تجزیه و تحلیل مواد عایق برای شینه های چند لایه: انتخاب و کاربرد عایق انعطاف پذیر و صلب

با توسعه وسایل نقلیه انرژی جدید، سیستم های ذخیره انرژی، حمل و نقل ریلی و تجهیزات برق صنعتی، شین های چند لایه به دلیل اندوکتانس کم، قابلیت اطمینان بالا و ساختار فشرده به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. چه یک شینه برقی، یک گذرگاه باتری ماشین، یا یک سیستم شینه خازن صنعتی-، انتخاب ماده عایق مستقیماً بر عملکرد الکتریکی، عمر مفید و سطح ایمنی محصول تأثیر می‌گذارد.

 

برای سیستم‌های شینه‌های خودروهای مدرن، لایه عایق نه تنها به عنوان عایق رسانا عمل می‌کند، بلکه باید الزامات مقاومت در برابر حرارت، مقاومت ولتاژ، تاخیر در شعله و عملکرد قابل اعتماد طولانی مدت را برآورده کند. بنابراین، درک کامل ویژگی های مواد عایق انعطاف پذیر و صلب برای طراحی و انتخاب شینه بسیار مهم است.

 

 

 

در حال حاضر، اکثر شینه‌های چند لایه از یک ساختار عایق نازک انعطاف‌پذیر-استفاده می‌کنند که فیلم عایق را از طریق یک فرآیند لایه‌گذاری محکم به هادی مسی متصل می‌کند. این فرآیند به طور موثر فاصله هادی ها را کاهش می دهد، یکپارچگی سیستم را بهبود می بخشد و عملکرد عالی عایق شینه را تضمین می کند.

 

مواد عایق پلی استر (PET).

PET یکی از پرکاربردترین مواد عایق است که سهم بازار قابل توجهی را در زمینه عایق PET شینه خودرو دارد. ویژگی های اصلی آن عبارتند از:

دمای کارکرد طولانی مدت-تا 105 درجه ; کشیدگی زیاد، معمولاً بیش از 100٪، مناسب برای سازه های خمشی پیچیده. چقرمگی مکانیکی خوب و عملکرد قالب گیری؛ شاخص ردیابی نسبی بالا (CTI)؛ موجود در ضخامت های مختلف برای پاسخگویی به سطوح مختلف ولتاژ؛ خواص ضد شعله عالی، مطابق با الزامات کاربردهای صنعتی و خودرویی.

در سیستم‌های انرژی خودروهای جدید، لایه‌های عایق PET به طور گسترده در شین‌های باتری EV، میله‌های اتوبوس زمینی خودرو و محصولات اتوبوس بار خودکار استفاده می‌شوند.

 

مواد عایق پلی آمید (PI).

PI یک ماده عایق با کارایی بالا و مقاوم در برابر درجه حرارت بالا با دمای کار مداوم معمولاً بیش از 200 درجه است.

در مقایسه با PET، PI دارای ویژگی های زیر است:

مقاومت در برابر درجه حرارت بالا-؛ بازدارندگی ذاتی عالی در شعله؛ سفتی مکانیکی بالاتر؛ مناسب تر برای فرآیندهای جوشکاری؛ هزینه نسبتاً بالاتر؛ CTI پایین تر از PET.

بنابراین، در کاربردهایی که نیاز به جوشکاری خازن‌ها، ماژول‌های قدرت یا کانکتورها دارند، مواد PI اغلب در شین‌های خازن فیلم خودروی انرژی جدید و برخی از شینه‌ها برای محصولات خازن قدرت استفاده می‌شود.

 

تفاوت بین عایق انعطاف پذیر و صلب

عایق انعطاف پذیر در درجه اول برای عایق کاری سطح هادی های مسی استفاده می شود و از طریق لمینیت یک ساختار عایق کامل را تشکیل می دهد.

 

مزایای آن عبارتند از:

این امکان را برای آب بندی کامل لبه های هادی فراهم می کند.

برای طرح‌های ساختاری پیچیده-بعدی مناسب است.

این به طور موثر اندازه سیستم را کاهش می دهد.

تولید انبوه و تولید خودکار را تسهیل می کند.

 

از سوی دیگر، عایق صلب عمدتاً برای فاصله و پشتیبانی بین لایه‌های هادی مختلف استفاده می‌شود.

برای سیستم های ولتاژ بالا، عایق انعطاف پذیر به تنهایی اغلب نمی تواند الزامات توزیع میدان الکتریکی و کنترل تخلیه جزئی را برآورده کند. بنابراین برای افزایش فاصله عایق به مواد عایق صلب نیاز است.

 

به طور معمول:

برای هر 1 کیلو ولت افزایش ولتاژ کاری، تقریباً 1 میلی متر فاصله عایق لازم است.

هر چه ولتاژ کار بالاتر باشد، ضخامت عایق سفت و سخت بیشتر است.
سیستم های ولتاژ بالا معمولاً از تخته های پلی استر تقویت شده با الیاف شیشه به عنوان لایه عایق سازه استفاده می کنند.

در طراحی شینه‌های ولتاژ بالا، عایق صلب جزء مهمی است که عملکرد پایدار طولانی‌مدت را تضمین می‌کند، در حالی که سیستم‌های خودرو با ولتاژ پایین معمولاً به ساختارهای عایق سفت و سخت اضافی نیاز ندارند.

 

 

 

شاخص دمای نسبی (RTI)

RTI یک شاخص مهم برای مقاومت حرارتی طولانی مدت-مواد عایق است.

 

شاخص ردیابی نسبی (RTI) به صورت زیر تعریف می شود:

دمایی که در آن خواص مکانیکی و الکتریکی یک ماده پس از تقریباً 20000 ساعت کارکرد طولانی مدت به 50% مقادیر اولیه کاهش می یابد.

 

برای عملکرد بلندمدت سیستم‌های خودروی برقی باسبار، RTI مستقیماً بر طول عمر محصول تأثیر می‌گذارد.

به طور کلی:

 

به ازای هر 10 درجه کاهش دما، طول عمر عایق تقریبا دو برابر می شود.

به ازای هر 10 درجه افزایش دما، طول عمر عایق ممکن است تقریباً به نصف کاهش یابد.

 

بنابراین، هنگام طراحی یک شینه مسی قلع اندود برای خودروهای برقی، هم راه حل های مدیریت حرارتی و هم درجه مواد عایق باید به طور جامع در نظر گرفته شوند.

 

 

CTI نشان دهنده مقاومت سطحی مواد در برابر ردیابی است.

 

وقتی تجهیزات برای مدت‌های طولانی در معرض محیط‌های مرطوب، آلوده یا با ولتاژ بالا قرار می‌گیرند، مقدار CTI بالاتر به طور موثر خطر خزش سطح را کاهش می‌دهد.

 

برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی صنعتی، شینه‌های خازن DC و شینه‌های لمینیت خازن بزرگ، CTI یک پارامتر حیاتی است که بر طراحی ایمنی تأثیر می‌گذارد.

 

مواد PET معمولاً دارای رتبه‌بندی CTI بالاتری هستند و بنابراین به طور گسترده‌تری در کاربردهای{0} ولتاژ بالا استفاده می‌شوند.

 

ازدیاد طول بیانگر توانایی یک ماده برای حفظ خواص عایق آن تحت کشش است.

این پارامتر به طور مستقیم بر:

عملکرد خمشی؛
کیفیت بسته بندی لبه هادی؛
ثبات فرآیند آب بندی؛
قابلیت اطمینان مکانیکی بلند مدت.

مواد PET معمولاً دارای کشیدگی بیش از 100٪ هستند در حالی که مواد PI حدود 70٪ هستند. بنابراین، PET برای فرآیندهای پیچیده لایه لایه سازی هادی مسی مناسب تر است.

 

 

سیستم های قدرت صنعتی

الزامات تجهیزات صنعتی برای شینه ها در درجه اول بر ولتاژ بالا و طول عمر طولانی متمرکز است.

 

ویژگی های معمولی عبارتند از:

ولتاژ کاری معمولا بین 1000 ولت و 6000 ولت؛
الزامات سختگیرانه برای کنترل تخلیه جزئی؛
نیاز به افزایش سازه های عایق صلب؛
الزامات فاصله خزش بالا؛
عمر مفید 20 تا 25 سال یا بیشتر.

 

بنابراین، تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی با ولتاژ بالا، حمل‌ونقل ریلی و سیستم‌های توزیع برق در مقیاس بزرگ- تمایل دارند از مواد CTI بالا و ساختارهای عایق ضخیم‌تر برای شین‌های توزیع استفاده کنند.

 

 

 

کاربردهای وسایل نقلیه انرژی جدید تاکید بیشتری بر وزن سبک، استفاده از فضا و کنترل هزینه دارند.

ویژگی های معمولی عبارتند از:

 

سطح ولتاژ معمولاً زیر 800 ولت است.
نیازهای کمتر برای تخلیه جزئی؛
به طور معمول از ساختارهای عایق چند لایه انعطاف پذیر استفاده می شود.
حساس تر به وزن و حجم؛
طول عمر عموماً 5 تا 10 سال است.

 

بنابراین، محصولاتی مانند BusBar Cars، Automotive Power Connectors و Tin{0}}Busbar Automotives به طور فزاینده ای از راه حل های عایق PET یا PI برای برآورده کردن الزامات طراحی فشرده استفاده می کنند.

 

 

علاوه بر فناوری عایق چند لایه، عایق پوشش پودری نیز یک راه حل رایج است.

 

این فرآیند با تشکیل یک پوشش رزین اپوکسی بر روی سطح هادی، حفاظت کلی عایق را به دست می‌آورد و به ویژه برای هادی‌های منفرد از نظر ساختاری پیچیده مناسب است.

 

مزایای آن عبارتند از:

می تواند هندسه های پیچیده را پوشش دهد.
مناسب برای هادی های غیرلامینیتی-.
مقاومت در برابر خوردگی خوب؛
می تواند برخی از{0}}نیازهای برنامه کاربردی ولتاژ پایین را برآورده کند.

 

با این حال، برای کاربردهای Automotive BusBar و busbar خودروهای الکتریکی که به اندوکتانس کم و چگالی توان بالا نیاز دارند، فناوری عایق چند لایه راه‌حل اصلی باقی می‌ماند.

 

 

 

مواد عایق جزء مهمی هستند که عملکرد شین های چند لایه را تعیین می کنند. PET و PI به عنوان متداول ترین مواد عایق انعطاف پذیر، هر کدام دارای مزایای خود در سناریوهای کاربردی مختلف هستند. برای سیستم‌های صنعتی ولتاژ بالا، RTI، CTI و ساختارهای عایق صلب باید به طور جامع در نظر گرفته شوند، در حالی که برای بخش خودروهای انرژی جدید، تمرکز بیشتر بر طراحی سبک وزن، استفاده از فضا، و کارایی تولید است.

 

با توسعه ازباسبارهای EV، شین‌های خازن و دستگاه‌های الکترونیکی با انرژی جدید، فناوری مواد عایق به ارتقاء خود ادامه می‌دهد و راه‌حل‌های ایمن‌تر و کارآمدتر برای سیستم‌های اتصال الکتریکی با قدرت بالا{{0} و با قابلیت اطمینان بالا در آینده ارائه می‌کند.