Analýza izolačních materiálů pro vrstvené přípojnice: výběr a aplikace flexibilní a tuhé izolace

S vývojem nových energetických vozidel, systémů pro skladování energie, železniční dopravy a průmyslových energetických zařízení jsou laminované přípojnice široce používány kvůli jejich nízké indukčnosti, vysoké spolehlivosti a kompaktní konstrukci. Ať už se jedná o přípojnici EV, přípojnici autobaterie nebo průmyslový-systém kondenzátorových přípojnic, výběr izolačního materiálu přímo ovlivňuje elektrický výkon produktu, životnost a úroveň bezpečnosti.

 

U moderních automobilových přípojnicových systémů slouží izolační vrstva nejen jako izolace vodičů, ale také musí splňovat požadavky na tepelnou odolnost, napěťovou odolnost, zpomalení hoření a-dlouhodobě spolehlivý provoz. Důkladné porozumění charakteristikám pružných a tuhých izolačních materiálů je proto zásadní pro návrh a výběr přípojnic.

 

 

 

V současné době většina laminovaných přípojnic využívá flexibilní tenkovrstvou-izolační strukturu, která těsně připojuje izolační fólii k měděnému vodiči prostřednictvím procesu laminace. Tento proces účinně snižuje vzdálenost vodičů, zlepšuje integraci systému a zajišťuje vynikající izolační vlastnosti přípojnic.

 

Polyesterový (PET) izolační materiál

PET je jedním z nejpoužívanějších izolačních materiálů, který má významný podíl na trhu v oblasti izolací PET pro automobilové přípojnice. Mezi jeho hlavní vlastnosti patří:

Dlouhodobá-provozní teplota až 105 stupňů; Vysoká tažnost, typicky přesahující 100 %, vhodná pro složité ohýbané konstrukce; Dobrá mechanická houževnatost a tvarovací výkon; Vysoký relativní index sledování (CTI); K dispozici v různých tloušťkách, aby vyhovovaly různým úrovním napětí; Vynikající vlastnosti zpomalující hoření, splňující požadavky průmyslových a automobilových aplikací.

V nových energetických systémech vozidel jsou izolační vrstvy PET široce používány v bateriových přípojnicích EV, automobilových zemních přípojnicích a produktech automobilových přípojnic.

 

Polyimid (PI) izolační materiál

PI je vysoce-výkonný, vysokým-teplotám odolný izolační materiál s trvalou provozní teplotou obvykle přesahující 200 stupňů .

Ve srovnání s PET má PI následující vlastnosti:

Vynikající odolnost vůči vysokým-teplotám; Vynikající vlastní retardace hoření; Vyšší mechanická tuhost; Vhodnější pro svařovací procesy; Relativně vyšší náklady; Nižší CTI než PET.

Proto v aplikacích vyžadujících svařování kondenzátorů, výkonových modulů nebo konektorů se materiál PI často používá v přípojnicích filmových kondenzátorů pro vozidla New Energy a některých přípojnicích pro produkty výkonových kondenzátorů.

 

Rozdíly mezi pružnou a tuhou izolací

Flexibilní izolace se primárně používá pro izolaci povrchu měděných vodičů, tvořících kompletní izolační strukturu prostřednictvím laminace.

 

Mezi jeho výhody patří:

Umožňuje úplné utěsnění okrajů vodičů;

Je vhodný pro složité trojrozměrné konstrukční návrhy;

Účinně snižuje velikost systému;

Usnadňuje hromadnou výrobu a automatizovanou výrobu.

 

Tuhá izolace se na druhé straně používá hlavně pro rozmístění a podporu mezi různými vrstvami vodičů.

U vysokonapěťových{0}}systémů samotná pružná izolace často nemůže splnit požadavky na distribuci elektrického pole a kontrolu částečného vybíjení; proto jsou zapotřebí tuhé izolační materiály pro zvětšení izolační vzdálenosti.

 

Typicky:

Na každé zvýšení provozního napětí o 1 kV je zapotřebí přibližně 1 mm izolační vzdálenosti;

Čím vyšší je provozní napětí, tím větší je tloušťka tuhé izolace;
Vysokonapěťové systémy obvykle používají jako konstrukční izolační vrstvu polyesterové desky vyztužené skelnými vlákny.

V konstrukci vysokonapěťových přípojnic je tuhá izolace klíčovou součástí zajišťující dlouhodobý-stabilní provoz, zatímco automobilové systémy s nízkonapěťovými přípojnicemi obvykle nevyžadují další těžké tuhé izolační konstrukce.

 

 

 

Index relativní teploty (RTI)

RTI je důležitým ukazatelem-dlouhodobé tepelné odolnosti izolačních materiálů.

 

Relativní index sledování (RTI) je definován jako:

Teplota, při které se mechanické a elektrické vlastnosti materiálu po přibližně 20 000 hodinách dlouhodobého-provozu sníží na 50 % původních hodnot.

 

U dlouhodobě-provozovaných přípojnicových systémů elektrických vozidel má RTI přímý vliv na životnost produktu.

Obvykle:

 

S každým poklesem teploty o 10 stupňů se životnost izolace přibližně zdvojnásobí;

Každým zvýšením teploty o 10 stupňů se životnost izolace může zkrátit přibližně o polovinu.

 

Proto při navrhování pocínované měděné přípojnice pro elektromobily je třeba komplexně zvážit řešení tepelného managementu i třídy izolačních materiálů.

 

 

CTI odráží povrchovou odolnost materiálu vůči stopování.

 

Když je zařízení vystaveno vlhkému, znečištěnému nebo-vysokonapěťovému prostředí po delší dobu, vyšší hodnota CTI účinně snižuje riziko povrchového tečení.

 

Pro průmyslové systémy skladování energie, DC kondenzátorové přípojnice a velké kondenzátorové laminovací přípojnice je CTI zásadním parametrem ovlivňujícím bezpečnostní návrh.

 

Materiály PET mají obvykle vyšší hodnocení CTI, a proto se častěji používají ve vysokonapěťových aplikacích.

 

Tažnost představuje schopnost materiálu udržet si své izolační vlastnosti pod tahem.

Tento parametr přímo ovlivňuje:

Výkon v ohybu;
kvalita ovinutí okraje vodiče;
Stabilita procesu těsnění;
Dlouhodobá-mechanická spolehlivost.

PET materiály mají typicky prodloužení přes 100 %, zatímco PI materiály jsou kolem 70 %. Proto je PET vhodnější pro složité procesy laminování měděných vodičů.

 

 

Průmyslové energetické systémy

Požadavky průmyslových zařízení na přípojnice se primárně zaměřují na vysoké napětí a dlouhou životnost.

 

Mezi typické vlastnosti patří:

Provozní napětí typicky mezi 1000V a 6000V;
Přísné požadavky na kontrolu částečného vypouštění;
Požadavek na zvýšené tuhé izolační konstrukce;
Vysoké požadavky na povrchovou vzdálenost;
Životnost 20 až 25 let nebo více.

 

Vysokonapěťová zařízení pro skladování energie, železniční doprava a velkorozměrové systémy distribuce energie proto obvykle používají materiály s vysokou hodnotou CTI a silnější izolační struktury pro rozvodné přípojnice.

 

 

 

Nové aplikace energetických vozidel kladou větší důraz na odlehčení, využití prostoru a kontrolu nákladů.

Mezi typické vlastnosti patří:

 

Úrovně napětí jsou obecně nižší než 800 V;
Nižší požadavky na částečné vybití;
Typické použití flexibilních vrstvených izolačních struktur;
Citlivější na váhu a objem;
Životnost je obecně 5 až 10 let.

 

Produkty, jako jsou BusBar Cars, Automobilové napájecí konektory a pocínované{0}}automobilové přípojnice, proto stále častěji využívají PET nebo PI izolační řešení, aby splnily požadavky na kompaktní design.

 

 

Kromě technologie laminované izolace je běžným řešením také izolace práškovým lakem.

 

Tento proces dosahuje celkové ochrany izolace vytvořením povlaku z epoxidové pryskyřice na povrchu vodiče a je zvláště vhodný pro konstrukčně složité jednotlivé vodiče.

 

Mezi jeho výhody patří:

Dokáže pokrýt složité geometrie;
Vhodné pro ne-laminované vodiče;
Dobrá odolnost proti korozi;
Může splňovat některé požadavky-na nízkonapěťové aplikace.

 

Avšak pro automobilové přípojnice a přípojnice elektrických vozidel vyžadujících nízkou indukčnost a vysokou hustotu výkonu zůstává technologie vrstvené izolace hlavním řešením.

 

 

 

Izolační materiály jsou zásadní složkou určující výkon vrstvených přípojnic. PET a PI, jako nejběžnější flexibilní izolační materiály, mají každý své výhody v různých aplikačních scénářích. U vysokonapěťových průmyslových systémů je třeba komplexně zvážit RTI, CTI a tuhé izolační konstrukce, zatímco u sektoru nových energetických vozidel se zaměřujeme spíše na lehký design, využití prostoru a efektivitu výroby.

 

S rozvojemEV přípojnice, kondenzátorové přípojnice a nová energeticky napájená elektronická zařízení, technologie izolačních materiálů se bude i nadále zdokonalovat a poskytovat bezpečnější a účinnější řešení pro budoucí vysoce{0}}výkonné a vysoce{1}}spolehlivé elektrické spojovací systémy.