חומרי בידוד למסילות למינציה - דיון קצר על בידוד גמיש וקשיח והפרמטרים שלהם

פס למינציה הוא רכיב חיבור חשמלי המורכב משכבות מרובות של מוליכים וחומרי בידוד. הוא נמצא בשימוש נרחב במערכות אלקטרוניות עם צפיפות-הספק- גבוהה והספק קומפקטי, כגון פסי אוטובוס אינדוקטיביים בעלי למינציה נמוכה ופסי אוטובוס משולבים נחושת. מטרת התכנון המרכזית שלו היא לשפר את היעילות והאמינות הכוללת של המערכת על ידי אופטימיזציה של חלוקת השדה החשמלי וההשראות הטפילית באמצעות מבנה תלת-ממדי תוך עמידה בדרישות של העברת מתח גבוה וזרם גבוה. יישומים טיפוסיים כוללים פסי חיבור למינציה בממירי הספק- גבוהים ופסי חיבור למינציה עבור מערכות חלוקת חשמל DC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

מבחינה מבנית, פסי רשת למינציה משתמשים בדרך כלל בחומרי בידוד גמישים המשולבים עם מוליכים ליצירת יחידות מוליכות בסיסיות. מבנה זה ידוע גם בתור פס אוטובוס עם למינציה חלקית או פס חיבור של מבנה מורכב רב-שכבתי. במהלך תהליך כבישה- חמה, חומר הבידוד הגמיש נקשר בחוזקה למוליך באמצעות שכבות דבק, יוצר אטימה יעילה בקצוות המוליכים, ובכך שומר על ביצועי בידוד יציבים גם בסביבות מורכבות. חומרי בידוד גמישים נפוצים כוללים פוליאסטר (PET) ופוליאימיד (PI), כאשר PET הוא הנפוץ ביותר בפסים למינציה תלת-שכבתיים ובמוצרי פס תקניים בשל יתרונות הביצועים המקיפים שלו.

 

לחומרי פוליאסטר יש עמידות בטמפרטורה מתונה (בדרך כלל 105 מעלות), ושומרים על תכונות מכניות וחשמליות יציבות בתנאי רכיבה תרמית-ארוכת טווח. ההתארכות שלו יכולה לעלות על 100%, מה שהופך אותו לפחות נוטה לקריעה או הפחתת עובי במהלך כיפוף וקשירת קצה. יתר על כן, ל-PET יש אינדקס מעקב יחסי גבוה (CTI), המפחית למעשה את הסיכון לזחילה, שהוא קריטי במיוחד עבור יישומי מתח גבוה- כגון High Voltage Explosion-Proof Inverter busbars. תוך עמידה בדירוג מעכב בעירה (לדוגמה, V0), PET זמין גם בעוביים שונים (למשל, 50 מיקרומטר עד 350 מיקרומטר) כדי להתאים לרמות מתח שונות ולדרישות עיצוב מבניות, ובכך להציע צדדיות גבוהה ביישומים כגון פסי אוטובוס למינציה עבור 3-מהפכות פסים משולבים IG BT מותאמים אישית.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

לעומת זאת, חומרי פוליאמיד (PI) הם חומרי בידוד-בעלי ביצועים גבוהים עם עמידות לטמפרטורה גבוהה יותר (RTI עולה בדרך כלל על 200 מעלות), מה שהופך אותם למתאימים ליישומים הכוללים ריתוך בטמפרטורה- גבוהה או עומסי חום מקומיים גבוהים, כגון מבנים הכוללים ריתוך קבלים או רכיבים אלקטרוניים בפסים חשמליים קרמיים. לחומרי PI יש קשיחות מכנית גדולה יותר והם מועדים פחות להרפיה תחת לחץ -לטווח ארוך, מה שעוזר לשמור על יציבות המבנה האטום. עם זאת, ביצועי ה-CTI שלהם נמוכים יחסית, בדרך כלל דורשים עיצוב מרחק זחילה גדול יותר, מה שהופך אותם למתאימים יותר לסביבות מתח בינוני- ונמוך-, כגון יישומי DC-Link Capacitor Laminated Bus Bars או DC Support Capacitor Laminated Bus Bars.

 

במערכת פסים למינציה מלאה, בידוד גמיש משמש בעיקר לבידוד חשמלי ואיטום בין שכבות מוליכים, בעוד חומרי בידוד קשיחים משמשים לתמיכה מבנית ובידוד חשמלי בין מכלולי פס. העובי של בידוד קשיח בדרך כלל קשור ישירות לרמת המתח של המערכת; עיקרון עיצוב כללי הוא כ-1 מ"מ של חומר בידוד קשיח לקילו-וולט. במערכות-מתח גבוה, כגון פסי חיבור למינציה עבור ממירי-גב-ל-גבוהים-גבוהים או פסי מהפך עבור מערכות רכבת ומערכות רכבת תחתית, בדרך כלל נדרשות שכבות בידוד קשיחות בעובי שבין 1 מ"מ ל-6 מ"מ כדי לעמוד בדרישות בקרת פריקה חלקית ובדרישות תפעול ארוכות טווח{{9}

 

לגבי פרמטרי ביצועים מרכזיים, מדד הטמפרטורה היחסי (RTI) ואינדקס המעקב היחסי (CTI) הם אינדיקטורים חשובים להערכת חומרי בידוד. RTI מודד את יכולתו של חומר לשמור על ביצועים בתנאי התיישנות תרמית-ארוכת טווח; הערכת תוחלת החיים שלו מבוססת בדרך כלל על בדיקות הזדקנות מואצות העולה על 20,000 שעות ועוקבת אחר קשר אקספוננציאלי בין טמפרטורה ותוחלת חיים. CTI משקף התנגדות של חומר למעקב בסביבות מזוהמות והוא חיוני לתכנון מרחק זחילה במערכות מתח גבוה-. יתר על כן, התארכות החומר משפיעה ישירות על יכולת ההסתגלות שלו במהלך העיבוד והיא אחד הפרמטרים המרכזיים להערכת ביצועי איטום ואמינות מכנית.

 

דרישות הביצועים עבור חומרי בידוד במסוטים למינציה משתנות באופן משמעותי בין אזורי יישום שונים. ביישומי מתח גבוה-תעשייתיים, כגון פסי מהפך מוגנים במתח גבוה-או מערכות המרת הספק-בקנה מידה גדול, מתחי ההפעלה נעים בדרך כלל בין 1000V ל-6000V. יישומים אלה דורשים סטנדרטים גבוהים במיוחד לבקרת פריקה חלקית, ביצועי בידוד חשמלי ותוחלת חיים ארוכת טווח. לכן, נדרש שילוב של עיצובי בידוד גמישים וקשיחים, כאשר חומרי CTI גבוהים הם הבחירה המועדפת. בתחום רכבי האנרגיה החדשים, כגון פסי אוטובוס מתכתיים מסרטים מתכתיים עבור מערכות בקרת EV, מתחי המערכת הם בדרך כלל מתחת ל-800V. דרישות ביצועי הבידוד נמוכות יחסית, עם דגש גדול יותר על עיצוב קל משקל, עמידות בחום ותאימות לתהליכי הרכבה. לכן, חומרי PI מציעים יתרונות מסוימים במבנים מרותכים ספציפיים.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

יתר על כן, בחלק מהמבנים שאינם-למינציה או ביישומי מוליך-יחיד, ניתן להשתמש גם בבידוד ציפוי אבקה, כלומר, פסי למינציה צבועים באבקה-עם טווחי עובי ציפוי דיאלקטרי בין 0.2 מ"מ ל-3.00 מ"מ. תהליך זה מתאים לבידוד מוליכים בעלי צורות מורכבות, להשגת כיסוי משטח טוב ואיטום. עם זאת, בשל הקושי בשליטה על עקביות הבידוד בקצוות המוליכים ובפינות החדות, הוא בדרך כלל אינו בשימוש במערכות -למינציה למינציה גבוהה, כגון ביישומים תובעניים כמו פס למינציה מהפך נחושת מותאם אישית להתקנה חשמלית.

 

בסך הכל, כרכיבים אלקטרוניים פסיביים עם פסי למינציה טיפוסיים, הביצועים של פסי פס למינציה תלויים מאוד בבחירת חומרי הבידוד והעיצוב המבני. על ידי התאמה מתאימה של חומרי בידוד גמישים וקשיחים והתחשבות בתרחישי יישום ספציפיים (כגוןפסי פס למינציה להתקנות פסים מורכבות), ניתן להשיג צפיפות הספק גבוהה יותר ושילוב מערכת תוך הבטחת בטיחות חשמל.