المواد العازلة لقضبان التوصيل المصفحة – مناقشة موجزة للعزل المرن والصلب ومعلماتها

إن شريط التوصيل الرقائقي عبارة عن مكون توصيل كهربائي يتكون من طبقات متعددة من الموصلات والمواد العازلة. يتم استخدامه على نطاق واسع في أنظمة الطاقة الإلكترونية ذات الكثافة العالية-والطاقة المدمجة-، مثل قضبان الناقل الحثية المنخفضة المصفحة وقضبان الناقل المصفحة بالنحاس. هدف تصميمه الأساسي هو تحسين كفاءة النظام وموثوقيته بشكل عام من خلال تحسين توزيع المجال الكهربائي والمحاثة الطفيلية من خلال بنية ثلاثية-الأبعاد مع تلبية متطلبات نقل الجهد العالي والتيار العالي. تتضمن التطبيقات النموذجية قضبان التوصيل المصفحة في محولات الطاقة العالية-وقضبان التوصيل المصفحة لأنظمة توزيع الطاقة التي تعمل بالتيار المستمر.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

من الناحية الهيكلية، تستخدم قضبان التوصيل المصفحة عادة مواد عازلة مرنة مغلفة بالموصلات لتشكيل وحدات موصلة أساسية. يُعرف هذا الهيكل أيضًا بشريط ناقل مصفح جزئيًا أو شريط اتصال بهيكل مركب متعدد-طبقات. أثناء عملية الضغط الساخنة-، يتم ربط المادة العازلة المرنة بإحكام بالموصل من خلال طبقات لاصقة، مما يشكل ختمًا فعالاً عند حواف الموصل، وبالتالي الحفاظ على أداء عزل مستقر حتى في البيئات المعقدة. تشتمل المواد العازلة المرنة الشائعة على البوليستر (PET) والبوليميد (PI)، مع كون PET هو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في قضبان التوصيل المصفحة ذات الثلاث طبقات ومنتجات قضبان التوصيل القياسية نظرًا لمزايا الأداء الشاملة التي تتمتع بها.

 

تتمتع مواد البوليستر بمقاومة معتدلة لدرجات الحرارة (عادةً 105 درجة)، مما يحافظ على خصائص ميكانيكية وكهربائية مستقرة في ظل ظروف التدوير الحراري طويلة الأمد-. يمكن أن تتجاوز استطالته 100%، مما يجعله أقل عرضة للتمزق أو تقليل السمك أثناء الثني وربط الحواف. علاوة على ذلك، يحتوي PET على مؤشر تتبع نسبي مرتفع (CTI)، مما يقلل بشكل فعال من مخاطر الزحف، وهو أمر بالغ الأهمية بشكل خاص لتطبيقات الجهد العالي-مثل أشرطة التوصيل العاكسة المقاومة للانفجار عالي الجهد-. على الرغم من استيفائه لتصنيفات مثبطات اللهب (على سبيل المثال، V0)، يتوفر PET أيضًا بسماكات مختلفة (على سبيل المثال، 50 ميكرومتر إلى 350 ميكرومتر) للتكيف مع مستويات الجهد المختلفة ومتطلبات التصميم الهيكلي، وبالتالي يوفر تنوعًا عاليًا في التطبيقات مثل أشرطة التوصيل المصفحة لمحولات المستوى الثلاثة- وقضبان التوصيل المصفحة المخصصة لـ IGBTs.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

في المقابل، تعتبر مواد البوليميد (PI)-مواد عزل عالية الأداء مع مقاومة أعلى لدرجة الحرارة (يتجاوز RTI عادةً 200 درجة)، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتضمن لحام بدرجة حرارة عالية- أو أحمال حرارية موضعية عالية، مثل الهياكل التي تتضمن لحام مكثف أو مكونات إلكترونية في قضبان التوصيل المصفحة للسيارات الكهربائية. تتمتع مواد PI بصلابة ميكانيكية أكبر وأقل عرضة للارتخاء تحت الضغط طويل الأمد-، مما يساعد في الحفاظ على استقرار الهيكل المحكم. ومع ذلك، فإن أداء CTI الخاص بها منخفض نسبيًا، وعادةً ما يتطلب تصميمًا لمسافة زحف أكبر، مما يجعلها أكثر ملاءمة لبيئات الجهد المتوسط- والمنخفضة-، مثل بعض أشرطة الناقل المصفحة بمكثف التيار المستمر أو تطبيقات أشرطة الناقل المصفحة بمكثف دعم التيار المستمر.

 

في نظام قضبان التوصيل المصفح الكامل، يتم استخدام العزل المرن بشكل أساسي للعزل الكهربائي والختم بين طبقات الموصل، في حين يتم استخدام مواد العزل الصلبة للدعم الهيكلي والعزل الكهربائي بين مجموعات قضبان التوصيل. عادة ما يرتبط سمك العزل الصلب بشكل مباشر بمستوى جهد النظام؛ مبدأ التصميم العام هو حوالي 1 مم من مادة العزل الصلبة لكل كيلو فولت. في أنظمة الجهد العالي-، مثل قضبان التوصيل المصفحة للمحولات ذات السعة الكبيرة-إلى-الخلف أو قضبان التوصيل العاكسة لحركة السكك الحديدية وأنظمة مترو الأنفاق، عادةً ما تكون طبقات العزل الصلبة بسماكات تتراوح بين 1 مم و6 مم مطلوبة لتلبية التحكم في التفريغ الجزئي ومتطلبات التشغيل الموثوقة على المدى الطويل-.

 

فيما يتعلق بمعايير الأداء الرئيسية، يعد مؤشر درجة الحرارة النسبية (RTI) ومؤشر التتبع النسبي (CTI) مؤشرين مهمين لتقييم المواد العازلة. يقيس RTI قدرة المادة على الحفاظ على الأداء في ظل ظروف التعتيق الحراري-طويلة الأمد؛ يعتمد تقييم العمر الافتراضي عادةً على اختبارات الشيخوخة المتسارعة التي تتجاوز 20000 ساعة ويتبع علاقة أسية بين درجة الحرارة وعمر الخدمة. تعكس CTI مقاومة المادة للتتبع في البيئات الملوثة وهي ضرورية لتصميم مسافة الزحف في أنظمة الجهد العالي-. علاوة على ذلك، فإن استطالة المادة تؤثر بشكل مباشر على قدرتها على التكيف أثناء المعالجة وهي واحدة من المعايير الرئيسية لتقييم أداء الختم والموثوقية الميكانيكية.

 

تختلف متطلبات الأداء للمواد العازلة في قضبان التوصيل المصفحة بشكل كبير عبر مجالات التطبيق المختلفة. في التطبيقات الصناعية ذات الجهد العالي-، مثل أشرطة التوصيل العاكسة ذات الجهد العالي-أو أنظمة تحويل الطاقة ذات النطاق الكبير-، تتراوح جهود التشغيل عادةً من 1000 فولت إلى 6000 فولت. تتطلب هذه التطبيقات معايير عالية للغاية للتحكم في التفريغ الجزئي، وأداء العزل الكهربائي، وعمر الخدمة الطويل-. ولذلك، يلزم الجمع بين تصميمات العزل المرنة والصلبة، مع كون المواد ذات مؤشر CTI العالي هي الخيار المفضل. في قطاع مركبات الطاقة الجديدة، مثل قضبان الناقل ذات المكثفات المعدنية ذات الموصلية الحرارية العالية لأنظمة التحكم في المركبات الكهربائية، تكون الفولتية للنظام عادةً أقل من 800 فولت. متطلبات أداء العزل أقل نسبيًا، مع التركيز بشكل أكبر على التصميم خفيف الوزن، ومقاومة الحرارة، وتوافق عملية التجميع. لذلك، توفر مواد PI مزايا معينة في هياكل ملحومة محددة.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

علاوة على ذلك، في بعض الهياكل غير المصفحة أو تطبيقات الموصلات الفردية-، يمكن أيضًا استخدام العزل المطلي بالمسحوق، على سبيل المثال، قضبان الناقل المصفحة المطلية بالمسحوق مع سمك طلاء عازل يتراوح بين 0.2 مم إلى 3.00 مم. هذه العملية مناسبة لعزل الموصلات ذات الأشكال المعقدة، مما يحقق تغطية جيدة للسطح وختمًا. ومع ذلك، نظرًا لصعوبة التحكم في اتساق العزل عند حواف الموصل والزوايا الحادة، لا يتم استخدامه بشكل عام في أنظمة قضبان التوصيل المصفحة عالية الدقة-، كما هو الحال في التطبيقات الصعبة مثل قضبان التوصيل النحاسية العاكسة المخصصة للتركيبات الكهربائية.

 

بشكل عام، كمكونات إلكترونية سلبية نموذجية لقضبان التوصيل المصفحة، يعتمد أداء قضبان التوصيل المصفحة بشكل كبير على اختيار المواد العازلة والتصميم الهيكلي. من خلال مطابقة المواد العازلة المرنة والصلبة بشكل مناسب والنظر في سيناريوهات تطبيق محددة (مثلقضبان التوصيل المصفحة لتركيبات قضبان التوصيل المعقدة)، يمكن تحقيق كثافة طاقة أعلى وتكامل النظام مع ضمان السلامة الكهربائية.