В связи с широким распространением автомобильных платформ высокого напряжения 800 В, масштабным внедрением мощных систем сверхбыстрой зарядки с жидкостным охлаждением и постоянным повышением удельной мощности серверов для вычислений с использованием искусственного интеллекта, конкуренция в области высоковольтных разъемов вышла за рамки простого контроля пропускной способности клемм по току, контроля повышения температуры и жидкостного охлаждения. Индекс сравнительного отслеживания (CTI), ключевой параметр для изоляционных материалов, теперь перестал быть просто указанием в технических характеристиках материалов и стал обязательным пороговым значением при проектировании изделий и выборе материалов.
Проще говоря: CTI расшифровывается как Comparative Tracking Index (сравнительный индекс проницаемости), который, по сути, измеряет способность изоляционного пластикового корпуса противостоять протечкам и обугливанию, которые могут привести к короткому замыканию.
Когда на поверхности разъема скапливаются влага, пыль или частицы, содержащие соль, высоковольтное электрическое поле может вызывать слабые токи утечки через эти загрязнения. Образующееся тепло непрерывно сжигает материал, формируя непрерывный проводящий углеродный слой на поверхности изоляции, что в конечном итоге приводит к повреждению изоляции, локальному разрушению или даже возгоранию.
Чем выше значение CTI, тем более устойчив материал к образованию проводящих углеродных дорожек во влажных или загрязненных условиях, что обеспечивает большую надежность и безопасность при высоком напряжении. Отраслевой стандарт для высококачественных высоковольтных материалов — CTI ≥ 600 В (IEC Material Group I, UL PLC 0 — наивысший рейтинг). С переходом на системы 800 В акцент смещается с предела токовой нагрузки на клеммах, терморегулирования и технологии жидкостного охлаждения на ранее игнорируемый показатель — CTI.
Индекс сравнительной проницаемости (CTI) измеряет относительную способность твердых изоляционных материалов противостоять поверхностному прохождению тока утечки в условиях определенного влажного загрязнения.
Следует отметить, что CTI не является индикатором номинального напряжения или диэлектрической прочности разъемов. Согласно IEC 60112, максимальное напряжение, применяемое при испытаниях CTI, составляет 600 В переменного тока, и результаты в основном используются для сравнения материалов и координации изоляции. Их не следует интерпретировать напрямую как «материал с CTI 600 может выдерживать рабочее напряжение 600 В или 800 В в течение длительного времени».
Согласно системе классификации материалов IEC, CTI ≥ 600 относится к группе материалов I; в системе классификации PLC UL это соответствует PLC 0. Эти два метода классификации часто путают в отрасли, но они относятся к разным стандартам.
С переходом с 400 В на 800 В рабочее напряжение системы увеличилось, что предъявляет более высокие требования к разъемам в отношении расстояния утечки, электрического зазора, надежной изоляции и устойчивости к переходным перенапряжениям.
Тем временем высоковольтные компоненты в транспортных средствах продолжают развиваться в направлении миниатюризации и интеграции. Производители разъемов должны размещать высоковольтные проводники в ограниченном пространстве, одновременно соблюдая требования к водонепроницаемости, пылезащите, термостойкости, вибростойкости и устойчивости к длительному старению, что делает проектирование безопасности изоляции все более сложной задачей.
При одинаковом рабочем напряжении, степени загрязнения и конструктивных условиях использование материалов с более высоким показателем CTI помогает снизить риск образования проводящих дорожек на изоляционных поверхностях и обеспечивает большую гибкость в оптимизации расстояний утечки.
Поставщики материалов и производители разъемов уже представили материалы и изделия с показателем CTI 600, разработанные для высоковольтных применений. Например, некоторые высоковольтные разъемы достигают производительности на уровне 1000 В за счет сочетания материалов с высоким показателем CTI с оптимизированными конструкциями расстояний утечки и электрического зазора. Высокий коэффициент теплопроводности (CTI), устойчивость к гидролизу, безгалогенная огнестойкость и стабильность цвета постепенно становятся важнейшими требованиями к материалам высоковольтных разъемов в транспортных средствах нового поколения.
Шан Сяохуэй, генеральный директор компании Guangzhou Yiwai Technology Co., Ltd., заявил, что многие высоковольтные разъемы уже на ранних этапах разработки были спроектированы с учетом номинального напряжения 1000 В и выше. Поэтому переход от транспортных средств с напряжением 400 В к транспортным средствам с напряжением 800 В не обязательно означает полное прекращение производства существующих высоковольтных разъемов.
На основе общедоступной информации о продукции, в отрасли уже существует множество высоковольтных соединительных систем, рассчитанных на напряжение до 1000 В. Некоторые высоковольтные разъемы от Yiwai Technology рассчитаны на напряжение до 1000 В постоянного тока, а международные компании-производители разъемов, такие как TE, также выпустили продукцию, предназначенную для применения в системах с напряжением 1000 В.
Таким образом, давление, вызванное переходом на напряжение 800 В, проявляется не только в изменениях форм-факторов продукции или переконфигурации производственных линий. Для некоторых компаний более насущной проблемой является синхронное развитие систем изоляционных материалов, огнестойких систем и проверка долгосрочной надежности.
В связи с широким распространением платформ с напряжением 800 В, некоторые отраслевые эксперты рассматривают CTI 600 как единый пороговый показатель для высоковольтных разъемов. Однако на практике в инженерной практике не существует универсального решения для высоковольтных соединений во всех моделях автомобилей и местах установки. Разъемы значительно различаются у разных автопроизводителей, типов автомобилей и даже в разных местах одной и той же модели — они отличаются рабочим напряжением, загрязнением окружающей среды, герметичностью, температурой и условиями переходных перенапряжений.
Координация изоляции, указанная в IEC 60664-1, не основывается исключительно на CTI; вместо этого она требует отдельных оценок электрического зазора, расстояния утечки и твердой изоляции, при этом всесторонне учитывая такие факторы, как рабочее напряжение, перенапряжение, степень загрязнения, группа материалов и высота над уровнем моря.
Среди них CTI в первую очередь влияет на расчет расстояния утечки. Более высокое значение CTI означает, что материал с меньшей вероятностью образует проводящие пути вдоль своей поверхности в загрязненных или влажных условиях. При одинаковом рабочем напряжении и уровне загрязнения материалы с высоким CTI могут помочь оптимизировать расстояние утечки. Однако это не означает, что использование материалов CTI 600 автоматически позволяет уменьшить электрический зазор или произвольно уменьшить толщину изоляционной стенки. Электрический зазор в основном зависит от рабочего напряжения, переходных перенапряжений, воздушной среды и высоты над уровнем моря, в то время как толщина изоляционной стенки также должна соответствовать требованиям к диэлектрической прочности, механической прочности, термическому старению, литью под давлением и вибрационному воздействию.
Другими словами, CTI решает важный аспект высоковольтной изоляции, но, безусловно, не все аспекты.
Дифференцированный выбор материалов в зависимости от конкретных мест применения становится ключевым подходом для производителей разъемов, позволяющим сбалансировать безопасность и стоимость. В областях с высоким напряжением, высокой температурой или повышенным риском загрязнения — таких как аккумуляторные батареи, электроприводы, блоки распределения питания, зарядные интерфейсы и близость к шасси — производители, как правило, отдают приоритет материалам с высоким CTI в сочетании с достаточным расстоянием утечки, электрическим зазором, герметизирующими конструкциями и конструкциями изоляции.
Для компонентов, расположенных внутри закрытых отсеков с относительно стабильной средой, можно выбирать соответствующие марки материалов в соответствии со спецификациями OEM-производителя и результатами испытаний продукции, избегая слепого стремления к одним показателям производительности, что может привести к избыточному проектированию.
В некоторых изделиях также используются конструктивные решения, такие как многослойная изоляция, изоляционные ребра, барьеры или расширенные поверхностные каналы, для оптимизации использования материала при обеспечении безопасности.
Таким образом, логика выбора материала для высоковольтных разъемов должна основываться не на принципе «чем выше CTI, тем лучше», а на точном соответствии характеристик материала фактическим условиям эксплуатации.
-
