تحليل المواد العازلة لقضبان التوصيل المصفحة: اختيار وتطبيق العزل المرن والصلب

مع تطور مركبات الطاقة الجديدة، وأنظمة تخزين الطاقة، والنقل بالسكك الحديدية، ومعدات الطاقة الصناعية، تُستخدم قضبان التوصيل المصفحة على نطاق واسع نظرًا لانخفاض محاثتها وموثوقيتها العالية وبنيتها المدمجة. سواء كان ذلك شريط توصيل EV، أو شريط توصيل بطارية السيارة، أو نظام قضيب توصيل مكثف من الدرجة الصناعية-، فإن اختيار مادة العزل يؤثر بشكل مباشر على الأداء الكهربائي للمنتج، وعمر الخدمة، ومستوى السلامة.

 

بالنسبة لأنظمة قضبان التوصيل الحديثة للسيارات، لا تعمل الطبقة العازلة كعزل للموصل فحسب، بل تحتاج أيضًا إلى تلبية متطلبات مقاومة الحرارة، ومقاومة الجهد الكهربي، ومثبطات اللهب، والتشغيل الموثوق به على المدى الطويل. ولذلك، فإن الفهم الشامل لخصائص المواد العازلة المرنة والصلبة أمر بالغ الأهمية لتصميم واختيار قضبان التوصيل.

 

 

 

في الوقت الحالي، تستخدم معظم قضبان التوصيل المصفحة بنية عازلة ذات غشاء رقيق{0}}مرن، حيث تربط الطبقة العازلة بإحكام بالموصل النحاسي من خلال عملية التصفيح. تقلل هذه العملية بشكل فعال من تباعد الموصلات، وتحسن تكامل النظام، وتضمن أداء عزل ممتاز لقضيب التوصيل.

 

مادة عازلة من البوليستر (PET).

تعد مادة PET واحدة من أكثر المواد العازلة استخدامًا على نطاق واسع، وتمتلك حصة سوقية كبيرة في مجال عزل قضبان التوصيل الخاصة بالسيارات. وتشمل خصائصه الرئيسية ما يلي:

درجة حرارة التشغيل على المدى الطويل-تصل إلى 105 درجة؛ استطالة عالية، تتجاوز عادةً 100%، ومناسبة لهياكل الانحناء المعقدة؛ صلابة ميكانيكية جيدة وأداء صب. مؤشر التتبع النسبي المرتفع (CTI)؛ متوفر بسماكات مختلفة لتلبية مستويات الجهد المختلفة؛ خصائص مثبطة للهب ممتازة، تلبي متطلبات التطبيقات الصناعية والسيارات.

في أنظمة طاقة مركبات الطاقة الجديدة، تُستخدم طبقات العزل PET على نطاق واسع في قضبان توصيل البطاريات EV، وقضبان الحافلات الأرضية للسيارات، ومنتجات Auto Bus Bar.

 

مادة بوليميد (PI) العازلة

PI عبارة عن-مادة عازلة عالية الأداء-ومرتفعة المقاومة لدرجات الحرارة مع درجة حرارة تشغيل مستمرة تتجاوز عادةً 200 درجة.

بالمقارنة مع PET، PI لديه الخصائص التالية:

مقاومة درجات الحرارة العالية-المتفوقة؛ مثبطات اللهب الكامنة ممتازة؛ صلابة ميكانيكية أعلى. أكثر ملاءمة لعمليات اللحام. تكلفة أعلى نسبيا. CTI أقل من PET.

لذلك، في التطبيقات التي تتطلب لحام المكثفات أو وحدات الطاقة أو الموصلات، يتم استخدام مادة PI بشكل متكرر في قضبان التوصيل لمكثفات فيلم مركبات الطاقة الجديدة وبعض أشرطة التوصيل لمنتجات مكثفات الطاقة.

 

الاختلافات بين العزل المرن والصلب

يتم استخدام العزل المرن في المقام الأول لعزل سطح الموصلات النحاسية، وتشكيل هيكل عزل كامل من خلال التصفيح.

 

وتشمل مزاياها ما يلي:

إنها تسمح بالإغلاق الكامل لحواف الموصل؛

وهي مناسبة للتصميمات الهيكلية المعقدة-ثلاثية الأبعاد؛

فهو يقلل بشكل فعال من حجم النظام.

إنه يسهل الإنتاج الضخم والتصنيع الآلي.

 

من ناحية أخرى، يستخدم العزل الصلب بشكل أساسي للتباعد والدعم بين طبقات الموصلات المختلفة.

بالنسبة لأنظمة الجهد العالي-، لا يمكن للعزل المرن وحده تلبية متطلبات توزيع المجال الكهربائي والتحكم في التفريغ الجزئي؛ لذلك هناك حاجة إلى مواد عزل صلبة لزيادة مسافة العزل.

 

عادة:

مطلوب حوالي 1 مم من مسافة العزل لكل 1 كيلو فولت زيادة في جهد التشغيل؛

كلما زاد جهد التشغيل، زاد سمك العزل الصلب؛
تستخدم أنظمة الجهد العالي-عادةً ألواح البوليستر المقواة بالألياف الزجاجية كطبقة عازلة هيكلية.

في تصميم قضبان التوصيل ذات الجهد العالي-، يعد العزل الصلب مكونًا حاسمًا لضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل-، في حين أن أنظمة قضبان التوصيل ذات الجهد المنخفض-لا تتطلب عادةً هياكل عزل صلبة إضافية وثقيلة.

 

 

 

مؤشر درجة الحرارة النسبية (RTI)

يعد RTI مؤشرًا مهمًا-لمقاومة المواد العازلة للحرارة على المدى الطويل.

 

يتم تعريف مؤشر التتبع النسبي (RTI) على النحو التالي:

درجة الحرارة التي تنخفض عندها الخواص الميكانيكية والكهربائية للمادة إلى 50% من قيمها الأولية بعد حوالي 20000 ساعة من التشغيل طويل الأمد-.

 

بالنسبة إلى-أنظمة المركبات الكهربائية التي تعمل بقضبان التوصيل على المدى الطويل، يؤثر RTI بشكل مباشر على عمر المنتج.

عمومًا:

 

لكل انخفاض بمقدار 10 درجات في درجة الحرارة، يتضاعف عمر العزل تقريبًا؛

مع كل زيادة بمقدار 10 درجات في درجة الحرارة، يمكن تقصير عمر العزل بمقدار النصف تقريبًا.

 

لذلك، عند تصميم قضيب توصيل نحاسي مطلي بالقصدير للمركبات الكهربائية، يجب النظر في حلول الإدارة الحرارية ودرجات المواد العازلة بشكل شامل.

 

 

يعكس CTI مقاومة سطح المادة للتتبع.

 

عندما تتعرض المعدات لبيئات رطبة أو ملوثة أو ذات جهد كهربائي عالي- لفترات طويلة، فإن قيمة CTI الأعلى تقلل بشكل فعال من خطر زحف السطح.

 

بالنسبة لأنظمة تخزين الطاقة الصناعية، وأشرطة التوصيل ذات المكثفات DC، وأشرطة التوصيل ذات المكثفات الكبيرة، يعد CTI معلمة مهمة تؤثر على تصميم السلامة.

 

عادةً ما تتمتع مواد PET بتصنيفات CTI أعلى، وبالتالي يتم استخدامها على نطاق أوسع في تطبيقات الجهد العالي-.

 

تمثل الاستطالة قدرة المادة على الحفاظ على خصائصها العازلة تحت التوتر.

تؤثر هذه المعلمة بشكل مباشر على:

أداء الانحناء
جودة تغليف حافة الموصل؛
استقرار عملية الختم.
موثوقية ميكانيكية-طويلة الأمد.

عادةً ما تتمتع مواد PET باستطالة تزيد عن 100%، بينما تبلغ استطالة مواد PI حوالي 70%. لذلك، يعتبر PET أكثر ملاءمة لعمليات تصفيح الموصلات النحاسية المعقدة.

 

 

أنظمة الطاقة الصناعية

تركز متطلبات المعدات الصناعية لقضبان التوصيل في المقام الأول على الجهد العالي والعمر الطويل.

 

تشمل الخصائص النموذجية ما يلي:

يتراوح جهد التشغيل عادة بين 1000 فولت و6000 فولت؛
متطلبات صارمة للتحكم في التفريغ الجزئي؛
متطلبات زيادة هياكل العزل الصلبة.
متطلبات مسافة الزحف العالية؛
مدة الخدمة من 20 إلى 25 سنة أو أكثر.

 

ولذلك، فإن معدات تخزين الطاقة ذات الجهد العالي-والنقل بالسكك الحديدية وأنظمة توزيع الطاقة على نطاق واسع-تميل إلى استخدام مواد CTI عالية وهياكل عزل أكثر سمكًا لقضبان التوزيع.

 

 

 

تركز تطبيقات مركبات الطاقة الجديدة بشكل أكبر على الوزن الخفيف، واستخدام المساحة، والتحكم في التكلفة.

تشمل الخصائص النموذجية ما يلي:

 

تكون مستويات الجهد بشكل عام أقل من 800 فولت؛
متطلبات أقل للتفريغ الجزئي؛
تستخدم عادةً هياكل عزل مغلفة مرنة؛
أكثر حساسية للوزن والحجم.
العمر الافتراضي عموما من 5 إلى 10 سنوات.

 

ولذلك، فإن المنتجات مثل BusBar Cars، وموصلات طاقة السيارات، وTin{0}}plate Busbar Automotives تستخدم بشكل متزايد حلول العزل PET أو PI لتلبية متطلبات التصميم المضغوط.

 

 

إلى جانب تكنولوجيا العزل الرقائقي، يعد عزل طلاء المسحوق أيضًا حلاً شائعًا.

 

تحقق هذه العملية حماية العزل الشاملة من خلال تشكيل طلاء راتنجات الإيبوكسي على سطح الموصل، وهي مناسبة بشكل خاص للموصلات الفردية المعقدة هيكليًا.

 

وتشمل مزاياها ما يلي:

يمكن أن تغطي الأشكال الهندسية المعقدة.
مناسب للموصلات غير -المصفحة؛
مقاومة جيدة للتآكل.
يمكنه تلبية بعض متطلبات التطبيقات ذات الجهد المنخفض-.

 

ومع ذلك، بالنسبة لتطبيقات السيارات الكهربائية وقضبان التوصيل التي تتطلب محاثة منخفضة وكثافة طاقة عالية، تظل تقنية العزل الرقائقي هي الحل السائد.

 

 

 

تعد المواد العازلة عنصرًا حاسمًا في تحديد أداء قضبان التوصيل المصفحة. PET وPI، باعتبارهما أكثر المواد العازلة المرنة شيوعًا، يتمتع كل منهما بمزاياه في سيناريوهات التطبيق المختلفة. بالنسبة للأنظمة الصناعية ذات الجهد العالي-، يجب النظر في RTI وCTI وهياكل العزل الصلبة بشكل شامل، بينما بالنسبة لقطاع مركبات الطاقة الجديدة، ينصب التركيز بشكل أكبر على التصميم خفيف الوزن، واستخدام المساحة، وكفاءة الإنتاج.

 

مع تطورقضبان التوصيل EV، وأشرطة توصيل المكثفات، والأجهزة الإلكترونية التي تعمل بالطاقة الجديدة، ستستمر تكنولوجيا المواد العازلة في الترقية، مما يوفر حلولًا أكثر أمانًا وكفاءة لأنظمة التوصيل الكهربائي المستقبلية ذات-الطاقة العالية والموثوقية العالية.