Analiza materiału izolacyjnego laminowanych szyn zbiorczych: w jaki sposób elastyczna i sztywna izolacja wpływa na wydajność systemu?

Wraz z szybkim rozwojem nowych pojazdów napędzanych energią, systemów magazynowania energii, transportu kolejowego i przemysłowych urządzeń do konwersji częstotliwości, laminowane szyny zbiorcze stały się kluczowymi przewodzącymi elementami połączeń w systemach elektronicznych dużej mocy.- Niezależnie od tego, czy jest to laminowana szyna zbiorcza do samochodów elektrycznych, laminowana szyna zbiorcza w przetwornicy dużej-mocy, czy też dostosowana do indywidualnych potrzeb laminowana szyna zbiorcza do tranzystorów IGBT, jej wydajność zależy nie tylko od projektu przewodnika, ale także ściśle od doboru materiałów izolacyjnych.

 

System izolacji ma bezpośredni wpływ na napięcie wytrzymywane szyn zbiorczych, wydajność wyładowań niezupełnych, żywotność i ogólną niezawodność. Zrozumienie właściwości izolacji elastycznej i sztywnej ma kluczowe znaczenie przy projektowaniu-laminowanych szyn zbiorczych o niskiej-wydajności i niskiej indukcyjności.

 

 

 

Laminowana szyna zbiorcza to przewodzący system połączeń składający się z wielu warstw przewodników i materiałów izolacyjnych, należący do typowej struktury szyny łączącej o wielowarstwowej strukturze kompozytowej.

 

Szczelnie układając przewody dodatni i ujemny oraz izolując je warstwą izolacyjną, można skutecznie zmniejszyć indukcyjność pętli, poprawić kompatybilność elektromagnetyczną systemu i zmniejszyć straty energii. Dlatego jest szeroko stosowany w:

 

Elektryczne układy napędowe pojazdów
Konwertery magazynujące energię (PCS)
Przemysłowe przetwornice częstotliwości
Inwertery fotowoltaiczne
Systemy zasilania tranzytu kolejowego
Sprzęt zasilający o dużej-mocy

 

W konstrukcjach wielo-warstwowych, takich jak trójwarstwowe-szyny zbiorcze laminowane, materiał izolacyjny zapewnia nie tylko izolację elektryczną, ale także ochronę mechaniczną i środowiskową.

 

 

 

Obecnie w większości częściowo laminowanych szyn zbiorczych stosuje się elastyczne folie izolacyjne naklejone na przewody miedziane.

 

Elastyczne materiały izolacyjne są zazwyczaj ściśle związane z przewodnikiem w procesie-prasowania na gorąco, tworząc całkowite uszczelnienie na krawędziach przewodnika, poprawiając w ten sposób odporność na wilgoć i ciepło, zanieczyszczenia i starzenie.

 

Materiał izolacyjny z poliestru PET

PET jest jednym z najpowszechniejszych materiałów izolacyjnych do wielowarstwowych szyn zbiorczych.

Jego główne cechy to:

Długoterminowa-temperatura pracy do 105 stopni;
Doskonała ciągliwość; Mniej podatna na pękanie podczas zginania.
Doskonała jakość powierzchni;
Dobre właściwości zmniejszające palność; Stosunkowo ekonomiczny koszt.

Ze względu na wysoki CTI (względny wskaźnik śledzenia) PET szczególnie nadaje się do zastosowań-wysokonapięciowych.

Materiały PET są szeroko stosowane w laminowanych szynach zbiorczych metra i przemysłowych systemach zasilania.

Materiał izolacyjny z poliimidu PI

PI to materiał izolacyjny o wysokiej-wydajności i-odporności na wysokie-temperatury.

Do jego głównych zalet należą:

Długotrwała-odporność na temperaturę przekraczającą 200 stopni;
Doskonała stabilność termiczna;
Dobra spawalność; Wysoka wrodzona ognioodporność.

Dlatego materiały PI mają znaczące zalety w laminowanych szynach zbiorczych IGBT i zastosowaniach wymagających lutowania kondensatorów, cewek indukcyjnych i innych komponentów.

Jednakże materiały PI mają stosunkowo słabsze właściwości śledzenia powierzchni i są droższe niż PET. Są one zwykle używane w zastosowaniach specjalnych, a nie w konwencjonalnych konstrukcjach.

 

 

Elastyczna izolacja obejmuje przede wszystkim przewodnik, podczas gdy sztywna izolacja służy głównie jako izolacja strukturalna pomiędzy warstwami przewodnika.

 

W systemach-wysokiego napięcia sama izolacja cienkowarstwowa jest często niewystarczająca, aby spełnić wymagania dotyczące wyładowań niezupełnych i odległości upływu, co powoduje konieczność dodania sztywnych warstw izolacyjnych.

 

Typowe sztywne materiały izolacyjne obejmują:

Płyta poliestrowa wzmocniona włóknem szklanym

Płyta epoksydowa z włókna szklanego

Izolacyjne materiały kompozytowe o wysokiej-wytrzymałości

Grubość sztywnej izolacji jest zwykle określana na podstawie napięcia roboczego systemu.

 

W ogólnym projektowaniu inżynierskim:

Na każdy wzrost napięcia roboczego o 1 kV wymagana jest odległość izolacji wynosząca około 1 mm.
Im wyższy poziom napięcia, tym większa grubość sztywnej izolacji.
Systemy wysokiego-napięcia mogą wymagać konstrukcji izolacyjnych o grubości 3–6 mm lub nawet grubszej.

 

Dlatego w zastosowaniach-wysokonapięciowych, takich jak szyna zbiorcza falownika odporna na wybuch-wysokonapięciowego, sztywna izolacja stała się niezbędnym i kluczowym elementem.

 

 

RTI-Wskaźnik temperatury względnej

RTI (względny wskaźnik termiczny) reprezentuje najwyższą temperaturę, w której materiał izolacyjny może pracować nieprzerwanie przez dłuższy czas.

Ten wskaźnik służy do oceny zdolności materiału do utrzymania wytrzymałości mechanicznej i właściwości elektrycznych w warunkach długotrwałego-starzenia termicznego.

Ogólnie:

 

Wyższe temperatury skracają żywotność materiału.

Wzrost temperatury o każde 10 stopni powoduje zmniejszenie żywotności materiału o połowę.

Na każde 10 stopni spadku temperatury żywotność materiału może się podwoić.

Dlatego też w przypadku długoterminowych-laminowanych szyn zbiorczych przeznaczonych do skomplikowanych instalacji szyn zbiorczych, RTI (Relative Tracking Index) jest kluczowym czynnikiem przy wyborze materiału.

 

CTI-Wskaźnik śledzenia względnego

CTI ocenia odporność powierzchni materiału izolacyjnego na śledzenie.

Wyższe wartości CTI:

Mniejsze wymagania dotyczące drogi upływu;
Większa odporność na zanieczyszczenia;
Bezpieczniejsza i stabilniejsza praca przy wysokich napięciach.

W zastosowaniach powyżej 1000 V współczynnik CTI jest często krytycznym parametrem określającym projekt izolacji.

 

Wydłużenie

Wydłużenie odzwierciedla odporność materiału na pękanie i przerzedzanie podczas rozciągania.

Duże wydłużenie oznacza:

Lepsza przydatność do złożonych procesów gięcia;
Łatwiejsze uszczelnianie krawędzi przewodu;
Większa niezawodność izolacji.

Materiały PET zazwyczaj mają wydłużenie przekraczające 100%, podczas gdy materiały PI mają na ogół mniejsze wydłużenie niż PET.

 

 

Przemysłowe systemy zasilania

Zastosowania przemysłowe zazwyczaj obejmują:

Napięcia robocze od 1000V do 6000V;
Długoterminowe-wymagania operacyjne;
Wysokie wymagania dotyczące wyładowań niezupełnych;
Ścisłe wymagania dotyczące odległości upływu.

Dlatego w laminowanych szynach zbiorczych do trójpoziomowych falowników- i dużych systemów magistrali przekształtnikowych często stosuje się kombinację izolacji elastycznej i sztywnej.

 

Nowe zastosowania pojazdów energetycznych

Układy nowych pojazdów energetycznych zazwyczaj działają przy napięciach skoncentrowanych w:

Platformy 400V

Platformy 800V

Ze względu na stosunkowo niższe poziomy napięcia:

Niższe wymagania dotyczące wyładowań niezupełnych;
W większości scenariuszy nie jest wymagana sztywna izolacja.
Koncentrujemy się na lekkiej konstrukcji i wykorzystaniu przestrzeni.

Dlatego w laminowanych szynach zbiorczych do samochodów elektrycznych często stosuje się lekkie konstrukcje laminowane, aby spełnić wymagania dotyczące dużej gęstości mocy.

 

 

 

Oprócz tradycyjnej izolacji laminowanej, powszechnymi metodami izolacji są również malowanie proszkowe i powłoki epoksydowe.

 

Procesy te nadają się do złożonych struktur lub zastosowań-jednoprzewodowych, umożliwiając osiągnięcie:

Ochrona izolacji powierzchni;
Ochrona przed korozją;
Uszczelnianie środowiska.

Jednakże w przypadku systemów szyn zbiorczych wymagających niskiej indukcyjności i wysokiej niezawodności, głównym rozwiązaniem pozostaje izolacja laminowana.

 

 

Wraz z ciągłym rozwojem technologii energoelektroniki, laminowane szyny zbiorcze ewoluowały od prostych złączy przewodzących do kluczowych komponentów integrujących przewodność, rozpraszanie ciepła, izolację i optymalizację elektromagnetyczną. Niezależnie od tego, czy chodzi o nowe pojazdy energetyczne, transport kolejowy czy przemysłowe urządzenia do przetwarzania energii, odpowiedni dobór materiałów izolacyjnych ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo, niezawodność i żywotność systemu.

 

Dla nowoczesnychlaminowana szyna zbiorczaW projektach elastyczna izolacja odpowiada za skuteczną hermetyzację przewodnika, podczas gdy sztywna izolacja spełnia{{0}wymagania dotyczące wytrzymałości na wysokie napięcie. Razem zapewniają-długoterminową, stabilną pracę całego systemu elektroenergetycznego.