疊層母線排絕緣材料——柔性與剛性絕緣及其參數(shù)淺談

發(fā)布日期:
2023-09-20
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得益于出色的質量和可靠性、電氣和機械專業(yè)性、聯(lián)合研發(fā)優(yōu)勢和靈活的交貨期,以及在電動汽車/混合動力汽車、軌道交通和可再生能源等高功率市場的廣泛應用,羅杰斯ROLINX?母線排一直受到眾多設計師的肯定和選擇。而今天我們所要探討的話題是疊層母線排的柔性與剛性絕緣材料及其參數(shù)。這對于實現(xiàn)母線排的性能,也是重要的關鍵之一。


01,目前的疊層母線排都采用什么絕緣材料?

疊層母線的主要作用是通過3D機械結構,在滿足電氣要求(電壓與電流)的同時,使電氣系統(tǒng)盡可能緊湊。為達到最大電氣絕緣性能,所有相關導體均層壓上柔性絕緣,在溫度熱循環(huán)期間將涂有粘合層的柔性薄膜層壓在導體上。在這個過程中,粘合劑在壓力作用下產生活性,牢牢地將薄膜與導體粘合起來,并在導體邊緣形成密封,即使在最嚴苛的大氣條件下也不會損壞。薄膜上噴涂的膠黏劑不僅具有出色的粘合性,其阻燃性也能夠限制疊層母線排的易燃性(導體絕緣)。最常用的柔性絕緣材料是透明或白色聚酯(PET)。


憑借以下優(yōu)點,聚酯材料成為各種母線應用的不二之選:

  • 合理的溫度額定值:105°C——可在此溫度下使用多年且性能不變。

  • 在折彎和導體包邊工藝中良好的延展性,不會導致薄膜撕裂或變薄。伸長率/延展率超過100%。絕緣材料在超過玻璃化溫度(80°C)幾天后仍能保持導體形狀。

  • 標準薄膜以及多種經(jīng)濟型厚度可選:50、125、250和350?μm。

  • 出色的表面質量(相對漏電起痕指數(shù),CTI),低漏電起痕風險,爬電距離得以縮短。

  • 實現(xiàn)最小厚度的同時保證良好的阻燃性(V0)。ROLINX母線排結構產品均為ULV0級。


聚酰亞胺(PI),一種僅適用于特定應用的高性能棕色高溫絕緣材料,具有極高的溫度額定值(RTI >200°C)。

  • 最常見的應用是在母線排上焊接各種部件,避免絕緣材料在加熱過程中受損。

  • 比PET更硬,對密封和封閉模具更為關鍵,且沒有隨時間消除機械應力(彎曲、密封)的松弛點。

  • 薄膜固有的阻燃等級為UL V0(最佳阻燃性)。

  • 標準厚度為25到50 μm,比聚酯更加昂貴。

  • 表面質量較差,僅適用于600V以下的應用。

  • 典型顏色是棕色,也可提供黑色。白色PET是母線排的標準層壓材料,棕色PI多用于低壓焊接應用。


02,柔性絕緣與剛性絕緣有什么區(qū)別?分別在什么時候使用?

柔性絕緣用于導體的絕緣以形成疊層母排的部件,在邊緣和過孔處形成最佳電氣密封。然后這些部件將組裝為成品母排,其中會插入剛性絕緣體,其厚度由電壓決定。母線排設計旨在優(yōu)化臨界電場(電壓除以距離),即所謂的“局部放電要求”。一般情況下,部件之間每千伏電壓需要1 mm的剛性絕緣,通過增加厚的剛性絕緣(1-6 mm)可以達到要求。常用的標準解決方案是剛性玻璃纖維增強聚酯,我們公司把它叫做DM1。因此,工作電壓越高(最大),導體間剛性絕緣就越厚。舉個例子,對于3000V直流架空線路,其最大工作電壓在4800V以內,因此我們需要用到5mm厚的剛性絕緣。


03,絕緣材料的重要特性有哪些?

RTI是指相對溫度指數(shù),UL 746中規(guī)定:絕緣材料最大連續(xù)使用溫度。它的等效定義為:在使用至少2萬小時后,其機械(伸長率)和電氣(電場擊穿)性能為初始值的一半。對于絕緣性能,在電擊穿測試的基礎上,試驗結論表明,在105°C下可以達到6萬小時的使用壽命。而在更高或更低溫度下,根據(jù)阿倫尼烏斯定律:溫度每增加或降低10°C,使用壽命翻倍或減半。

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CTI指相對漏電起痕指數(shù),主要涉及基材表面的電氣性能——可用于測量污染環(huán)境下絕緣表面的漏電起痕絕緣敏感性。它定義了兩個未覆絕緣膜端子間的爬電距離,是1000V以上電壓應用的關鍵參數(shù)。就聚酯和聚酰亞胺這兩種材料而言,前者具有良好的相對漏電起痕指數(shù),而后者則較差,其爬電距離通常會翻倍。

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延伸率表明絕緣材料在變薄或撕裂前能夠拉伸多長(無電氣絕緣材料殘留)。PET通常至少可達100%以上,更容易使用。而PI只有70%。延伸率是密封與封閉式模具的一個重要參數(shù)。


04,絕緣材料在工業(yè)(高壓)和汽車應用中有什么區(qū)別?

工業(yè)應用對性能的要求與汽車應用的要求相去甚遠,這也對設計和材料的選擇產生了重大的影響。

工業(yè)應用:

  • 電壓(1000-6000V)遠高于汽車應用(400-800V)電氣性能至關重要(特別是局部放電),需要剛性絕緣。

  • 爬電要求較高,需要表面質量好的材料,如PET。

  • 使用壽命(25年)遠高于汽車應用(<=5年)。溫度任務剖面對評估絕緣壽命和選擇標準溫度等級105°c或是130°c至關重要。


汽車應用:

  • 低壓應用(< 800v),意味著:低電氣要求、無局部放電要求、無剛性絕緣。

  • 汽車的最大測試電壓為2.5kV交流或3.7kV直流。

  • 材料的相對漏電起痕指數(shù)并不重要,可以采用PI,特別是需要焊接部件時;典型應用如焊接有電容的母線排。


05,還有其它絕緣材料嗎?

對于單個的導體來說,粉末噴涂無疑是層壓導體的又一選擇,它能夠輕松密封形狀復雜的導體。這些導體通常不會與其它導體直接接觸(不會組成母線排),因此絕緣,特別是導體的銳角處,并沒有那么重要。用環(huán)氧樹脂涂層密封導體并不總是一件容易的事。

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