Анализ изоляционных материалов для ламинированных шин: выбор и применение гибкой и жесткой изоляции

С развитием новых энергетических транспортных средств, систем хранения энергии, железнодорожного транспорта и промышленного энергетического оборудования ламинированные шины широко используются благодаря их низкой индуктивности, высокой надежности и компактной конструкции. Будь то шина электромобиля, шина автомобильного аккумулятора или шинная система промышленного-конденсатора, выбор изоляционного материала напрямую влияет на электрические характеристики, срок службы и уровень безопасности продукта.

 

В современных автомобильных шинных системах изоляционный слой не только служит изоляцией проводников, но также должен отвечать требованиям по термостойкости, устойчивости к напряжению, огнестойкости и долгосрочной-надежной работе. Поэтому глубокое понимание характеристик гибких и жестких изоляционных материалов имеет решающее значение для проектирования и выбора шин.

 

 

 

В настоящее время в большинстве ламинированных шин используется гибкая тонкопленочная изоляционная структура, которая плотно прикрепляет изоляционную пленку к медному проводнику посредством процесса ламинирования. Этот процесс эффективно уменьшает расстояние между проводниками, улучшает интеграцию системы и обеспечивает превосходные характеристики изоляции шин.

 

Изоляционный материал из полиэстера (ПЭТ)

ПЭТ является одним из наиболее широко используемых изоляционных материалов, занимая значительную долю рынка в области ПЭТ-изоляции автомобильных шин. К его основным характеристикам относятся:

Длительная-рабочая температура до 105 градусов; Высокое удлинение, обычно превышающее 100%, подходит для сложных изгибающихся конструкций; Хорошая механическая прочность и производительность при формовании; Высокий относительный индекс отслеживания (CTI); Доступны различной толщины для соответствия различным уровням напряжения; Отличные огнезащитные свойства, отвечающие требованиям промышленного и автомобильного применения.

В новых энергосистемах транспортных средств изоляционные слои из ПЭТ широко используются в шинах аккумуляторных батарей электромобилей, автомобильных шинах заземления и автомобильных шинах.

 

Изоляционный материал из полиимида (PI)

PI – это высокоэффективный-изоляционный материал, устойчивый к высоким-температурам, постоянная рабочая температура которого обычно превышает 200 градусов.

По сравнению с ПЭТ, ПИ имеет следующие характеристики:

Превосходная устойчивость к высоким-температурам; Отличная огнестойкость; Более высокая механическая жесткость; Больше подходит для сварочных процессов; Сравнительно более высокая стоимость; Более низкий CTI, чем ПЭТ.

Поэтому в приложениях, требующих сварки конденсаторов, силовых модулей или разъемов, материал PI часто используется в шинах пленочных конденсаторов транспортных средств новой энергетики и некоторых шинах для продуктов силовых конденсаторов.

 

Различия между гибкой и жесткой изоляцией

Гибкая изоляция в основном используется для изоляции поверхности медных жил, образуя полную изоляционную структуру посредством ламинирования.

 

К его преимуществам относятся:

Это позволяет обеспечить полную герметизацию кромок проводника;

Он подходит для сложных-конструкционных проектов;

Это эффективно уменьшает размер системы;

Это облегчает массовое производство и автоматизацию производства.

 

С другой стороны, жесткая изоляция в основном используется для разделения и поддержки между различными слоями проводника.

В системах высокого-напряжения сама по себе гибкая изоляция часто не может удовлетворить требования по распределению электрического поля и контролю частичных разрядов; поэтому для увеличения изоляционного расстояния необходимы жесткие изоляционные материалы.

 

Обычно:

Для каждого увеличения рабочего напряжения на 1 кВ требуется расстояние между изоляцией примерно 1 мм;

Чем выше рабочее напряжение, тем больше толщина жесткой изоляции;
В системах высокого-напряжения обычно в качестве структурного изоляционного слоя используются полиэфирные плиты, армированные стекловолокном.

В конструкции шин высокого-напряжения жесткая изоляция является важнейшим компонентом, обеспечивающим долгосрочную-стабильную работу, в то время как автомобильные системы шин низкого-напряжения обычно не требуют дополнительных тяжелых жестких изоляционных конструкций.

 

 

 

Индекс относительной температуры (RTI)

RTI — важный показатель долгосрочной-термостойкости изоляционных материалов.

 

Относительный индекс отслеживания (RTI) определяется как:

Температура, при которой механические и электрические свойства материала снижаются до 50 % от их первоначальных значений примерно через 20 000 часов длительной-работы.

 

Для долгосрочных-систем электромобилей с шинами RTI напрямую влияет на срок службы продукта.

В целом:

 

На каждые 10 градусов снижения температуры срок службы изоляции увеличивается примерно вдвое;

При повышении температуры на каждые 10 градусов срок службы изоляции может сократиться примерно вдвое.

 

Поэтому при проектировании медной луженой шины для электромобилей необходимо всесторонне учитывать как решения по терморегуляции, так и марки изоляционных материалов.

 

 

CTI отражает устойчивость поверхности материала к трекингу.

 

Когда оборудование подвергается воздействию влажной, загрязненной среды или среды с высоким-напряжением в течение длительного периода времени, более высокое значение CTI эффективно снижает риск утечки по поверхности.

 

Для промышленных систем хранения энергии, шин с конденсаторами постоянного тока и шин с ламинированием больших конденсаторов CTI является важнейшим параметром, влияющим на проектирование безопасности.

 

ПЭТ-материалы обычно имеют более высокий рейтинг CTI и поэтому более широко используются в приложениях с высоким-напряжением.

 

Удлинение представляет собой способность материала сохранять свои изоляционные свойства при растяжении.

Этот параметр напрямую влияет на:

Гибочная производительность;
Качество обмотки кромок проводника;
Стабильность процесса уплотнения;
Долгосрочная-механическая надежность.

Материалы ПЭТ обычно имеют удлинение более 100%, тогда как материалы ПИ составляют около 70%. Поэтому ПЭТ больше подходит для сложных процессов ламинирования медных проводников.

 

 

Промышленные энергетические системы

Требования промышленного оборудования к шинам в первую очередь ориентированы на высокое напряжение и длительный срок службы.

 

Типичные характеристики включают в себя:

Рабочее напряжение обычно составляет от 1000 В до 6000 В;
Строгие требования к контролю частичных разрядов;
Требование к конструкциям повышенной жесткости изоляции;
Требования к высокой длине пути утечки;
Срок службы от 20 до 25 лет и более.

 

Поэтому в высоковольтном накопителе энергии, железнодорожном транспорте и крупных-системах распределения электроэнергии обычно используются материалы с высоким коэффициентом теплопроводности и более толстые изоляционные конструкции для распределительных шин.

 

 

 

Применения новых энергетических транспортных средств уделяют больше внимания облегчению, использованию пространства и контролю затрат.

Типичные характеристики включают в себя:

 

Уровни напряжения обычно ниже 800 В;
Более низкие требования к частичному разряду;
Обычно используются гибкие ламинированные изоляционные конструкции;
Более чувствителен к весу и объему;
Продолжительность жизни обычно составляет от 5 до 10 лет.

 

Поэтому в таких продуктах, как автомобильные шинопроводы, автомобильные силовые разъемы и автомобильные шинопроводы из жести-, все чаще используются изоляционные решения из ПЭТ или ПИ, чтобы удовлетворить требования к компактной конструкции.

 

 

Помимо технологии ламинированной изоляции, распространенным решением также является изоляция с порошковым покрытием.

 

Этот процесс обеспечивает общую защиту изоляции за счет образования покрытия из эпоксидной смолы на поверхности проводника и особенно подходит для структурно сложных одиночных проводников.

 

К его преимуществам относятся:

Может охватывать сложную геометрию;
Подходит для не-ламинированных проводников;
Хорошая коррозионная стойкость;
Может соответствовать некоторым требованиям-приложений с низким напряжением.

 

Однако для автомобильных шин и шин электромобилей, требующих низкой индуктивности и высокой удельной мощности, технология ламинированной изоляции остается основным решением.

 

 

 

Изоляционные материалы являются важнейшим компонентом, определяющим эксплуатационные характеристики ламинированных шин. ПЭТ и ПИ, как наиболее распространенные гибкие изоляционные материалы, имеют свои преимущества в различных сценариях применения. Для промышленных систем высокого-напряжения необходимо комплексно рассматривать RTI, CTI и жесткие изоляционные конструкции, тогда как в секторе новых энергетических транспортных средств основное внимание уделяется легкой конструкции, использованию пространства и эффективности производства.

 

С развитиемEV-шины, конденсаторных шин и новых энергетических электронных устройств, технологии изоляционных материалов будут продолжать совершенствоваться, обеспечивая более безопасные и эффективные решения для будущих систем электрических соединений высокой-мощности и высокой-надежности.