Analýza izolačných materiálov pre laminované prípojnice: výber a aplikácia flexibilnej a tuhej izolácie

S vývojom nových energetických vozidiel, systémov skladovania energie, železničnej dopravy a priemyselných energetických zariadení sú laminované prípojnice široko používané kvôli ich nízkej indukčnosti, vysokej spoľahlivosti a kompaktnej štruktúre. Či už ide o prípojnicu EV, prípojnicu automobilovej batérie alebo priemyselný-systém kondenzátorových prípojníc, výber izolačného materiálu priamo ovplyvňuje elektrický výkon produktu, životnosť a úroveň bezpečnosti.

 

V prípade moderných automobilových prípojnicových systémov neslúži izolačná vrstva len ako izolácia vodičov, ale musí spĺňať aj požiadavky na tepelnú odolnosť, napäťovú odolnosť, spomaľovanie horenia a dlhodobú-spoľahlivú prevádzku. Preto je dôkladné pochopenie charakteristík flexibilných a pevných izolačných materiálov rozhodujúce pre návrh a výber prípojníc.

 

 

 

V súčasnosti väčšina laminovaných prípojníc využíva flexibilnú tenkovrstvovú izolačnú štruktúru{0}}, ktorá tesne spája izolačnú fóliu s medeným vodičom prostredníctvom procesu laminácie. Tento proces účinne znižuje vzdialenosť vodičov, zlepšuje integráciu systému a zaisťuje vynikajúcu izoláciu prípojníc.

 

Polyesterový (PET) izolačný materiál

PET je jedným z najpoužívanejších izolačných materiálov, ktorý má významný podiel na trhu v oblasti izolácie PET pre automobilové prípojnice. Medzi jeho hlavné charakteristiky patrí:

Dlhodobá{0} prevádzková teplota až 105 stupňov ; Vysoké predĺženie, typicky presahujúce 100 %, vhodné pre zložité ohýbané konštrukcie; Dobrá mechanická húževnatosť a tvarovací výkon; Vysoký relatívny index sledovania (CTI); Dostupné v rôznych hrúbkach, aby vyhovovali rôznym úrovniam napätia; Vynikajúce vlastnosti spomaľujúce horenie, spĺňajúce požiadavky priemyselných a automobilových aplikácií.

V nových energetických systémoch vozidiel sú izolačné vrstvy PET široko používané v prípojniciach batérií EV, automobilových uzemňovacích prípojniciach a produktoch automobilových prípojníc.

 

Polyimidový (PI) izolačný materiál

PI je vysoko{0}}výkonný, vysoko{1}}teplotne odolný izolačný materiál s nepretržitou prevádzkovou teplotou zvyčajne presahujúcou 200 stupňov .

V porovnaní s PET má PI nasledujúce vlastnosti:

Vynikajúca-odolnosť voči vysokým teplotám; Vynikajúca prirodzená retardácia horenia; Vyššia mechanická tuhosť; Vhodnejšie pre zváracie procesy; Relatívne vyššie náklady; Nižšie CTI ako PET.

Preto v aplikáciách vyžadujúcich zváranie kondenzátorov, výkonových modulov alebo konektorov sa materiál PI často používa v prípojniciach pre nové energetické vozidlá s filmovými kondenzátormi a v niektorých prípojniciach pre produkty výkonových kondenzátorov.

 

Rozdiely medzi pružnou a tuhou izoláciou

Flexibilná izolácia sa používa predovšetkým na izoláciu povrchu medených vodičov, pričom prostredníctvom laminovania vytvára kompletnú izolačnú štruktúru.

 

Medzi jeho výhody patrí:

Umožňuje úplné utesnenie okrajov vodičov;

Je vhodný pre zložité trojrozmerné štrukturálne návrhy;

Účinne znižuje veľkosť systému;

Uľahčuje hromadnú výrobu a automatizovanú výrobu.

 

Pevná izolácia sa na druhej strane používa hlavne na rozstup a podporu medzi rôznymi vrstvami vodičov.

V prípade vysokonapäťových{0}}systémov samotná flexibilná izolácia často nemôže spĺňať požiadavky na distribúciu elektrického poľa a kontrolu čiastočného výboja; preto sú potrebné tuhé izolačné materiály na zvýšenie izolačnej vzdialenosti.

 

Typicky:

Na každé zvýšenie prevádzkového napätia o 1 kV je potrebný približne 1 mm izolačnej vzdialenosti;

Čím vyššie je prevádzkové napätie, tým väčšia je hrúbka tuhej izolácie;
Vysokonapäťové systémy zvyčajne používajú ako konštrukčnú izolačnú vrstvu polyesterové dosky vystužené sklenenými vláknami.

Vo vysoko{0}}konštrukcii prípojníc je pevná izolácia kľúčovým komponentom, ktorý zabezpečuje dlhodobú-stabilnú prevádzku, zatiaľ čo automobilové systémy s nízkonapäťovými prípojnicami zvyčajne nevyžadujú ďalšie ťažké pevné izolačné konštrukcie.

 

 

 

Index relatívnej teploty (RTI)

RTI je dôležitým ukazovateľom-dlhodobej tepelnej odolnosti izolačných materiálov.

 

Relatívny index sledovania (RTI) je definovaný ako:

Teplota, pri ktorej mechanické a elektrické vlastnosti materiálu klesnú na 50 % svojich počiatočných hodnôt po približne 20 000 hodinách-dlhodobej prevádzky.

 

V prípade dlhodobo{0}}prevádzkových systémov elektrických vozidiel s prípojnicou má RTI priamy vplyv na životnosť produktu.

Všeobecne:

 

S každým poklesom teploty o 10 stupňov sa životnosť izolácie približne zdvojnásobí;

Každým zvýšením teploty o 10 stupňov sa životnosť izolácie môže skrátiť približne o polovicu.

 

Preto pri navrhovaní pocínovanej medenej prípojnice pre elektromobily je potrebné komplexne zvážiť riešenia tepelného manažmentu aj triedy izolačných materiálov.

 

 

CTI odráža povrchovú odolnosť materiálu voči stopovaniu.

 

Keď je zariadenie dlhodobo vystavené vlhkému, znečistenému alebo vysokonapäťovému prostrediu, vyššia hodnota CTI účinne znižuje riziko povrchového tečenia.

 

Pre priemyselné systémy skladovania energie, jednosmerné kondenzátorové prípojnice a veľké kondenzátorové laminovacie prípojnice je CTI kľúčovým parametrom ovplyvňujúcim bezpečnostný dizajn.

 

Materiály PET majú zvyčajne vyššie hodnotenie CTI, a preto sa častejšie používajú vo vysokonapäťových aplikáciách.

 

Predĺženie predstavuje schopnosť materiálu udržať si svoje izolačné vlastnosti pod napätím.

Tento parameter priamo ovplyvňuje:

Výkon pri ohýbaní;
kvalita ovíjania okraja vodiča;
Stabilita procesu tesnenia;
Dlhodobá-mechanická spoľahlivosť.

PET materiály majú zvyčajne predĺženie viac ako 100 %, zatiaľ čo materiály PI sú okolo 70 %. Preto je PET vhodnejší pre zložité procesy laminovania medených vodičov.

 

 

Priemyselné energetické systémy

Požiadavky priemyselných zariadení na prípojnice sa primárne zameriavajú na vysoké napätie a dlhú životnosť.

 

Medzi typické vlastnosti patrí:

Prevádzkové napätie typicky medzi 1000V a 6000V;
Prísne požiadavky na kontrolu čiastočného vypúšťania;
Požiadavka na zvýšené tuhé izolačné konštrukcie;
Vysoké požiadavky na povrchovú vzdialenosť;
Životnosť 20 až 25 rokov alebo viac.

 

Preto majú vysokonapäťové zariadenia na skladovanie energie, železničnú dopravu a veľkorozmerné systémy distribúcie energie tendenciu používať materiály s vysokým CTI a hrubšie izolačné konštrukcie na rozvodné prípojnice.

 

 

 

Nové aplikácie energetických vozidiel kladú väčší dôraz na odľahčenie, využitie priestoru a kontrolu nákladov.

Medzi typické vlastnosti patrí:

 

Úrovne napätia sú vo všeobecnosti nižšie ako 800 V;
Nižšie požiadavky na čiastočné vybitie;
Typické použitie flexibilných laminovaných izolačných štruktúr;
Citlivejšie na hmotnosť a objem;
Životnosť je zvyčajne 5 až 10 rokov.

 

Preto produkty, ako sú autá s prípojnicou, automobilové napájacie konektory a automobilové prípojnice z plechu-, čoraz viac využívajú riešenia izolácie PET alebo PI, aby splnili požiadavky na kompaktný dizajn.

 

 

Okrem technológie laminovanej izolácie je bežným riešením aj izolácia práškovým nástrekom.

 

Tento proces dosahuje celkovú ochranu izolácie vytvorením povlaku z epoxidovej živice na povrchu vodiča a je obzvlášť vhodný pre konštrukčne zložité jednotlivé vodiče.

 

Medzi jeho výhody patrí:

Dokáže pokryť zložité geometrie;
Vhodné pre ne-laminované vodiče;
Dobrá odolnosť proti korózii;
Môže spĺňať niektoré-požiadavky aplikácie s nízkym napätím.

 

Avšak pre automobilovú prípojnicu a prípojnicové elektrické vozidlá vyžadujúce nízku indukčnosť a vysokú hustotu výkonu zostáva technológia vrstvenej izolácie hlavným riešením.

 

 

 

Izolačné materiály sú rozhodujúcou zložkou určujúcou výkon vrstvených prípojníc. PET a PI, ako najbežnejšie flexibilné izolačné materiály, majú každý svoje výhody v rôznych aplikačných scenároch. V prípade vysokonapäťových priemyselných systémov je potrebné komplexne zvážiť RTI, CTI a pevné izolačné konštrukcie, zatiaľ čo v sektore nových energetických vozidiel sa dôraz kladie skôr na ľahký dizajn, využitie priestoru a efektivitu výroby.

 

S rozvojomEV prípojnice, kondenzátorové prípojnice a nové elektronické zariadenia napájané energiou, technológia izolačných materiálov sa bude naďalej inovovať a poskytovať bezpečnejšie a efektívnejšie riešenia pre budúce vysoko{0}}výkonné a{1}}spoľahlivé elektrické spojovacie systémy.