Analiza izolacionog materijala laminiranih sabirnica: Kako fleksibilna i kruta izolacija utječu na performanse sistema?

Sa brzim razvojem novih energetskih vozila, sistema za skladištenje energije, tranzita željeznicom i opreme za industrijsku konverziju frekvencije, laminirane sabirnice su postale ključne provodne komponente povezivanja u elektronskim sistemima velike snage{0}}. Bilo da se radi o laminiranoj sabirnici za električne automobile, laminiranoj sabirnici u visoko-konvertoru ili prilagođenoj laminiranoj sabirnici za IGBT, njene performanse ne zavise samo od dizajna provodnika već i usko od odabira izolacijskih materijala.

 

Sistem izolacije direktno utiče na otporni napon sabirnica, performanse delimičnog pražnjenja, radni vek i ukupnu pouzdanost. Razumijevanje karakteristika fleksibilne i krute izolacije je ključno za projektovanje laminiranih sabirnica visokih{1}}niskih{2}}sabirnica visokih performansi.

 

 

 

Laminirana sabirnica je provodljivi sistem povezivanja sastavljen od više slojeva provodnika i izolacijskih materijala, koji pripadaju tipičnoj više-slojnoj kompozitnoj strukturi priključne šipke.

 

Čvrstim slaganjem pozitivnih i negativnih provodnika i njihovim izolovanjem izolacionim slojem, induktivnost petlje se može efikasno smanjiti, performanse elektromagnetne kompatibilnosti sistema poboljšane i gubitak energije smanjen. Stoga se široko koristi u:

 

Pogonski sistemi električnih vozila
Konvertori za skladištenje energije (PCS)
Industrijski pretvarači frekvencije
Fotonaponski invertori
Željeznički tranzitni energetski sistemi
Oprema za{0}}napajanje velike snage

 

U više-slojnim strukturama kao što su troslojne laminirane sabirnice, izolacijski materijal ne samo da pruža električnu izolaciju već i mehaničku zaštitu i zaštitu okoliša.

 

 

 

Trenutno, većina djelomično laminiranih sabirnica koristi fleksibilne izolacijske folije laminirane na bakrene provodnike.

 

Fleksibilni izolacijski materijali se obično čvrsto vezuju za provodnik kroz proces vrućeg{0}}prešanja, formirajući potpunu brtvu na rubovima provodnika, čime se poboljšava otpornost na vlagu i toplinu, zagađenje i starenje.

 

PET poliester izolacijski materijal

PET je jedan od najčešćih izolacijskih materijala za višeslojne sabirnice.

Njegove glavne karakteristike uključuju:

Dugotrajna radna temperatura do 105 stepeni;
Odlična duktilnost; Manje sklon pucanju tokom savijanja.
Odličan kvalitet površine;
Dobra svojstva usporenja plamena; Relativno ekonomičan trošak.

Zbog svog visokog CTI (relativnog indeksa praćenja), PET je posebno pogodan za aplikacije visokog{0}}napona.

PET materijali se široko koriste u laminiranim sabirnicama podzemne željeznice i industrijskim energetskim sistemima.

PI poliimid izolacijski materijal

PI je izolacijski materijal visokih{0}}performansi, visoke-temperature-otporan.

Njegove glavne prednosti uključuju:

Dugoročna-otpornost na temperaturu preko 200 stepeni;
Odlična termička stabilnost;
Dobra zavarljivost; Visoka inherentna otpornost na vatru.

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 provodnik, dok kruta izolacija uglavnom služi kao strukturalna izolacija između slojeva provodnika.

 

U visoko-naponskim sistemima, sama izolacija od tankog filma- često je nedovoljna da ispuni zahtjeve za djelomično pražnjenje i puzne staze, što zahtijeva dodavanje krutih izolacijskih slojeva.

 

Uobičajeni čvrsti izolacijski materijali uključuju:

Poliesterska ploča ojačana staklenim vlaknima

Epoksidna ploča od fiberglasa

Izolacijski kompozitni materijali{0}}visoke čvrstoće

Debljina krute izolacije se obično određuje na osnovu radnog napona sistema.

 

Generalno inženjersko projektovanje:

Za svaki porast radnog napona od 1 kV potrebno je otprilike 1 mm izolacijske udaljenosti.
Što je viši nivo napona, veća je debljina krute izolacije.
Sistemi visokog{0}}napona mogu zahtijevati izolacijske strukture od 3-6 mm ili čak i deblje.

 

Stoga je u visoko-naponskim aplikacijama kao što je invertorska sabirnica otporna na eksploziju{1}}napona, kruta izolacija postala nezamjenjiva i ključna komponenta.

 

 

RTI{0}}Indeks relativne temperature

RTI (Relative Thermal Index) predstavlja najvišu temperaturu na kojoj izolacijski materijal može raditi kontinuirano tokom dužeg perioda.

Ovaj indeks se koristi za procjenu sposobnosti materijala da održi mehaničku čvrstoću i električna svojstva u uslovima dugotrajnog-termalnog starenja.

općenito:

 

Više temperature skraćuju vijek trajanja materijala.

Za svakih 10 stepeni povećanja temperature, životni vek materijala se može prepoloviti.

Za svakih 10 stepeni smanjenja temperature, životni vijek materijala može se udvostručiti.

Stoga, za dugotrajne{0}}korisne laminirane sabirnice za složene instalacije sabirnica, RTI (Relativni indeks praćenja) je ključni faktor u odabiru materijala.

 

CTI-Relativni indeks praćenja

CTI procjenjuje otpornost površine izolacijskog materijala na praćenje.

Više CTI vrijednosti:

Zahtjevi za manje puzne staze;
Jača otpornost na kontaminaciju;
Sigurniji i stabilniji rad na visokim naponima.

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

 

Izduženje

Izduženje odražava sposobnost materijala da se odupre pucanju i stanjivanju tokom istezanja.

Visoko izduženje znači:

Bolja prikladnost za složene procese savijanja;
Lakše zaptivanje ivica provodnika;
Veća pouzdanost izolacije.

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

 

 

Industrial Power Systems

Industrijske primjene obično uključuju:

Radni naponi od 1000V do 6000V;
Dugoročni{0}}operativni zahtjevi;
Visoki zahtjevi za djelomično pražnjenje;
Stroge specifikacije puzne staze.

Stoga, laminirane sabirnice za invertore sa tri-razina i veliki sistemi sabirnica pretvarača često koriste kombinaciju fleksibilne i krute izolacije.

 

Nove energetske aplikacije za vozila

Sistemi novih energetskih vozila obično rade na naponima koncentrisanim u:

400V platforme

800V platforme

Zbog relativno nižih nivoa napona:

Niži zahtjevi za djelomično pražnjenje;
Kruta 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 gustine snage.

 

 

 

Pored tradicionalne laminirane izolacije, premazivanje prahom i epoksidni premaz su također uobičajene metode izolacije.

 

Ovi procesi su pogodni za složene strukture ili aplikacije sa jednim{0}}provodnikom, postižući:

Zaštita površinske izolacije;
Zaštita od korozije;
Zaptivanje okoline.

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

 

 

Uz kontinuirani razvoj tehnologije energetske elektronike, laminirane sabirnice su evoluirale od jednostavnih provodnih konektora u ključne komponente koje integriraju provodljivost, rasipanje topline, izolaciju i elektromagnetnu optimizaciju. Bilo da se primjenjuje na nova energetska vozila, željeznički tranzit ili industrijsku opremu za pretvaranje energije, odgovarajući odabir izolacijskih materijala direktno utiče na sigurnost, pouzdanost i vijek trajanja sistema.

 

Za modernolaminirana sabirnicadizajna, fleksibilna izolacija je odgovorna za postizanje efikasne inkapsulacije provodnika, dok kruta izolacija ispunjava zahtjeve za otpornost na visoke{0}}napone. Oni zajedno osiguravaju-dugoročni stabilan rad cijelog elektroenergetskog sistema.