Izolacijski materijali za laminirane sabirnice – kratka rasprava o fleksibilnoj i krutoj izolaciji i njihovim parametrima

Laminirana sabirnica je električna spojna komponenta koja se sastoji od više slojeva vodiča i izolacijskih materijala. Široko se upotrebljava u-snaga-i kompaktnim energetskim elektroničkim sustavima, kao što su laminirane niskoinduktivne sabirnice i bakrene laminirane sabirnice. Njegov glavni cilj dizajna je poboljšati ukupnu učinkovitost i pouzdanost sustava optimizacijom distribucije električnog polja i parazitske induktivnosti kroz tro-dimenzionalnu strukturu uz ispunjavanje zahtjeva visokog napona i prijenosa velike struje. Tipične primjene uključuju laminirane sabirnice u pretvaračima velike-napone i laminirane sabirnice za sustave distribucije istosmjerne struje.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Strukturno, laminirane sabirnice obično koriste fleksibilne izolacijske materijale laminirane s vodičima za formiranje osnovnih vodljivih jedinica. Ova struktura je također poznata kao djelomično laminirana sabirnica ili spojna šipka više-slojne kompozitne strukture. Tijekom postupka vrućeg -prešanja, fleksibilni izolacijski materijal čvrsto je vezan za vodič kroz ljepljive slojeve, stvarajući učinkovito brtvljenje na rubovima vodiča, čime se održava stabilna izolacijska izvedba čak i u složenim okruženjima. Uobičajeni fleksibilni izolacijski materijali uključuju poliester (PET) i poliimid (PI), pri čemu se PET najčešće koristi u tro-slojnim laminiranim sabirnicama i standardiziranim proizvodima sabirnica zbog svojih sveobuhvatnih prednosti u izvedbi.

 

Poliesterski materijali posjeduju umjerenu otpornost na temperaturu (obično 105 stupnjeva), održavajući stabilna mehanička i električna svojstva pod dugotrajnim-uvjetima toplinskog ciklusa. Njegovo rastezanje može premašiti 100%, što ga čini manje sklonim kidanju ili smanjenju debljine tijekom savijanja i vezivanja rubova. Nadalje, PET ima visok relativni indeks praćenja (CTI), čime se učinkovito smanjuje rizik od puzne staze, što je posebno kritično za visoko-naponske aplikacije kao što su visokonaponske-inverterske sabirnice otporne na eksploziju. Iako ispunjava oznake za usporavanje plamena (npr. V0), PET je također dostupan u različitim debljinama (npr. 50 μm do 350 μm) za prilagodbu različitim razinama napona i zahtjevima konstrukcijskog dizajna, čime se nudi velika svestranost u primjenama kao što su laminirane sabirnice za tro-invertere i prilagođene laminirane sabirnice za IGBT.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nasuprot tome, poliimidni (PI) materijali su izolacijski materijali visokih-učinkovitosti s višom otpornošću na temperaturu (RTI obično prelazi 200 stupnjeva), što ih čini prikladnima za primjene koje uključuju zavarivanje na visokim-temperaturama ili velika lokalizirana toplinska opterećenja, kao što su strukture koje uključuju zavarivanje kondenzatora ili elektroničkih komponenti u laminiranim sabirnicama za električne automobile. PI materijali imaju veću mehaničku krutost i manje su skloni opuštanju pod dugotrajnim-naprezanjem, što pomaže u održavanju stabilnosti zapečaćene strukture. Međutim, njihova CTI izvedba je relativno niska, obično zahtijeva veću konstrukciju puzne staze, što ih čini prikladnijima za srednje- i nisko-naponska okruženja, kao što su neke aplikacije laminiranih sabirnica s DC-veznim kondenzatorom ili laminiranih DC potpornih kondenzatora.

 

U kompletnom laminiranom sustavu sabirnica, fleksibilna izolacija se uglavnom koristi za električnu izolaciju i brtvljenje između slojeva vodiča, dok se kruti izolacijski materijali koriste za konstrukcijsku potporu i električnu izolaciju između sklopova sabirnica. Debljina krute izolacije obično je izravno povezana s razinom napona sustava; opće načelo projektiranja je približno 1 mm krutog izolacijskog materijala po kilovoltu. U visoko-naponskim sustavima, kao što su laminirane sabirnice za veliki-kapacitet povratno-to-pretvarača ili inverterske sabirnice za željeznički promet i sustave podzemne željeznice, kruti izolacijski slojevi debljine između 1 mm i 6 mm obično su potrebni kako bi se ispunili zahtjevi kontrole djelomičnog pražnjenja i dugoročnog-pouzdanog rada.

 

Što se tiče ključnih parametara izvedbe, indeks relativne temperature (RTI) i relativni indeks praćenja (CTI) važni su pokazatelji za ocjenu izolacijskih materijala. RTI mjeri sposobnost materijala da zadrži performanse pod dugotrajnim-uvjetima toplinskog starenja; njegova se procjena životnog vijeka obično temelji na ubrzanim testovima starenja koji prelaze 20 000 sati i prati eksponencijalni odnos između temperature i životnog vijeka. CTI odražava otpornost materijala na praćenje u zagađenim okruženjima i ključan je za projektiranje puzne staze u visoko-naponskim sustavima. Nadalje, istezanje materijala izravno utječe na njegovu prilagodljivost tijekom obrade i jedan je od ključnih parametara za procjenu učinkovitosti brtvljenja i mehaničke pouzdanosti.

 

Zahtjevi za performanse izolacijskih materijala u laminiranim sabirnicama značajno se razlikuju u različitim područjima primjene. U industrijskim-naponskim aplikacijama, kao što su visokonaponske-inverterske sabirnice otporne na eksploziju ili veliki-sustavi za pretvorbu energije, radni naponi obično se kreću od 1000V do 6000V. Ove primjene zahtijevaju izuzetno visoke standarde za kontrolu djelomičnog pražnjenja, performanse električne izolacije i dugotrajan-životni vijek. Stoga je potrebna kombinacija fleksibilnih i krutih izolacijskih dizajna, pri čemu su materijali s visokim CTI preferirani izbor. U sektoru novih energetskih vozila, kao što su sabirnice kondenzatora s metaliziranim filmom visoke toplinske vodljivosti za upravljačke sustave električnih vozila, naponi sustava obično su ispod 800 V. Zahtjevi za izolacijskim učinkom relativno su niži, s većim naglaskom na lagani dizajn, otpornost na toplinu i kompatibilnost procesa montaže. Stoga PI materijali nude određene prednosti u određenim zavarenim konstrukcijama.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nadalje, u nekim ne-laminiranim strukturama ili primjenama s jednim-vodičem također se može koristiti izolacija premazana prahom, tj. prahom-obojane laminirane sabirnice s rasponom debljine dielektričnog premaza između 0,2 mm ~ 3,00 mm. Ovaj postupak je prikladan za izolaciju vodiča složenih oblika, postizanje dobre površinske pokrivenosti i brtvljenja. Međutim, zbog poteškoća u kontroli dosljednosti izolacije na rubovima vodiča i oštrim kutovima, općenito se ne koristi u visoko-preciznim sustavima laminiranih sabirnica, kao što su zahtjevne primjene kao što je prilagođena bakrena inverterska laminirana sabirnica za električne instalacije.

 

Općenito, kao tipičnih pasivnih elektroničkih komponenti laminiranih sabirnica, izvedba laminiranih sabirnica uvelike ovisi o odabiru izolacijskih materijala i konstrukcijskom dizajnu. Odgovarajućim usklađivanjem fleksibilnih i krutih izolacijskih materijala i razmatranjem specifičnih scenarija primjene (kao što jeLaminirane sabirnice za složene instalacije sabirnica), veća gustoća snage i integracija sustava mogu se postići uz osiguranje električne sigurnosti.