Многослойные сборки — композитные электроизоляционные элементы из чередующихся слоёв слюдяного материала и армирующих/защитных подложек, склеенных в монолит.
Применяются там, где обычная одноматериальная изоляция не выдерживает: при напряжениях от 35 кВ, в условиях механических вибрационных нагрузок, при воздействии масла или влаги.
Стандартная композиция — слюдопласт + стеклоткань + слюдопласт; для специальных применений — со встроенной полиимидной плёнкой или с внутренним металлическим экраном.
Зачем нужна многослойная изоляция
Одиночный лист слюдопласта толщиной 5 мм имеет электрическую прочность около 10-15 кВ/мм — то есть пробивает при напряжении 50-75 кВ при идеальных условиях. На практике краевой разряд по поверхности и неоднородности материала снижают это значение в 1,5-2 раза. Поэтому для номинальных напряжений 35-110 кВ нужна многослойная изоляция — слои перекрывают слабые места друг друга, межслоевые границы блокируют распространение микроразрядов.
Вторая причина — механическая прочность. Слюда хрупкая, на изгиб и удар работает плохо. Армирование стеклотканью даёт сборке прочность на разрыв 200-500 МПа против 50-100 МПа у чистого слюдопласта — это уже уровень стеклотекстолита. Применяется в высоковольтных аппаратах с виброударной средой: в коммутаторах, на железнодорожной тяге, в авиационной технике.
Третья причина — устойчивость к агрессивным средам. Чистый слюдопласт впитывает масло и влагу, теряя при этом до 30% электрической прочности за 1000 часов эксплуатации. Стеклоткань с эпоксидной пропиткой герметизирует слюдопласт, снижая впитывание до уровня 1-2% по массе.
Типовые композиции, которые мы делаем
Стандартные комбинации, регулярно заказываемые по нашему ТУ 273314-029:
— Слюдопласт + стеклоткань + слюдопласт. Базовая композиция: два слоя слюдопласта КИФЭ толщиной 2-3 мм и стеклоткань Э-2 в середине. Общая толщина 5-8 мм. Эпоксидная склейка. Применение: пластины-перегородки в маслонаполненных трансформаторах, высоковольтные опорные пластины.
— Слюдопласт + полиимидная плёнка + слюдопласт. Применяется когда нужна высокая электрическая прочность при тонкой толщине. Полиимидная плёнка ПМ-А (50-125 мкм) имеет прочность 200-300 кВ/мм — добавляет к сборке +10-30 кВ пробного напряжения при толщине +0,2 мм. Используется в авиационных и спецтехнических приложениях.
— Многослойные сэндвичи 5-7 слоёв. Чередуются тонкие листы слюдопласта 1-2 мм со стеклотканевыми прослойками. Общая толщина 10-30 мм. Применяется для самых ответственных применений — в трансформаторах 110-220 кВ, в импульсных установках. Изготавливаем по чертежу с указанием количества и толщины каждого слоя.
— Композиции с внутренним металлическим экраном. Между слоями слюдопласта закладывается медная фольга 0,1-0,2 мм с выведенным наружу контактом. Применяется для управления распределением поля в высоковольтных аппаратах (управляющий электрод). Эпоксидная склейка с тщательной герметизацией кромок.
Для каждой композиции согласуем с заказчиком: базовый материал, тип склеивающего состава, температурный класс готовой сборки, испытательное напряжение.
Выбор связующего: эпокси или кремнийорганика
Связующее для склейки многослойной сборки определяет верхний температурный предел готового изделия. Класс нагревостойкости связующего не должен быть ниже класса исходных слюдяных материалов — иначе сборка деградирует не по слюде, а по клеевым швам.
Эпоксидное связующее — стандарт. Используем компаунды класса F (155 °C) и H (180 °C). Прочность на сдвиг 25-40 МПа, прозрачность от жёлтого до тёмно-янтарного. Время полного отверждения 24 часа при 80 °C, или 7 дней при комнатной. Выпускаем сборки этим связующим для основной массы заказов на трансформаторы и коммутационные аппараты.
Кремнийорганическое связующее — для применений выше 180 °C и до 250 °C. Прочность на сдвиг 15-25 МПа (ниже эпоксидного). Применяется для специальных задач, обычно по требованию заказчика. Готовая сборка приобретает термостойкость как у самого нагревостойкого слоя.
Для сборок с термоупорным миканитом или микалексом эпоксидное связующее не подходит — деградирует уже при 200 °C. В этих случаях используем фосфатное связующее (как у самого микалекса) или специальные высокотемпературные клеевые составы. Срок изготовления таких сборок добавляется на 5-7 дней против стандартных эпоксидных.
Испытательное напряжение готовой сборки контролируется на 100% изделий — это нерушимое правило. Каждая сборка прошивается испытанием при напряжении в 1,5-2 раза выше рабочего, протокол прилагается к паспорту качества.