Ανάλυση μονωτικού υλικού πολυστρωματικών διαύλων: Πώς η εύκαμπτη και άκαμπτη μόνωση επηρεάζει την απόδοση του συστήματος;

Με την ταχεία ανάπτυξη νέων ενεργειακών οχημάτων, συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, σιδηροδρομικής μεταφοράς και βιομηχανικού εξοπλισμού μετατροπής συχνότητας, οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί έχουν γίνει βασικά αγώγιμα στοιχεία σύνδεσης σε ηλεκτρονικά συστήματα υψηλής ισχύος-. Είτε πρόκειται για μια πλαστικοποιημένη ράβδο για ηλεκτρικά αυτοκίνητα, μια πλαστικοποιημένη ράβδο σε μετατροπέα υψηλής- ισχύος ή μια προσαρμοσμένη πλαστικοποιημένη ράβδο για IGBT, η απόδοσή της εξαρτάται όχι μόνο από τον σχεδιασμό του αγωγού αλλά και από την επιλογή των υλικών μόνωσης.

 

Το σύστημα μόνωσης επηρεάζει άμεσα την τάση αντοχής του ζυγού, την απόδοση μερικής εκφόρτισης, τη διάρκεια ζωής και τη συνολική αξιοπιστία. Η κατανόηση των χαρακτηριστικών της εύκαμπτης και άκαμπτης μόνωσης είναι ζωτικής σημασίας για το σχεδιασμό-επαγωγικών ράβδων ελασματοποίησης υψηλής απόδοσης χαμηλής-επαγωγής.

 

 

 

Ένας ελασματοποιημένος ζυγός είναι ένα αγώγιμο σύστημα σύνδεσης που αποτελείται από πολλαπλά στρώματα αγωγών και μονωτικών υλικών, τα οποία ανήκουν στην τυπική δομή της ράβδου σύνδεσης σύνθετης δομής πολλαπλών-στρώσεων.

 

Τοποθετώντας σφιχτά τους θετικούς και αρνητικούς αγωγούς και απομονώνοντάς τους με ένα μονωτικό στρώμα, η επαγωγή του βρόχου μπορεί να μειωθεί αποτελεσματικά, να βελτιωθεί η απόδοση της ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας του συστήματος και να μειωθεί η απώλεια ενέργειας. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ευρέως σε:

 

Συστήματα κίνησης ηλεκτρικών οχημάτων
Μετατροπείς αποθήκευσης ενέργειας (PCS)
Βιομηχανικοί μετατροπείς συχνότητας
Φωτοβολταϊκοί μετατροπείς
Συστήματα ισχύος σιδηροδρομικής μεταφοράς
Εξοπλισμός υψηλής-τροφοδοσίας

 

Σε κατασκευές πολλαπλών-στρώσεων, όπως ζυγοί με ελασματοποίηση τριών{{1} στρώσεων, το μονωτικό υλικό όχι μόνο παρέχει ηλεκτρική μόνωση αλλά και μηχανική και περιβαλλοντική προστασία.

 

 

 

Επί του παρόντος, οι περισσότεροι μερικώς ελασματοποιημένοι ζυγοί χρησιμοποιούν εύκαμπτες μονωτικές μεμβράνες που τοποθετούνται σε αγωγούς χαλκού.

 

Τα εύκαμπτα μονωτικά υλικά συνδέονται συνήθως σφιχτά στον αγωγό μέσω μιας διαδικασίας θερμής-συμπίεσης, σχηματίζοντας μια πλήρη σφράγιση στις άκρες του αγωγού, βελτιώνοντας έτσι την αντοχή στην υγρασία και τη θερμότητα, τη ρύπανση και τη γήρανση.

 

Μονωτικό υλικό PET Πολυεστέρας

Το PET είναι ένα από τα πιο κοινά μονωτικά υλικά για πολυστρωματικές ράβδους ζυγών.

Τα κύρια χαρακτηριστικά του περιλαμβάνουν:

Μακροχρόνια-θερμοκρασία λειτουργίας έως 105 μοίρες .
Εξαιρετική ολκιμότητα. Λιγότερο επιρρεπές σε ρωγμές κατά την κάμψη.
Εξαιρετική ποιότητα επιφάνειας.
Καλές ιδιότητες επιβράδυνσης φλόγας. Σχετικά οικονομικό κόστος.

Λόγω του υψηλού CTI (σχετικός δείκτης παρακολούθησης), το PET είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής-τάσης.

Τα υλικά PET χρησιμοποιούνται ευρέως σε ράβδους με στρώσεις μετρό και βιομηχανικά συστήματα ισχύος.

Μονωτικό Υλικό Πολυιμιδίου PI

Το PI είναι ένα μονωτικό υλικό υψηλής-απόδοσης, υψηλής-θερμοκρασίας-αντοχής.

Τα κύρια πλεονεκτήματά του περιλαμβάνουν:

Μακροχρόνια αντίσταση θερμοκρασίας άνω των 200 βαθμών .
Εξαιρετική θερμική σταθερότητα.
Καλή συγκολλησιμότητα. Υψηλή εγγενής επιβράδυνση φλόγας.

Επομένως, τα υλικά PI έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε IGBT Laminated Busbars και σε εφαρμογές που απαιτούν τη συγκόλληση πυκνωτών, επαγωγέων και άλλων εξαρτημάτων.

Ωστόσο, τα υλικά PI έχουν σχετικά ασθενέστερες ιδιότητες παρακολούθησης της επιφάνειας και είναι πιο ακριβά από το PET. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε ειδικές εφαρμογές παρά σε συμβατικά σχέδια.

 

 

Η εύκαμπτη μόνωση καλύπτει κυρίως τον αγωγό, ενώ η άκαμπτη μόνωση χρησιμεύει κυρίως ως δομική απομόνωση μεταξύ των στρωμάτων αγωγών.

 

Σε συστήματα υψηλής-τάσης, η μόνωση λεπτής-από μόνης μεμβράνης είναι συχνά ανεπαρκής για να καλύψει τις απαιτήσεις μερικής εκφόρτισης και απόστασης ερπυσμού, γεγονός που καθιστά αναγκαία την προσθήκη άκαμπτων στρωμάτων μόνωσης.

 

Τα κοινά άκαμπτα μονωτικά υλικά περιλαμβάνουν:

Πλάκα πολυεστέρα ενισχυμένη με ίνες γυαλιού

Εποξειδική σανίδα από fiberglass

Σύνθετα μονωτικά υλικά υψηλής-αντοχής

Το πάχος της άκαμπτης μόνωσης τυπικά προσδιορίζεται με βάση την τάση λειτουργίας του συστήματος.

 

Γενικός μηχανικός σχεδιασμός:

Απαιτείται περίπου 1 mm απόσταση μόνωσης για κάθε αύξηση 1 kV στην τάση λειτουργίας.
Όσο υψηλότερο είναι το επίπεδο τάσης, τόσο μεγαλύτερο είναι το πάχος της άκαμπτης μόνωσης.
Τα συστήματα υψηλής{0}τάσης ενδέχεται να απαιτούν μονωτικές κατασκευές 3-6 mm ή και παχύτερο.

 

Επομένως, σε εφαρμογές υψηλής-τάσης όπως το High Voltage Explosion-Proof Inverter Busbar, η άκαμπτη μόνωση έχει γίνει ένα απαραίτητο και κρίσιμο στοιχείο.

 

 

RTI-Δείκτης σχετικής θερμοκρασίας

Το RTI (Σχετικός Θερμικός Δείκτης) αντιπροσωπεύει την υψηλότερη βαθμολογία θερμοκρασίας στην οποία ένα μονωτικό υλικό μπορεί να λειτουργεί συνεχώς για παρατεταμένες περιόδους.

Αυτός ο δείκτης χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της ικανότητας του υλικού να διατηρεί τη μηχανική αντοχή και τις ηλεκτρικές ιδιότητες κάτω από-μακροπρόθεσμες συνθήκες θερμικής γήρανσης.

Γενικά:

 

Οι υψηλότερες θερμοκρασίες μειώνουν τη διάρκεια ζωής του υλικού.

Για κάθε αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 βαθμούς, η διάρκεια ζωής του υλικού μπορεί να μειωθεί στο μισό.

Για κάθε μείωση της θερμοκρασίας κατά 10 βαθμούς, η διάρκεια ζωής του υλικού μπορεί να διπλασιαστεί.

Επομένως, για μακροπρόθεσμους πολυστρωματικούς διαύλους που λειτουργούν- για σύνθετες εγκαταστάσεις διαύλου, το RTI (Δείκτης σχετικής παρακολούθησης) είναι ένας κρίσιμος παράγοντας στην επιλογή υλικού.

 

CTI-Σχετικός δείκτης παρακολούθησης

Το CTI αξιολογεί την αντίσταση μιας επιφάνειας μονωτικού υλικού στην παρακολούθηση.

Υψηλότερες τιμές CTI:

Απαιτήσεις μικρότερης απόστασης ερπυσμού.
Ισχυρότερη αντοχή στη μόλυνση.
Ασφαλέστερη και πιο σταθερή λειτουργία σε υψηλές τάσεις.

Για εφαρμογές πάνω από 1000V, το CTI είναι συχνά μια κρίσιμη παράμετρος που καθορίζει το σχεδιασμό της μόνωσης.

 

Επιμήκυνση

Η επιμήκυνση αντανακλά την ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται στο ράγισμα και την αραίωση κατά το τέντωμα.

Υψηλή επιμήκυνση σημαίνει:

Καλύτερη καταλληλότητα για σύνθετες διεργασίες κάμψης.
Ευκολότερη σφράγιση άκρων αγωγού.
Υψηλότερη αξιοπιστία μόνωσης.

Τα υλικά PET έχουν συνήθως επιμήκυνση που υπερβαίνει το 100%, ενώ τα υλικά PI έχουν γενικά μικρότερη επιμήκυνση από το PET.

 

 

Βιομηχανικά Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας

Οι βιομηχανικές εφαρμογές συνήθως περιλαμβάνουν:

Τάσεις λειτουργίας από 1000V έως 6000V.
Μακροπρόθεσμες-λειτουργικές απαιτήσεις.
Υψηλές απαιτήσεις μερικής εκφόρτισης.
Αυστηρές προδιαγραφές απόστασης ερπυσμού.

Επομένως, οι πολυστρωματικές ράβδοι διαύλων για μετατροπείς τριών-επιπέδων και τα μεγάλα συστήματα διαύλου μετατροπέα συχνά χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό εύκαμπτης και άκαμπτης μόνωσης.

 

Εφαρμογές Νέων Ενεργειακών Οχημάτων

Τα νέα ενεργειακά συστήματα οχημάτων λειτουργούν συνήθως σε τάσεις συγκεντρωμένες σε:

Πλατφόρμες 400V

Πλατφόρμες 800V

Λόγω των σχετικά χαμηλότερων επιπέδων τάσης:

Χαμηλότερες απαιτήσεις μερικής εκφόρτισης.
Στα περισσότερα σενάρια δεν απαιτείται άκαμπτη μόνωση.
Η εστίαση είναι στον ελαφρύ σχεδιασμό και τη χρήση του χώρου.

Ως εκ τούτου, οι πολυστρωματικές ράβδοι για ηλεκτρικά αυτοκίνητα χρησιμοποιούν συχνά ελαφριές πλαστικοποιημένες κατασκευές για την κάλυψη των απαιτήσεων υψηλής πυκνότητας ισχύος.

 

 

 

Εκτός από την παραδοσιακή πολυστρωματική μόνωση, η βαφή πούδρας και η εποξειδική επίστρωση είναι επίσης κοινές μέθοδοι μόνωσης.

 

Αυτές οι διεργασίες είναι κατάλληλες για πολύπλοκες δομές ή εφαρμογές ενός-αγωγού, επιτυγχάνοντας:

Προστασία μόνωσης επιφάνειας;
Προστασία από τη διάβρωση;
Περιβαλλοντική στεγανοποίηση.

Ωστόσο, για συστήματα ράβδων διαύλου που απαιτούν χαμηλή επαγωγή και υψηλή αξιοπιστία, η πολυστρωματική μόνωση παραμένει η κύρια λύση.

 

 

Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας ηλεκτρονικών ισχύος, οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί έχουν εξελιχθεί από απλούς αγώγιμους συνδέσμους σε κρίσιμα εξαρτήματα που ενσωματώνουν αγωγιμότητα, απαγωγή θερμότητας, μόνωση και ηλεκτρομαγνητική βελτιστοποίηση. Είτε εφαρμόζεται σε νέα ενεργειακά οχήματα, σιδηροδρομική μεταφορά ή εξοπλισμό βιομηχανικής μετατροπής ισχύος, η κατάλληλη επιλογή μονωτικών υλικών επηρεάζει άμεσα την ασφάλεια, την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής του συστήματος.

 

Για μοντέρναπολυστρωματική ράβδοςΤα σχέδια, η εύκαμπτη μόνωση είναι υπεύθυνη για την επίτευξη αποτελεσματικής ενθυλάκωσης του αγωγού, ενώ η άκαμπτη μόνωση πληροί τις απαιτήσεις αντοχής σε υψηλή-τάση. Μαζί, εξασφαλίζουν τη μακροπρόθεσμη-σταθερή λειτουργία ολόκληρου του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας.