Аналіз ізоляційного матеріалу ламінованих збірних шин: як гнучка та жорстка ізоляція впливає на продуктивність системи?

Зі швидким розвитком нових енергетичних транспортних засобів, систем накопичення енергії, залізничного транспорту та промислового обладнання для перетворення частоти ламіновані шини стали ключовими провідними з’єднувальними компонентами в -потужних силових електронних системах. Незалежно від того, чи йдеться про ламіновану шину для електромобілів, ламіновану шину в потужному-перетворювачі потужності чи спеціалізовану ламіновану шину для IGBT, її продуктивність залежить не лише від конструкції провідника, але й безпосередньо від вибору ізоляційних матеріалів.

 

Система ізоляції безпосередньо впливає на витримувану напругу шини, характеристики часткового розряду, термін служби та загальну надійність. Розуміння характеристик гнучкої та жорсткої ізоляції має вирішальне значення для розробки високо-продуктивних ламінованих низько-індуктивних шин.

 

 

 

Ламінована збірна шина – це провідна з’єднувальна система, що складається з кількох шарів провідників та ізоляційних матеріалів і належить до типової багатошарової композитної структури з’єднувальної шини.

 

Шляхом щільного укладання позитивних і негативних провідників та ізоляції їх ізоляційним шаром можна ефективно зменшити індуктивність петлі, покращити електромагнітну сумісність системи та зменшити втрати енергії. Тому він широко використовується в:

 

Системи приводу електромобілів
Перетворювачі накопичувачів енергії (PCS)
Промислові перетворювачі частоти
Фотоелектричні інвертори
Системи електропостачання залізничного транспорту
Високо{0}}обладнання джерела живлення

 

У багато-шарових конструкціях, таких як три-шарові ламіновані шини, ізоляційний матеріал забезпечує не лише електричну ізоляцію, але й механічний захист і захист від навколишнього середовища.

 

 

 

В даний час більшість частково ламінованих шин використовують гнучкі ізоляційні плівки, ламіновані на мідні провідники.

 

Гнучкі ізоляційні матеріали зазвичай щільно прикріплюються до провідника за допомогою процесу гарячого-пресування, утворюючи повне ущільнення на краях провідника, тим самим покращуючи стійкість до вологи та тепла, забруднення та старіння.

 

ПЕТ поліефірний ізоляційний матеріал

ПЕТ є одним із найпоширеніших ізоляційних матеріалів для багатошарових шин.

Його основні характеристики включають:

Довготривала-робоча температура до 105 градусів;
Відмінна пластичність; Менш схильні до розтріскування під час згинання.
Відмінна якість поверхні;
Хороші вогнезахисні властивості; Відносно економічна вартість.

Завдяки високому CTI (відносний індекс відстеження) PET особливо підходить для -пристроїв під високою напругою.

ПЕТ-матеріали широко використовуються в ламінованих шинах метро та промислових системах живлення.

PI Поліімідний ізоляційний матеріал

PI – це високо-ефективний, -температурний-ізоляційний матеріал.

Його основні переваги:

Довготривала-температурна стійкість понад 200 градусів;
Відмінна термостійкість;
Хороша зварюваність; Висока властива вогнестійкість.

Таким чином, PI матеріали мають значні переваги в IGBT ламінованих збірних шинах і додатках, які вимагають пайки конденсаторів, котушок індуктивності та інших компонентів.

Проте матеріали PI мають відносно слабші властивості відстеження поверхні та дорожчі, ніж PET. Зазвичай вони використовуються в спеціальних додатках, а не в звичайних конструкціях.

 

 

Гнучка ізоляція в основному покриває провідник, тоді як жорстка ізоляція в основному служить структурною ізоляцією між шарами провідника.

 

У системах високої-напруги лише тонкоплівкової ізоляції часто недостатньо, щоб задовольнити вимоги щодо часткового розряду та шляху витоку, що вимагає додавання шарів жорсткої ізоляції.

 

Звичайні жорсткі ізоляційні матеріали включають:

Поліефірна плита, армована скловолокном

Епоксидна скловолоконна плита

Високо{0}}ізоляційні композитні матеріали

Товщина жорсткої ізоляції зазвичай визначається на основі робочої напруги системи.

 

У загальному інженерному проектуванні:

Для кожного збільшення робочої напруги на 1 кВ необхідна відстань ізоляції приблизно 1 мм.
Чим вищий рівень напруги, тим більша товщина жорсткої ізоляції.
Високовольтні системи можуть потребувати ізоляційних конструкцій товщиною 3-6 мм або навіть товщі.

 

Таким чином, у системах високої-напруги, таких як високовольтна вибухозахищена-інверторна шина, жорстка ізоляція стала незамінним і ключовим компонентом.

 

 

RTI-Індекс відносної температури

RTI (відносний термічний індекс) представляє найвищу температуру, при якій ізоляційний матеріал може працювати безперервно протягом тривалого часу.

Цей індекс використовується для оцінки здатності матеріалу зберігати механічну міцність і електричні властивості в умовах довго-термічного старіння.

Загалом:

 

Високі температури скорочують термін служби матеріалу.

З кожним підвищенням температури на 10 градусів термін служби матеріалу може зменшуватися вдвічі.

З кожним зниженням температури на 10 градусів термін служби матеріалу може подвоїтися.

Таким чином, для -ламінованих збірних шин для складних установок збірних шин RTI (відносний індекс відстеження) є вирішальним фактором у виборі матеріалу.

 

CTI-Відносний індекс відстеження

CTI оцінює стійкість поверхні ізоляційного матеріалу до трекінгу.

Вищі значення CTI:

Менші вимоги до шляху витоку;
Сильніша стійкість до забруднень;
Більш безпечна та стабільна робота при високій напрузі.

Для застосувань вище 1000 В, CTI часто є критичним параметром, що визначає конструкцію ізоляції.

 

Подовження

Подовження відображає здатність матеріалу протистояти розтріскуванням і витонченню під час розтягування.

Високе подовження означає:

Краща придатність для складних процесів згинання;
Більш легке запаювання краю провідника;
Більш висока надійність ізоляції.

ПЕТ-матеріали зазвичай мають подовження понад 100%, тоді як ПІ-матеріали зазвичай мають нижче подовження, ніж ПЕТ.

 

 

Промислові енергетичні системи

Промислове застосування зазвичай передбачає:

Робоча напруга від 1000В до 6000В;
Довгострокові-оперативні вимоги;
Високі вимоги до часткового розряду;
Строгі вимоги до шляху витоку.

Тому ламіновані збірні шини для трьох{0}}інверторів і систем великих перетворювальних шин часто використовують комбінацію гнучкої та жорсткої ізоляції.

 

Застосування нових енергетичних транспортних засобів

Нові енергетичні транспортні системи зазвичай працюють під напругою, зосередженою в:

Платформи 400В

Платформи 800В

Завдяки відносно нижчим рівням напруги:

Нижчі вимоги до часткового розряду;
У більшості випадків жорстка ізоляція не потрібна.
Основна увага приділяється легкому дизайну та використанню простору.

Тому ламіновані збірні шини для електромобілів часто використовують легкі ламіновані конструкції, щоб відповідати високим вимогам до питомої потужності.

 

 

 

На додаток до традиційної ламінованої ізоляції, порошкове покриття та епоксидне покриття також є поширеними методами ізоляції.

 

Ці процеси підходять для складних конструкцій або однопровідникових-додатків, досягаючи:

Захист ізоляції поверхні;
захист від корозії;
Екологічна герметизація.

Однак для шинних систем, які потребують низької індуктивності та високої надійності, ламінована ізоляція залишається основним рішенням.

 

 

З безперервним розвитком технологій силової електроніки ламіновані збірні шини перетворилися з простих провідних з’єднувачів у важливі компоненти, що об’єднують провідність, розсіювання тепла, ізоляцію та електромагнітну оптимізацію. Відповідний вибір ізоляційних матеріалів напряму впливає на безпеку, надійність і термін служби системи, незалежно від того, чи використовується це для нових енергетичних транспортних засобів, залізничного транспорту чи промислового обладнання для перетворення електроенергії.

 

Для сучасноголамінована шинаконструкції, гнучка ізоляція відповідає за досягнення ефективної інкапсуляції провідника, тоді як жорстка ізоляція відповідає високим-вимогам стійкості до напруги. Разом вони забезпечують-тривалу стабільну роботу всієї енергосистеми.