Gelamineerde rails Isolatiemateriaalanalyse: hoe beïnvloeden flexibele en stijve isolatie de systeemprestaties?

Met de snelle ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen, energieopslagsystemen, spoorwegvervoer en industriële frequentieconversieapparatuur zijn gelamineerde rails belangrijke geleidende verbindingscomponenten geworden in elektronische systemen met hoog-vermogen. Of het nu gaat om een ​​gelamineerde stroomrail voor elektrische auto's, een gelamineerde stroomrail in een hoog-vermogensomvormer of een op maat gemaakte gelamineerde stroomrail voor IGBT's: de prestaties zijn niet alleen afhankelijk van het ontwerp van de geleider, maar ook nauw van de keuze van het isolatiemateriaal.

 

Het isolatiesysteem heeft rechtstreeks invloed op de weerstandsspanning, de gedeeltelijke ontladingsprestaties, de levensduur en de algehele betrouwbaarheid van de rail. Het begrijpen van de kenmerken van flexibele en stijve isolatie is van cruciaal belang voor het ontwerpen van hoog-gelamineerde laag-inductieve rails.

 

 

 

Een gelamineerde verzamelrail is een geleidend verbindingssysteem dat bestaat uit meerdere lagen geleiders en isolatiemateriaal, behorend tot de typische Multi-Layer Composite Structure Connection Bar-structuur.

 

Door de positieve en negatieve geleiders strak op elkaar te stapelen en ze te isoleren met een isolatielaag, kan de lusinductie effectief worden verminderd, kunnen de elektromagnetische compatibiliteitsprestaties van het systeem worden verbeterd en kan het energieverlies worden verminderd. Daarom wordt het veel gebruikt in:

 

Aandrijfsystemen voor elektrische voertuigen
Energieopslagconverters (PCS)
Industriële frequentieomvormers
Fotovoltaïsche omvormers
Stroomsystemen voor spoorwegvervoer
Voedingsapparatuur met hoog-vermogen

 

In meer-laagconstructies zoals drie-laags gelamineerde rails, zorgt het isolatiemateriaal niet alleen voor elektrische isolatie, maar ook voor mechanische bescherming en bescherming tegen de omgeving.

 

 

 

Momenteel maken de meeste gedeeltelijk gelamineerde rails gebruik van flexibele isolatiefilms die op koperen geleiders zijn gelamineerd.

 

Flexibele isolatiematerialen worden doorgaans stevig aan de geleider gehecht door middel van een warmpersproces-, waardoor een volledige afdichting aan de randen van de geleider wordt gevormd, waardoor de weerstand tegen vocht en hitte, vervuiling en veroudering wordt verbeterd.

 

PET-polyester isolatiemateriaal

PET is een van de meest voorkomende isolatiematerialen voor meerlaagse rails.

De belangrijkste kenmerken zijn onder meer:

Bedrijfstemperatuur op lange- termijn tot 105 graden;
Uitstekende ductiliteit; Minder gevoelig voor scheuren tijdens het buigen.
Uitstekende oppervlaktekwaliteit;
Goede vlamvertragende eigenschappen; Relatief voordelige kosten.

Vanwege de hoge CTI (relatieve trackingindex) is PET bijzonder geschikt voor hoogspanningstoepassingen.

PET-materialen worden veel gebruikt in Subway gelamineerde busbars en industriële energiesystemen.

PI Polyimide isolatiemateriaal

PI is een hoogwaardig, hoog-temperatuur-isolatiemateriaal.

De belangrijkste voordelen zijn onder meer:

Temperatuurbestendigheid op lange- termijn van meer dan 200 graden;
Uitstekende thermische stabiliteit;
Goede lasbaarheid; Hoge inherente vlamvertraging.

Daarom hebben PI-materialen aanzienlijke voordelen in IGBT gelamineerde busbars en toepassingen waarbij het solderen van condensatoren, inductoren en andere componenten vereist is.

PI-materialen hebben echter relatief zwakkere oppervlaktevolgeigenschappen en zijn duurder dan PET. Ze worden doorgaans gebruikt in speciale toepassingen in plaats van conventionele ontwerpen.

 

 

Flexibele isolatie bedekt voornamelijk de geleider, terwijl stijve isolatie voornamelijk dient als structurele isolatie tussen geleiderlagen.

 

In hoogspanningssystemen is dunne-filmisolatie vaak onvoldoende om te voldoen aan de vereisten voor gedeeltelijke ontlading en kruipafstanden, waardoor de toevoeging van stijve isolatielagen noodzakelijk is.

 

Veel voorkomende stijve isolatiematerialen zijn onder meer:

Glasvezelversterkte polyesterplaat

Epoxy glasvezelplaat

Isolerende composietmaterialen met hoge- sterkte

De dikte van de stijve isolatie wordt doorgaans bepaald op basis van de bedrijfsspanning van het systeem.

 

In algemeen technisch ontwerp:

Voor elke verhoging van de bedrijfsspanning met 1 kV is ongeveer 1 mm isolatieafstand vereist.
Hoe hoger het spanningsniveau, hoe groter de stijve isolatiedikte.
Voor hoog-spanningssystemen kunnen isolatiestructuren van 3-6 mm of zelfs dikker nodig zijn.

 

Daarom is stijve isolatie bij hoog-spanningstoepassingen zoals explosieveilige- hoogspannings-inverterrails een onmisbaar en cruciaal onderdeel geworden.

 

 

RTI-Relatieve temperatuurindex

RTI (Relative Thermal Index) vertegenwoordigt de hoogste temperatuur waarbij een isolatiemateriaal gedurende langere perioden continu kan functioneren.

Deze index wordt gebruikt om het vermogen van het materiaal te evalueren om de mechanische sterkte en elektrische eigenschappen te behouden onder thermische verouderingsomstandigheden op de lange- termijn.

Algemeen:

 

Hogere temperaturen verkorten de levensduur van het materiaal.

Voor elke temperatuurstijging van 10 graden kan de levensduur van het materiaal worden gehalveerd.

Voor elke temperatuurdaling van 10 graden kan de levensduur van het materiaal verdubbelen.

Daarom is RTI (Relative Tracking Index) voor langdurig werkende gelamineerde rails voor complexe railinstallaties een cruciale factor bij de materiaalkeuze.

 

CTI-Relatieve trackingindex

CTI evalueert de weerstand van een oppervlak van isolatiemateriaal tegen tracking.

Hogere CTI-waarden:

Kleinere kruipafstandvereisten;
Sterkere weerstand tegen vervuiling;
Veiligere en stabielere werking bij hoge spanningen.

Voor toepassingen boven 1000 V is CTI vaak een kritische parameter die het isolatieontwerp bepaalt.

 

Verlenging

Rek weerspiegelt het vermogen van een materiaal om scheuren en dunner worden tijdens het uitrekken te weerstaan.

Hoge rek betekent:

Betere geschiktheid voor complexe buigprocessen;
Gemakkelijkere afdichting van de rand van de geleider;
Hogere isolatiebetrouwbaarheid.

PET-materialen hebben doorgaans een rek van meer dan 100%, terwijl PI-materialen over het algemeen een lagere rek hebben dan PET.

 

 

Industriële energiesystemen

Industriële toepassingen omvatten doorgaans:

Bedrijfsspanningen van 1000V tot 6000V;
Operationele vereisten op lange- termijn;
Hoge deellozingseisen;
Strenge specificaties voor kruipafstanden.

Daarom maken gelamineerde rails voor omvormers met drie-niveaus en grote converterbussystemen vaak gebruik van een combinatie van flexibele en stijve isolatie.

 

Nieuwe energievoertuigtoepassingen

Nieuwe energievoertuigsystemen werken doorgaans op spanningen die geconcentreerd zijn in:

400V-platforms

800V-platforms

Vanwege de relatief lagere spanningsniveaus:

Lagere deellozingseisen;
Stijve isolatie is in de meeste scenario's niet vereist.
De nadruk ligt op lichtgewicht ontwerp en ruimtegebruik.

Daarom maken gelamineerde busbars voor elektrische auto's vaak gebruik van lichtgewicht gelamineerde structuren om te voldoen aan de vereisten voor hoge vermogensdichtheid.

 

 

 

Naast traditionele gelamineerde isolatie zijn poedercoating en epoxycoating ook veelgebruikte isolatiemethoden.

 

Deze processen zijn geschikt voor complexe structuren of toepassingen met één-geleider, waardoor het volgende wordt bereikt:

Bescherming van oppervlakte-isolatie;
Corrosiebescherming;
Milieuafdichting.

Voor railsystemen die een lage inductantie en hoge betrouwbaarheid vereisen, blijft gelamineerde isolatie echter de reguliere oplossing.

 

 

Met de voortdurende ontwikkeling van vermogenselektronicatechnologie zijn gelamineerde rails geëvolueerd van eenvoudige geleidende connectoren naar cruciale componenten die geleidbaarheid, warmteafvoer, isolatie en elektromagnetische optimalisatie integreren. Of het nu wordt toegepast op nieuwe energievoertuigen, spoorwegvervoer of industriële stroomconversieapparatuur, de juiste selectie van isolatiematerialen heeft een directe invloed op de veiligheid, betrouwbaarheid en levensduur van het systeem.

 

Voor moderngelamineerde railontwerpen is flexibele isolatie verantwoordelijk voor het bereiken van efficiënte inkapseling van geleiders, terwijl stijve isolatie voldoet aan hoge- spanningsbestendigheidseisen. Samen zorgen ze voor de stabiele werking van het gehele energiesysteem op de lange- termijn.