Laminált gyűjtősínek szigetelőanyag-elemzése: Hogyan befolyásolja a rugalmas és merev szigetelés a rendszer teljesítményét?

Az új energetikai járművek, az energiatároló rendszerek, a vasúti szállítás és az ipari frekvenciaátalakító berendezések gyors fejlődésével a laminált gyűjtősínek a nagy teljesítményű{0}}elektronikai rendszerek kulcsfontosságú vezetőképes csatlakozóelemeivé váltak. Legyen szó laminált gyűjtősínről elektromos autókhoz, laminált gyűjtősínről nagy-teljesítményű konverterben, vagy személyre szabott laminált gyűjtősínről IGBT-ekhez, teljesítménye nemcsak a vezeték kialakításától, hanem a szigetelőanyagok kiválasztásától is szorosan függ.

 

A szigetelőrendszer közvetlenül befolyásolja a gyűjtősín ellenállási feszültségét, részleges kisülési teljesítményét, élettartamát és általános megbízhatóságát. A rugalmas és merev szigetelés jellemzőinek megértése döntő fontosságú a nagy teljesítményű-laminált alacsony-induktív gyűjtősínek tervezésekor.

 

 

 

A laminált gyűjtősín egy többrétegű vezetőkből és szigetelőanyagokból álló vezetőképes csatlakozási rendszer, amely a tipikus több-rétegű kompozit szerkezetű csatlakozórúd-szerkezethez tartozik.

 

A pozitív és negatív vezetők szoros egymásra helyezésével és szigetelőréteggel történő leválasztásával hatékonyan csökkenthető a hurok induktivitása, javítható a rendszer elektromágneses kompatibilitási teljesítménye és csökkenthető az energiaveszteség. Ezért széles körben használják:

 

Elektromos járművek hajtásrendszerei
Energiatároló átalakítók (PCS)
Ipari frekvenciaváltók
Fotovoltaikus inverterek
Vasúti tranzit áramellátó rendszerek
Nagy{0}}teljesítményű tápegység

 

A több-rétegű szerkezetekben, mint például a három-rétegű rétegelt gyűjtősínek, a szigetelőanyag nemcsak elektromos szigetelést, hanem mechanikai és környezetvédelmet is biztosít.

 

 

 

Jelenleg a legtöbb részben laminált gyűjtősín rugalmas, rézvezetőkre laminált szigetelő fóliát használ.

 

A rugalmas szigetelőanyagok jellemzően szorosan a vezetőhöz kötődnek egy forró-sajtolással, teljes tömítést képezve a vezető szélein, ezáltal javítva a nedvességgel és hővel, szennyezéssel és öregedéssel szembeni ellenállást.

 

PET poliészter szigetelőanyag

A PET a többrétegű gyűjtősínek egyik legelterjedtebb szigetelőanyaga.

Fő jellemzői a következők:

Hosszú távú működési hőmérséklet, akár 105 fok ;
Kiváló rugalmasság; Hajlítás közben kevésbé hajlamos a repedésre.
Kiváló felületi minőség;
Jó égésgátló tulajdonságok; Viszonylag gazdaságos költség.

A magas CTI (relatív nyomkövetési index) miatt a PET különösen alkalmas nagyfeszültségű{0}} alkalmazásokhoz.

A PET anyagokat széles körben használják a Subway laminált gyűjtősínekben és az ipari áramellátó rendszerekben.

PI poliimid szigetelőanyag

A PI egy nagy-teljesítményű,-magas hőmérsékletnek-álló szigetelőanyag.

Fő előnyei a következők:

200 fokot meghaladó hosszú távú{0}}hőmérsékletállóság;
Kiváló termikus stabilitás;
Jó hegeszthetőség; Magas lángállóság.

Ezért a PI anyagok jelentős előnyökkel rendelkeznek az IGBT laminált gyűjtősínekben és az olyan alkalmazásokban, amelyek kondenzátorok, induktorok és egyéb alkatrészek forrasztását igénylik.

A PI anyagok azonban viszonylag gyengébb felületkövetési tulajdonságokkal rendelkeznek, és drágábbak, mint a PET. Általában speciális alkalmazásokban használják, nem pedig hagyományos kivitelben.

 

 

A rugalmas szigetelés elsősorban a vezetőt takarja, míg a merev szigetelés elsősorban a vezetőrétegek közötti szerkezeti szigetelésként szolgál.

 

A nagyfeszültségű-rendszerekben a vékony{1}filmes szigetelés gyakran önmagában nem elegendő a részleges kisülési és kúszótávolság követelményeinek teljesítéséhez, ezért merev szigetelőrétegek hozzáadása szükséges.

 

A gyakori merev szigetelőanyagok a következők:

Üvegszál erősítésű poliészter lap

Epoxi üvegszálas lemez

Nagyszilárdságú{0}}szigetelő kompozit anyagok

A merev szigetelés vastagságát jellemzően a rendszer üzemi feszültsége alapján határozzák meg.

 

Az általános mérnöki tervezésben:

Körülbelül 1 mm szigetelési távolság szükséges minden 1 kV üzemi feszültségnövekedéshez.
Minél magasabb a feszültségszint, annál nagyobb a merev szigetelés vastagsága.
A nagyfeszültségű{0}}rendszerekhez 3-6 mm-es vagy még vastagabb szigetelőszerkezetre is szükség lehet.

 

Ezért a nagyfeszültségű-alkalmazásokban, mint például a nagyfeszültségű robbanásbiztos-inverteres gyűjtősín, a merev szigetelés nélkülözhetetlen és kulcsfontosságú összetevővé vált.

 

 

RTI-Relatív hőmérsékleti index

Az RTI (Relative Thermal Index) azt a legmagasabb hőmérséklet-besorolást jelenti, amelyen a szigetelőanyag hosszabb ideig folyamatosan működhet.

Ezt az indexet arra használjuk, hogy értékeljük az anyag azon képességét, hogy megőrizze mechanikai szilárdságát és elektromos tulajdonságait hosszú -termikus öregedési körülmények között.

Általában:

 

A magasabb hőmérséklet lerövidíti az anyag élettartamát.

Minden 10 fokos hőmérséklet-emelkedés esetén az anyag élettartama felére csökkenhet.

Minden 10 fokos hőmérsékletcsökkenés esetén az anyag élettartama megduplázódhat.

Ezért az összetett gyűjtősín-rendszerekhez használt, hosszú távon{0}}üzemelt rétegelt gyűjtősínek esetében az RTI (Relative Tracking Index) döntő tényező az anyagválasztásban.

 

CTI-Relatív követési index

A CTI értékeli a szigetelőanyag felületének a nyomkövetéssel szembeni ellenállását.

Magasabb CTI értékek:

Kisebb kúszótávolság követelmények;
Erősebb ellenállás a szennyeződésekkel szemben;
Biztonságosabb és stabilabb működés magas feszültségen.

Az 1000 V feletti alkalmazásoknál a CTI gyakran kritikus paraméter a szigetelés tervezésében.

 

Megnyúlás

A nyúlás az anyag azon képességét tükrözi, hogy ellenáll a nyújtás során bekövetkező repedésnek és elvékonyodásnak.

A nagy nyúlás azt jelenti:

Jobb alkalmasság összetett hajlítási eljárásokhoz;
Könnyebb vezeték élek tömítése;
Nagyobb szigetelési megbízhatóság.

A PET anyagok nyúlása általában meghaladja a 100%-ot, míg a PI anyagok általában alacsonyabb nyúlással rendelkeznek, mint a PET.

 

 

Ipari villamosenergia-rendszerek

Az ipari alkalmazások általában a következőket foglalják magukban:

Üzemi feszültség 1000V és 6000V között;
Hosszú távú{0}}működési követelmények;
Magas részleges kisülési követelmények;
Szigorú kúszótávolsági előírások.

Ezért a háromszintű inverterekhez és a nagy konverteres buszrendszerekhez való laminált gyűjtősínek gyakran alkalmazzák a rugalmas és merev szigetelés kombinációját.

 

Új energiahordozó-alkalmazások

Az új energetikai járműrendszerek jellemzően a következő feszültségeken működnek:

400V-os platformok

800V-os platformok

A viszonylag alacsonyabb feszültségszintek miatt:

Alacsonyabb részleges kisülési követelmények;
A legtöbb esetben nincs szükség merev szigetelésre.
A hangsúly a könnyű kialakításon és a helykihasználáson van.

Ezért az elektromos autók laminált gyűjtősínjei gyakran könnyű rétegelt szerkezeteket alkalmaznak, hogy megfeleljenek a nagy teljesítménysűrűség követelményeinek.

 

 

 

A hagyományos laminált szigetelés mellett a porfestés és az epoxi bevonat is elterjedt szigetelési mód.

 

Ezek a folyamatok összetett szerkezetekhez vagy egy{0}}vezetős alkalmazásokhoz alkalmasak, és a következőket érik el:

Felületi szigetelés védelem;
Korrózióvédelem;
Környezetvédelmi tömítés.

Az alacsony induktivitást és nagy megbízhatóságot igénylő gyűjtősín-rendszereknél azonban továbbra is a laminált szigetelés a fő megoldás.

 

 

A teljesítményelektronikai technológia folyamatos fejlődésével a laminált gyűjtősínek az egyszerű vezető csatlakozókból a vezetőképességet, a hőelvezetést, a szigetelést és az elektromágneses optimalizálást integráló kulcsfontosságú alkatrészekké fejlődtek. Akár új energetikai járművekre, akár vasúti tranzitokra vagy ipari áramátalakító berendezésekre alkalmazzák, a szigetelőanyagok megfelelő kiválasztása közvetlenül befolyásolja a rendszer biztonságát, megbízhatóságát és élettartamát.

 

A modernneklaminált gyűjtősínA rugalmas szigetelés felelős a vezető hatékony tokozásáért, míg a merev szigetelés megfelel a magas feszültségállósági követelményeknek. Ezek együttesen biztosítják a teljes energiarendszer hosszú távú stabil működését-.