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

Laminirana sabirnica je električna spojna komponenta sastavljena od više slojeva provodnika i izolacijskih materijala. Široko se koristi u sistemima velike-snage- i kompaktnih energetskih elektronskih sistema, kao što su laminirane niskoinduktivne sabirnice i bakrene laminirane sabirnice. Njegov osnovni cilj dizajna je da poboljša ukupnu efikasnost i pouzdanost sistema optimiziranjem distribucije električnog polja i parazitske induktivnosti kroz trodimenzionalnu strukturu uz ispunjavanje zahtjeva za prijenosom visokog napona i velike struje. Tipične primjene uključuju laminirane sabirnice u visoko-konvertorima i laminirane sabirnice za sisteme distribucije DC napajanja.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Strukturno, laminirane sabirnice obično koriste fleksibilne izolacijske materijale laminirane provodnicima za formiranje osnovnih provodnih jedinica. Ova struktura je također poznata kao djelomično laminirana sabirnica ili višeslojna kompozitna strukturna spojna šipka. Tokom procesa vrućeg-prešanja, fleksibilni izolacijski materijal je čvrsto vezan za provodnik kroz slojeve ljepila, formirajući efektivno zaptivanje na rubovima provodnika, čime se održava stabilan učinak izolacije čak i u složenim okruženjima. Uobičajeni fleksibilni izolacijski materijali uključuju poliester (PET) i poliimid (PI), pri čemu se PET najviše koristi u troslojnim laminiranim sabirnicama i standardiziranim sabirničkim proizvodima zbog svojih sveobuhvatnih prednosti u pogledu performansi.

 

Poliesterski materijali posjeduju umjerenu temperaturnu otpornost (obično 105 stepeni), održavajući stabilna mehanička i električna svojstva pod-uvjetima dugotrajnog termičkog ciklusa. Njegovo izduženje može premašiti 100%, što ga čini manje sklonim kidanju ili smanjenju debljine tokom savijanja i vezivanja rubova. Nadalje, PET ima visok relativni indeks praćenja (CTI), efektivno smanjuje rizik od puzanja, što je posebno kritično za aplikacije visokog{5}}napona kao što su invertorske sabirnice otporne na eksploziju{6}}visokog napona. Iako zadovoljava ocjene otpornosti na vatru (npr. V0), PET je također dostupan u različitim debljinama (npr. 50 μm do 350 μm) kako bi se prilagodio različitim nivoima napona i zahtjevima strukturalnog dizajna, nudeći tako veliku svestranost u aplikacijama kao što su laminirane sabirnice za trostepene invertore i prilagođene laminirane IGBT sabirnice.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nasuprot tome, poliimidni (PI) materijali su izolacijski materijali visokih{0}}performansi sa većom temperaturnom otpornošću (RTI obično prelazi 200 stepeni), što ih čini pogodnim za aplikacije koje uključuju visoko{2}}temperaturno zavarivanje ili visoka lokalizirana toplinska opterećenja, kao što su strukture koje uključuju kondenzatorsko ili zavarivanje elektronskih komponenti u laminiranim sabirnicama automobila. PI materijali imaju veću mehaničku krutost i manje su skloni opuštanju pod-trajnim stresom, što pomaže u održavanju stabilnosti zapečaćene strukture. Međutim, njihove CTI performanse su relativno niske, obično zahtijevaju veći dizajn puzne staze, što ih čini pogodnijim za okruženja srednjeg{6}} i niskog-napona, kao što su neke DC-Laminirane sabirnice za DC{8}}kondenzator ili aplikacije DC Support Capacitor Laminated Bus Bars.

 

U kompletnom laminiranom sistemu sabirnica, fleksibilna izolacija se uglavnom koristi za električnu izolaciju i zaptivanje između slojeva provodnika, dok se kruti izolacijski materijali koriste za strukturnu podršku i električnu izolaciju između sklopova sabirnica. Debljina krute izolacije je obično direktno povezana sa naponom sistema; Opšti princip projektovanja je približno 1 mm krutog izolacionog materijala po kilovoltu. U visoko-naponskim sistemima, kao što su laminirane sabirnice za-kapacitet povratne-u-konvertore ili inverterske sabirnice za željeznički saobraćaj i sisteme podzemne željeznice, kruti izolacijski slojevi debljine između 1 mm i 6 mm obično su potrebni da bi se ispunili zahtjevi za djelomično pražnjenje.}

 

Što se tiče ključnih parametara performansi, relativni temperaturni indeks (RTI) i relativni indeks praćenja (CTI) su važni pokazatelji za procjenu izolacijskih materijala. RTI mjeri sposobnost materijala da održi performanse pod-uvjetima dugotrajnog termičkog starenja; njegova procjena životnog vijeka se obično zasniva na testovima ubrzanog starenja koji prelaze 20.000 sati i prati eksponencijalni odnos između temperature i životnog vijeka. CTI odražava otpornost materijala na praćenje u zagađenom okruženju i ključan je za projektovanje puzne staze u visoko-naponskim sistemima. Nadalje, izduženje materijala direktno utiče na njegovu prilagodljivost tokom obrade i jedan je od ključnih parametara za ocjenu performansi zaptivanja i mehaničke pouzdanosti.

 

Zahtjevi performansi za izolacijske materijale u laminiranim sabirnicama značajno variraju u različitim područjima primjene. U industrijskim visoko-naponskim aplikacijama, kao što su invertorske sabirnice otporne na eksploziju{2}}visokog napona ili veliki-sistemi za konverziju energije, radni naponi se obično kreću od 1000V do 6000V. Ove aplikacije zahtijevaju izuzetno visoke standarde za kontrolu djelomičnog pražnjenja, performanse električne izolacije i dugotrajni{7}}životni vijek. Stoga je potrebna kombinacija fleksibilnog i krutog izolacijskog dizajna, s visokim CTI materijalima koji su poželjni izbor. U sektoru novih energetskih vozila, kao što su sabirnice sa metaliziranim filmskim kondenzatorima visoke toplinske provodljivosti za EV upravljačke sisteme, naponi sistema su obično ispod 800V. Zahtjevi za performanse izolacije su relativno niži, s većim naglaskom na lagani dizajn, otpornost na toplinu i kompatibilnost procesa montaže. Stoga PI materijali nude određene prednosti u specifičnim zavarenim konstrukcijama.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nadalje, u nekim ne-laminiranim strukturama ili primjenama s jednim-provodnikom, izolacija premazana prahom se također može koristiti, tj. laminirane sabirnice -obojene prahom sa debljinom dielektrične prevlake između 0,2 mm ~ 3,00 mm. Ovaj postupak je pogodan za izolaciju provodnika složenih oblika, postižući dobru pokrivenost površine i brtvljenje. Međutim, zbog poteškoća u kontroli konzistencije izolacije na ivicama provodnika i oštrim uglovima, generalno se ne koristi u-preciznim laminiranim sistemima sabirnica, kao što su zahtjevne aplikacije kao što je prilagođena laminirana sabirnica od bakra invertera za električnu instalaciju.

 

Sve u svemu, kao tipične pasivne elektronske komponente laminiranih sabirnica, performanse laminiranih sabirnica u velikoj mjeri zavise od izbora izolacijskih materijala i konstrukcijskog dizajna. Odgovarajućim usklađivanjem fleksibilnih i krutih izolacijskih materijala i razmatranjem specifičnih scenarija primjene (nprLaminirane sabirnice za složene instalacije sabirnica), veća gustina snage i sistemska integracija mogu se postići uz istovremeno osiguranje električne sigurnosti.