Analiza materiałów izolacyjnych dla laminowanych szyn zbiorczych: dobór i zastosowanie izolacji elastycznej i sztywnej

Wraz z rozwojem nowych pojazdów energetycznych, systemów magazynowania energii, transportu kolejowego i przemysłowych urządzeń elektroenergetycznych, laminowane szyny zbiorcze są szeroko stosowane ze względu na ich niską indukcyjność, wysoką niezawodność i zwartą konstrukcję. Niezależnie od tego, czy jest to szyna zbiorcza pojazdu elektrycznego, szyna zbiorcza akumulatora samochodowego, czy system szyn zbiorczych kondensatorów klasy przemysłowej, wybór materiału izolacyjnego ma bezpośredni wpływ na parametry elektryczne produktu, jego żywotność i poziom bezpieczeństwa.

 

W nowoczesnych systemach szyn zbiorczych w samochodach warstwa izolacyjna służy nie tylko jako izolacja przewodu, ale musi także spełniać wymagania dotyczące odporności na ciepło, odporność na napięcie, ognioodporność i-długoterminową niezawodność działania. Dlatego dokładne zrozumienie właściwości elastycznych i sztywnych materiałów izolacyjnych ma kluczowe znaczenie przy projektowaniu i wyborze szyn zbiorczych.

 

 

 

Obecnie większość laminowanych szyn zbiorczych wykorzystuje elastyczną cienką-powłokę izolacyjną, która ściśle łączy folię izolacyjną z miedzianym przewodnikiem w procesie laminowania. Proces ten skutecznie zmniejsza odstępy pomiędzy przewodnikami, poprawia integrację systemu i zapewnia doskonałą wydajność izolacji szyn zbiorczych.

 

Materiał izolacyjny z poliestru (PET).

PET jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów izolacyjnych i ma znaczący udział w rynku izolacji PET do szyn zbiorczych w branży motoryzacyjnej. Jego główne cechy to:

Długoterminowa-temperatura pracy do 105 stopni; Duże wydłużenie, zwykle przekraczające 100%, odpowiednie dla skomplikowanych konstrukcji zginanych; Dobra wytrzymałość mechaniczna i wydajność formowania; Wysoki względny wskaźnik śledzenia (CTI); Dostępne w różnych grubościach, aby sprostać różnym poziomom napięcia; Doskonałe właściwości uniepalniające, spełniające wymagania zastosowań przemysłowych i motoryzacyjnych.

W nowych systemach zasilania pojazdów energetycznych warstwy izolacyjne PET są szeroko stosowane w szynach zbiorczych akumulatorów pojazdów elektrycznych, szynach uziemiających pojazdów samochodowych i szynach autobusowych.

 

Materiał izolacyjny z poliimidu (PI).

PI to wysokowydajny,-materiał izolacyjny odporny na wysokie temperatury, którego ciągła temperatura robocza zwykle przekracza 200 stopni.

W porównaniu do PET, PI ma następujące cechy:

Doskonała odporność na wysokie-temperatury; Doskonała wrodzona ognioodporność; Wyższa sztywność mechaniczna; Bardziej odpowiedni do procesów spawania; Stosunkowo wyższy koszt; Niższy CTI niż PET.

Dlatego w zastosowaniach wymagających spawania kondensatorów, modułów mocy lub złączy materiał PI jest często stosowany w szynach zbiorczych kondensatorów foliowych do pojazdów nowej generacji i niektórych szynach zbiorczych do produktów kondensatorów mocy.

 

Różnice pomiędzy izolacją elastyczną i sztywną

Izolacja elastyczna stosowana jest przede wszystkim do izolowania powierzchni przewodów miedzianych, tworząc poprzez laminowanie kompletną strukturę izolacyjną.

 

Jego zalety to:

Pozwala na całkowite uszczelnienie krawędzi przewodów;

Nadaje się do złożonych,-wymiarowych projektów konstrukcyjnych;

Skutecznie zmniejsza rozmiar systemu;

Ułatwia produkcję masową i zautomatyzowaną produkcję.

 

Z drugiej strony, sztywna izolacja jest używana głównie do oddzielania i podtrzymywania pomiędzy różnymi warstwami przewodzącymi.

W przypadku systemów-wysokiego napięcia sama elastyczna izolacja często nie jest w stanie spełnić wymagań dotyczących rozkładu pola elektrycznego i kontroli wyładowań niezupełnych; dlatego potrzebne są sztywne materiały izolacyjne, aby zwiększyć odległość izolacyjną.

 

Zazwyczaj:

Na każdy wzrost napięcia roboczego o 1 kV wymagany jest odstęp między izolacją wynoszący około 1 mm;

Im wyższe napięcie robocze, tym większa grubość sztywnej izolacji;
W systemach wysokiego-napięcia jako konstrukcyjną warstwę izolacyjną zwykle stosuje się płyty poliestrowe wzmocnione włóknem szklanym.

W konstrukcji szyn zbiorczych wysokiego-napięcia sztywna izolacja jest kluczowym elementem zapewniającym-długoterminową stabilną pracę, podczas gdy systemy samochodowe z szynami zbiorczymi niskiego-napięcia zazwyczaj nie wymagają dodatkowych, ciężkich, sztywnych konstrukcji izolacyjnych.

 

 

 

Względny wskaźnik temperatury (RTI)

RTI jest ważnym wskaźnikiem-długoterminowej odporności cieplnej materiałów izolacyjnych.

 

Względny indeks śledzenia (RTI) definiuje się jako:

Temperatura, w której właściwości mechaniczne i elektryczne materiału zmniejszają się do 50% wartości początkowych po około 20 000 godzin-długiej pracy.

 

W przypadku-długoterminowych systemów pojazdów elektrycznych z szynami zbiorczymi, RTI ma bezpośredni wpływ na żywotność produktu.

Ogólnie:

 

Na każde 10 stopni spadku temperatury żywotność izolacji w przybliżeniu się podwaja;

Wzrost temperatury o każde 10 stopni powoduje skrócenie żywotności izolacji o około połowę.

 

Dlatego też przy projektowaniu szyn zbiorczych z cynowanej miedzi do pojazdów elektrycznych należy kompleksowo uwzględnić zarówno rozwiązania w zakresie zarządzania ciepłem, jak i gatunki materiałów izolacyjnych.

 

 

CTI odzwierciedla odporność powierzchni materiału na śledzenie.

 

Gdy sprzęt jest narażony na działanie środowiska wilgotnego, zanieczyszczonego-lub pod wysokim napięciem przez dłuższy czas, wyższa wartość CTI skutecznie zmniejsza ryzyko upływu powierzchniowego.

 

W przypadku przemysłowych systemów magazynowania energii, szyn zbiorczych kondensatorów prądu stałego i dużych szyn zbiorczych z laminowaniem kondensatorów, współczynnik CTI jest kluczowym parametrem wpływającym na projekt bezpieczeństwa.

 

Materiały PET mają zazwyczaj wyższe współczynniki CTI i dlatego są szerzej stosowane w zastosowaniach-wysokonapięciowych.

 

Wydłużenie reprezentuje zdolność materiału do utrzymania swoich właściwości izolacyjnych pod napięciem.

Parametr ten wpływa bezpośrednio na:

Wydajność gięcia;
Jakość owijania krawędzi przewodu;
Stabilność procesu uszczelniania;
Długoterminowa-niezawodność mechaniczna.

Materiały PET mają zazwyczaj wydłużenie przekraczające 100%, podczas gdy materiały PI wynoszą około 70%. Dlatego PET jest bardziej odpowiedni do złożonych procesów laminowania przewodników miedzianych.

 

 

Przemysłowe systemy zasilania

Wymagania urządzeń przemysłowych dotyczące szyn zbiorczych skupiają się przede wszystkim na wysokim napięciu i długiej żywotności.

 

Typowe cechy obejmują:

Napięcie robocze zazwyczaj od 1000 V do 6000 V;
Surowe wymagania dotyczące kontroli wyładowań niezupełnych;
Wymóg dotyczący zwiększonych sztywnych konstrukcji izolacyjnych;
Wysokie wymagania dotyczące drogi upływu;
Żywotność od 20 do 25 lat lub więcej.

 

Dlatego też w urządzeniach do magazynowania energii-wysokonapięciowego, w transporcie kolejowym i-na dużą skalę w systemach dystrybucji energii stosuje się zwykle materiały o wysokim współczynniku CTI i grubsze konstrukcje izolacyjne szyn zbiorczych.

 

 

 

Nowe zastosowania pojazdów energetycznych kładą większy nacisk na lekkość, wykorzystanie przestrzeni i kontrolę kosztów.

Typowe cechy obejmują:

 

Poziomy napięcia są na ogół poniżej 800 V;
Niższe wymagania dotyczące wyładowań niezupełnych;
Zazwyczaj wykorzystuje się elastyczne laminowane struktury izolacyjne;
Bardziej wrażliwy na wagę i objętość;
Długość życia wynosi zazwyczaj od 5 do 10 lat.

 

Dlatego w produktach takich jak wózki szynowe, samochodowe złącza zasilania i-blaszane szyny zbiorcze dla pojazdów samochodowych coraz częściej wykorzystuje się rozwiązania izolacyjne PET lub PI, aby spełnić wymagania dotyczące kompaktowych konstrukcji.

 

 

Oprócz technologii izolacji laminowanej, powszechnym rozwiązaniem jest również izolacja metodą malowania proszkowego.

 

Proces ten zapewnia ogólną ochronę izolacji poprzez utworzenie powłoki z żywicy epoksydowej na powierzchni przewodu i jest szczególnie odpowiedni w przypadku pojedynczych przewodów o złożonej strukturze.

 

Jego zalety to:

Może obejmować złożone geometrie;
Nadaje się do-przewodów nielaminowanych;
Dobra odporność na korozję;
Może spełniać niektóre wymagania aplikacji-niskiego napięcia.

 

Jednakże w przypadku zastosowań w pojazdach elektrycznych z szynami zbiorczymi i szynami zbiorczymi, wymagających niskiej indukcyjności i dużej gęstości mocy, technologia izolacji laminowanej pozostaje głównym rozwiązaniem.

 

 

 

Materiały izolacyjne są kluczowym elementem decydującym o wydajności laminowanych szyn zbiorczych. PET i PI, jako najpopularniejsze elastyczne materiały izolacyjne, mają swoje zalety w różnych scenariuszach zastosowań. W przypadku systemów przemysłowych wysokiego-napięcia RTI, CTI i sztywne konstrukcje izolacyjne należy rozpatrywać kompleksowo, natomiast w przypadku sektora pojazdów nowej energii nacisk położony jest bardziej na lekką konstrukcję, wykorzystanie przestrzeni i wydajność produkcji.

 

Wraz z rozwojemSzyny zbiorcze pojazdów elektrycznych, szyn zbiorczych kondensatorów i nowych urządzeń energoelektronicznych, technologia materiałów izolacyjnych będzie nadal udoskonalana, zapewniając bezpieczniejsze i bardziej wydajne rozwiązania dla przyszłych systemów połączeń elektrycznych o dużej-mocy i-niezawodności.