Z jakich materiałów muszą być zbudowane złącza stosowane w fotowoltaice i centrach danych?

Centra danych

Ciągły wzrost wielkości przesyłu danych zwiększa zapotrzebowanie na wyższą wydajność i efektywność konektorów stosowanych w centrach danych. Dobór materiałów stosowanych w złączach - od metali, poprzez obróbkę powierzchni, aż po dobór żywicy - odgrywa kluczową rolę w procesie implementacji centrów danych. Materiały żywiczne są szeroko stosowane w złączach dużej mocy do podtrzymywania przewodów i zapewniania funkcji izolacyjnych. Można je również wykorzystać do wykonania różnych innych części funkcjonalnych, takich jak obudowy, klamry, nakrętki i inne elementy. Istnieje wiele rodzajów żywic, z których każda ma inne właściwości. Kluczowe znaczenie ma wybór odpowiedniego materiału żywicznego, zgodnie z różnymi wymaganiami środowiskowymi aplikacji i wymaganiami funkcjonalnymi złącza.

Główne cechy, określające materiały na bazie żywic, to właściwości mechaniczne, elektryczne, odporność na ciepło i trudnopalność. Właściwości mechaniczne obejmują wytrzymałość na rozciąganie, zginanie, uderzenie i twardość. Właściwości elektryczne obejmują rezystywność objętościową i wskaźnik CTI (comparative tracking index). CTI służy do pomiaru właściwości przebicia elektrycznego materiału izolacyjnego (tj. przebicie elektryczne na powierzchni materiału izolacyjnego, w którym ekspozycja na ciepło łuku elektrycznego powoduje zwęglenie materiału).

Odporność na ciepło obejmuje ugięcie cieplne, temperaturę i względny wskaźnik termiczny RTI (relative thermal index, tj. wskaźnik obrazujący utratę właściwości materiałów w czasie pod wpływem działania temperatury). Ognioodporność, określana w oparciu o UL94, można podzielić na klasy HB, V-2, V-1, V-0, 5VA i 5VB.Cechy te determinują czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze materiałów żywicznych dla kilku specyficznych typów złączy.

Wysokoprądowe złącza do centrów danych

Ogromne możliwości przetwarzania danych przez serwery w chmurze są nierozerwalnie związane z ciągłością zasilania, a stosowanie złączy wysokoprądowych w centrach danych staje się coraz ważniejsze. W przeciwieństwie do złączy fotowoltaicznych, które są używane na zewnątrz, złącza wysokoprądowe stosowane w centrach danych działają w stosunkowo łagodnych środowiskach. Są one zwykle używane w pomieszczeniach z klimatyzacją i nie wymagają wysokiej wodoodporności ani odporności na promieniowanie UV. Wydajność zależna od wzrostu temperatury jest najważniejszym czynnikiem dla tego typu złącza, a górna granica w teście wzrostu temperatury nie może być wyższa niż wartość wskaźnika RTI materiału żywicznego. Biorąc pod uwagę bezpieczeństwo przeciwpożarowe, dla materiałów żywicznych zaleca się wybór klasy ogniowej V0 lub wyższej. Ponadto materiał żywiczny musi również mieć dobrą odporność na uderzenia, aby przejść test upadku. Z kolei wartość CTI materiału żywicznego wpływa na drogę upływu złącza, tak więc materiał żywiczny należy wybrać w oparciu o wartość napięcia roboczego i rzeczywistą budowę złącza.

Chłodzenie zanurzeniowe

Wraz ze wzrostem mocy obliczeniowej centrum danych rośnie równocześnie wytwarzane przez nie ciepło. W celu lepszego odprowadzania ciepła coraz więcej centrów danych stosuje chłodzenie cieczą, zanurzając cały serwer w dedykowanej cieczy chłodzącej. W przypadku złączy stosowanych w chłodzeniu zanurzeniowym, ze względu na długotrwałe zanurzenie, konieczne jest uwzględnienie reakcji cieczy chłodzącej i materiału żywicznego, a więc zarówno wpływu cieczy na właściwości fizyczne złącza, jak i ewentualności wytrącania się materiału żywicznego i zanieczyszczenia płynu chłodzącego. Aby potwierdzić, czy materiał żywiczny nadaje się do chłodzenia zanurzeniowego, musimy umieścić go w cieczy chłodzącej i przeprowadzić test zanurzeniowy, analizując zmiany właściwości fizycznych, takie jak zmiany wytrzymałości na rozciąganie i zginanie.

Złącza fotowoltaiczne

W obliczu nasilającego się światowego kryzysu energetycznego i rosnącego zanieczyszczenia środowiska, generowanego przez spalanie tradycyjnych źródeł energii, energetyka solarna  stała się jednym z ważniejszych źródeł energii. Fotowoltaiczna energia słoneczna jest uzyskiwana poprzez przekształcanie światła słonecznego otrzymanego przez panele słoneczne w energię elektryczną, przesyłając ją za pomocą przewodów i złączy. Wiele paneli słonecznych łączy się szeregowo/równolegle za pomocą złączy, aby osiągnąć planowane napięcie. Instalacje paneli słonecznych są wystawione na działanie czynników zewnętrznych przez długi czas, a wiele instalacji buduje się w trudnych warunkach, takich jak pustynie. Złącza fotowoltaiczne przeznaczone do zastosowań zewnętrznych są generalnie projektowane na 10-20 lat żywotności. Tego typu złącza muszą spełniać wymagania wysokiego poziomu wodoodporności, odporności na wysokie/niskie temperatury oraz na promieniowanie UV.

Typowe parametry złączy fotowoltaicznych to:

• Napięcie znamionowe: DC 1000 V do 1500 V
• Prąd znamionowy: od 15A do 90A
• Temperatura otoczenia: -40 ℃ do +85 ℃
• Stopień ochrony: Minimum osiąga poziom IP67

Rysunek 1. Budowa złącza fotowoltaicznego © BizLink

W przypadku materiałów żywicznych stosowanych na zewnątrz, niezbędna jest zarówno odporność na promieniowanie UV, jak i odporność na hydrolizę. Zgodnie z wymaganiami norm bezpieczeństwa złącza fotowoltaicznego, materiał żywiczny obudowy musi przejść test ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe i test zanurzenia w wodzie określony w normie UL746C (ekspozycja na wodę i zanurzenie). Jeśli materiał żywiczny pomyślnie przejdzie certyfikację UL, do oznaczenia modelu można dodać przyrostek f1. Ze względu na bezpieczeństwo przeciwpożarowe żywica, z której wykonana jest obudowa, musi spełniać normę UL94 na poziomie V-0 lub 5VA. Względny wskaźnik termiczny (RTI) odnosi się do zdolności materiału do zachowania określonych właściwości (fizycznych, elektrycznych itp.) pod wpływem wysokich temperatur przez długi czas. Biorąc pod uwagę temperaturę otoczenia złącza fotowoltaicznego, RTI powinien być większy lub równy 105°C. Powyższe wartości ognioodporności i RTI odnoszą się do minimalnej grubości materiału, dlatego należy je określić zgodnie z minimalną grubością rzeczywistej struktury produktu.

Wspomniany na początku tekstu CTI (Comparative Tracking Index) to kolejny bradzo ważny parametr – choć często ignorowany - jeśli chodzi o dobór materiału. Zgodnie z normą IEC materiały dzielą się na cztery grupy wartości CTI.

• Grupa I: CTI ≥600
• Grupa II: 400 ≤ CTI < 600
• Grupa IIIa: 175 ≤ CTI < 400
• Grupa IIIb: 100 ≤ CTI < 175

Droga upływu odpowiadająca różnym materiałom CTI została przedstawiona w poniższej tabeli. Zgodnie z ograniczeniami, wynikającymi z samej budowy produktu, aby spełnić wymagania dotyczące drogi upływu, złącza fotowoltaiczne powinny być zbudowane z  materiału o CTI ≥ 400.

© BizLink

Kolejną kwestią, którą należy wziąć pod uwagę w zastosowaniach zewnętrznych, jest uderzenie gradu: materiał musi mieć dobrą odporność na uderzenia w niskich temperaturach. W szczególności produkt musi wytrzymać impuls o energii 6,78 J w temperaturze -35°C. Obecnie odpowiednimi materiałami są materiały PPE/PPO, PC i PA.

Artykuł opracowano na podstawie informacji udostępnianych przez firmę © BizLink