Materiały izolacyjne do laminowanych szyn zbiorczych – krótkie omówienie izolacji elastycznej i sztywnej oraz ich parametrów

Laminowana szyna zbiorcza to element połączenia elektrycznego składający się z wielu warstw przewodników i materiałów izolacyjnych. Jest szeroko stosowany w kompaktowych systemach elektronicznych o dużej-mocy-, takich jak laminowane szyny zbiorcze o niskiej indukcyjności i szyny zbiorcze laminowane miedzią. Podstawowym celem projektu jest poprawa ogólnej wydajności i niezawodności systemu poprzez optymalizację rozkładu pola elektrycznego i indukcyjności pasożytniczej poprzez trójwymiarową-strukturę, przy jednoczesnym spełnieniu wymagań przesyłu wysokiego napięcia i dużego prądu. Typowe zastosowania obejmują laminowane szyny zbiorcze w-przetwornicach dużej mocy oraz laminowane szyny zbiorcze w systemach dystrybucji prądu stałego.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Strukturalnie, laminowane szyny zbiorcze zazwyczaj wykorzystują elastyczne materiały izolacyjne laminowane przewodnikami, tworząc podstawowe jednostki przewodzące. Struktura ta jest również nazywana częściowo laminowaną szyną zbiorczą lub wielowarstwową szyną łączącą o strukturze kompozytowej. Podczas procesu-prasowania na gorąco elastyczny materiał izolacyjny jest ściśle związany z przewodnikiem za pomocą warstw kleju, tworząc skuteczne uszczelnienie na krawędziach przewodu, utrzymując w ten sposób stabilne właściwości izolacyjne nawet w złożonych środowiskach. Powszechnie stosowane elastyczne materiały izolacyjne obejmują poliester (PET) i poliimid (PI), przy czym PET jest najczęściej stosowany w trójwarstwowych-szynach zbiorczych i standardowych produktach do szyn zbiorczych ze względu na jego wszechstronne zalety użytkowe.

 

Materiały poliestrowe charakteryzują się umiarkowaną odpornością na temperaturę (zwykle 105 stopni), zachowując stabilne właściwości mechaniczne i elektryczne w-okresowych warunkach cykli termicznych. Jego wydłużenie może przekraczać 100%, dzięki czemu jest mniej podatny na rozrywanie lub zmniejszanie grubości podczas zginania i łączenia krawędzi. Co więcej, PET ma wysoki względny współczynnik śledzenia (CTI), skutecznie zmniejszający ryzyko upływu, co jest szczególnie krytyczne w przypadku zastosowań wysokonapięciowych, takich jak szyny zbiorcze inwertorów wysokonapięciowych-odpornych na eksplozję. Spełniając wymagania w zakresie ognioodporności (np. V0), PET jest również dostępny w różnych grubościach (np. od 50 μm do 350 μm), aby dostosować się do różnych poziomów napięcia i wymagań konstrukcyjnych, zapewniając w ten sposób dużą wszechstronność w zastosowaniach, takich jak laminowane szyny zbiorcze do falowników trójpoziomowych i niestandardowe laminowane szyny zbiorcze do tranzystorów IGBT.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z kolei materiały poliimidowe (PI) to-wysoko wydajne materiały izolacyjne o wyższej odporności na temperaturę (RTI zwykle przekracza 200 stopni), dzięki czemu nadają się do zastosowań obejmujących spawanie w wysokiej-temperaturze lub duże lokalne obciążenia cieplne, np. konstrukcje wymagające spawania kondensatorów lub elementów elektronicznych w laminowanych szynach zbiorczych do samochodów elektrycznych. Materiały PI mają większą sztywność mechaniczną i są mniej podatne na relaksację pod wpływem-długotrwałych naprężeń, co pomaga zachować stabilność uszczelnionej konstrukcji. Jednak ich wydajność CTI jest stosunkowo niska i zwykle wymaga większej drogi upływu, co czyni je bardziej odpowiednimi dla środowisk średniego- i niskiego-napięcia, takich jak niektóre laminowane szyny zbiorcze z kondensatorami łącza DC- lub laminowane szyny zbiorcze z kondensatorami pomocniczymi DC.

 

W kompletnym systemie laminowanych szyn zbiorczych izolacja elastyczna stosowana jest głównie do izolacji elektrycznej i uszczelniania pomiędzy warstwami przewodów, natomiast sztywne materiały izolacyjne służą do podparcia konstrukcyjnego i izolacji elektrycznej pomiędzy zespołami szyn zbiorczych. Grubość sztywnej izolacji jest zwykle bezpośrednio powiązana z poziomem napięcia w systemie; ogólna zasada projektowania przewiduje około 1 mm sztywnego materiału izolacyjnego na kilowolt. W systemach wysokiego-napięcia, takich jak laminowane szyny zbiorcze do-przetwornic typu „z powrotem” na-o dużej pojemności lub szyny zbiorcze z inwerterem do systemów ruchu kolejowego i metra, zazwyczaj wymagane są sztywne warstwy izolacyjne o grubości od 1 mm do 6 mm, aby spełnić wymagania dotyczące kontroli wyładowań niezupełnych i długoterminowego-niezawodnego działania.

 

Jeśli chodzi o kluczowe parametry wydajności, ważnymi wskaźnikami oceny materiałów izolacyjnych są względny wskaźnik temperatury (RTI) i względny wskaźnik śledzenia (CTI). RTI mierzy zdolność materiału do utrzymania wydajności w-terminowych warunkach starzenia termicznego; ocena jego żywotności opiera się zazwyczaj na testach przyspieszonego starzenia przekraczających 20 000 godzin i opiera się na wykładniczej zależności między temperaturą a żywotnością. CTI odzwierciedla odporność materiału na śledzenie w zanieczyszczonym środowisku i ma kluczowe znaczenie przy projektowaniu drogi upływu w systemach-wysokiego napięcia. Ponadto wydłużenie materiału bezpośrednio wpływa na jego zdolność adaptacji podczas przetwarzania i jest jednym z kluczowych parametrów oceny skuteczności uszczelnienia i niezawodności mechanicznej.

 

Wymagania dotyczące właściwości materiałów izolacyjnych w laminowanych szynach zbiorczych różnią się znacznie w różnych obszarach zastosowań. W przemysłowych zastosowaniach wysokiego-napięcia, takich jak szyny zbiorcze falownika odporne na eksplozję-wysokonapięciowego lub wielkoskalowe-systemy konwersji mocy, napięcia robocze zwykle mieszczą się w zakresie od 1000 V do 6000 V. Zastosowania te wymagają niezwykle wysokich standardów kontroli wyładowań niezupełnych, wydajności izolacji elektrycznej i-długiej żywotności. Dlatego wymagane jest połączenie elastycznych i sztywnych projektów izolacji, przy czym preferowanym wyborem są materiały o wysokim CTI. W sektorze pojazdów wykorzystujących nowe źródła energii, takich jak szyny zbiorcze kondensatorów z metalizowaną folią o wysokiej przewodności cieplnej do systemów sterowania pojazdami elektrycznymi, napięcia systemowe są zwykle niższe niż 800 V. Wymagania dotyczące wydajności izolacji są stosunkowo niższe, z większym naciskiem na lekką konstrukcję, odporność na ciepło i zgodność z procesem montażu. Dlatego materiały PI oferują pewne zalety w określonych konstrukcjach spawanych.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ponadto w niektórych-konstrukcjach nielaminowanych lub w zastosowaniach z pojedynczym-przewodem można również zastosować izolację z użyciem powłoki proszkowej, tj. laminowane szyny zbiorcze malowane proszkowo-z powłoką dielektryczną o grubości w zakresie od 0,2 mm do 3,00 mm. Proces ten nadaje się do izolowania przewodów o skomplikowanych kształtach, zapewniając dobre pokrycie powierzchni i uszczelnienie. Jednakże ze względu na trudności w kontrolowaniu konsystencji izolacji na krawędziach przewodów i ostrych narożnikach, na ogół nie jest ona stosowana w-precyzyjnych systemach laminowanych szyn zbiorczych, na przykład w wymagających zastosowaniach, takich jak niestandardowa laminowana szyna zbiorcza z falownikiem miedzianym do instalacji elektrycznych.

 

Ogólnie rzecz biorąc, jak w przypadku typowych pasywnych elementów elektronicznych szyn zbiorczych z laminowanymi szynami zbiorczymi, wydajność laminowanych szyn zbiorczych w dużym stopniu zależy od doboru materiałów izolacyjnych i projektu konstrukcyjnego. Poprzez odpowiednie dobranie elastycznych i sztywnych materiałów izolacyjnych oraz uwzględnienie konkretnych scenariuszy zastosowań (npLaminowane szyny zbiorcze do złożonych instalacji szyn zbiorczych), można osiągnąć wyższą gęstość mocy i integrację systemu, zapewniając jednocześnie bezpieczeństwo elektryczne.