Электрическая слюдосодержащая изоляция

Полезная модель направлена на увеличение пробивного напряжения и обеспечение устойчивости электрической прочности диэлектрического слюдобарьера. Указанный технический результат достигается тем, что электрическая слюдосодержащая изоляция для электрических машин и аппаратов, состоит из диэлектрической подложки и диэлектрического слюдобарьера, прикрепленного к ней с одной и/или с двух сторон. Диэлектрического слюдобарьер состоит из кристаллов тонко расщепленного слюдоматериала в нагревостойком полимерном связующем. Предлагаеая электрическая слюдосодержащая изоляция имеет диэлектрический слюдобарьер, который состоит из двух слоев -арматурного и броневого. Арматурный слой представляет собой матрицу из нагревостойкого полимерного связующего с наполнителем в виде наноразмерных кристаллов слюды с «обкладками». Кристаллы слюды с «обкладками расположены равномерно по плоскости арматурного слоя, а арматурный и броневой слои представляют нагревостойкое полимерное связующее, они чередуются, каждый следующий арматурный слой в пределах толщины диэлектрического слюдобарьера, смещен относительно предыдущего. «Обкладки» кристаллов слюды расположены с обеих сторон и представляют собой полимерное связующее. В стеклообразном состоянии. Полимеры «обкладок» кристаллов слюды арматурного, броневого слоев и диэлектрического слюдобарьера имеют одну химическую природу.

Полезная модель относится к области электроматериаловедения и электротехники, в частности, к электрической изоляции для высоковольтного электротехнического оборудования.

Широко известны электрические слюдосодержащие изоляции, например марки ЛСКН-135ТПл (СПл), лента слюдинитовая непропитанная - это слоистая композиция, состоящая из слюдяной бумаги толщиной 0,135 мм (толщина кристаллов слюды 35-50 мкм), оклеенной с одной стороны стеклотканью, с другой стороны полиэфирной пленкой, и связующего компонента, в данном случае это лак, созданный на основе каучука, с введенным ускорителем полимеризации эпоксидных составов [К.И.Волков, П.Н.Загибалов, М.С.Мецик. Свойства, добыча и переработка слюды. - Иркутск: Восточно-Сибирское книжное издательство, 1971 г. - 350 с.].

Недостаток такой электрической изоляции (марки ЛСКН-135ТПл): интенсивное пыление при наложении ее механическим способом на токопровод, а также сползание кристаллов слюды диэлектрического слюдобарьера на ребрах прямоугольного сечения при изолировании прямолинейной части стержней или секций и при изолировании лобовых частей крупных электрических машин.

Известна также электрическая слюдосодержащая изоляция для электрических машин и аппаратов, которая состоит из диэлектрической подложки и приклеенного к ней слюдяного диэлектрического слюдобарьера с одной или с двух сторон, состоящего из кристаллов тонкорасщепленной слюды, хаотически расположенных в нагревостойком полимерном связующем, например в кремнийорганическом связующем «Способ изготовления электроизоляционного материала», А.С. СССР 562010». Прототип.

Недостатками указанного материала являются нестабильность электрических характеристик, обусловленных неравномерностью распределения кристаллов слюды в полимерной матрице по объему диэлектрического барьера.

Задачей полезной модели является существенное увеличение пробивного напряжения и обеспечение устойчивости электрической прочности диэлектрического слюдобарьера.

Решение указанной задачи осуществляется за счет того, что диэлектрический слюдобарьер состоит из двух слоев - арматурного и броневого. Арматурный слой представляет собой матрицу из нагревостойкого полимерного связующего, например кремнийорганического, с наполнителем в виде наноразмерных кристаллов слюды с «обкладками», при этом кристаллы слюды с «обкладками» расположены равномерно по плоскости арматурного слоя. Арматурный и броневой слои чередуются по толщине диэлектрического слюдобарьера. Броневой слой выполнен из нагревостойкого полимерного связующего. Каждый следующий арматурный слой в пределах диэлектрического слюдобарьера смещен относительно предыдущего.

«Обкладки» кристаллов слюды расположены с обеих сторон и представляют собой полимерное связующее в стеклообразном состоянии. Полимеры «обкладок» кристаллов слюды арматурного, броневого слоев и диэлектрического слюдобарьера имеют одну химическую природу.

Вышеперечисленные признаки позволяют существенно увеличить электрическую прочность слюдосодержащего материала и обеспечить стабильность значений электрической прочности слюдяного диэлектрического слюдобарьера.

На фиг.1 представлено схематическое изображение предлагаемого слюдосодержащего материала, на фиг.2. - основные компоненты слюдяного диэлектрического слюдобарьера (вырыв I, фиг.1).

Предлагаемая изоляция состоит из следующих элементов: слюдосодержащего диэлектрического барьера 1, диэлектрической подложки 2, отрицательного электрода 3, положительного электрода 4, арматурного 5 и броневого 6 слоев, кристалла слюды с обкладками 7.

В предлагаемом слюдосодержащем материале толщиной L**=0,12 мм к диэлектрической подложке 2 толщиной h=30÷35 мкм прикреплен с двух сторон слюдосодержащий диэлектрический слюдобарьер 1 толщиной L=35÷35 мкм. Диэлектрический слюдобарьер 1 выполнен слоистым из: арматурного 5 и броневого 6 слоев. Арматурный слой 5 - это композиционный наноматериал, матрица которого - нагревостойкое полимерное связующее толщиной t₁=12÷43 нм, в котором равномерно поверхности расположены кристаллы слюды с «обкладками» с двух сторон 7 в один слой. Толщина кристалла слюды d=5÷20 нм с характеристическим числом =L/d=2÷10 о.е., где L - больший размер кристалла слюды. К каждому кристаллу слюды с обеих сторон приклеены «обкладки» толщиной d*=0,252÷0,441 нм (примерно 5÷7 уплотненных мононослоев с коэффициентом уплотнения 0,6) из нагревостойкого полимерного связующего. Расстояние между кристаллами слюды с «обкладками» равно М=d/3 нм. Размер кристалла слюды с обкладками имеет толщину t=d+2d*, a два слоя - арматурный и броневой имеют толщину t**=t*+t₁.

Толщина броневого слоя примерно равна t*=6÷22 нм. «Обкладки» соединены с кристаллами слюды адгезионными силами, а с полимерным связующим - когезионными силами.

Монослой полимера имеет размеры (примерно): развернутая длина ~200 мкм, меньший размер ~1,05 нм (основа и радикалы). Химическая формула монослоя имеет вид.

R, R¹, R¹¹, R ¹¹¹ - соответствуют H, CH₃, C₆H ₅, CH₂=CH и др.

Связи атомов в органических соединениях:

Si-O0,151 нм; H-O0,096 нм; C=C0,134 нм и др.

Броневой слой 6 выполнен из полимерного материала, по химическим свойствам сопоставим с полимером арматурного слоя. Броневой слой 6 необходим для повышения прочности всей конструкции диэлектрического слюдобарьера. Увеличение электрической прочности в диэлектрическом слюдобарьере 1 получается за счет увеличения длины пути разряда 1* при приложении электрического напряжения от отрицательного электрода 3 к положительному 4 (фиг.2), 1*=(½+1/3)·L.

По прототипу кристаллы слюды в полимерной массе получаются разными по объему и расположены без системы. Поэтому, несмотря на то, что в диэлектрическом слюдобарьере прототипа имеются тонкорасщепленные и нано размерные кристаллы слюды, конечный результат не отвечает предъявляемым требованиям к современным слюдосодержащим изоляциям, - все это влияет на величину разброса электрической прочности (U_пр=13÷83 кВ).

Принимая электрическую прочность слюдосодержающего арматурного слоя для полимера E=3 кВ/мм, опрелелим_напряжение пробоя V_пр=E·d кВ при толщине один миллиметр предлагаемой слюдосодержащей изоляции с двумя диэлектрическими слюдобарьерами (фиг.1).

В своеобразном конденсаторе (кристалле слюды с «обкладками») диэлектрическая проницаемость будет выше, чем в кристалле слюды по прототипу. Далее, число кристаллов слюды в предлагаемой конструкции больше, и они расположены в диэлектрическом слюдобарьере 1 системно как по поверхности арматурного слоя 5, так и по высоте диэлектрического слюдобарьера 1. Следовательно, путь разряда d, скользя от отрицательного электрода 3 к положительному 4 вдоль кристаллов слюды по толщине диэлектрического слюдобарьера 1 (рис.2) будет большим в сравнении с прототипом, число кристаллов в слюды в диэлектрическом слюдобарьере 1 также больше, чем в прототипе. Таким образом, в отличие от прототипа, предлагаемый слюдосодержащий материал при прочих равных условиях имеет устойчивое пробивное напряжение, которое составит: U _пр90 кВ против не устойчивого пробивного напряжения U _пр=13÷83 кВ.

1. Электрическая слюдосодержащая изоляция, включающая диэлектрическую подложку, прикрепленную к ней с одной и/или с двух сторон диэлектрического слюдобарьера, состоящего из кристалла, слюдоматериала в нагревостойком полимерном связующем, отличающаяся тем, что диэлектрический слюдосодержащий барьер выполнен из двух слоев - арматурного и броневого, арматурный слой представляет собой матрицу из нагревостойкого полимерного связующего с наполнителем в виде наноразмерных кристаллов слюды с «обкладками», при этом кристаллы слюды с «обкладками» расположены равномерно по плоскости арматурного слоя, арматурный и броневой слои чередуются, а каждый следующий арматурный слой в пределах толщины диэлектрического слюдобарьера смещен относительно предыдущего.

2. Электрическая слюдосодержащая изоляция по п.1, отличающаяся тем, что «обкладки» кристаллов слюды в арматурных слоях расположены с обеих сторон и представляют собой полимерное связующее в стеклообразном состоянии.

3. Электрическая слюдосодержащая изоляция по п.1, отличающаяся тем, что полимеры «обкладок» кристаллов слюды арматурного, броневого слоев и диэлектрического слюдобарьера имеют одинаковую химическую природу.