Isolatiematerialen voor gelamineerde verzamelrails – een korte bespreking van flexibele en stijve isolatie en hun parameters

Een gelamineerde stroomrail is een elektrische verbindingscomponent die bestaat uit meerdere lagen geleiders en isolatiemateriaal. Het wordt veel gebruikt in compacte vermogenselektronische systemen met een hoge-vermogen-dichtheid, zoals gelamineerde laag-inductieve busbars en kopergelamineerde busbars. Het belangrijkste ontwerpdoel is het verbeteren van de algehele efficiëntie en betrouwbaarheid van het systeem door het optimaliseren van de verdeling van het elektrische veld en de parasitaire inductantie via een drie- structuur, terwijl wordt voldaan aan de eisen van transmissie van hoge spanning en hoge stroom. Typische toepassingen zijn onder meer gelamineerde rails in hoog-vermogensomzetters en gelamineerde rails voor DC-stroomdistributiesystemen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Structureel maken gelamineerde rails doorgaans gebruik van flexibele isolatiematerialen gelamineerd met geleiders om geleidende basiseenheden te vormen. Deze structuur wordt ook wel een gedeeltelijk gelamineerde verzamelrail of een meer-laagse verbindingsrail met composietstructuur genoemd. Tijdens een warmpersproces- wordt het flexibele isolatiemateriaal stevig aan de geleider gehecht door middel van lijmlagen, waardoor een effectieve afdichting wordt gevormd aan de randen van de geleider, waardoor stabiele isolatieprestaties behouden blijven, zelfs in complexe omgevingen. Veelgebruikte flexibele isolatiematerialen zijn polyester (PET) en polyimide (PI), waarbij PET het meest wordt gebruikt in drie-laags gelamineerde rails en gestandaardiseerde railproducten vanwege de uitgebreide prestatievoordelen.

 

Polyestermaterialen hebben een matige temperatuurbestendigheid (doorgaans 105 graden), waardoor stabiele mechanische en elektrische eigenschappen behouden blijven onder -lange termijn thermische cycli. De rek kan meer dan 100% bedragen, waardoor het minder gevoelig is voor scheuren of diktevermindering tijdens het buigen en binden van de randen. Bovendien heeft PET een hoge relatieve trackingindex (CTI), waardoor het kruiprisico effectief wordt verminderd, wat vooral van cruciaal belang is voor hoog-spanningstoepassingen zoals explosieveilige- hoogspannings-inverterrails. Hoewel het voldoet aan de vlamvertragende classificaties (bijv. V0), is PET ook verkrijgbaar in verschillende diktes (bijv. 50 μm tot 350 μm) om zich aan te passen aan verschillende spanningsniveaus en structurele ontwerpvereisten, waardoor een grote veelzijdigheid wordt geboden in toepassingen zoals gelamineerde verzamelrails voor omvormers met drie niveaus en op maat gemaakte gelamineerde verzamelrails voor IGBT's.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Polyimide (PI)-materialen zijn daarentegen hoogwaardige isolatiematerialen- met een hogere temperatuurbestendigheid (RTI is doorgaans hoger dan 200 graden), waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen waarbij sprake is van hoge- temperatuurlassen of hoge plaatselijke warmtebelastingen, zoals constructies waarbij condensatoren of elektronische componenten worden gelast in gelamineerde rails voor elektrische auto's. PI-materialen hebben een grotere mechanische stijfheid en zijn minder gevoelig voor ontspanning onder langdurige spanning-, waardoor de stabiliteit van de afgedichte structuur behouden blijft. Hun CTI-prestaties zijn echter relatief laag en vereisen meestal een ontwerp met een grotere kruipafstand, waardoor ze geschikter zijn voor omgevingen met midden{6}} en lage- spanning, zoals sommige toepassingen met DC-Link Capacitor Gelamineerde Bus Bars of DC Support Capacitor Gelamineerde Bus Bars.

 

In een compleet gelamineerd railsysteem wordt flexibele isolatie voornamelijk gebruikt voor elektrische isolatie en afdichting tussen geleiderlagen, terwijl stijve isolatiematerialen worden gebruikt voor structurele ondersteuning en elektrische isolatie tussen railsamenstellen. De dikte van stijve isolatie houdt meestal rechtstreeks verband met het systeemspanningsniveau; een algemeen ontwerpprincipe is ongeveer 1 mm stijf isolatiemateriaal per kilovolt. In hoog-spanningssystemen, zoals gelamineerde rails voor back-naar-back-converters met een grote- capaciteit of inverterrails voor spoorverkeer en metrosystemen, zijn doorgaans stijve isolatielagen met een dikte tussen 1 mm en 6 mm vereist om te voldoen aan de gedeeltelijke ontladingsregeling en de betrouwbare werking op lange termijn-.

 

Wat de belangrijkste prestatieparameters betreft, zijn de relatieve temperatuurindex (RTI) en de relatieve trackingindex (CTI) belangrijke indicatoren voor het evalueren van isolatiematerialen. RTI meet het vermogen van een materiaal om de prestaties te behouden onder -lange termijn thermische verouderingsomstandigheden; de beoordeling van de levensduur is doorgaans gebaseerd op versnelde verouderingstests van meer dan 20.000 uur en volgt een exponentiële relatie tussen temperatuur en levensduur. CTI weerspiegelt de weerstand van een materiaal tegen tracking in vervuilde omgevingen en is van cruciaal belang voor het ontwerp van kruipafstanden in hoog-spanningssystemen. Bovendien heeft de rek van het materiaal rechtstreeks invloed op het aanpassingsvermogen ervan tijdens de verwerking en is het een van de belangrijkste parameters voor het evalueren van de afdichtingsprestaties en mechanische betrouwbaarheid.

 

De prestatie-eisen voor isolatiematerialen in gelamineerde rails variëren aanzienlijk per toepassingsgebied. In industriële hoog-toepassingen, zoals explosieveilige- hoogspannings-inverterrails of grootschalige- stroomconversiesystemen, variëren de bedrijfsspanningen doorgaans van 1000 V tot 6000 V. Deze toepassingen vereisen extreem hoge normen voor gedeeltelijke ontladingsbeheersing, elektrische isolatieprestaties en lange- levensduur. Daarom is een combinatie van flexibele en stijve isolatieontwerpen vereist, waarbij materialen met een hoge CTI de voorkeur verdienen. In de sector van nieuwe energievoertuigen, zoals busbars met gemetalliseerde filmcondensatoren met hoge thermische geleidbaarheid voor EV-besturingssystemen, liggen de systeemspanningen doorgaans onder de 800 V. De vereisten voor isolatieprestaties zijn relatief lager, met een grotere nadruk op lichtgewicht ontwerp, hittebestendigheid en compatibiliteit van assemblageprocessen. Daarom bieden PI-materialen bepaalde voordelen in specifieke lasconstructies.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bovendien kan in sommige niet-gelamineerde structuren of toepassingen met enkele- geleider ook poedercoatingisolatie worden gebruikt, dat wil zeggen poeder-geverfde gelamineerde stroomrails met diëlektrische coatingdiktes tussen 0,2 mm ~ 3,00 mm. Dit proces is geschikt voor het isoleren van geleiders met complexe vormen, waardoor een goede oppervlaktedekking en afdichting wordt bereikt. Vanwege de moeilijkheid bij het controleren van de isolatieconsistentie bij geleiderranden en scherpe hoeken, wordt het echter over het algemeen niet gebruikt in gelamineerde railsystemen met hoge-precisie, zoals in veeleisende toepassingen zoals op maat gemaakte koperen inverter gelamineerde rail voor elektrische installatie.

 

Over het algemeen zijn de prestaties van gelamineerde rails, net als typische passieve elektronische componenten van gelamineerde rail, sterk afhankelijk van de selectie van isolatiematerialen en het structurele ontwerp. Door flexibele en stijve isolatiematerialen op de juiste manier op elkaar af te stemmen en rekening te houden met specifieke toepassingsscenario’s (zoalsGelamineerde rails voor complexe railinstallaties), kan een hogere vermogensdichtheid en systeemintegratie worden bereikt terwijl de elektrische veiligheid wordt gewaarborgd.