Аналіз ізоляційних матеріалів для ламінованих збірних шин: вибір і застосування гнучкої та жорсткої ізоляції

З розвитком нових енергетичних транспортних засобів, систем накопичення енергії, залізничного транспорту та промислового енергетичного обладнання ламіновані збірні шини широко використовуються через їх низьку індуктивність, високу надійність і компактну структуру. Вибір ізоляційного матеріалу безпосередньо впливає на електричні характеристики продукту, термін служби та рівень безпеки, незалежно від того, чи йдеться про збірну шину EV, шину автомобільного акумулятора чи промислову{1}}систему конденсаторної шини.

 

Для сучасних автомобільних систем збірних шин ізоляційний шар не лише служить ізоляцією провідника, але також має відповідати вимогам щодо термостійкості, стійкості до напруги, вогнестійкості та-тривалої надійної роботи. Тому глибоке розуміння характеристик гнучких і жорстких ізоляційних матеріалів має вирішальне значення для проектування та вибору шин.

 

 

 

Наразі більшість ламінованих шин використовують гнучку тонкоплівкову ізоляційну структуру, яка щільно з’єднує ізоляційну плівку з мідним провідником за допомогою процесу ламінування. Цей процес ефективно зменшує відстань між провідниками, покращує системну інтеграцію та забезпечує відмінні характеристики ізоляції шин.

 

Ізоляційний матеріал поліестер (PET).

ПЕТ є одним із найбільш широко використовуваних ізоляційних матеріалів, займаючи значну частку ринку в галузі ізоляції ПЕТ автомобільних шин. Його основні характеристики включають:

Довготривала-робоча температура до 105 градусів; Високе подовження, зазвичай перевищує 100%, придатне для складних конструкцій згину; Хороша механічна міцність і ефективність формування; Високий відносний індекс відстеження (CTI); Доступні різної товщини для різних рівнів напруги; Відмінні вогнезахисні властивості, що відповідають вимогам промислового та автомобільного застосування.

У нових енергетичних системах транспортних засобів ізоляційні шари ПЕТ широко використовуються в шинах акумуляторів електромобілів, автомобільних наземних шинах і шинах Auto Bus Bar.

 

Поліімідний (PI) ізоляційний матеріал

PI – це високо-ефективний, високо-температурний ізоляційний матеріал із постійною робочою температурою, яка зазвичай перевищує 200 градусів.

Порівняно з PET, PI має такі характеристики:

Чудова стійкість до високих{0}}температур; Відмінна властива вогнестійкість; Більш висока механічна жорсткість; Більше підходить для зварювальних процесів; Відносно більш висока вартість; Нижчий CTI, ніж PET.

Таким чином, у додатках, які вимагають зварювання конденсаторів, силових модулів або з’єднувачів, PI-матеріал часто використовується в шинах плівкових конденсаторів для транспортних засобів New Energy і деяких шинах для продуктів силових конденсаторів.

 

Відмінності між гнучкою і жорсткою ізоляцією

Гнучка ізоляція в основному використовується для ізоляції поверхні мідних провідників, утворюючи повну ізоляційну структуру за допомогою ламінування.

 

До його переваг можна віднести:

Це дозволяє забезпечити повну герметизацію країв провідників;

Він підходить для складних тривимірних конструкцій;

Це ефективно зменшує розмір системи;

Це полегшує масове виробництво та автоматизоване виробництво.

 

Жорстка ізоляція, з іншого боку, в основному використовується для відстаней і підтримки між різними шарами провідника.

Для систем високої{0}}напруги одна гнучка ізоляція часто не може задовольнити вимоги щодо розподілу електричного поля та контролю часткового розряду; тому для збільшення відстані ізоляції потрібні жорсткі ізоляційні матеріали.

 

Зазвичай:

Для кожного підвищення робочої напруги на 1 кВ потрібен приблизно 1 мм ізоляції;

Чим вище робоча напруга, тим більше товщина жорсткої ізоляції;
Високовольтні системи зазвичай використовують армовані скловолокном поліефірні плити як структурний ізоляційний шар.

У -дизайні збірних шин високої напруги жорстка ізоляція є ключовим компонентом, що забезпечує-тривалу стабільну роботу, тоді як автомобільні системи шин-низької напруги зазвичай не потребують додаткових важких жорстких ізоляційних конструкцій.

 

 

 

Індекс відносної температури (RTI)

RTI є важливим показником тривалої-термостійкості ізоляційних матеріалів.

 

Відносний індекс відстеження (RTI) визначається як:

Температура, при якій механічні та електричні властивості матеріалу знижуються до 50% від початкових значень приблизно після 20 000 годин тривалої -експлуатації.

 

Для довго{0}}працюючих шинних систем електромобілів RTI безпосередньо впливає на термін служби продукту.

Загалом:

 

З кожним зниженням температури на 10 градусів термін служби ізоляції приблизно подвоюється;

З кожним підвищенням температури на 10 градусів термін служби ізоляції може скорочуватися приблизно вдвічі.

 

Таким чином, при проектуванні лудженої мідної шини для електромобілів необхідно всебічно враховувати як рішення для управління температурою, так і класи ізоляційних матеріалів.

 

 

CTI відображає стійкість поверхні матеріалу до трекінгу.

 

Якщо обладнання протягом тривалого часу перебуває у вологому, забрудненому середовищі або середовищі з високою -напругою, вище значення CTI ефективно зменшує ризик розповзання поверхні.

 

Для промислових систем зберігання енергії, конденсаторних шин постійного струму та великих конденсаторних ламінованих шин CTI є ключовим параметром, що впливає на проектування безпеки.

 

ПЕТ-матеріали зазвичай мають вищі рейтинги CTI, тому вони ширше використовуються в -пристроях під високою напругою.

 

Подовження означає здатність матеріалу зберігати свої ізоляційні властивості під час натягу.

Цей параметр безпосередньо впливає на:

Продуктивність на згинання;
Якість обмотки краю провідника;
Стабільність процесу ущільнення;
Тривала-механічна надійність.

ПЕТ-матеріали зазвичай мають відносне подовження понад 100%, а ПІ-матеріали – близько 70%. Тому ПЕТ більше підходить для складних процесів ламінування мідних провідників.

 

 

Промислові енергетичні системи

Вимоги промислового обладнання до збірних шин насамперед зосереджуються на високій напрузі та тривалому терміні служби.

 

Типові характеристики включають:

Робоча напруга зазвичай від 1000 В до 6000 В;
Жорсткі вимоги до контролю часткових розрядів;
Вимога підвищеної жорсткості теплоізоляції конструкцій;
Високі вимоги до шляху витоку;
Термін служби від 20 до 25 років і більше.

 

Тому високовольтне обладнання для накопичення енергії, залізничний транспорт і великі-системи розподілу електроенергії, як правило, використовують матеріали з високим CTI та товщі ізоляційні структури для розподільних шин.

 

 

 

У нових транспортних засобах, що працюють на енергії, більше уваги приділяється полегшенню, використанню простору та контролю витрат.

Типові характеристики включають:

 

Рівень напруги зазвичай нижче 800 В;
Нижчі вимоги до часткового розряду;
Зазвичай використовують гнучкі ламіновані ізоляційні конструкції;
Більш чутливий до ваги та об'єму;
Тривалість життя зазвичай становить від 5 до 10 років.

 

Тому в таких продуктах, як BusBar Cars, автомобільні з’єднувачі живлення та Tin{0}}Busbar Busbar Automotives, дедалі частіше використовуються ізоляційні рішення з PET або PI, щоб відповідати вимогам компактності.

 

 

Окрім технології ламінованої ізоляції, поширеним рішенням є також ізоляція з порошковим покриттям.

 

Цей процес забезпечує загальний захист ізоляції шляхом утворення покриття з епоксидної смоли на поверхні провідника, і особливо підходить для структурно складних окремих провідників.

 

До його переваг можна віднести:

Може охоплювати складні геометрії;
Підходить для не-ламінованих провідників;
Хороша стійкість до корозії;
Може відповідати деяким-вимогам застосування низької напруги.

 

Однак для автомобільних шин і шин для електромобілів, де потрібна низька індуктивність і висока питома потужність, технологія ламінованої ізоляції залишається основним рішенням.

 

 

 

Ізоляційні матеріали є вирішальним компонентом, що визначає характеристики ламінованих шин. PET і PI, як найпоширеніші гнучкі ізоляційні матеріали, мають свої переваги в різних сценаріях застосування. Для -промислових систем високої напруги RTI, CTI та жорсткі ізоляційні конструкції потрібно розглядати всебічно, тоді як для сектора транспортних засобів з новою енергією увага зосереджена більше на легкій конструкції, використанні простору та ефективності виробництва.

 

З розвиткомEV шини, збірних шин конденсаторів і нових електронних пристроїв для живлення енергії, технологія ізоляційних матеріалів продовжуватиме вдосконалюватися, забезпечуючи безпечніші та ефективніші рішення для майбутніх високо-потужних і високо-надійних систем електричного з’єднання.