负载：使用以下公式计算短路力：
   F = 2 × 10^-7 × (I²/a) × l,
   其中 I 是短路电流，a 是间距，l 是长度。

3. 热膨胀：考虑高电流和高温下的母线膨胀。

绝缘性能

良好的绝缘性能取决于：

• 高介电强度（≥2.5 kV AC 1 分钟）。

• 每个电压等级有足够的爬电距离。

• 适合环境的CTI值（较高的CTI=更好的抗漏电起痕能力）。

材质选择

常用材料：

• 环氧树脂绝缘子：强度好，CTI适中，室内使用。

• SMC/DMC：高 CTI、优异的阻燃性、适合户外使用。

• 陶瓷制品：耐热性优异，易碎，较重。

储能器件：SMC 与陶瓷绝缘体

在 ESS 的 SMC/DMC 和陶瓷之间进行选择时：

• SMC/DMC优点:

  • 轻的。

  • 更高的抗冲击性。

  • 灵活的形状和定制成型。

  • 在有振动的环境中效果更好。

• 陶瓷优点:

  • 优越的耐热性。

  • 非常高的介电强度。

  • 在极高温环境下表现良好。

• 权衡:
  陶瓷更重且更易碎。 SMC/DMC 更具成本效益且更易于安装。

推荐：对于大多数 ESS，SMC/DMC 绝缘体可实现安全性、性能和成本的平衡。陶瓷是非常高温或特殊应用的首选。

结论

低压绝缘子对于 e储能中的电气安全。它们不仅分隔导体，还提供机械支撑、抵抗恶劣环境并确保符合国际标准。

从低压隔离绝缘子到母线绝缘子，正确的选择取决于电压、机械负载、材料性能和环境条件。

通过遵循 IEC 60660、IEC 60865、UL 94、GB/T 11022 等标准并选择正确的电气绝缘材料，设计人员可以创建可靠且安全的 ESS 系统。无论你选择 SMC/DMC绝缘子 或陶瓷类型，正确的设计和安装将延长系统的使用寿命并降低风险。

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