Analiza izolacijskog materijala laminiranih sabirnica: Kako fleksibilna i kruta izolacija utječu na performanse sustava?

S brzim razvojem novih energetskih vozila, sustava za pohranu energije, željezničkog prijevoza i opreme za pretvorbu industrijske frekvencije, laminirane sabirnice postale su ključne vodljive spojne komponente u-elektroničkim sustavima velike snage. Bilo da se radi o laminiranoj sabirnici za električne automobile, laminiranoj sabirnici u visoko-pretvaraču snage ili prilagođenoj laminiranoj sabirnici za IGBT-ove, njezina izvedba ne ovisi samo o dizajnu vodiča, već iu velikoj mjeri o odabiru izolacijskih materijala.

 

Izolacijski sustav izravno utječe na podnosivi napon sabirnice, performanse djelomičnog pražnjenja, vijek trajanja i ukupnu pouzdanost. Razumijevanje karakteristika fleksibilne i krute izolacije ključno je za projektiranje visoko{1}}laminiranih nisko{2}}induktivnih sabirnica.

 

 

 

Laminirana sabirnica vodljivi je spojni sustav sastavljen od više slojeva vodiča i izolacijskih materijala, koji pripada tipičnoj više-slojnoj strukturi spojne šipke.

 

Čvrstim slaganjem pozitivnih i negativnih vodiča i njihovim izoliranjem izolacijskim slojem, induktivnost petlje može se učinkovito smanjiti, performanse elektromagnetske kompatibilnosti sustava poboljšati i gubitak energije smanjen. Stoga se široko koristi u:

 

Pogonski sustavi električnih vozila
Pretvarači za pohranu energije (PCS)
Industrijski pretvarači frekvencija
Fotonaponski pretvarači
Željeznički tranzitni energetski sustavi
Velika{0}}oprema za napajanje

 

U više{0}}slojnim strukturama kao što su tro-slojne laminirane sabirnice, izolacijski materijal ne samo da osigurava električnu izolaciju, već i mehaničku zaštitu i zaštitu okoliša.

 

 

 

Trenutno većina djelomično laminiranih sabirnica koristi fleksibilne izolacijske filmove laminirane na bakrene vodiče.

 

Fleksibilni izolacijski materijali obično se čvrsto spajaju s vodičem postupkom vrućeg -prešanja, tvoreći potpuno brtvljenje na rubovima vodiča, čime se poboljšava otpornost na vlagu i toplinu, onečišćenje i starenje.

 

PET poliesterski izolacijski materijal

PET je jedan od najčešćih izolacijskih materijala za višeslojne sabirnice.

Njegove glavne karakteristike uključuju:

Dugotrajna-radna temperatura do 105 stupnjeva;
Izvrsna duktilnost; Manje sklona pucanju tijekom savijanja.
Izvrsna kvaliteta površine;
Dobra svojstva usporavanja plamena; Relativno ekonomičan trošak.

Zbog svog visokog CTI (relativnog indeksa praćenja), PET je posebno prikladan za visoko{0}}naponske primjene.

PET materijali naširoko se koriste u podzemnim laminiranim sabirnicama i industrijskim energetskim sustavima.

PI poliimidni izolacijski materijal

PI je izolacijski materijal visokih-učinkovitosti, otporan na-visoku{2}}temperaturu.

Njegove glavne prednosti uključuju:

Dugotrajna-otpornost na temperaturu veću od 200 stupnjeva;
Izvrsna toplinska stabilnost;
Dobra zavarljivost; Visoka inherentna otpornost na plamen.

Stoga PI materijali imaju značajne prednosti u IGBT laminiranim sabirnicama i aplikacijama koje zahtijevaju lemljenje kondenzatora, induktora i drugih komponenti.

Međutim, PI materijali imaju relativno slabija svojstva praćenja površine i skuplji su od PET-a. Obično se koriste u posebnim aplikacijama, a ne u konvencionalnim dizajnima.

 

 

Fleksibilna izolacija prvenstveno pokriva vodič, dok kruta izolacija uglavnom služi kao strukturna izolacija između slojeva vodiča.

 

U -naponskim sustavima, samo tanko{1}}slojna izolacija često nije dovoljna za ispunjavanje zahtjeva za djelomično pražnjenje i puznu stazu, što zahtijeva dodavanje krutih izolacijskih slojeva.

 

Uobičajeni kruti izolacijski materijali uključuju:

Poliesterska ploča ojačana staklenim vlaknima

Ploča od epoksi stakloplastike

Izolacijski kompozitni-materijali visoke čvrstoće

Debljina krute izolacije obično se određuje na temelju radnog napona sustava.

 

U općem inženjerskom projektiranju:

Za svaki porast radnog napona od 1 kV potreban je približno 1 mm izolacijske udaljenosti.
Što je viša razina napona, to je veća debljina krute izolacije.
Visok{0}}naponski sustavi mogu zahtijevati izolacijske strukture debljine 3-6 mm ili čak deblje.

 

Stoga je u visoko{0}}naponskim primjenama kao što je visokonaponska{1}}inverterska sabirnica otporna na eksploziju, kruta izolacija postala nezamjenjiva i ključna komponenta.

 

 

RTI-Indeks relativne temperature

RTI (Relative Thermal Index) predstavlja najvišu ocjenu temperature na kojoj izolacijski materijal može kontinuirano raditi dulje vrijeme.

Ovaj se indeks koristi za procjenu sposobnosti materijala da zadrži mehaničku čvrstoću i električna svojstva pod dugotrajnim-uvjetima toplinskog starenja.

Općenito:

 

Više temperature skraćuju vijek trajanja materijala.

Za svakih 10 stupnjeva povećanja temperature, životni vijek materijala može se prepoloviti.

Za svaki pad temperature od 10 stupnjeva, životni vijek materijala može se udvostručiti.

Stoga, za dugotrajne laminirane sabirnice za složene instalacije sabirnica, RTI (Relative Tracking Index) je ključni faktor u odabiru materijala.

 

CTI-Relativni indeks praćenja

CTI procjenjuje otpornost površine izolacijskog materijala na tragove.

Više CTI vrijednosti:

Manji zahtjevi za puznu stazu;
Jača otpornost na kontaminaciju;
Sigurniji i stabilniji rad pri visokim naponima.

Za primjene iznad 1000 V, CTI je često kritičan parametar koji određuje dizajn izolacije.

 

Elongacija

Istezanje odražava sposobnost materijala da se odupre pucanju i stanjivanju tijekom istezanja.

Visoko rastezanje znači:

Bolja prikladnost za složene procese savijanja;
Lakše brtvljenje ruba vodiča;
Veća pouzdanost izolacije.

PET materijali obično imaju istezanje veće od 100%, dok PI materijali općenito imaju niže istezanje od PET-a.

 

 

Industrijski elektroenergetski sustavi

Industrijske primjene obično uključuju:

Radni naponi od 1000V do 6000V;
Dugoročni operativni zahtjevi-;
Visoki zahtjevi za djelomičnim pražnjenjem;
Stroge specifikacije puzne staze.

Stoga laminirane sabirnice za tro-izmjenjivače i velike pretvaračke sustave sabirnica često koriste kombinaciju fleksibilne i krute izolacije.

 

Primjene novih energetskih vozila

Novi energetski sustavi vozila obično rade na naponima koncentriranim u:

400V platforme

800V platforme

Zbog relativno nižih razina napona:

Niži zahtjevi za djelomičnim pražnjenjem;
Čvrsta izolacija nije potrebna u većini scenarija.
Fokus je na laganom dizajnu i korištenju prostora.

Stoga laminirane sabirnice za električne automobile često koriste lagane laminirane strukture kako bi zadovoljile zahtjeve visoke gustoće snage.

 

 

 

Uz tradicionalnu laminiranu izolaciju, premazivanje prahom i epoksi premaz također su uobičajeni načini izolacije.

 

Ovi su procesi prikladni za složene strukture ili aplikacije s jednim-vodičem, postižući:

Zaštita površinske izolacije;
Zaštita od korozije;
Ekološko brtvljenje.

Međutim, za sustave sabirnica koji zahtijevaju nisku induktivnost i visoku pouzdanost, laminirana izolacija ostaje glavno rješenje.

 

 

Kontinuiranim razvojem tehnologije energetske elektronike, laminirane sabirnice razvile su se iz jednostavnih vodljivih konektora u ključne komponente koje integriraju vodljivost, rasipanje topline, izolaciju i elektromagnetsku optimizaciju. Bilo da se primjenjuje na nova energetska vozila, željeznički prijevoz ili industrijsku opremu za pretvorbu energije, odgovarajući odabir izolacijskih materijala izravno utječe na sigurnost, pouzdanost i životni vijek sustava.

 

Za modernolaminirana sabirnicadizajna, fleksibilna izolacija odgovorna je za postizanje učinkovite inkapsulacije vodiča, dok kruta izolacija ispunjava-zahtjeve otpornosti na visoki napon. Zajedno osiguravaju dugoročan-stabilan rad cijelog elektroenergetskog sustava.