Trang Chính
Latest images
Tìm kiếm
Đăng ký
Đăng NhậpVẬT LIỆU ĐIỆN CHỈNH LÍ 2011-2012
Trang 1 trong tổng số 1 trang
VẬT LIỆU ĐIỆN CHỈNH LÍ 2011-2012
Admin Tue Jan 10, 2012 7:03 am
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN
I) Khái niệm về vật liệu điện. 3
1.1 khái niệm: 3
1.2 Cấu tạo của nguyên tử. 3
1.3 Cấu tạo phân tử. 3
1.4 Khuyết tật trong cấu tạo vật rắn. 5
1.5 Lý thuyết phân vùng năng lượng trong vật rắn. 6
II)Phân loại vật liệu điện. 7
2.1 Phân loại theo khả năng dẫn điện. 7
2.2 Phân loại vật liệu theo từ tính. 7
2.3 Phân loại theo trạng thái vật thể: 8
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 8
I) Khái niệm và phân loại vật liệu cách điện 8
1.1 Khái niệm 8
1.2. Phân loại vật liệu cách điện: có 3 cách phân loại: 8
II) Tính vhất chung của vật liệu cách điện.................................................................. 8
2.1 Tính hút ẩm của điện môi. 8
2.2 Tính cơ học của điện môi 9
2.3) Tính chất hoá học của điện môi. 9
2.4) Hiện tượng đánh thủng điện môi và độ bền cách điện 10
2.5 Độ bền nhiệt 11
2.6 Tính chọn vật liệu cách điện 11
2.7 Hư hỏng thiết bị điện. 11
III) một số vật liệu cách điện thông dụng 12
3.1 Vật liêu sợi 12
3.2 Giấy và các tông 12
3.3 Phíp 13
3.4 Amiăng và ximăng Amiăng 13
3.5 Vải sơn và băng amiăng. 13
3.6 Chất dẻo 14
3.7 Nhựa cách điện. 14
3.9 Sơn và các hợp chất cách điện. 15
3.10 Chất đàn hồi. 15
3.11 Điện môi vô cơ 16
3.12 Vật liệu cách điện bằng gốm sứ. 16
CHƯƠNG III: VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 16
I. KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 16
1.1. Khái niệm về vật liệu dẫn điện. 16
1.2 Tính chất của vật liệu dẫn điện. 17
1.3Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở suất : 18
1.4. Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt động 20
II. Tính chất chung của kim loại và hợp kim. 20
2.1 Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim. 20
2.2 Tính chất của kim loại và hợp kim 21
III. những hư hỏng thường gặp và cách chọn vật liệu dẫn điện. 22
3.1 Những hư hỏng thường gặp 22
3.2. Cách chọn vật liệu dẫn điện 22
IV. Một số vật liệu dẫn điện thông dụng. 22
4.1 Đồng và hợp kim của đồng. 22
4.2 Nhôm và hợp kim của nhôm. 23
4.4. Sắt (Fe) 24
4.5. Wonfram (W) 25
4.6 Kim loại dùng làm tiếp điểm và cổ góp. 25
CHƯƠNG IV: VẬT LIỆU DẪN TỪ 30
4.1 Khái niệm và tính chất vật liệu dẫn từ. 30
4.2 Tính chất của vật liệu dẫn từ. 30
4.3Mạch từ và tính táon mạch từ. 32
4.4 Sơ đồ thay thế của mạch từ. 34
4.5 Mạch từ xoay chiều. 35
4.6Những hư hỏng thường gặp 38
4.7. Một số vật liệu dẫn từ thông dụng 38
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN
1, Khái niệm về vật liệu điện.
1.1 khái niệm:
Tất cả những vật liệu dùng để chế tạo máy điện, khí cụ điện dây dẫn hoặc những vật liệu dùng làm phụ kiện đường dây được gọi chung là vật liệu điện. Như vậy vật liệu điện bao gồm vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu dẫn từ.
1.2 Cấu tạo của nguyên tử.
Mọi vật liệu được cấu tạo từ nguyên tử và phân tử. Nguyên tử là phân tử cơ bản của vật chất, theo mô hình nguyên tử của Bor nguyên tử được cấu tạo bởi hạt nhân mang điện tích dương và các điện tử êlêctron mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo nhất định
Hạt nhân nguyên tử được tạo nên từ hạt prôton và nơtron . Nơtron là các hạt không mang điện tích, còn prôton có điện tích dương với số lượng bằng Z.q
trong đó : Z là số lượng điện tử của nguyên tử đồng thời cũng là số thứ tự của nguyên tố nguyên tử đó trong bảng tuần hoàn Menđêlép.
q là điện tích của điện tử e (qe=1,601.10-19 Culông) Prổton có khối lượng bằng 1,67.10-27 kg, electron có khối lượng bằng 9,1.10-31 kg
Ở trạng thái bình thường nguyên tử được trung hoà về điện, tức là trong nguyên tử có tổng các điện tích dương của hạt nhân bằng tổng điện tích âm của các điện tử. Nếu vì lý do nào đó nguyên tử mất đi một hay nhiều điện tử thì sẽ trở thành điện tích dương, ta thường gọi là ion dương. Ngược lại nếu nguyên tử trung hoà nếu nhận thêm điện tử thì trở thành ion âm.
1.3 Cấu tạo phân tử.
Là phần nhỏ nhất của một chất ở trạng thái tự do nó mang đầy đủ các đặc điểm, tính chất của chất đó, trong phân tử các nguyên tử liên kết với nhau bởi liên kết hóa học.Vật chất được cấu tạo từ nguyên, phân tử hoặc ion theo các dạng liên kết dưới đây:
Phân tử được tạo nên từ những nguyên tử thông qua các liên kết phân tử.
1.3.1 Liên kết đồng hoá trị
Liên kết này được đặc trưng bởi sự dùng chung những điện tử của các nguyên tử trong phân tử. Khi có mật độ đám mây điện tử giữa các hạt nhân trở thành bão hoà, liên kết phân tử bền vững.
Lấy cấu trúc của phân tử clo làm ví dụ: phân tử này gồm 2 nguyên tử clo và như đã biết, nguyên tử clo có 17 điện tử, trong đó 7 điện tử ở lớp ngoài cùng (điện tử hoá trị). Hai nguyên tử clo liên kết bền vững với nhau bằng cách sử dụng chung hai điện tử, lớp vỏ ngoài cùng của mỗi nguyên tử được bổ xung thêm một điện tử của nguyên tử kia.
Hình 1-1 Liên kết đồng hoá trị trong phân tử clo
Phân tử liên kết đồng hoá trị có thể là trung tính hoặc cực tính. Phân tử clo thuộc loại trung tính vì các trung tâm điện tích dương và điện tích dương trùng nhau.
Axit clohydric HCl là ví dụ của phân tử cực tính. Các trung tâm điện tích dương và âm cách nhau một khoảng và như vậy phân tử này được xem như một lưỡng cực điện.
Tùy theo cấu trúc các phân tử đối xứng hay không đối xứng mà chia các phân tử ra làm hai loại
- Phân tử không phân cực là phân tử mà trọng tâm điện tích âm trùng
với trọng tâm điện tích dương
1.3.2 Liên kết ion
Liên kết ion được xác lập bởi lực hút giữa các ion(+) và ion (-). Liên kết này chỉ xảy ra giữa các nguyên tử của nguyên tố hoá học có tính chất khác nhau.
Đặc trưng cho dạng liên kết kim loại là liên kết giữa các kim loại và phi kim để tạo thành muối, cụ thể là Halogen và kim loại kiềm gọi là muối Halogen của kim loại kiềm.
Liên kết này khá bền vững. Do vậy nhiệt độ nóng chảy của các chất có liên kết Ion rất cao
Ví dụ: liên kết giữa Na và Cl trong muối NaCl là liên kết ion ( vì Na co 1 electron lớp ngoài cùng cho nên dễ nhường 1 electron tạo thành Na+, Cl có 7 electron ở lớp ngoài cùng cho nên dễ nhận 1 electron tạo thành Cl- , hai ion này trái dấu sẽ hút nhau và tạo thành phân tử NaCl, muối NaCl có tính hút ẩm tnc =8000C, tsôi <14500C.
1.3.3. Liên kết kim loại
Dạng liên kết này tạo nên các tinh thể vật rắn. tinh thể được xem như là một hệ thống cấu tạo từ các ion dương trong môi trường các điện tử tự do. Lực hút giữa các ion dương và các điện tử tạo nêntính nguyên khối của kim loại. Chính vì vậy liên kết kim loại là liên kết bền vững, kim loại có độ bền cơ học và nhiệt độ nóng chảy cao.
Lực hút của các ion dương và các điện tử đã tạo nên tinh nguyên khối của kim loại
Sự tồn tại của các điện tử tự do làm cho kim laọi có tính ánh kim và tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao. Tính dẻo của kim loại được giải thích bởi sự dịch chuyển và trượt trên nhau giữa các lớp ion, cho nên kim loại dễ cán kéo thành lớp mỏng.
1.3.4 Liên kết vandec-Vanx
Liên kết này là dạng liên kết yếu cấu trúc mạng tinh thể phân tử không vững chắc. Do vậy những liên kết phân tử và liên kết Vandec- Vanx có nhiệt độ nóng chảy và độ bền cơ thấp như parafin.
1.4 Khuyết tật trong cấu tạo vật rắn.
Các tinh thể vật rắn có thể có kết cấu đồng nhất. Sự phá huỷ các kết cấu đồng nhất và tạo nên các khuyết tật trong vật rắn thường gặp nhiều trong thực tế. Những khuyết tật
có thể được tạo nên bằng sự ngẫu nhiên hay cố ý trong quá trình công nghệ chế tạo vật liệu.
Khuyết tật của vật rắn là bất kỳ hiện tượng nào phá vỡ tính chất chu kỳ của trường tĩnh điện mạng tinh thể như: Phá vỡ thành phần hợp thức, sự có mặt của các tạp chất lạ, áp lực cơ học, các lượng tử của dao động đàn hồi phônôn mạng tinh thể phụ đoạn tầng, khe rãnh, lỗ xốp...
Khuyết tật sẽ làm thay đổi các đặc tính cơ học, lý học , hoá học và các tính chất về điện của vật liệu. Khuyết tật có thể tạo nên các tính năng đặc biệt tốt và cũng có thể làm cho tính chất của vật liệu kém đi (vật liệu có lẫn kim loại)
1.5 Lý thuyết phân vùng năng lượng trong vật rắn.
Có thể sử dụng lý thuyết phân vùng năng lượng để giải thích phân loại vật liệu thành các nhóm vật liệu dẫn điện, bán dẫn và điện môi(cách điện).
Việc nghiên cứu quang phổ phát xạ của các chất khác nhau ở trạng thái khí khi các nguyên tử ở cách xa nhau một khoảng cách lớn đã chỉ rõ rằng nguyên tử của mỗi chất được đặc trưng bởi những vạch quang phổ hoàn toàn xác định. Điều đó chứng tỏ các nguyên tử khác nhau có những trạng thái năng lượng hay mức năng lượng khác nhau.
Do không có năng lượng của chuyển động nhiệt nên vùng năng lượng bình thường của nguyên tử ở vị trí thấp nhất và được gọi là vùng hoá trị hay còn gọi là vùng đầy ở 00K các điện tử hoá trị của nguyên tử lấp đầy vùng này.
Những điện tử tự do có mức năng lượng hoạt tính cao hơn các dải năng lượng của chúng tập hợp thành vùng tự do hay vùng điện dẫn
II)Phân loại vật liệu điện.
2.1 Phân loại theo khả năng dẫn điện.
Trên giản đồ năng lượng người ta phân loại theo vật liệu cách điện và vật liệu dẫn điện.
- Điện môi là chất có vùng cấm lớn đến mức ở điều kiện bình thường sự dẫn điện bằng điện tử không xảy ra. Chiều rộng vùng cấm của điện môi nằm trong khoảng từ 1,5 đến vài điện tử vôn(eV).
- Bán dẫn là chất có vùng cấm hẹp hơn so với điện môi, vùng này có thể thay đổi nhờ tác động từ bên ngoài. Chiều rộng vùng cấm chất bán dẫn bé(W=0,2÷1,5eV), do đó ở nhiệt độ thường một số điện tử hoá trị ở vùng đầy được tiếp sức của chuyển động nhiệt có thể di chuyển tới vùng tự do để tham gia vào dòng điện dẫn.
- vật dẫn: là chất có vùng tự do nằm sát với vùng đầy thậm trí có thể chồng lên vùng đầy((W< 0,2 eV). Vật dẫn điện có số luợng điện tử tự do rất lớn.
2.2 Phân loại vật liệu theo từ tính.
- Nghịch từ là những chất có độ từ thẩm <1 và không phụ thuộc và cường độ từ trường bên ngoài.loại này gồm hydrô, các khí hiếm đa số các hợp chất hữu cơ.
- Thuận từ là những chất có độ từ thẩm >1và cũng không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài. Loai này gồm oxy, nitơ ôxít, muối sắt.
Chất dẫn từ là các chất có >1 và phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài. Loại này gồm có sắt, niken, coban,kim loại kiềm, kim loại và bạch kim.
- Vật liệu dẫn từ.
là những vật liệu có độ từ thẩm >1 và phụ thuộc vào từ trường bên ngoài loại này gồm có: Sắt, côban, niken, và các hợp kim của chúng như hợp kim crôm và magan, gađolonít, pherit có các thành phần khác nhau.
2.3 Phân loại theo trạng thái vật thể:
Có vật liệu ở thể rắn, thể lỏng, thể khí.
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
I) Khái niệm và phân loại vật liệu cách điện
1.1 Khái niệm
Điện môi (Vật liệu cách điện) là những chất không dẫn điện. Khác với kim loại và chất điện phân, trong điện môi không có những hạt mang điện tự do.
1.2. Phân loại vật liệu cách điện: có 3 cách phân loại:
+ Theo trạng thái vật lí: vật liệu cách điện ở thể rắn, lỏng và khí. Vật liệu cách điện thể rắn còn được phân loại thành các nhóm: cứng, đàn hồi, có sợi, băng, màng mỏng. Giữa vật liệu cách điện thể rắn và thể lỏng còn có thể trung gian, gọi là thể mềm nhão như: các vật liệu có tính chất bôi trơn, các loại sơn tẩm.
+ Theo thành phần hoá học: vật liệu cách điện hữu cơ và vật liệu cách điện vô cơ.
Vật liệu cách điện hữu cơ: chia làm 2 nhóm: nhóm có nguồn gốc trong thiên nhiên và nhóm nhân tạo.
Vật liệu cách điện vô cơ: gồm các chất khí, các chất lỏng không cháy, các loại vật liệu rắn như gốm sứ, thuỷ tinh, mica.
II) Tính chất chung của vật liệu cách điện
2.1 Tính hút ẩm của điện môi.
Các vật liệu nói chung ở mức độ ít hay nhiều đều hút ẩm vào bên trong từ môi truòng xung quanh. Khi bị thấm ẩm các tính chất cách điện của điện môi bị giảm nhiều, những vật liệu cách điện không cho nước đi vào bên tong nó khi đặt ở môi trường có độ ẩm cao, trên bề mặt có thể ngưng tụ một lớp ẩm làm cho dòng dò bề mặt tăng điện áp phóng điện dọc theo bề mặt giảm và có thể gây nên sự cố cho các thiết bị điện.
2.2 Tính cơ học của điện môi
Các chi tiết bằng vật liệu cách điện trong các thiết bị điện khi vận hành ngoài sự tác động của điện trường còn phải chịu tác động của các phụ tải cơ học nhất định. Vì vậy khi chọn vật liệu cần phải xem xét tới độ bền cơ học của các vật liệu và khả năng chịu đựng của chúng mà không bị biến dạng.
- Độ bền chịu nén trị số của độ bền chịu kéo k, chịu nén n, và uốn u được đo bằng kg/cm2 hoặc trong hệ SI bằng N/m2 , (1N/m2=10-5kg/cm2)các vật liệu không kết cấu không đẳng hướng(vật liệu có nhiều lớp sợi ...)thì độ bền cơ học phụ thuộc vào phương tác dụng của tải trọng , theo các hướng không gian khác nhau thì có trị số độ bền khác nhau
- Tính giòn: Nhiều vật liệu giòn tức là trong khi có độ bền tương đối cao đối với phụ tải tĩnh thì lại dễ bị phá huỷ bởi lực động bất ngờ đặt vào. Để đánh giá khả năng của vật liệu chống lại tác động của phụ tải động người ta xá định ứng suất dai va đập.
Ứng suất dai va đập vđ của vật liệu tìm được bằng cách chia năng lượng A tiêu tốn để bẻ gãy vật mẫu có tiết diện ngang S cho tiết diện này. Ứng suất dai va đập đo bằng kg.cm/cm2 vì thế để chuyển đổi ứng suất dai va đập sang kg.cm/cm2 cần phải nhân nó với 103
- Độ cứng: Độ cứng của vật liệu là khả năng của bề mặt vật liệụ chống lại biến dạng gây nên bởi lực nén truyền từ vật có kích thước nhỏ vào nó.
Độ nhớt: Đối với vật liệu cách điện thể lỏng hoặc nửa lỏng như dầu, sơn, hỗn hợp tráng ,tẩm, dầu MBA thì độ nhớt là một đặc tính cơ học quan trọng
2.3) Tính chất hoá học của điện môi.
Độ tin cậy của vật liệu phải được bảo đảm khi làm việc lâu dài nghĩa là không bị phân huỷ để giải thoát ra các sản phẩm phụ và không ăn mòn kim loại tiếp xúc với nó.
Khi sản xuất các chi tiết có thể gia công vật liệu bằng những phương pháp hoá công khác nhau dính được hoà tan trong các dung dịch tạo thành sơn. Độ hoà tan của vật liệu rắn có thể đánh giá bằng khối lượng vật liệu chuyển sang dung dịch trong một đơn vị thời gian từ một đơn vị diện tích tiếp xúc giữa vật liệu với dung môi. Ngoài ra người ta còn đánh giá độ hoà tan theo khối lượng lớn nhất của chất có thể hoà tan trong dung dịch
Dễ hoà tan nhất là các chất có bản chất hoá học gần với dung môi và chứa các nhóm nguyên tử giống nhau trong phân tử. Các chất lưỡng cực dễ hoà tan hơn trong chất lỏng lưỡng cực, các chất trung tính trong chất lỏng trung tính VD hyđrocacbon không cực tính hay cực tính yếu(parafin, cao su) hoà tan trong hidro cácbon lỏng như xăng, nhựa lưỡng cực chứa nhóm hyđrôxit (fênol). Khi tăng trùng hợp thì độ hoà tan giảm. Các chất cao phân tử có cấu trúc mạch thẳng dễ hoà tan so với cấu trúc không gian khi tăng nhiệt độ thì độ hoà tan tăng lên.
2.4) Hiện tượng đánh thủng điện môi và độ bền cách điện
Trong điều kiện bình thường vật liệu cách điện có điện trở rất lớn nên nó làm cách ly với các phần mạng điện với nhau. Nếu các vật liệu điện này được đặt vào trường có điện áp cao thì các mối liên kết bên trong của vật liệu sẽ bị phá huỷ nó mất tính cách điện đi.
Giá trị điện áp đánh thủng (Udt)
Trong đó Ebđ Độ bền cách điện của vật liệu điện KV/mm
d Độ dày của tấm vật liệu cách điện (mm)
Udt Điện áp đánh thủng kv
- Độ bền cách điện: Giới hạn điện áp cho phép mà vật liệu cách điện còn làm việc được gọi là độ bền cách điện của vật liệu điện.
Độ bền cách điện của vật liệu phụ thuộc vào bản chất của vật liệu. Như vậy để vật liệu làm việc an toàn mà không bị đánh thủng thì điện áp đặt vào vật phải bé hơn Udt một số lần tuỳ vào các vật liệu khác nhau
Tỉ số giữa điện áp đánh thủng và điện áp cho phép vật liệu còn làm việc gọi là hệ số an toàn = Với Udt Điện áp đánh thủng kv
Ucp điện áp cho phép vật liệu làm việc kv
Giới hạn an toàn phụ thuộc vào bản chất vật liệu
2.5 Độ bền nhiệt
+ Theo cấp chịu nhiệt:
Cấp cách điện Nhiệt độ cho phép 0C Các vật liệu cách điện chủ yếu
Y 90 Giấy, vải sợi, lụa, cao su, gỗ, nhựa polietilen, PVC, anilin..
A 105 Giấy, vải sợi, lụa trong dầu, nhựa polieste, cao su nhân tạo, các loại sơn cách điện có dầu làm khô.
E 120 Nhựa tráng polyvinylphocman, poliamit. Giấy ép hoặc vải ép có nhựa phenolfocmandehit. Vải có tẩm thấm poliamit. Nhựa poliamit, nhựa phenol-phurphurol có độn xenlulo.
B 130 Nhựa polieste, mica, thuỷ tinh có chất độn. Nhựa epoxi, sợi thuỷ tinh, nhựa melamin phomandehit.
F 155 Sợi amiăng, sợi thuỷ tinh có chất kết dính.
H 180 Xilicon, sợi thuỷ tinh, mica có chất kết dính.
C >180 Mica không có chất kết dính, thuỷ tinh , sứ..
2.6 Tính chọn vật liệu cách điện
Chọn cách điện : Tuỳ vào điện áp làm việc của thiết bị, người ta chọn laọi vật liệu có bề dày thích hợp, sao cho vật liệu làm việc an toàn mà không bị đánh thủng.
Độ bền cơ: Tuỳ vào điều kiện làm việc của thiết bị mà ta chọn loại vật liệu cách điện có độ bền cơ thích hợp
Độ bền nhiệt: Căn cứ vào sự phát nóng khi thiết bị làm việc người ta sẽ chọn các loại vật liệu cách điện có nhiệt độ cho phếp phù hợp.
Ví dụ các vật liệu cách điện các dụng cụ đốt nóng(bàn ủi, nồi cơm điện).
2.7 Hư hỏng thiết bị điện.
Hư hỏng do điện: Do các máy điện, thiết bị điện và khí cụ điện khi làm việc với các đại lượng, thông số vượt quá trị số định mức như các đại lượng về dòng điện, điện áp công suất làm cho vật liệubị giảm tuổi thọ hoặc bị đánh thủng
- Hư hỏng do bị già hoá của vật liệu cách điện
- Hư hỏng do các lực tác động từ bên ngoài
- Hư hỏng do sự mài mòn giữa các bộ phận
III) một số vật liệu cách điện thông dụng
3.1 Vật liêu sợi
Đối với sợi được tẩm thì tính chất của chúng do tính chất của chất tẩm quyết định.
- Sợi bông axetanhydrit (còn gọi là Cotopa) được chế tạo bằng cách ngâm sợi bông vào dung dịch axit axetic và axetanhydrit có pha chất hút nước (kẽm clorit) ở nhiệt độ khoảng 400C, sau đó rửa sạch hoá chất. Loại này có độ hút ẩm bằng một nửa so với sợi bông thông thường, có khả năng chịu nhiệt cà cách điện tốt hơn. Loại này dùng làm cách điện cuộn dây biến thế, máy phát điện, cách điện dây dẫn ở các trung tâm điện thoại.
- Sợi poliamit (có 2 loại: sợi nylon và sợi perlon): chịu axit và bazơ, không bị oxy hoá, có thể chịu nhiệt đến 120 – 1500C nhưng thường chỉ dùng đến 1000C, có cơ tính tốt, bền, dẻo, chịu ma sát, thường được dùng cách điện cho cáp điện.
- Sợi thuỷ tinh: có độ bền cách điện cao, có tính trơn láng, thường sử dụng với nhựa silicon, nhựa teflon, dùng làm cách điện cho các cuộn dây. Sợi thuỷ tinh có đường kính 3 - 5m hoặc 20 m. Sợi càng nhỏ thì giãn dài càng tốt và độ bền kéo càng cao.
3.2 Giấy và các tông
Giấy: thành phần chủ yếu của giấy là xenlulo vì nó được chế tạo từ gỗ. Tùy theo công dụng của nó trong kỹ thuật điện, người ta chia ra làm hai loại: giấy tụ điện và giấy cáp và các loại giấy cứng như phíp, giấy amiăng, giấy ép tẩm nhựa; dùng làm cách điện cho tụ.
a, Giấy tụ điện là loại giấy dùng làm điện môi trong tụ điện giấy. Giấy cách điện dùng trong tụ điện khác với các loại giấy cách điện khác là rất mỏng(0,007÷ 0,022mm) thưòng làm việc ở cường độ rất cao và nhiệt độ khoảng 70÷ 1000C nên đòi hỏi phẩm chất của giấy rất cao.
b, Giấy cáp : Thường có độ giày khoảng 0,08÷ 0,17mm dùng làm cách điện của cáp điện lực, cáp thông tin. Đối với giấy cáp cần chú ý đến sức bền cơ giới và số lần xoắn mà nó có thể chịu được.
Nhìn chung, để làm việc được đảm bảo, các loại giấy này đều phải tẩm dầu hoặc hỗn hợp dầu-nhựa thông.
Các tông: dùng trong kỹ thuật điện và cũng được chế tạo từ sợi thực vật như giấy nhưng có độ dày lớn hơn.
Có hai loại giấy các tông:
- Loại dùng trong không khí có độ rắn và đặc tính cao, được sử dụng lót rãnh các máy điện, vỏ cuộn dây, tấm đệm.
- Loại dùng trong dầu: mềm hơn các tông dùng trong không khí và có thể thấm dầu. Tuỳ theo độ dày yêu cầu của loại cáctông này mà được chế tạo thành cuộn(0,1÷ 0,8mm) hoặc thành tấm (1÷ 3mm )
3.3 Phíp
Là một loại giấy được ngâm trong dung dịch clorua kẽm(ZnCl2¬)nóng rồi đem quấn vào một tang quay bằng thép để có được chiều dày cần thiết, rồi được đem ép và trải qua quá trình gia công thành một vật liệu mịn thuần nhất gọi là phíp. Phíp chủ yếu được dùng chủ yếu để chế tạo các chi tiết cách điện có hình dạng phức tạp.
3.4 Amiăng và ximăng Amiăng
- Amiăng: là chất cách điện có tính chịu nhiệt cao. Sợi amiăng mịn, dễ uốn, có thể tách thành sợi nhỏ hoặc bện thành sợi to, ép thành tấm.
Ximăng amiăng (còn gọi là ximăng manhêzi) có cơ tính tốt, cứng, chịu nhiệt, được ép thành tấm hoặc ở hình dạng khác nhau, dùng làm buồng dập hồ quang trong máy cắt, tấm ngăn bộ khống chế hình trống.
3.5 Vải sơn và băng amiăng.
Là loại vải bông, lụa thuỷ tinh có tẩm sơn có độ đàn hồi và độ mền được dùng làm cách điện rãnh của các máy điện có điện áp thấp. Trong các máy điện có điện áp cao
vải sơn được dùng làm cách điện ở đầu dây quấn, cách điện giữa các cuộn dây, ngoài ra vải sơn còn được dùng cách điện cho các bộ phận uốn cong nhiều. Độ bền điện của loại băng sợi bông có trị số khoảng 35÷50 kv/mm, loại bằng tơ khoảng 55 ÷ 90 kv/mm. vải sơn cách điện thường được sản xuất ở dạng cuộn (700÷1000)mm, chiều dày của vải cách điện là (0,15÷0,24)mm.
3.6 Chất dẻo
Chất dẻo là loại vật liệu được dùng rộng rãi trong lỹ thuật cũng như trong cuộc sống. Đặc điểm của chất dẻo là dưới tác dụng của sức ép từ bên ngoài sẽ được hình dáng đã định trước của khuôn ép để chế tạo ra các sản phẩm. Trong kỹ thuật điện người ta thường dùng chất dẻo để làm vật liệu cách điện cũng như làm các kết cấu thuần tuý.
Các đặc tính
Hêtinắc téctôlít téctôlít
A B B -
Giới hạn bền kéo theo chiều dọc, kG/cm2, không nhỏ hơn
800
1000
650
900
Giới hạn bền uốn theo chiều thẳng góc với lớp cách điện kG/cm2, không nhỏ hơn
1000
1300
1200
1100
Ứng suất vai va đập theo chiều thẳng góc với lớp cách điện kG/cm2, không dưới
13
20
25
50
Độ bền nhiệt 0C không thấp hơn
150 150 125 185
Điện trở suất khối v(.cm) không dưới 1011 1010 109 1010
3.7 Nhựa cách điện.
Nhựa có trạng thái trung gian quá độ giữa vật liệu cách điện thể lỏng và thể rắn. Công dụng: dùng làm cách điện ở đầu cáp điện, vỏ bọc cho ống nối và các khí cụ điện khác, làm đầy hoàn toàn lỗ rỗng để chống xâm nhập của không khí và hơi ẩm..
Nhựa tổng hợp:
- Nhựa cứng nhiệt: Khi được làm nóng và ép thì ban đầu hoá mềm, sau đó hoá cứng, giữ hình dáng theo khuôn ép.Nhựa cứng nhiệt bao gồm các nhóm: nhựa phenol –phomandehyt, nhựa phenol –phomandehyt với chất độn dạng vải sợi, nhựa cacbamit-focmandehyt, nhựa polyeste, nhựa epoxi. Công dụng: làm khung cuộn dây, vỏ cách điện, buồng dập hồ quang điện, làm đầy lỗ trống, bảo vệ dây cáp điện, các chi tiết của thiết bị vô tuyến ở máy bay ..
- Nhựa nhiệt mềm: Khi bị làm nóng thì hoá mềm, có thể ép nóng thành tấm mỏng để sử dụng.
3.8 Dầu cách điện
Dầu thực vật rất quan trọng trong kĩ thuật cách điện đó là những chất lỏng nhớt thu được từ hạt của các loại thực vật khác nhau. Trong số các loại dầu đó cần đặc biệt chú ý tới dầu khô. Dưới tác dụng của ánh sáng và ôxy của không khí cũng như dưới tác dụng của các yếu tố khác dầu khô có khả năng chuyển qua trạng thái rắn. Những màng dầu khô đã cứng lại khá bền đối với tác dụng của điện môi chúng không hoà tan ngay cả khi được đun nóng trong hydrôcácbon nặng như dầu máy biến áp, vì vậy, chúng có tính chất chịu dầu nhưng đối với hydrôcácbon thơm(benzen) thì chúng kém bền hơn. Khi đốt nóng lớp màng đã cứng lại vẫn không hoá dẻo vì vâyj dầu khô là loại nhiệt cứng. Những loại này thường được dùng nhất là dầu gai, dầu trẩu, dầu thầu dầu.
3.9 Sơn và các hợp chất cách điện.
Bao gồm: nhựa xenlulo nitrat; xenlulo axetat; sellac, polistyren, polivinyl axetat .. dùng làm vỏ bọc cách điện cho dây quấn của cuộn dây máy điện, làm đầy lỗ rỗng chống sự xâm nhập của không khí và hơi ẩm, đúc cuộn dây ..
3.10 Chất đàn hồi.
Những vật liệu trên cơ sở cao su và những chất có đặc tính gần giống cao su gọi là chất đàn hồi. Cao su có một số tính chất sau tính đàn hồi cao, tính ít thấm ẩm, và ít thấm khí. Như cao su thiên nhiên, cao su lưu hoá, cao su tổng hợp.
3.11 Điện môi vô cơ
là vật liệu quan trọng trong kĩ thuật điện và vô tuyến điện. Đa số những điện môi vô cơ có những đặc tính tốt như tính chịu nhiệt cao, không hút ẩm, độ bền cơ cao và ổn định chịu được tác dụng của bức xạ năng lượng và là vật liệu rẻ tiền.
3.12 Vật liệu cách điện bằng gốm sứ.
Sứ được chế tạo từ cao lanh (Al2O3.2SiO2.2H2O), fenspat (Al2O3.6SiO2.2K2O hoặc Al2O3.6SiO2.2Na2O) và thạch anh (SiO2).Xteatit (3MgO.4SiO2.H2O hoặc 4MgO.5SiO2.H2O).Sứ và xteatit được sử dụng ở cao thế, ống cách điện trong máy cắt, đế cách điện cho tháp anten, chi tiết cách điện và đỡ cho các phần tử đốt nóng, buồng dập hồ quang, tấm ngăn hồ quang …
3.13 Mica và các vật liệu trên cơ sở mica.
- Mica: là những miếng cánh kiến diện tích 10 – 60 cm2, bề dày 0.006 – 0,1mm. Tính chất của mica phụ thuộc vào thành phần vào thành phần hợp chất của cánh kiến và chất keo kết dính. Mica dùng làm cách điện cổ góp, cách điện cuộn dây trong máy điện, cách điện ở các điện trở đốt nóng.
- Micalex: được làm từ bột cánh kiến trộn với bột thuỷ tinh, được ép với áp lực lớn trong khuôn thép. Micalex chịu nén tốt, độ bền cách điện 150 kV/cm. Được dùng làm buông dập hồ quang điện trong máy cắt, vỏ phích cắm ở bếp điện, các tấm đệm chịu được dao động.
CHƯƠNG III: VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN
I. KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN
1.1. Khái niệm về vật liệu dẫn điện.
Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trạng thái bình thường có các điện tích tự do. Nếu đặt chúng vào trong một điện trường, các điện tích sẽ chuyển động theo một hướng nhất định của trường và tạo thành dòng điện. Người ta gọi vật liệu có tính dẫn điện.
Vật liệu có tính dẫn điện tử: là vật chất mà sự hoạt động của các điện tích không làm biến đổi thực thể đã tạo thành vật liệu đó. Vật dẫn có tính dẫn điện tử bao gồm những kim loại ở trạng thái rắn hoặc lỏng, hợp
kim và một số chất không phải kim loại như than đá. Kim loại và hợp kim
có tính dẫn điện tốt được chế tạo thành dây dẫn điện, như dây cáp, dây quấn dẫn điện trong các máy điện và khí cụ điện....
Kim loại và hợp kim có điện trở suất lớn (dẫn điện kém) được sử dụng trong các khí cụ dùng để sưởi ấm, đốt nóng, chiếu sáng...
Vật liệu có tính dẫn Ion: là những vật chất mà dòng điện đi qua sẽ tạo nên sự biến đổi hóa học. Vật dẫn có tính dẫn Ion thông thường là các dung dịch: dung dịch axit, dung dịch kiềm và các dung dịch muối.
Vật liệu dẫn điện có thể ở thể rắn, lỏng và trong một số điều kiện phù hợp có thể là thể khí hoặc hơi.
Vật liệu dẫn điện ở thể rắn gồm các kim loại và hợp kim của chúng
(trong một số trường hợp có thể không phải là kim loại hoặc hợp kim).
Vật liệu dẫn điện ở thể lỏng bao gồm các kim loại lỏng và các dung dịch điện phân. Vì kim loại thường nóng chảy ở nhiệt độ rất cao trừ thủy ngân (Hg) có nhiệt độ nóng chảy ở -390C do đó trong điều kiện nhiệt độ bình thường chỉ có thể dùng vật liệu dẫn điện kim loại lỏng là thủy ngân.Các chất ở thể khí hoặc hơi có thể trở nên dẫn điện nếu chịu tác động của điện trường lớn. Vật liệu dẫn điện được phân thành 2 loại: vật liệu có tính dẫn điện tử và vật liệu có tính dẫn ion.
1.2 Tính chất của vật liệu dẫn điện.
1.2.1.Điện trở
- Điện trở của dây dẫn là đại lượng đặc trưng cho tính cản trở dòng điện của dây dẫn đó.
- Điện trở (R) là quan hệ giữa hiệu điện thế không đổi đặt ở hai đầu của dây dẫn và cường độ dòng điện 1 chiều chạy trong dây dẫn đó.
- Điện trở được tính theo công thức: R=
R - điện trở (). l: chiều dài dây dẫn (m).
- điện trở suất (.mm2/m hoặc .m)
S: tiết diện dây dẫn (mm2 hoặc m2)
Điện dẫn (G) của một dây dẫn là đại lượng nghịch đảo của điện trở. G = .
Đơn vị : Siemen (S).
1.2.2. Điện trở suất
-Điện trở suất () là điện trở của dây dẫn có chiều dài là một đơn vị chiều dài và tiết diện là một đơn vị diện tích.
Đơn vị: m (trong hệ MKSA); cm (trong hệ CGS); mm2/m (thường dùng trong kỹ thuật.)
-Điện dẫn suất () là đại lượng nghịch đảo của điện trở suất. = .
Đơn vị: 1/m (MKSA);1/cm (CGS); m/mm2.
1.3Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở suất :
+ Hệ số biến đổi điện trở suất theo nhiệt độ ():
Điện trở suất của kim loại và nhiều hợp kim tăng theo nhiệt độ; điện trở suất của cacbon và của dung dịch điện phân giảm theo nhiệt độ.
Khi nhiệt độ thay đổi, điện trở suất của kim loại biến đổi theo công thức:
t = 0(1+ t)
t - điện trở suất ở nhiệt độ t.
0 - điện trở suất ở 00C.
Hệ số gần như giống nhau đối với các kim loại tinh khiết và có trị số gần đúng bằng : 4.10-3 (1/0C).
Bảng 2.1 Các đặc tính vật lý chủ yếu của kim loại (ở 200C) dùng trong kỹ
thuệt điện
Kim loại Nhiệt độ nóng
chảy (0C) Điện trở suất ở
200C ( mm2/m) Hệ số (1/0C)
Vàng 1063 0,0220 - 0,0240 0,00350 - 0,00398
Bạc 961 0,0160 - 0,0165 0,00340 - 0,00429
Đồng 1083 0,0168 - 0,0182 0,00392 - 0,00445
Nhôm 657 0,0262 - 0,0400 0,00350 - 0,00398
Vônfram 3380 0,0530 - 0,0612 0,00400 - 0,00520
Kẽm 420 0,0535 - 0,0630 0,00350 - 0,00419
Niken 1455 0,0614 - 0,1380 0,00440 - 0,00692
Sắt 1535 0,0918 - 1,1500 0,00450 - 0,00657
Platin 1770 0,0866 - 0,1160 0,00247 - 0,00398
Thiếc 232 0,1130 - 0,1430 0,00420 - 0,00465
Chì 327 0,2050 - 0,2220 0,00380 - 0,00480
Thủy ngân -39 0,9520 - 0,9590 0,00090 - 0,00099
Ở gần nhiệt độ 00K (nhiệt độ tuyệt đối), điện trở suất của kim loại tinh khiết giảm đột ngột, chúng thể hiện tính siêu dẫn. Về phương diện lý thuyết, ở nhiệt độ 00K, kim loại có điện trở bằng 0.
Khi bị chảy dẻo thì điện trở suất của kim loại tăng. Nhưng nếu tiến hành nung để cho nó kết tinh lại thì điện trở suất có thể giảm (giảm do tác dụng của sự biến dạng làm cho kết cấu của kim loại được chặt chẽ và do
sự phá huỷ các màn oxit...).
+ Hệ số biến đổi điện trở suất theo áp suất (k).
Khi kéo hoặc nén đàn hồi, điện trở suất của kim loại biến đổi theo công thức:
L= (1k).
Dấu (+) ứng với khi biến dạng kéo, còn dấu (-) ứng với khi biến dạng nén.
Với: - ứng suất cơ khí của tiết diện mẫu.
+ Ảnh hưởng của từ trường và ánh sáng.
Thực nghiệm cho thấy điện trở suất của kim loại cũng biến đổi khi kim loại đặt trong từ trường và điện trở suất của một số vật liệu cũng biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng.
1.4. Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt động
Khi hai kim loại khác nhau tiếp xúc vớinhau thì giữa chúng có một hiệu điện thế gọi là hiệu điện thế tiếp xúc. Nguyên nhân phát sinh hiệu điện thế
tiếp xúc là do công thoát của mỗi kim loại khác nhau do đó số điện tử tự do trong các kim loại (hoặc hợp kim) không bằng nhau.
Hiệu điện thế tiếp xúc của các cặp kim loại dao động vài phần mười đến vài vôn, nếu nhiệt độ của cặp bằng nhau, tổng hiệu điện thế trong mạch kín bằng không. Nhưng khi một phần tử của cặp có nhiệt độ là T1 còn cặp kia là T2 thì trong trường hợp này sẽ phát sinh sức nhiệt điện động(s.n.đ.đ)
U = UAB + UBA
Bảng 2.2 Bảng thế điện hóa của các kim loại so với Hyđrô bảng 2.2
Kim loại Thế điện hóa Kim loại Thế điện hóa
Vàng +1,500 Thiếc - 0,100
Bạc +0,081 Chì - 0,130
Đồng +0,345 Sắt - 0,440
Hyđrô +0,000 Kẽm - 0,760
Sức nhiệt điện động sinh ra của hai kim loại khác nhau khi tiêp xúc được ứng dụng để chế tạo cặp nhiệt ngẫu. Gía trị của sức nhiệt điện động tiếp xúc:
EAB = 2,87.10-7. .ln nA/nB
Trong đó: EAB sức nhiệt điện động tiếp xúc tác dụng giữa2 thanh kim loại A và B
II. Tính chất chung của kim loại và hợp kim.
2.1 Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim.
Đến ngày nay, loài người đã biết được trên một trăm nguyên tố hóa học,tất cả các nguyên tố được chia làm hai loại : kim loại và không kim loại trong dó kim loại chiếm tới 79 nguyên tố. Kim loại chứa nhiều nhất trong vỏ trái đất là nhôm 7% sau đó là sắt 5% trong kỹ thuật điện kim loạihợp kim của nó là chất liệu không thể thiếu, nó được sử dụng phổ biến để sản suất các thiết bị điện.
2.2 Tính chất của kim loại và hợp kim
a, Tính chất vật lý:
- Vẻ sáng mặt ngoài: dựa vào vẻ sáng mặt ngaòi có thể chia thành kim loại đen và kim loại mầu. Kim loại đen gồm các hợp kim của sắt ( gang, thép), kim loại mầu là tất cả các kim loại và hợp kim còn lại. Kim loại không trong suốt có tính phản chiếu ở mặt ngoài.
+ Tính nóng chảy: Khi đốt kim loại sẽ bị chảy loãng, khi làm nguội lại sẽ đông đặc lại. Nhiệt độ nóng chẩy với kim loại từ thể rắn sang thể lỏng hoàn toàn gọi là điểm nóng chẩy.
+ Điểm nóng chẩy của hợp kim khác với điểm nóng chẩy của từng kim loại tạo nên hợp kim đó.
+ Tính dẫn nhiệt: Là khả năng truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc làm nguộn.
+ Tính dãn nở nhiệt: Khi đốt nóng kim loại dãn ra, từ khi làm nguộn thì nó lại co lại.
+ Tính nhiễm từ: khi đặt trong từ trường một số kim loại bị từ hóa, chẳng hạn Fe, hợp kim của Fe, Ni, Co… Còn hầu hết các kim loại và hợp kim khác không có khả năng nhiễm từ.
b, Tính chất hóa học:
- Tính chống ăn mòn là khả năng chống ăn mòn của hơi nước hoặc ôxy trong không khí lên kim loại .
Tính chịu axit: là khả năng chống lại tác dụng của môi trường axit lên kim loại.
c, Tính chất cơ học:
Tính chất cơ học của kim loại là khả năng chống lại các lực bên ngoài tác dụng lên kim loại, bao gồm độ đàn hồi, độ bền, độ dẻo, độ cứng, độ chịu mỏi, độ dai ,độ va chạm.
d, Tính chất công nghệ :Tính chất công nghệ của kim loại là khả năng kim loại có thể thực hiện được bằng các phương pháp công nghệ để chế tạo ra các sản phẩm, bao gồm tính cắt gọt, tính rèn, tính hàn, tính đúc, tính nhiệt luyện.
III. những hư hỏng thường gặp và cách chọn vật liệu dẫn điện.
3.1 Những hư hỏng thường gặp
Trong vật liệu dẫn điện thường gặp những hiện tượng hư hỏng sau:
- Tính dẫn điện của chúng giảm đi đáng kể sau thời giam là việc lâu dài
- Hay bị gãy hoặc bị biến dạng do chịu tác dụng của lực cơ khí, lực điện động và nhiệt độ cao gây ra.
- Bị ăn mòn hóa học do tác dụng của môi trường hoặc của các dung môi
3.2. Cách chọn vật liệu dẫn điện
Chọn vật liệu dẫn điện phải đảm bảo được các yếu cầu về tính chất lý hóa, phỉ phù hợp cho việc sử dụng vật liệu, thông thường phải đảm bảo được các yêu cầu sau:
- Độ dẫn điện phải tốt
- Có sức bền cơ khí, đảm bảo được điều kiện ổn định và ổn định nhiệt.
- Có khả năng kết hợp được với các kim loại khác thành hợp kim
- Phải đảm bảo được tính chất lý học như: tính nóng chảy, tính dẫn nhiệt, tính dãn nở nhiệt
- Đảm bảo được tính chất hóa học: tính chống ăn mòn do tác dụng của môi trường và các dung môi gây ra.
- Đảm bảo được tính chất cơ học
IV. Một số vật liệu dẫn điện thông dụng.
4.1 Đồng và hợp kim của đồng.
a. Đồng (Cu).
- Đồng có thể tìm thấy ở các mỏ quặng cancopirit – CuFeS2, cancizin – Cu2S, covelit – CuS, bocnit – 3Cu2S.Fe2S3, cuprit – Cu2O… Thông qua phương pháp nấu nóng chảy trong lò chuyển hay sunfua hoá sẽ thu được sunfua đồng và xỉ.
- Đồng là kim loại có cấu trúc mạng tinh thể dạng lập phương thể tâm; có màu đỏ nhạt sáng rực; có điện dẫn suất và nhiệt dẫn suất cao (=0,01748 mm2/m); có sức bền cơ học tương đối lớn; dễ dàng gia công (dát mỏng, rèn, vuốt giãn, kéo sợi,..); có sức bền lớn đối với sự va đập và ăn mòn; có khả năng tạo thành hợp kim tốt như đồng thau, đồng thanh; có khả năng hàn gắn dễ dàng.
- Đồng được sử dụng rất phổ biến trong kỹ thuật điện, chẳng hạn trong kết cấu máy điện, máy biến thế, dây dẫn điện, trong các khí cụ điện, thiết bị vô tuyến viễn thông..
b. Hợp kim của đồng.
- Đồng thanh: là 1 hợp kim của đồng, có thêm một số kim loại khác (Zn, Al, Be, Mn, Cd, Ni, ..) để tăng cường độ cứng, sức bền và dễ nóng chảy. Đồng thanh được sử dụng trong chế tạo máy điện, khí cụ điện; dùng để gia công các chi tiết nối dây dẫn, các vòng cổ góp điện, các tiếp điểm điện, làm các ốc vít, đai ốc cho hệ thống nối đất …
- Đồng thau: là hợp kim Cu – Zn, trong đó thành phần của Zn không quá 46%. Đồng thau được sử dụng để làm các đầu cực ở các bảng phân phối, các đầu nối đến hệ thống tiếp đất, các đầu nối để gắn cầu chì, phích cắm, đuôi đèn,…
4.2 Nhôm và hợp kim của nhôm.
a. Nhôm (Al).
- Nhôm có thể được tìm thấy từ các mỏ quặng boxit, thông qua quá trình công nghệ thu được Al2O3 hầu như không có tạp chất. Tách nhôm bằng cách điện phân Al2O3 nóng chảy ở nhiệt độ 900 – 9500C.
- Nhôm là kim loại có màu trắng bạc, có điện dẫn suất và nhiệt dẫn suất cao (=0,01748 mm2/m); dễ gia công (dát mỏng, rèn, vuốt giãn, …); có sức bền đối với sự ăn mòn do có lớp oxit tập trung rất mỏng (0,001 mm). Nhôm đúc có cấu trúc tinh thể, khi rèn tạo thành thớ.
- Nhôm được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện để chế tạo: dây dẫn điện của đường dây truyền tải năng lượng, cáp điện, các thanh góp và chi tiết chotrang thiết bị điện, ống nối, dây dẫn điện dùng để quấn dây, các lá nhôm để làm tụ điện, các rôto của động cơ điện không đồng bộ …
b. Hợp kim của nhôm.
- Hợp kim aldrey là hợp kim của nhôm với 0,3÷0,5%Mg; 0,4÷0,7%Si; 0,2÷0,3%Fe. Tổ hợp làm cho hợp kim aldrey có tính chất cơ học tốt là Mg2Si, sự hoà tan rắn của tổ hợp này làm tăng khả năng dẫn điện. Hợp kim aldrey có thể kéo thành sợi để chế tạo dây dẫn điện.
- Một số hợp kim của nhôm dùng để đúc như: Al-Zn-Cu, Al-Cu, Al-Cu-Ni, Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Si-Mg, Al-Mg-Mn …
4.3 Chì và hợp kim của chì.
Chì được tinh luyện từ các mỏ có trong tự nhiên như: Galen (PbS), Xezurit (PbCO3), Anglezit (PbSO4)...Có thể thu được chì ở mức độ tinh khiết 99,94%.
Chì là kim loại có màu tro sáng, rất mềm, có thể uốn cong, dát mỏng dễ dàng hoặc cắt bằng dao cắt công nghiệp, nhiệt độ nóng chảy thấp.
Chì có điện trở suất cao =0,21mm2/m và nhiệt dẫn suất nhỏ. Nó là vật liệu bảo vệ tốt nhất đối với sự xuyên thủng của tia X (tia Rơntgen).
Một lớp chì dày 1mm ở 200, 300 Kv có tác dụng bảo vệ như một lớp thép dày 11,5mm hay một lớp gạch có chiều dày 110mm.Chì và hợp kim của nó được dùng để làm lớp vỏ bảo vệ ở cáp điện nhằm chống lại ẩm ướt.
Chì còn được dùng để chế tạo các bản cực của acquy, dùng để làm dây chảy bảo vệ và các đường dây dẫn điện và các thiết bị điện.Chì còn được dùng để chế tạo các bản cực của acquy, dùng để làm dây chảy bảo vệ các đường dây dẫn điện và các thiết bị điện.
4.4. Sắt (Fe)
- Sắt được tìm thấy trong thiên nhiên dưới dạng quặng từ -Fe3O4, hematit – Fe2O3, limonit - 2Fe2O3.3H2O, xiderit –FeCO3, pirit-FeS2 … Quặng khoáng sau khi tuyển lọc đưa vào lò cao cùng với chất đốt (cacbon từ gỗ, than cốc, antraxit) và chất giúp chảy (đá vôi – CaCO3, dolomit - CaCO3+MgCO3) để sản xuất gang thô. Gang trắng dùng để sản xuất thép, gang xám dùng để đúc. Thép nhận được từ gang bằng cách rút ra một phần cacbon, thông qua quá trình oxit hoá và loại ra một phần hay toàn bộ những tạp chất khác, gọi là tinh luyện gang.
- Sắt là kim loại có màu trắng bạc; không bị oxi hoá trong không khí khô nhưng bị tác dụng trong không khí ẩm ước và axit; dây dẫn bằng thép dễ bị ăn mòn (gỉ) ở điều kiện bình thường, có thể chịu đựng tốt ở nhiệt độ 1000C trong thời gian dài; ở dòng điện xoay chiều, điện trở của dây dẫn bằng thép tăng do hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng từ trễ.
- Hợp kim của sắt được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện để chế tạo các sản phẩm như dây dẫn điện trong điều kiện làm việc đặc biệt; dây dẫn điện dưới dạng thanh góp; thanh ray của tàu điện; điện trở; các điện cực anot bằng sắt tinh khiết ở các chỉnh lưu thuỷ ngân; các chi tiết động trong chân không được điều khiển bằng từ tính …
4.5. Wonfram (W)
- Wonfram được tìm thấy trong thiên nhiên dưới dạng quặng wonframit - (FeO.MnO) WO3, selit – CaO. WO3. Wonfram thu được bằng phương pháp hóa học hoặc bằng phương pháp điện phân wonframit, selit ở nhiệt độ 1050-13000C.
- Wonfram là kim loại cứng, có màu tro sáng; không bị ảnh hưởng ở nhiệt độ thường nhưng ở 7000C bắt đầu bị ôxit hoá có màu vàng, tác dụng với oxit cacbon, nitơ, hơi nước, hydro cacbua, không tác dụng với thuỷ ngân và hydro; có sức bền đứt, độ cứng rất cao và nhiệt độ nóng chảy cao nhất.
- Wonfram được dùng nhiều trong kỹ thuật điện để chế tạo các sản phẩm như sợi tóc đốt nóng trong các bóng đèn dây tóc; điện trở nung nóng cho các lò điện; điện cực catot do có sự phát xạ nhiệt electron dễ dàng; các tiếp điểm điện do có khả năng chịu đựng sự phóng điện hồ quang, không bị hàn dính chặt trong thời gian làm việc; cặp nhiệt ngẫu W-Mo có tầm đo nhiệt độ 1800-2000C, W-C(graphic) có tầm đo nhiệt độ 1800-19000C.
4.6 Kim loại dùng làm tiếp điểm và cổ góp.
Yêu cầu đối với vật liệu làm tiếp điểm
- Có sức bền cỏ khí và độ rắn tốt ( tuổi thọ cao)
- Có điện dẫn suất và dẫn nhiệt tốt để không nóng quá nhiệt độ cho phép khi những tiếp điểm này có dòng điện định mức đi qua
- Có sức bền đối với sự ăn mòn do các tác nhân bên ngoài ( Nước, không khí ẩm …..)
- Có nhiệt độ nóng chảy và hóa hơi cao, ôxi của nó phải có điện dẫn suất lớn ( tức là để có thể chịu được dòng ngắn mạch cao, Rtx nhỏ)
- Gia cong dễ dàng giá thành hạ
Bên cạnh những điểm nêu trên, nó phải thỏa mãn các điều kiện tùy thuộc và dạng tiếp điểm ( có 3 dạng tiếp điểm cố định, di động và trượt)
+ Với tiếp điểm cô định: Phải có sức bền nén đẻ có thể chịu được áp suất lớn, ( lực ấn lớn), phải có điện trở ổn định trong thời gian làm việc lâu dài (Rtx ổn định )
+Với tiếp điểm di động: Chúng làm việc theo cách ấn ( đóng và mở các MC điện, Công tắc tơ, Rơle điện …) , phải có sức bền đối với sự ăn mòn do tác động cơ khí khi đóng mở, phải có sức bền đối với sự tác động của hồ quang không bị hàn chặt.
+ Với tiếp điểm trượt: Chúng làm việc theo cách trượt như: Cổ góp máy điện, DCL… Phải có sức bền đối với sự mài mòn cơ khí do ma sát
Sức bền của các tiếp điểm và các yếu tố ảnh hưởng tới sức bền
Bản chất bề mặt
- Điện trở của tiếp điểm càng lớn khi điện trở suất của vật liệu càng lớn và điện trở càng nhỏ khi ứng suất của vật liệu càng nhỏ, vì vật liệu càng mền thì sự biến dạng cuae vật liệu càng dễ dàng và số lượng điểm tiếp xúc càng lớn, tức là tổng thể điểm tiếp xúc càng tăng lên.
- Khi phụ tải thay đổi hay ngắn mạch, sẽ sinh ra ứng suất rất lớn sẽ làm yếu tiếp điểm
- Bản chất của vật liệu và những điều kiện làm việc ảnh hưởng đến sự ăn mòn các tiếp điểm ( Tác động của không khí, nước, hóa chất …) tạo nên
trên bề mặt tiếp xúc lớp làm xấu tính chất dẫn điện, do đó Rtx tăng lên
Để tránh ăn mòn , người ta ngăn không cho không khí ẩm xâm nhập hay bảo vệ các tiếp điểm bằng phương pháp mạ điện ( mạ thiếc hay bạc đối với đồng)
Lực ấn là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến điện trở tiếp điểm cùng một diện tích tiếp xúc, nếu lực ấn càng lớn thì diện tích tiếp xúc càng lớn vì diện tích tiếp xúc thực thê phụ thuộc vào lực ấn
Lực ấn ơ những tiếp điểm cố định được ghép bằng Bulông cần phải tương đối lớn để đảm bảo Rtx nhỏ. Song cũng không được quá lớn vì sẽ tạo nên ứng suất lớn trong vật liệu sẽ làm mất tích đàn hồi sẽ làm xấu mối tiếp xúc.
Nhiệt độ của tiếp điểm
- Nhiệt độ từ nhiệt độ bình thường đến 2500 C, do điện trở suất tăng theo nhiệt độ vì thế điện trở mà dòng điện đi qua tiếp điểm sẽ tăng
- Nhiệt độ từ 2500 C đến 4000 C sức bền cơ học của vật liệu giảm làm tăng diện tích tiếp xúc sẽ làm giảm điện trở mà dòng điện đi qua.
- Nhiệt độ lớn hơn 4000 C, điện trở mà dòng điện đi qua sẽ tăng lại cho đến lúc nóng chảy và khi đó điện trở sẽ giảm đột ngột.
Trạng thái của bề mặt lúc tiếp xúc
Vật liệu làm tiếp điểm
• Vật liệu làm tiếp điểm cố định thường sử dụng đồng, nhôm , sắt …
- Đồng và hợp kim của nó có phẩm chất cứng nên có thể sử dụng ở đièu kiện bình thường. để có sức bền đối với sự ăn mòn được tốt, người ta bọc Ni tẩm Silic mạ Ag
- Nhôm có sức bền cơ giới thấp, nên không dùng ở nơi có dòng điện ngắn mạch lớn.
- Thép có tổn thất lớn do đó chỉ dùng khi Công suất bé và điện áp lớn ( dòng điện bé)
• Vật liệu lam tiếp điểm di động
- Platin: Có tính ổn định cao đối với sự ăn mòn trong không khí do không tạo màng oxi nên đảm bảo độ ổn định cho tiếp điểm dẫn tới Rtx nhỏ
- Bạc: Bạc tinh khiết ít dùng làm tiếp điểm vì bị hồ quang ăn mòn. Tiếp điẻm hợp kim Ag và Cu có độ cứng cao và ăn mòn nhỏ thường được sử dụng.
- Ngoài ra còn dùng W, Mo, làm vật liệu tiếp điểm.
• Vật liệu làm tiếp điểm trượt
- Cu và hợp kim của nó: dùng ở tiếp điểm DCL, tiếp điểm MCĐ, Cổ góp
KCĐ: máy khoan, máy điện một chiều…
- Al dùng làm tiếp điểm của các phương tiện vận tải bằng điện ( xe điện)
- C dùng trong các chi tiết KCĐ, các phương tiện vận tải bằng điện vì nó không ăn mòn dây dẫn điện và có tuổi thọ khá cao.
• Vật liệu làm tiếp điểm có công suất lớn ( MCĐ có U cao)
- Là các vật liệu tổng hợp, chúng được tạo nên từ những kim loại khó nóng chảy với kim loại dẫn điện tốt, một kim loại dẫn điện tốt còn kim loại kia có sức bền cỏ khí lớn. Những vật liệu này gồm Ag- W, Ag- Ni, Cu- Ni.
- Được sử dụng ở những tiếp điểm có công suất lớn, áp suất tiếp xúc lớn và có độ cứng cao
4.7 Hợp kim có điện trở cao và chịu nhiệt
Hợp kim có điện trở cao được dùng trong kỹ thuật điện để chế tạo các dụng cụ đo lường, điện trở mẫu, biến trở, dụng cụ nung nóng.
Đối với tất cả các thiết bị ấy đều yêu cầu dây dẫn có điện trở suất cao và hệ số biến đổi của điện trở suất đối với nhiệt độ nhỏ so với các phần tử hợp thành.Hiện nay thường dùng các hợp kim có gốc là đồng:Manganin, Constantanvà Nikennin, Niken-Crôm, Niken-Nhôm.
Hợp kim Manganin (86%Cu, 2%Ni, 12%Mn)
Hợp kim Mângnin là hợp kim chủ yếu dùng trong thiết bị nung và điện trở mẵu vì nó không làm sai lệch kết quả đo lường ở những dòng điện khac nhau. Cũng như ở những nhiệt độ môi trường xung quanh khac nhau.
Hợp kim Constantan (60%Cu, 40%Ni)
Constan dễ hàn và dính rất chặt hệ số biến đổi điện trở suất theo nhiệt độ rất nhỏ (Constan với ý nghĩa của nó là hằng số) có trị số âm.Constantan được dùng làm biến trở và phần tử nung nóng, Constantan không được dùng ở nhiệt độ trên 4500C vì lúc đó nó sẽ bị oxyt hóa.
Constantan ghép với đồng hay sắt có sức nhiệt điện động lớn. Đó là nhược điểm khi dùng điện trở bằng Constantan trong các sơ đồ đo. Do có sự chênh lệch nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc nên có sức điện động xuất hiện, đó là nguồn sai số. Đặc biệt trong các cầu đo chỉ không và sơ đồ phân điện áp.
Constantan được dùng nhiều làm cặp nhiệt ngẫu để đo nhiệt độ đến 7000C.
Hợp kim Nikenin
Hợp kim Nikenin rẻ tiền hơn Constantan, dễ gia công, có điện trở suất nhỏ hơn và hệ số biến đổi của điện trở suất đối với nhiệt độ lớn hơn Constantan.
Hợp kim Crôm-Niken (Nicrom)
Hợp kim Nicrom [1,5% Mn, (55,78)%Ni, (15,23)%Cr, còn lại là Fe] có sức bền tốt ở nhiệt độ cao, điện trở suất và hệ số biến đổi của điện trở suất theo nhiệt độ nhỏ.
Hợp kim này được dùng để làm các phần tử nung bằng điện như bếp điện, mỏ hàn,...với nhiệt độ đến 10000C.
Hợp kim Crôm - Nhôm
Hợp kim Crôm - Nhôm là hợp kim rất rẻ được dùng để chế tạo các thiết bị nung lớn và lò điện lớn dùng trong công nghiệp.
Lưỡng kim: Nguời ta gọi những sản phẩm dùng vật liệu lưỡng kim loại là những sản phẩm kỹ thuật được chế tạo bằng nhiều cách để tạo thành một khối liên hệ chặt của hai kim loại.
Dây dẫn và thanh góp bằng lưỡng kim- Thép - Đồng
Dòng điện chạy qua lớp mặt ngoài có chiều dày 0,5-0,6mm, còn trung tâm của tiết diện trở thành mất tác dụng việc dẫn điện. Kết quả cho thấy : lõi
của dây dẫn có thể được làm bằng thép như vậy sẽ tiết kiệm đồng mà vẫn không hề ảnh hưởng đến điện trở ở dòng điện xoay chiều. Điều này sẽ là biện pháp tốt để làm tăng sức bền cơ khí của dây dẫn, và lớp đồng ở bên ngoài cũng sẽ là lớp bảo vệ rất tốt đối với sự ăn mòn.
Do vậy, người ta đã thực hiện dây dẫn bằng vật liệu lưỡng kim thép- đồng đối với đường dây thông tin liên lạc có đường kính 1- 4mm. Dây dẫn bằng vật liệu lưỡng kim loại trong một số trường hợp dùng làm dây dẫn điện trong mạch nhị thứ ở tần số 50Hz. Và được chế tạo thành các thanh góp trong các trong các trang thiết bị dùng để nối.
Dây dẫn lưỡng kim - Đồng - Nhôm
Tổ hợp lưỡng kim đồng- nhôm được chế tạo đặc biệt dưới dạng các tấm có một mặt hay cả hai mặt và dùng trong các cấu trúc phản chiếu, lò sưởi điện hoặc các chi tiết dùng để nối vv…
Các tấm lưỡng kim- đồng – nhôm được dùng làm các con nối dây dẫn điện , con nối dây đồng và dây nhôm. Do thuận lợi là có thể dễ ràng hàn dính bằng hợp kim dính chặt dựa trên vật liệu cơ bản là thiếc , vật liệu lưỡng kim này có thể dùng để chế tạo các chi tiết trong thiết bị thu và phát
thanh như làm cuộn dây ăngten bộ cảm biến vv…
CHƯƠNG IV: VẬT LIỆU DẪN TỪ
4.1 Khái niệm và tính chất vật liệu dẫn từ.
a. Khái niệm.
Một trong những tác dụng cơ bản của dòng điện là tác dụng từ. Đó chính là cơ sở để chế tạo ra các loại máy điện. Để truyền tải được năng lượng từ trường cần phải có vật liệu từ tính. Đó chính là vật liệu dẫn từ, kim loại chủ yếu có từ tính là sắt cácbon, Niken và các hợp kim của chúng bên cạnh đó còn có bôban cũng được goi là chất sắt từ đã qua quá trình tinh luyện.
4.2 Tính chất của vật liệu dẫn từ.
4.2.1 Các đặc tính của vật liệu dẫn từ.
các nghuên tố có tính chất sắt từ như cacbon, niken và hợp kim của chúng, bên cạnh đó còn có côban cũng được gọi là chất sắt từ.
Hiện tượng sắt từ là do trong một số vật liệu ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nhât định đã phân thành một vùng mà trong từng vùng ấy các điện tử càng định hướng song song với nhau.
Quá trình từ hoá vật liệu sắt từ dưới ảnh hưởng của từ trường bên ngoài gồm các hiện tượng sau.
Tăng thể tích của các đômen có mômen từ tạo với hướng từ trường góc nhỏ nhất và giảm kích thước của các đômen khác.
Quay các vectơ mômen từ hoá theo hướng từ trường ngoài quá trình định hướng.
Quá trình từ hoá vật liệu sắt từ có thể đặc trưng bằng đường cong từ hoá B=f(H) có dạng tương tự với tất cả ác vật liệu sắt từ.
4.2.2 Đường cong từ hoá.
Độ từ thẩm là tỉ số của đại lượng cảm ứng từ B và cường độ từ trường H ở điểm xác trên đường cong từ hoá cơ bản. Trong hệ SI hằng số µ0=4π.10-7H/m.
Độ từ thẩm µbđ khi H=0 gọi là độ từ thẩm ban đầu đó là trị số của nó trong trường yếu khoảng 0.001ocstet. Giá trị lớn nhất của độ từ thẩm gọi là độ từ thẩm cực đại ký hiệu là µmax. Ở từ trường mạnh trong vùng bão hoà từ độ từ thẩm tiến tới bằng 1.
hệ số từ thẩm động µ~ là đại lượng đặc trưng cho vật liệu sắt từ trong từ trường xoay chiều. Nó là tỉ số giữa biên độ cảm ứng từ với biên độ cường độ từ trường
µ~=Bmax/Hmax
Vowis sự tăng của tần số từ trường xoay chiều độ từ thẩm động giảm vì quán tính của các quá trình từ.
Nếu tiến hành từ hoá vật liệu sắt từ trong từ trường ngoài sau đó bắt đầu tr
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN
I) Khái niệm về vật liệu điện. 3
1.1 khái niệm: 3
1.2 Cấu tạo của nguyên tử. 3
1.3 Cấu tạo phân tử. 3
1.4 Khuyết tật trong cấu tạo vật rắn. 5
1.5 Lý thuyết phân vùng năng lượng trong vật rắn. 6
II)Phân loại vật liệu điện. 7
2.1 Phân loại theo khả năng dẫn điện. 7
2.2 Phân loại vật liệu theo từ tính. 7
2.3 Phân loại theo trạng thái vật thể: 8
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 8
I) Khái niệm và phân loại vật liệu cách điện 8
1.1 Khái niệm 8
1.2. Phân loại vật liệu cách điện: có 3 cách phân loại: 8
II) Tính vhất chung của vật liệu cách điện.................................................................. 8
2.1 Tính hút ẩm của điện môi. 8
2.2 Tính cơ học của điện môi 9
2.3) Tính chất hoá học của điện môi. 9
2.4) Hiện tượng đánh thủng điện môi và độ bền cách điện 10
2.5 Độ bền nhiệt 11
2.6 Tính chọn vật liệu cách điện 11
2.7 Hư hỏng thiết bị điện. 11
III) một số vật liệu cách điện thông dụng 12
3.1 Vật liêu sợi 12
3.2 Giấy và các tông 12
3.3 Phíp 13
3.4 Amiăng và ximăng Amiăng 13
3.5 Vải sơn và băng amiăng. 13
3.6 Chất dẻo 14
3.7 Nhựa cách điện. 14
3.9 Sơn và các hợp chất cách điện. 15
3.10 Chất đàn hồi. 15
3.11 Điện môi vô cơ 16
3.12 Vật liệu cách điện bằng gốm sứ. 16
CHƯƠNG III: VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 16
I. KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 16
1.1. Khái niệm về vật liệu dẫn điện. 16
1.2 Tính chất của vật liệu dẫn điện. 17
1.3Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở suất : 18
1.4. Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt động 20
II. Tính chất chung của kim loại và hợp kim. 20
2.1 Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim. 20
2.2 Tính chất của kim loại và hợp kim 21
III. những hư hỏng thường gặp và cách chọn vật liệu dẫn điện. 22
3.1 Những hư hỏng thường gặp 22
3.2. Cách chọn vật liệu dẫn điện 22
IV. Một số vật liệu dẫn điện thông dụng. 22
4.1 Đồng và hợp kim của đồng. 22
4.2 Nhôm và hợp kim của nhôm. 23
4.4. Sắt (Fe) 24
4.5. Wonfram (W) 25
4.6 Kim loại dùng làm tiếp điểm và cổ góp. 25
CHƯƠNG IV: VẬT LIỆU DẪN TỪ 30
4.1 Khái niệm và tính chất vật liệu dẫn từ. 30
4.2 Tính chất của vật liệu dẫn từ. 30
4.3Mạch từ và tính táon mạch từ. 32
4.4 Sơ đồ thay thế của mạch từ. 34
4.5 Mạch từ xoay chiều. 35
4.6Những hư hỏng thường gặp 38
4.7. Một số vật liệu dẫn từ thông dụng 38
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN
1, Khái niệm về vật liệu điện.
1.1 khái niệm:
Tất cả những vật liệu dùng để chế tạo máy điện, khí cụ điện dây dẫn hoặc những vật liệu dùng làm phụ kiện đường dây được gọi chung là vật liệu điện. Như vậy vật liệu điện bao gồm vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu dẫn từ.
1.2 Cấu tạo của nguyên tử.
Mọi vật liệu được cấu tạo từ nguyên tử và phân tử. Nguyên tử là phân tử cơ bản của vật chất, theo mô hình nguyên tử của Bor nguyên tử được cấu tạo bởi hạt nhân mang điện tích dương và các điện tử êlêctron mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo nhất định
Hạt nhân nguyên tử được tạo nên từ hạt prôton và nơtron . Nơtron là các hạt không mang điện tích, còn prôton có điện tích dương với số lượng bằng Z.q
trong đó : Z là số lượng điện tử của nguyên tử đồng thời cũng là số thứ tự của nguyên tố nguyên tử đó trong bảng tuần hoàn Menđêlép.
q là điện tích của điện tử e (qe=1,601.10-19 Culông) Prổton có khối lượng bằng 1,67.10-27 kg, electron có khối lượng bằng 9,1.10-31 kg
Ở trạng thái bình thường nguyên tử được trung hoà về điện, tức là trong nguyên tử có tổng các điện tích dương của hạt nhân bằng tổng điện tích âm của các điện tử. Nếu vì lý do nào đó nguyên tử mất đi một hay nhiều điện tử thì sẽ trở thành điện tích dương, ta thường gọi là ion dương. Ngược lại nếu nguyên tử trung hoà nếu nhận thêm điện tử thì trở thành ion âm.
1.3 Cấu tạo phân tử.
Là phần nhỏ nhất của một chất ở trạng thái tự do nó mang đầy đủ các đặc điểm, tính chất của chất đó, trong phân tử các nguyên tử liên kết với nhau bởi liên kết hóa học.Vật chất được cấu tạo từ nguyên, phân tử hoặc ion theo các dạng liên kết dưới đây:
Phân tử được tạo nên từ những nguyên tử thông qua các liên kết phân tử.
1.3.1 Liên kết đồng hoá trị
Liên kết này được đặc trưng bởi sự dùng chung những điện tử của các nguyên tử trong phân tử. Khi có mật độ đám mây điện tử giữa các hạt nhân trở thành bão hoà, liên kết phân tử bền vững.
Lấy cấu trúc của phân tử clo làm ví dụ: phân tử này gồm 2 nguyên tử clo và như đã biết, nguyên tử clo có 17 điện tử, trong đó 7 điện tử ở lớp ngoài cùng (điện tử hoá trị). Hai nguyên tử clo liên kết bền vững với nhau bằng cách sử dụng chung hai điện tử, lớp vỏ ngoài cùng của mỗi nguyên tử được bổ xung thêm một điện tử của nguyên tử kia.
Hình 1-1 Liên kết đồng hoá trị trong phân tử clo
Phân tử liên kết đồng hoá trị có thể là trung tính hoặc cực tính. Phân tử clo thuộc loại trung tính vì các trung tâm điện tích dương và điện tích dương trùng nhau.
Axit clohydric HCl là ví dụ của phân tử cực tính. Các trung tâm điện tích dương và âm cách nhau một khoảng và như vậy phân tử này được xem như một lưỡng cực điện.
Tùy theo cấu trúc các phân tử đối xứng hay không đối xứng mà chia các phân tử ra làm hai loại
- Phân tử không phân cực là phân tử mà trọng tâm điện tích âm trùng
với trọng tâm điện tích dương
1.3.2 Liên kết ion
Liên kết ion được xác lập bởi lực hút giữa các ion(+) và ion (-). Liên kết này chỉ xảy ra giữa các nguyên tử của nguyên tố hoá học có tính chất khác nhau.
Đặc trưng cho dạng liên kết kim loại là liên kết giữa các kim loại và phi kim để tạo thành muối, cụ thể là Halogen và kim loại kiềm gọi là muối Halogen của kim loại kiềm.
Liên kết này khá bền vững. Do vậy nhiệt độ nóng chảy của các chất có liên kết Ion rất cao
Ví dụ: liên kết giữa Na và Cl trong muối NaCl là liên kết ion ( vì Na co 1 electron lớp ngoài cùng cho nên dễ nhường 1 electron tạo thành Na+, Cl có 7 electron ở lớp ngoài cùng cho nên dễ nhận 1 electron tạo thành Cl- , hai ion này trái dấu sẽ hút nhau và tạo thành phân tử NaCl, muối NaCl có tính hút ẩm tnc =8000C, tsôi <14500C.
1.3.3. Liên kết kim loại
Dạng liên kết này tạo nên các tinh thể vật rắn. tinh thể được xem như là một hệ thống cấu tạo từ các ion dương trong môi trường các điện tử tự do. Lực hút giữa các ion dương và các điện tử tạo nêntính nguyên khối của kim loại. Chính vì vậy liên kết kim loại là liên kết bền vững, kim loại có độ bền cơ học và nhiệt độ nóng chảy cao.
Lực hút của các ion dương và các điện tử đã tạo nên tinh nguyên khối của kim loại
Sự tồn tại của các điện tử tự do làm cho kim laọi có tính ánh kim và tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao. Tính dẻo của kim loại được giải thích bởi sự dịch chuyển và trượt trên nhau giữa các lớp ion, cho nên kim loại dễ cán kéo thành lớp mỏng.
1.3.4 Liên kết vandec-Vanx
Liên kết này là dạng liên kết yếu cấu trúc mạng tinh thể phân tử không vững chắc. Do vậy những liên kết phân tử và liên kết Vandec- Vanx có nhiệt độ nóng chảy và độ bền cơ thấp như parafin.
1.4 Khuyết tật trong cấu tạo vật rắn.
Các tinh thể vật rắn có thể có kết cấu đồng nhất. Sự phá huỷ các kết cấu đồng nhất và tạo nên các khuyết tật trong vật rắn thường gặp nhiều trong thực tế. Những khuyết tật
có thể được tạo nên bằng sự ngẫu nhiên hay cố ý trong quá trình công nghệ chế tạo vật liệu.
Khuyết tật của vật rắn là bất kỳ hiện tượng nào phá vỡ tính chất chu kỳ của trường tĩnh điện mạng tinh thể như: Phá vỡ thành phần hợp thức, sự có mặt của các tạp chất lạ, áp lực cơ học, các lượng tử của dao động đàn hồi phônôn mạng tinh thể phụ đoạn tầng, khe rãnh, lỗ xốp...
Khuyết tật sẽ làm thay đổi các đặc tính cơ học, lý học , hoá học và các tính chất về điện của vật liệu. Khuyết tật có thể tạo nên các tính năng đặc biệt tốt và cũng có thể làm cho tính chất của vật liệu kém đi (vật liệu có lẫn kim loại)
1.5 Lý thuyết phân vùng năng lượng trong vật rắn.
Có thể sử dụng lý thuyết phân vùng năng lượng để giải thích phân loại vật liệu thành các nhóm vật liệu dẫn điện, bán dẫn và điện môi(cách điện).
Việc nghiên cứu quang phổ phát xạ của các chất khác nhau ở trạng thái khí khi các nguyên tử ở cách xa nhau một khoảng cách lớn đã chỉ rõ rằng nguyên tử của mỗi chất được đặc trưng bởi những vạch quang phổ hoàn toàn xác định. Điều đó chứng tỏ các nguyên tử khác nhau có những trạng thái năng lượng hay mức năng lượng khác nhau.
Do không có năng lượng của chuyển động nhiệt nên vùng năng lượng bình thường của nguyên tử ở vị trí thấp nhất và được gọi là vùng hoá trị hay còn gọi là vùng đầy ở 00K các điện tử hoá trị của nguyên tử lấp đầy vùng này.
Những điện tử tự do có mức năng lượng hoạt tính cao hơn các dải năng lượng của chúng tập hợp thành vùng tự do hay vùng điện dẫn
II)Phân loại vật liệu điện.
2.1 Phân loại theo khả năng dẫn điện.
Trên giản đồ năng lượng người ta phân loại theo vật liệu cách điện và vật liệu dẫn điện.
- Điện môi là chất có vùng cấm lớn đến mức ở điều kiện bình thường sự dẫn điện bằng điện tử không xảy ra. Chiều rộng vùng cấm của điện môi nằm trong khoảng từ 1,5 đến vài điện tử vôn(eV).
- Bán dẫn là chất có vùng cấm hẹp hơn so với điện môi, vùng này có thể thay đổi nhờ tác động từ bên ngoài. Chiều rộng vùng cấm chất bán dẫn bé(W=0,2÷1,5eV), do đó ở nhiệt độ thường một số điện tử hoá trị ở vùng đầy được tiếp sức của chuyển động nhiệt có thể di chuyển tới vùng tự do để tham gia vào dòng điện dẫn.
- vật dẫn: là chất có vùng tự do nằm sát với vùng đầy thậm trí có thể chồng lên vùng đầy((W< 0,2 eV). Vật dẫn điện có số luợng điện tử tự do rất lớn.
2.2 Phân loại vật liệu theo từ tính.
- Nghịch từ là những chất có độ từ thẩm <1 và không phụ thuộc và cường độ từ trường bên ngoài.loại này gồm hydrô, các khí hiếm đa số các hợp chất hữu cơ.
- Thuận từ là những chất có độ từ thẩm >1và cũng không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài. Loai này gồm oxy, nitơ ôxít, muối sắt.
Chất dẫn từ là các chất có >1 và phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài. Loại này gồm có sắt, niken, coban,kim loại kiềm, kim loại và bạch kim.
- Vật liệu dẫn từ.
là những vật liệu có độ từ thẩm >1 và phụ thuộc vào từ trường bên ngoài loại này gồm có: Sắt, côban, niken, và các hợp kim của chúng như hợp kim crôm và magan, gađolonít, pherit có các thành phần khác nhau.
2.3 Phân loại theo trạng thái vật thể:
Có vật liệu ở thể rắn, thể lỏng, thể khí.
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
I) Khái niệm và phân loại vật liệu cách điện
1.1 Khái niệm
Điện môi (Vật liệu cách điện) là những chất không dẫn điện. Khác với kim loại và chất điện phân, trong điện môi không có những hạt mang điện tự do.
1.2. Phân loại vật liệu cách điện: có 3 cách phân loại:
+ Theo trạng thái vật lí: vật liệu cách điện ở thể rắn, lỏng và khí. Vật liệu cách điện thể rắn còn được phân loại thành các nhóm: cứng, đàn hồi, có sợi, băng, màng mỏng. Giữa vật liệu cách điện thể rắn và thể lỏng còn có thể trung gian, gọi là thể mềm nhão như: các vật liệu có tính chất bôi trơn, các loại sơn tẩm.
+ Theo thành phần hoá học: vật liệu cách điện hữu cơ và vật liệu cách điện vô cơ.
Vật liệu cách điện hữu cơ: chia làm 2 nhóm: nhóm có nguồn gốc trong thiên nhiên và nhóm nhân tạo.
Vật liệu cách điện vô cơ: gồm các chất khí, các chất lỏng không cháy, các loại vật liệu rắn như gốm sứ, thuỷ tinh, mica.
II) Tính chất chung của vật liệu cách điện
2.1 Tính hút ẩm của điện môi.
Các vật liệu nói chung ở mức độ ít hay nhiều đều hút ẩm vào bên trong từ môi truòng xung quanh. Khi bị thấm ẩm các tính chất cách điện của điện môi bị giảm nhiều, những vật liệu cách điện không cho nước đi vào bên tong nó khi đặt ở môi trường có độ ẩm cao, trên bề mặt có thể ngưng tụ một lớp ẩm làm cho dòng dò bề mặt tăng điện áp phóng điện dọc theo bề mặt giảm và có thể gây nên sự cố cho các thiết bị điện.
2.2 Tính cơ học của điện môi
Các chi tiết bằng vật liệu cách điện trong các thiết bị điện khi vận hành ngoài sự tác động của điện trường còn phải chịu tác động của các phụ tải cơ học nhất định. Vì vậy khi chọn vật liệu cần phải xem xét tới độ bền cơ học của các vật liệu và khả năng chịu đựng của chúng mà không bị biến dạng.
- Độ bền chịu nén trị số của độ bền chịu kéo k, chịu nén n, và uốn u được đo bằng kg/cm2 hoặc trong hệ SI bằng N/m2 , (1N/m2=10-5kg/cm2)các vật liệu không kết cấu không đẳng hướng(vật liệu có nhiều lớp sợi ...)thì độ bền cơ học phụ thuộc vào phương tác dụng của tải trọng , theo các hướng không gian khác nhau thì có trị số độ bền khác nhau
- Tính giòn: Nhiều vật liệu giòn tức là trong khi có độ bền tương đối cao đối với phụ tải tĩnh thì lại dễ bị phá huỷ bởi lực động bất ngờ đặt vào. Để đánh giá khả năng của vật liệu chống lại tác động của phụ tải động người ta xá định ứng suất dai va đập.
Ứng suất dai va đập vđ của vật liệu tìm được bằng cách chia năng lượng A tiêu tốn để bẻ gãy vật mẫu có tiết diện ngang S cho tiết diện này. Ứng suất dai va đập đo bằng kg.cm/cm2 vì thế để chuyển đổi ứng suất dai va đập sang kg.cm/cm2 cần phải nhân nó với 103
- Độ cứng: Độ cứng của vật liệu là khả năng của bề mặt vật liệụ chống lại biến dạng gây nên bởi lực nén truyền từ vật có kích thước nhỏ vào nó.
Độ nhớt: Đối với vật liệu cách điện thể lỏng hoặc nửa lỏng như dầu, sơn, hỗn hợp tráng ,tẩm, dầu MBA thì độ nhớt là một đặc tính cơ học quan trọng
2.3) Tính chất hoá học của điện môi.
Độ tin cậy của vật liệu phải được bảo đảm khi làm việc lâu dài nghĩa là không bị phân huỷ để giải thoát ra các sản phẩm phụ và không ăn mòn kim loại tiếp xúc với nó.
Khi sản xuất các chi tiết có thể gia công vật liệu bằng những phương pháp hoá công khác nhau dính được hoà tan trong các dung dịch tạo thành sơn. Độ hoà tan của vật liệu rắn có thể đánh giá bằng khối lượng vật liệu chuyển sang dung dịch trong một đơn vị thời gian từ một đơn vị diện tích tiếp xúc giữa vật liệu với dung môi. Ngoài ra người ta còn đánh giá độ hoà tan theo khối lượng lớn nhất của chất có thể hoà tan trong dung dịch
Dễ hoà tan nhất là các chất có bản chất hoá học gần với dung môi và chứa các nhóm nguyên tử giống nhau trong phân tử. Các chất lưỡng cực dễ hoà tan hơn trong chất lỏng lưỡng cực, các chất trung tính trong chất lỏng trung tính VD hyđrocacbon không cực tính hay cực tính yếu(parafin, cao su) hoà tan trong hidro cácbon lỏng như xăng, nhựa lưỡng cực chứa nhóm hyđrôxit (fênol). Khi tăng trùng hợp thì độ hoà tan giảm. Các chất cao phân tử có cấu trúc mạch thẳng dễ hoà tan so với cấu trúc không gian khi tăng nhiệt độ thì độ hoà tan tăng lên.
2.4) Hiện tượng đánh thủng điện môi và độ bền cách điện
Trong điều kiện bình thường vật liệu cách điện có điện trở rất lớn nên nó làm cách ly với các phần mạng điện với nhau. Nếu các vật liệu điện này được đặt vào trường có điện áp cao thì các mối liên kết bên trong của vật liệu sẽ bị phá huỷ nó mất tính cách điện đi.
Giá trị điện áp đánh thủng (Udt)
Trong đó Ebđ Độ bền cách điện của vật liệu điện KV/mm
d Độ dày của tấm vật liệu cách điện (mm)
Udt Điện áp đánh thủng kv
- Độ bền cách điện: Giới hạn điện áp cho phép mà vật liệu cách điện còn làm việc được gọi là độ bền cách điện của vật liệu điện.
Độ bền cách điện của vật liệu phụ thuộc vào bản chất của vật liệu. Như vậy để vật liệu làm việc an toàn mà không bị đánh thủng thì điện áp đặt vào vật phải bé hơn Udt một số lần tuỳ vào các vật liệu khác nhau
Tỉ số giữa điện áp đánh thủng và điện áp cho phép vật liệu còn làm việc gọi là hệ số an toàn = Với Udt Điện áp đánh thủng kv
Ucp điện áp cho phép vật liệu làm việc kv
Giới hạn an toàn phụ thuộc vào bản chất vật liệu
2.5 Độ bền nhiệt
+ Theo cấp chịu nhiệt:
Cấp cách điện Nhiệt độ cho phép 0C Các vật liệu cách điện chủ yếu
Y 90 Giấy, vải sợi, lụa, cao su, gỗ, nhựa polietilen, PVC, anilin..
A 105 Giấy, vải sợi, lụa trong dầu, nhựa polieste, cao su nhân tạo, các loại sơn cách điện có dầu làm khô.
E 120 Nhựa tráng polyvinylphocman, poliamit. Giấy ép hoặc vải ép có nhựa phenolfocmandehit. Vải có tẩm thấm poliamit. Nhựa poliamit, nhựa phenol-phurphurol có độn xenlulo.
B 130 Nhựa polieste, mica, thuỷ tinh có chất độn. Nhựa epoxi, sợi thuỷ tinh, nhựa melamin phomandehit.
F 155 Sợi amiăng, sợi thuỷ tinh có chất kết dính.
H 180 Xilicon, sợi thuỷ tinh, mica có chất kết dính.
C >180 Mica không có chất kết dính, thuỷ tinh , sứ..
2.6 Tính chọn vật liệu cách điện
Chọn cách điện : Tuỳ vào điện áp làm việc của thiết bị, người ta chọn laọi vật liệu có bề dày thích hợp, sao cho vật liệu làm việc an toàn mà không bị đánh thủng.
Độ bền cơ: Tuỳ vào điều kiện làm việc của thiết bị mà ta chọn loại vật liệu cách điện có độ bền cơ thích hợp
Độ bền nhiệt: Căn cứ vào sự phát nóng khi thiết bị làm việc người ta sẽ chọn các loại vật liệu cách điện có nhiệt độ cho phếp phù hợp.
Ví dụ các vật liệu cách điện các dụng cụ đốt nóng(bàn ủi, nồi cơm điện).
2.7 Hư hỏng thiết bị điện.
Hư hỏng do điện: Do các máy điện, thiết bị điện và khí cụ điện khi làm việc với các đại lượng, thông số vượt quá trị số định mức như các đại lượng về dòng điện, điện áp công suất làm cho vật liệubị giảm tuổi thọ hoặc bị đánh thủng
- Hư hỏng do bị già hoá của vật liệu cách điện
- Hư hỏng do các lực tác động từ bên ngoài
- Hư hỏng do sự mài mòn giữa các bộ phận
III) một số vật liệu cách điện thông dụng
3.1 Vật liêu sợi
Đối với sợi được tẩm thì tính chất của chúng do tính chất của chất tẩm quyết định.
- Sợi bông axetanhydrit (còn gọi là Cotopa) được chế tạo bằng cách ngâm sợi bông vào dung dịch axit axetic và axetanhydrit có pha chất hút nước (kẽm clorit) ở nhiệt độ khoảng 400C, sau đó rửa sạch hoá chất. Loại này có độ hút ẩm bằng một nửa so với sợi bông thông thường, có khả năng chịu nhiệt cà cách điện tốt hơn. Loại này dùng làm cách điện cuộn dây biến thế, máy phát điện, cách điện dây dẫn ở các trung tâm điện thoại.
- Sợi poliamit (có 2 loại: sợi nylon và sợi perlon): chịu axit và bazơ, không bị oxy hoá, có thể chịu nhiệt đến 120 – 1500C nhưng thường chỉ dùng đến 1000C, có cơ tính tốt, bền, dẻo, chịu ma sát, thường được dùng cách điện cho cáp điện.
- Sợi thuỷ tinh: có độ bền cách điện cao, có tính trơn láng, thường sử dụng với nhựa silicon, nhựa teflon, dùng làm cách điện cho các cuộn dây. Sợi thuỷ tinh có đường kính 3 - 5m hoặc 20 m. Sợi càng nhỏ thì giãn dài càng tốt và độ bền kéo càng cao.
3.2 Giấy và các tông
Giấy: thành phần chủ yếu của giấy là xenlulo vì nó được chế tạo từ gỗ. Tùy theo công dụng của nó trong kỹ thuật điện, người ta chia ra làm hai loại: giấy tụ điện và giấy cáp và các loại giấy cứng như phíp, giấy amiăng, giấy ép tẩm nhựa; dùng làm cách điện cho tụ.
a, Giấy tụ điện là loại giấy dùng làm điện môi trong tụ điện giấy. Giấy cách điện dùng trong tụ điện khác với các loại giấy cách điện khác là rất mỏng(0,007÷ 0,022mm) thưòng làm việc ở cường độ rất cao và nhiệt độ khoảng 70÷ 1000C nên đòi hỏi phẩm chất của giấy rất cao.
b, Giấy cáp : Thường có độ giày khoảng 0,08÷ 0,17mm dùng làm cách điện của cáp điện lực, cáp thông tin. Đối với giấy cáp cần chú ý đến sức bền cơ giới và số lần xoắn mà nó có thể chịu được.
Nhìn chung, để làm việc được đảm bảo, các loại giấy này đều phải tẩm dầu hoặc hỗn hợp dầu-nhựa thông.
Các tông: dùng trong kỹ thuật điện và cũng được chế tạo từ sợi thực vật như giấy nhưng có độ dày lớn hơn.
Có hai loại giấy các tông:
- Loại dùng trong không khí có độ rắn và đặc tính cao, được sử dụng lót rãnh các máy điện, vỏ cuộn dây, tấm đệm.
- Loại dùng trong dầu: mềm hơn các tông dùng trong không khí và có thể thấm dầu. Tuỳ theo độ dày yêu cầu của loại cáctông này mà được chế tạo thành cuộn(0,1÷ 0,8mm) hoặc thành tấm (1÷ 3mm )
3.3 Phíp
Là một loại giấy được ngâm trong dung dịch clorua kẽm(ZnCl2¬)nóng rồi đem quấn vào một tang quay bằng thép để có được chiều dày cần thiết, rồi được đem ép và trải qua quá trình gia công thành một vật liệu mịn thuần nhất gọi là phíp. Phíp chủ yếu được dùng chủ yếu để chế tạo các chi tiết cách điện có hình dạng phức tạp.
3.4 Amiăng và ximăng Amiăng
- Amiăng: là chất cách điện có tính chịu nhiệt cao. Sợi amiăng mịn, dễ uốn, có thể tách thành sợi nhỏ hoặc bện thành sợi to, ép thành tấm.
Ximăng amiăng (còn gọi là ximăng manhêzi) có cơ tính tốt, cứng, chịu nhiệt, được ép thành tấm hoặc ở hình dạng khác nhau, dùng làm buồng dập hồ quang trong máy cắt, tấm ngăn bộ khống chế hình trống.
3.5 Vải sơn và băng amiăng.
Là loại vải bông, lụa thuỷ tinh có tẩm sơn có độ đàn hồi và độ mền được dùng làm cách điện rãnh của các máy điện có điện áp thấp. Trong các máy điện có điện áp cao
vải sơn được dùng làm cách điện ở đầu dây quấn, cách điện giữa các cuộn dây, ngoài ra vải sơn còn được dùng cách điện cho các bộ phận uốn cong nhiều. Độ bền điện của loại băng sợi bông có trị số khoảng 35÷50 kv/mm, loại bằng tơ khoảng 55 ÷ 90 kv/mm. vải sơn cách điện thường được sản xuất ở dạng cuộn (700÷1000)mm, chiều dày của vải cách điện là (0,15÷0,24)mm.
3.6 Chất dẻo
Chất dẻo là loại vật liệu được dùng rộng rãi trong lỹ thuật cũng như trong cuộc sống. Đặc điểm của chất dẻo là dưới tác dụng của sức ép từ bên ngoài sẽ được hình dáng đã định trước của khuôn ép để chế tạo ra các sản phẩm. Trong kỹ thuật điện người ta thường dùng chất dẻo để làm vật liệu cách điện cũng như làm các kết cấu thuần tuý.
Các đặc tính
Hêtinắc téctôlít téctôlít
A B B -
Giới hạn bền kéo theo chiều dọc, kG/cm2, không nhỏ hơn
800
1000
650
900
Giới hạn bền uốn theo chiều thẳng góc với lớp cách điện kG/cm2, không nhỏ hơn
1000
1300
1200
1100
Ứng suất vai va đập theo chiều thẳng góc với lớp cách điện kG/cm2, không dưới
13
20
25
50
Độ bền nhiệt 0C không thấp hơn
150 150 125 185
Điện trở suất khối v(.cm) không dưới 1011 1010 109 1010
3.7 Nhựa cách điện.
Nhựa có trạng thái trung gian quá độ giữa vật liệu cách điện thể lỏng và thể rắn. Công dụng: dùng làm cách điện ở đầu cáp điện, vỏ bọc cho ống nối và các khí cụ điện khác, làm đầy hoàn toàn lỗ rỗng để chống xâm nhập của không khí và hơi ẩm..
Nhựa tổng hợp:
- Nhựa cứng nhiệt: Khi được làm nóng và ép thì ban đầu hoá mềm, sau đó hoá cứng, giữ hình dáng theo khuôn ép.Nhựa cứng nhiệt bao gồm các nhóm: nhựa phenol –phomandehyt, nhựa phenol –phomandehyt với chất độn dạng vải sợi, nhựa cacbamit-focmandehyt, nhựa polyeste, nhựa epoxi. Công dụng: làm khung cuộn dây, vỏ cách điện, buồng dập hồ quang điện, làm đầy lỗ trống, bảo vệ dây cáp điện, các chi tiết của thiết bị vô tuyến ở máy bay ..
- Nhựa nhiệt mềm: Khi bị làm nóng thì hoá mềm, có thể ép nóng thành tấm mỏng để sử dụng.
3.8 Dầu cách điện
Dầu thực vật rất quan trọng trong kĩ thuật cách điện đó là những chất lỏng nhớt thu được từ hạt của các loại thực vật khác nhau. Trong số các loại dầu đó cần đặc biệt chú ý tới dầu khô. Dưới tác dụng của ánh sáng và ôxy của không khí cũng như dưới tác dụng của các yếu tố khác dầu khô có khả năng chuyển qua trạng thái rắn. Những màng dầu khô đã cứng lại khá bền đối với tác dụng của điện môi chúng không hoà tan ngay cả khi được đun nóng trong hydrôcácbon nặng như dầu máy biến áp, vì vậy, chúng có tính chất chịu dầu nhưng đối với hydrôcácbon thơm(benzen) thì chúng kém bền hơn. Khi đốt nóng lớp màng đã cứng lại vẫn không hoá dẻo vì vâyj dầu khô là loại nhiệt cứng. Những loại này thường được dùng nhất là dầu gai, dầu trẩu, dầu thầu dầu.
3.9 Sơn và các hợp chất cách điện.
Bao gồm: nhựa xenlulo nitrat; xenlulo axetat; sellac, polistyren, polivinyl axetat .. dùng làm vỏ bọc cách điện cho dây quấn của cuộn dây máy điện, làm đầy lỗ rỗng chống sự xâm nhập của không khí và hơi ẩm, đúc cuộn dây ..
3.10 Chất đàn hồi.
Những vật liệu trên cơ sở cao su và những chất có đặc tính gần giống cao su gọi là chất đàn hồi. Cao su có một số tính chất sau tính đàn hồi cao, tính ít thấm ẩm, và ít thấm khí. Như cao su thiên nhiên, cao su lưu hoá, cao su tổng hợp.
3.11 Điện môi vô cơ
là vật liệu quan trọng trong kĩ thuật điện và vô tuyến điện. Đa số những điện môi vô cơ có những đặc tính tốt như tính chịu nhiệt cao, không hút ẩm, độ bền cơ cao và ổn định chịu được tác dụng của bức xạ năng lượng và là vật liệu rẻ tiền.
3.12 Vật liệu cách điện bằng gốm sứ.
Sứ được chế tạo từ cao lanh (Al2O3.2SiO2.2H2O), fenspat (Al2O3.6SiO2.2K2O hoặc Al2O3.6SiO2.2Na2O) và thạch anh (SiO2).Xteatit (3MgO.4SiO2.H2O hoặc 4MgO.5SiO2.H2O).Sứ và xteatit được sử dụng ở cao thế, ống cách điện trong máy cắt, đế cách điện cho tháp anten, chi tiết cách điện và đỡ cho các phần tử đốt nóng, buồng dập hồ quang, tấm ngăn hồ quang …
3.13 Mica và các vật liệu trên cơ sở mica.
- Mica: là những miếng cánh kiến diện tích 10 – 60 cm2, bề dày 0.006 – 0,1mm. Tính chất của mica phụ thuộc vào thành phần vào thành phần hợp chất của cánh kiến và chất keo kết dính. Mica dùng làm cách điện cổ góp, cách điện cuộn dây trong máy điện, cách điện ở các điện trở đốt nóng.
- Micalex: được làm từ bột cánh kiến trộn với bột thuỷ tinh, được ép với áp lực lớn trong khuôn thép. Micalex chịu nén tốt, độ bền cách điện 150 kV/cm. Được dùng làm buông dập hồ quang điện trong máy cắt, vỏ phích cắm ở bếp điện, các tấm đệm chịu được dao động.
CHƯƠNG III: VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN
I. KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN
1.1. Khái niệm về vật liệu dẫn điện.
Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trạng thái bình thường có các điện tích tự do. Nếu đặt chúng vào trong một điện trường, các điện tích sẽ chuyển động theo một hướng nhất định của trường và tạo thành dòng điện. Người ta gọi vật liệu có tính dẫn điện.
Vật liệu có tính dẫn điện tử: là vật chất mà sự hoạt động của các điện tích không làm biến đổi thực thể đã tạo thành vật liệu đó. Vật dẫn có tính dẫn điện tử bao gồm những kim loại ở trạng thái rắn hoặc lỏng, hợp
kim và một số chất không phải kim loại như than đá. Kim loại và hợp kim
có tính dẫn điện tốt được chế tạo thành dây dẫn điện, như dây cáp, dây quấn dẫn điện trong các máy điện và khí cụ điện....
Kim loại và hợp kim có điện trở suất lớn (dẫn điện kém) được sử dụng trong các khí cụ dùng để sưởi ấm, đốt nóng, chiếu sáng...
Vật liệu có tính dẫn Ion: là những vật chất mà dòng điện đi qua sẽ tạo nên sự biến đổi hóa học. Vật dẫn có tính dẫn Ion thông thường là các dung dịch: dung dịch axit, dung dịch kiềm và các dung dịch muối.
Vật liệu dẫn điện có thể ở thể rắn, lỏng và trong một số điều kiện phù hợp có thể là thể khí hoặc hơi.
Vật liệu dẫn điện ở thể rắn gồm các kim loại và hợp kim của chúng
(trong một số trường hợp có thể không phải là kim loại hoặc hợp kim).
Vật liệu dẫn điện ở thể lỏng bao gồm các kim loại lỏng và các dung dịch điện phân. Vì kim loại thường nóng chảy ở nhiệt độ rất cao trừ thủy ngân (Hg) có nhiệt độ nóng chảy ở -390C do đó trong điều kiện nhiệt độ bình thường chỉ có thể dùng vật liệu dẫn điện kim loại lỏng là thủy ngân.Các chất ở thể khí hoặc hơi có thể trở nên dẫn điện nếu chịu tác động của điện trường lớn. Vật liệu dẫn điện được phân thành 2 loại: vật liệu có tính dẫn điện tử và vật liệu có tính dẫn ion.
1.2 Tính chất của vật liệu dẫn điện.
1.2.1.Điện trở
- Điện trở của dây dẫn là đại lượng đặc trưng cho tính cản trở dòng điện của dây dẫn đó.
- Điện trở (R) là quan hệ giữa hiệu điện thế không đổi đặt ở hai đầu của dây dẫn và cường độ dòng điện 1 chiều chạy trong dây dẫn đó.
- Điện trở được tính theo công thức: R=
R - điện trở (). l: chiều dài dây dẫn (m).
- điện trở suất (.mm2/m hoặc .m)
S: tiết diện dây dẫn (mm2 hoặc m2)
Điện dẫn (G) của một dây dẫn là đại lượng nghịch đảo của điện trở. G = .
Đơn vị : Siemen (S).
1.2.2. Điện trở suất
-Điện trở suất () là điện trở của dây dẫn có chiều dài là một đơn vị chiều dài và tiết diện là một đơn vị diện tích.
Đơn vị: m (trong hệ MKSA); cm (trong hệ CGS); mm2/m (thường dùng trong kỹ thuật.)
-Điện dẫn suất () là đại lượng nghịch đảo của điện trở suất. = .
Đơn vị: 1/m (MKSA);1/cm (CGS); m/mm2.
1.3Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở suất :
+ Hệ số biến đổi điện trở suất theo nhiệt độ ():
Điện trở suất của kim loại và nhiều hợp kim tăng theo nhiệt độ; điện trở suất của cacbon và của dung dịch điện phân giảm theo nhiệt độ.
Khi nhiệt độ thay đổi, điện trở suất của kim loại biến đổi theo công thức:
t = 0(1+ t)
t - điện trở suất ở nhiệt độ t.
0 - điện trở suất ở 00C.
Hệ số gần như giống nhau đối với các kim loại tinh khiết và có trị số gần đúng bằng : 4.10-3 (1/0C).
Bảng 2.1 Các đặc tính vật lý chủ yếu của kim loại (ở 200C) dùng trong kỹ
thuệt điện
Kim loại Nhiệt độ nóng
chảy (0C) Điện trở suất ở
200C ( mm2/m) Hệ số (1/0C)
Vàng 1063 0,0220 - 0,0240 0,00350 - 0,00398
Bạc 961 0,0160 - 0,0165 0,00340 - 0,00429
Đồng 1083 0,0168 - 0,0182 0,00392 - 0,00445
Nhôm 657 0,0262 - 0,0400 0,00350 - 0,00398
Vônfram 3380 0,0530 - 0,0612 0,00400 - 0,00520
Kẽm 420 0,0535 - 0,0630 0,00350 - 0,00419
Niken 1455 0,0614 - 0,1380 0,00440 - 0,00692
Sắt 1535 0,0918 - 1,1500 0,00450 - 0,00657
Platin 1770 0,0866 - 0,1160 0,00247 - 0,00398
Thiếc 232 0,1130 - 0,1430 0,00420 - 0,00465
Chì 327 0,2050 - 0,2220 0,00380 - 0,00480
Thủy ngân -39 0,9520 - 0,9590 0,00090 - 0,00099
Ở gần nhiệt độ 00K (nhiệt độ tuyệt đối), điện trở suất của kim loại tinh khiết giảm đột ngột, chúng thể hiện tính siêu dẫn. Về phương diện lý thuyết, ở nhiệt độ 00K, kim loại có điện trở bằng 0.
Khi bị chảy dẻo thì điện trở suất của kim loại tăng. Nhưng nếu tiến hành nung để cho nó kết tinh lại thì điện trở suất có thể giảm (giảm do tác dụng của sự biến dạng làm cho kết cấu của kim loại được chặt chẽ và do
sự phá huỷ các màn oxit...).
+ Hệ số biến đổi điện trở suất theo áp suất (k).
Khi kéo hoặc nén đàn hồi, điện trở suất của kim loại biến đổi theo công thức:
L= (1k).
Dấu (+) ứng với khi biến dạng kéo, còn dấu (-) ứng với khi biến dạng nén.
Với: - ứng suất cơ khí của tiết diện mẫu.
+ Ảnh hưởng của từ trường và ánh sáng.
Thực nghiệm cho thấy điện trở suất của kim loại cũng biến đổi khi kim loại đặt trong từ trường và điện trở suất của một số vật liệu cũng biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng.
1.4. Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt động
Khi hai kim loại khác nhau tiếp xúc vớinhau thì giữa chúng có một hiệu điện thế gọi là hiệu điện thế tiếp xúc. Nguyên nhân phát sinh hiệu điện thế
tiếp xúc là do công thoát của mỗi kim loại khác nhau do đó số điện tử tự do trong các kim loại (hoặc hợp kim) không bằng nhau.
Hiệu điện thế tiếp xúc của các cặp kim loại dao động vài phần mười đến vài vôn, nếu nhiệt độ của cặp bằng nhau, tổng hiệu điện thế trong mạch kín bằng không. Nhưng khi một phần tử của cặp có nhiệt độ là T1 còn cặp kia là T2 thì trong trường hợp này sẽ phát sinh sức nhiệt điện động(s.n.đ.đ)
U = UAB + UBA
Bảng 2.2 Bảng thế điện hóa của các kim loại so với Hyđrô bảng 2.2
Kim loại Thế điện hóa Kim loại Thế điện hóa
Vàng +1,500 Thiếc - 0,100
Bạc +0,081 Chì - 0,130
Đồng +0,345 Sắt - 0,440
Hyđrô +0,000 Kẽm - 0,760
Sức nhiệt điện động sinh ra của hai kim loại khác nhau khi tiêp xúc được ứng dụng để chế tạo cặp nhiệt ngẫu. Gía trị của sức nhiệt điện động tiếp xúc:
EAB = 2,87.10-7. .ln nA/nB
Trong đó: EAB sức nhiệt điện động tiếp xúc tác dụng giữa2 thanh kim loại A và B
II. Tính chất chung của kim loại và hợp kim.
2.1 Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim.
Đến ngày nay, loài người đã biết được trên một trăm nguyên tố hóa học,tất cả các nguyên tố được chia làm hai loại : kim loại và không kim loại trong dó kim loại chiếm tới 79 nguyên tố. Kim loại chứa nhiều nhất trong vỏ trái đất là nhôm 7% sau đó là sắt 5% trong kỹ thuật điện kim loạihợp kim của nó là chất liệu không thể thiếu, nó được sử dụng phổ biến để sản suất các thiết bị điện.
2.2 Tính chất của kim loại và hợp kim
a, Tính chất vật lý:
- Vẻ sáng mặt ngoài: dựa vào vẻ sáng mặt ngaòi có thể chia thành kim loại đen và kim loại mầu. Kim loại đen gồm các hợp kim của sắt ( gang, thép), kim loại mầu là tất cả các kim loại và hợp kim còn lại. Kim loại không trong suốt có tính phản chiếu ở mặt ngoài.
+ Tính nóng chảy: Khi đốt kim loại sẽ bị chảy loãng, khi làm nguội lại sẽ đông đặc lại. Nhiệt độ nóng chẩy với kim loại từ thể rắn sang thể lỏng hoàn toàn gọi là điểm nóng chẩy.
+ Điểm nóng chẩy của hợp kim khác với điểm nóng chẩy của từng kim loại tạo nên hợp kim đó.
+ Tính dẫn nhiệt: Là khả năng truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc làm nguộn.
+ Tính dãn nở nhiệt: Khi đốt nóng kim loại dãn ra, từ khi làm nguộn thì nó lại co lại.
+ Tính nhiễm từ: khi đặt trong từ trường một số kim loại bị từ hóa, chẳng hạn Fe, hợp kim của Fe, Ni, Co… Còn hầu hết các kim loại và hợp kim khác không có khả năng nhiễm từ.
b, Tính chất hóa học:
- Tính chống ăn mòn là khả năng chống ăn mòn của hơi nước hoặc ôxy trong không khí lên kim loại .
Tính chịu axit: là khả năng chống lại tác dụng của môi trường axit lên kim loại.
c, Tính chất cơ học:
Tính chất cơ học của kim loại là khả năng chống lại các lực bên ngoài tác dụng lên kim loại, bao gồm độ đàn hồi, độ bền, độ dẻo, độ cứng, độ chịu mỏi, độ dai ,độ va chạm.
d, Tính chất công nghệ :Tính chất công nghệ của kim loại là khả năng kim loại có thể thực hiện được bằng các phương pháp công nghệ để chế tạo ra các sản phẩm, bao gồm tính cắt gọt, tính rèn, tính hàn, tính đúc, tính nhiệt luyện.
III. những hư hỏng thường gặp và cách chọn vật liệu dẫn điện.
3.1 Những hư hỏng thường gặp
Trong vật liệu dẫn điện thường gặp những hiện tượng hư hỏng sau:
- Tính dẫn điện của chúng giảm đi đáng kể sau thời giam là việc lâu dài
- Hay bị gãy hoặc bị biến dạng do chịu tác dụng của lực cơ khí, lực điện động và nhiệt độ cao gây ra.
- Bị ăn mòn hóa học do tác dụng của môi trường hoặc của các dung môi
3.2. Cách chọn vật liệu dẫn điện
Chọn vật liệu dẫn điện phải đảm bảo được các yếu cầu về tính chất lý hóa, phỉ phù hợp cho việc sử dụng vật liệu, thông thường phải đảm bảo được các yêu cầu sau:
- Độ dẫn điện phải tốt
- Có sức bền cơ khí, đảm bảo được điều kiện ổn định và ổn định nhiệt.
- Có khả năng kết hợp được với các kim loại khác thành hợp kim
- Phải đảm bảo được tính chất lý học như: tính nóng chảy, tính dẫn nhiệt, tính dãn nở nhiệt
- Đảm bảo được tính chất hóa học: tính chống ăn mòn do tác dụng của môi trường và các dung môi gây ra.
- Đảm bảo được tính chất cơ học
IV. Một số vật liệu dẫn điện thông dụng.
4.1 Đồng và hợp kim của đồng.
a. Đồng (Cu).
- Đồng có thể tìm thấy ở các mỏ quặng cancopirit – CuFeS2, cancizin – Cu2S, covelit – CuS, bocnit – 3Cu2S.Fe2S3, cuprit – Cu2O… Thông qua phương pháp nấu nóng chảy trong lò chuyển hay sunfua hoá sẽ thu được sunfua đồng và xỉ.
- Đồng là kim loại có cấu trúc mạng tinh thể dạng lập phương thể tâm; có màu đỏ nhạt sáng rực; có điện dẫn suất và nhiệt dẫn suất cao (=0,01748 mm2/m); có sức bền cơ học tương đối lớn; dễ dàng gia công (dát mỏng, rèn, vuốt giãn, kéo sợi,..); có sức bền lớn đối với sự va đập và ăn mòn; có khả năng tạo thành hợp kim tốt như đồng thau, đồng thanh; có khả năng hàn gắn dễ dàng.
- Đồng được sử dụng rất phổ biến trong kỹ thuật điện, chẳng hạn trong kết cấu máy điện, máy biến thế, dây dẫn điện, trong các khí cụ điện, thiết bị vô tuyến viễn thông..
b. Hợp kim của đồng.
- Đồng thanh: là 1 hợp kim của đồng, có thêm một số kim loại khác (Zn, Al, Be, Mn, Cd, Ni, ..) để tăng cường độ cứng, sức bền và dễ nóng chảy. Đồng thanh được sử dụng trong chế tạo máy điện, khí cụ điện; dùng để gia công các chi tiết nối dây dẫn, các vòng cổ góp điện, các tiếp điểm điện, làm các ốc vít, đai ốc cho hệ thống nối đất …
- Đồng thau: là hợp kim Cu – Zn, trong đó thành phần của Zn không quá 46%. Đồng thau được sử dụng để làm các đầu cực ở các bảng phân phối, các đầu nối đến hệ thống tiếp đất, các đầu nối để gắn cầu chì, phích cắm, đuôi đèn,…
4.2 Nhôm và hợp kim của nhôm.
a. Nhôm (Al).
- Nhôm có thể được tìm thấy từ các mỏ quặng boxit, thông qua quá trình công nghệ thu được Al2O3 hầu như không có tạp chất. Tách nhôm bằng cách điện phân Al2O3 nóng chảy ở nhiệt độ 900 – 9500C.
- Nhôm là kim loại có màu trắng bạc, có điện dẫn suất và nhiệt dẫn suất cao (=0,01748 mm2/m); dễ gia công (dát mỏng, rèn, vuốt giãn, …); có sức bền đối với sự ăn mòn do có lớp oxit tập trung rất mỏng (0,001 mm). Nhôm đúc có cấu trúc tinh thể, khi rèn tạo thành thớ.
- Nhôm được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện để chế tạo: dây dẫn điện của đường dây truyền tải năng lượng, cáp điện, các thanh góp và chi tiết chotrang thiết bị điện, ống nối, dây dẫn điện dùng để quấn dây, các lá nhôm để làm tụ điện, các rôto của động cơ điện không đồng bộ …
b. Hợp kim của nhôm.
- Hợp kim aldrey là hợp kim của nhôm với 0,3÷0,5%Mg; 0,4÷0,7%Si; 0,2÷0,3%Fe. Tổ hợp làm cho hợp kim aldrey có tính chất cơ học tốt là Mg2Si, sự hoà tan rắn của tổ hợp này làm tăng khả năng dẫn điện. Hợp kim aldrey có thể kéo thành sợi để chế tạo dây dẫn điện.
- Một số hợp kim của nhôm dùng để đúc như: Al-Zn-Cu, Al-Cu, Al-Cu-Ni, Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Si-Mg, Al-Mg-Mn …
4.3 Chì và hợp kim của chì.
Chì được tinh luyện từ các mỏ có trong tự nhiên như: Galen (PbS), Xezurit (PbCO3), Anglezit (PbSO4)...Có thể thu được chì ở mức độ tinh khiết 99,94%.
Chì là kim loại có màu tro sáng, rất mềm, có thể uốn cong, dát mỏng dễ dàng hoặc cắt bằng dao cắt công nghiệp, nhiệt độ nóng chảy thấp.
Chì có điện trở suất cao =0,21mm2/m và nhiệt dẫn suất nhỏ. Nó là vật liệu bảo vệ tốt nhất đối với sự xuyên thủng của tia X (tia Rơntgen).
Một lớp chì dày 1mm ở 200, 300 Kv có tác dụng bảo vệ như một lớp thép dày 11,5mm hay một lớp gạch có chiều dày 110mm.Chì và hợp kim của nó được dùng để làm lớp vỏ bảo vệ ở cáp điện nhằm chống lại ẩm ướt.
Chì còn được dùng để chế tạo các bản cực của acquy, dùng để làm dây chảy bảo vệ và các đường dây dẫn điện và các thiết bị điện.Chì còn được dùng để chế tạo các bản cực của acquy, dùng để làm dây chảy bảo vệ các đường dây dẫn điện và các thiết bị điện.
4.4. Sắt (Fe)
- Sắt được tìm thấy trong thiên nhiên dưới dạng quặng từ -Fe3O4, hematit – Fe2O3, limonit - 2Fe2O3.3H2O, xiderit –FeCO3, pirit-FeS2 … Quặng khoáng sau khi tuyển lọc đưa vào lò cao cùng với chất đốt (cacbon từ gỗ, than cốc, antraxit) và chất giúp chảy (đá vôi – CaCO3, dolomit - CaCO3+MgCO3) để sản xuất gang thô. Gang trắng dùng để sản xuất thép, gang xám dùng để đúc. Thép nhận được từ gang bằng cách rút ra một phần cacbon, thông qua quá trình oxit hoá và loại ra một phần hay toàn bộ những tạp chất khác, gọi là tinh luyện gang.
- Sắt là kim loại có màu trắng bạc; không bị oxi hoá trong không khí khô nhưng bị tác dụng trong không khí ẩm ước và axit; dây dẫn bằng thép dễ bị ăn mòn (gỉ) ở điều kiện bình thường, có thể chịu đựng tốt ở nhiệt độ 1000C trong thời gian dài; ở dòng điện xoay chiều, điện trở của dây dẫn bằng thép tăng do hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng từ trễ.
- Hợp kim của sắt được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện để chế tạo các sản phẩm như dây dẫn điện trong điều kiện làm việc đặc biệt; dây dẫn điện dưới dạng thanh góp; thanh ray của tàu điện; điện trở; các điện cực anot bằng sắt tinh khiết ở các chỉnh lưu thuỷ ngân; các chi tiết động trong chân không được điều khiển bằng từ tính …
4.5. Wonfram (W)
- Wonfram được tìm thấy trong thiên nhiên dưới dạng quặng wonframit - (FeO.MnO) WO3, selit – CaO. WO3. Wonfram thu được bằng phương pháp hóa học hoặc bằng phương pháp điện phân wonframit, selit ở nhiệt độ 1050-13000C.
- Wonfram là kim loại cứng, có màu tro sáng; không bị ảnh hưởng ở nhiệt độ thường nhưng ở 7000C bắt đầu bị ôxit hoá có màu vàng, tác dụng với oxit cacbon, nitơ, hơi nước, hydro cacbua, không tác dụng với thuỷ ngân và hydro; có sức bền đứt, độ cứng rất cao và nhiệt độ nóng chảy cao nhất.
- Wonfram được dùng nhiều trong kỹ thuật điện để chế tạo các sản phẩm như sợi tóc đốt nóng trong các bóng đèn dây tóc; điện trở nung nóng cho các lò điện; điện cực catot do có sự phát xạ nhiệt electron dễ dàng; các tiếp điểm điện do có khả năng chịu đựng sự phóng điện hồ quang, không bị hàn dính chặt trong thời gian làm việc; cặp nhiệt ngẫu W-Mo có tầm đo nhiệt độ 1800-2000C, W-C(graphic) có tầm đo nhiệt độ 1800-19000C.
4.6 Kim loại dùng làm tiếp điểm và cổ góp.
Yêu cầu đối với vật liệu làm tiếp điểm
- Có sức bền cỏ khí và độ rắn tốt ( tuổi thọ cao)
- Có điện dẫn suất và dẫn nhiệt tốt để không nóng quá nhiệt độ cho phép khi những tiếp điểm này có dòng điện định mức đi qua
- Có sức bền đối với sự ăn mòn do các tác nhân bên ngoài ( Nước, không khí ẩm …..)
- Có nhiệt độ nóng chảy và hóa hơi cao, ôxi của nó phải có điện dẫn suất lớn ( tức là để có thể chịu được dòng ngắn mạch cao, Rtx nhỏ)
- Gia cong dễ dàng giá thành hạ
Bên cạnh những điểm nêu trên, nó phải thỏa mãn các điều kiện tùy thuộc và dạng tiếp điểm ( có 3 dạng tiếp điểm cố định, di động và trượt)
+ Với tiếp điểm cô định: Phải có sức bền nén đẻ có thể chịu được áp suất lớn, ( lực ấn lớn), phải có điện trở ổn định trong thời gian làm việc lâu dài (Rtx ổn định )
+Với tiếp điểm di động: Chúng làm việc theo cách ấn ( đóng và mở các MC điện, Công tắc tơ, Rơle điện …) , phải có sức bền đối với sự ăn mòn do tác động cơ khí khi đóng mở, phải có sức bền đối với sự tác động của hồ quang không bị hàn chặt.
+ Với tiếp điểm trượt: Chúng làm việc theo cách trượt như: Cổ góp máy điện, DCL… Phải có sức bền đối với sự mài mòn cơ khí do ma sát
Sức bền của các tiếp điểm và các yếu tố ảnh hưởng tới sức bền
Bản chất bề mặt
- Điện trở của tiếp điểm càng lớn khi điện trở suất của vật liệu càng lớn và điện trở càng nhỏ khi ứng suất của vật liệu càng nhỏ, vì vật liệu càng mền thì sự biến dạng cuae vật liệu càng dễ dàng và số lượng điểm tiếp xúc càng lớn, tức là tổng thể điểm tiếp xúc càng tăng lên.
- Khi phụ tải thay đổi hay ngắn mạch, sẽ sinh ra ứng suất rất lớn sẽ làm yếu tiếp điểm
- Bản chất của vật liệu và những điều kiện làm việc ảnh hưởng đến sự ăn mòn các tiếp điểm ( Tác động của không khí, nước, hóa chất …) tạo nên
trên bề mặt tiếp xúc lớp làm xấu tính chất dẫn điện, do đó Rtx tăng lên
Để tránh ăn mòn , người ta ngăn không cho không khí ẩm xâm nhập hay bảo vệ các tiếp điểm bằng phương pháp mạ điện ( mạ thiếc hay bạc đối với đồng)
Lực ấn là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến điện trở tiếp điểm cùng một diện tích tiếp xúc, nếu lực ấn càng lớn thì diện tích tiếp xúc càng lớn vì diện tích tiếp xúc thực thê phụ thuộc vào lực ấn
Lực ấn ơ những tiếp điểm cố định được ghép bằng Bulông cần phải tương đối lớn để đảm bảo Rtx nhỏ. Song cũng không được quá lớn vì sẽ tạo nên ứng suất lớn trong vật liệu sẽ làm mất tích đàn hồi sẽ làm xấu mối tiếp xúc.
Nhiệt độ của tiếp điểm
- Nhiệt độ từ nhiệt độ bình thường đến 2500 C, do điện trở suất tăng theo nhiệt độ vì thế điện trở mà dòng điện đi qua tiếp điểm sẽ tăng
- Nhiệt độ từ 2500 C đến 4000 C sức bền cơ học của vật liệu giảm làm tăng diện tích tiếp xúc sẽ làm giảm điện trở mà dòng điện đi qua.
- Nhiệt độ lớn hơn 4000 C, điện trở mà dòng điện đi qua sẽ tăng lại cho đến lúc nóng chảy và khi đó điện trở sẽ giảm đột ngột.
Trạng thái của bề mặt lúc tiếp xúc
Vật liệu làm tiếp điểm
• Vật liệu làm tiếp điểm cố định thường sử dụng đồng, nhôm , sắt …
- Đồng và hợp kim của nó có phẩm chất cứng nên có thể sử dụng ở đièu kiện bình thường. để có sức bền đối với sự ăn mòn được tốt, người ta bọc Ni tẩm Silic mạ Ag
- Nhôm có sức bền cơ giới thấp, nên không dùng ở nơi có dòng điện ngắn mạch lớn.
- Thép có tổn thất lớn do đó chỉ dùng khi Công suất bé và điện áp lớn ( dòng điện bé)
• Vật liệu lam tiếp điểm di động
- Platin: Có tính ổn định cao đối với sự ăn mòn trong không khí do không tạo màng oxi nên đảm bảo độ ổn định cho tiếp điểm dẫn tới Rtx nhỏ
- Bạc: Bạc tinh khiết ít dùng làm tiếp điểm vì bị hồ quang ăn mòn. Tiếp điẻm hợp kim Ag và Cu có độ cứng cao và ăn mòn nhỏ thường được sử dụng.
- Ngoài ra còn dùng W, Mo, làm vật liệu tiếp điểm.
• Vật liệu làm tiếp điểm trượt
- Cu và hợp kim của nó: dùng ở tiếp điểm DCL, tiếp điểm MCĐ, Cổ góp
KCĐ: máy khoan, máy điện một chiều…
- Al dùng làm tiếp điểm của các phương tiện vận tải bằng điện ( xe điện)
- C dùng trong các chi tiết KCĐ, các phương tiện vận tải bằng điện vì nó không ăn mòn dây dẫn điện và có tuổi thọ khá cao.
• Vật liệu làm tiếp điểm có công suất lớn ( MCĐ có U cao)
- Là các vật liệu tổng hợp, chúng được tạo nên từ những kim loại khó nóng chảy với kim loại dẫn điện tốt, một kim loại dẫn điện tốt còn kim loại kia có sức bền cỏ khí lớn. Những vật liệu này gồm Ag- W, Ag- Ni, Cu- Ni.
- Được sử dụng ở những tiếp điểm có công suất lớn, áp suất tiếp xúc lớn và có độ cứng cao
4.7 Hợp kim có điện trở cao và chịu nhiệt
Hợp kim có điện trở cao được dùng trong kỹ thuật điện để chế tạo các dụng cụ đo lường, điện trở mẫu, biến trở, dụng cụ nung nóng.
Đối với tất cả các thiết bị ấy đều yêu cầu dây dẫn có điện trở suất cao và hệ số biến đổi của điện trở suất đối với nhiệt độ nhỏ so với các phần tử hợp thành.Hiện nay thường dùng các hợp kim có gốc là đồng:Manganin, Constantanvà Nikennin, Niken-Crôm, Niken-Nhôm.
Hợp kim Manganin (86%Cu, 2%Ni, 12%Mn)
Hợp kim Mângnin là hợp kim chủ yếu dùng trong thiết bị nung và điện trở mẵu vì nó không làm sai lệch kết quả đo lường ở những dòng điện khac nhau. Cũng như ở những nhiệt độ môi trường xung quanh khac nhau.
Hợp kim Constantan (60%Cu, 40%Ni)
Constan dễ hàn và dính rất chặt hệ số biến đổi điện trở suất theo nhiệt độ rất nhỏ (Constan với ý nghĩa của nó là hằng số) có trị số âm.Constantan được dùng làm biến trở và phần tử nung nóng, Constantan không được dùng ở nhiệt độ trên 4500C vì lúc đó nó sẽ bị oxyt hóa.
Constantan ghép với đồng hay sắt có sức nhiệt điện động lớn. Đó là nhược điểm khi dùng điện trở bằng Constantan trong các sơ đồ đo. Do có sự chênh lệch nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc nên có sức điện động xuất hiện, đó là nguồn sai số. Đặc biệt trong các cầu đo chỉ không và sơ đồ phân điện áp.
Constantan được dùng nhiều làm cặp nhiệt ngẫu để đo nhiệt độ đến 7000C.
Hợp kim Nikenin
Hợp kim Nikenin rẻ tiền hơn Constantan, dễ gia công, có điện trở suất nhỏ hơn và hệ số biến đổi của điện trở suất đối với nhiệt độ lớn hơn Constantan.
Hợp kim Crôm-Niken (Nicrom)
Hợp kim Nicrom [1,5% Mn, (55,78)%Ni, (15,23)%Cr, còn lại là Fe] có sức bền tốt ở nhiệt độ cao, điện trở suất và hệ số biến đổi của điện trở suất theo nhiệt độ nhỏ.
Hợp kim này được dùng để làm các phần tử nung bằng điện như bếp điện, mỏ hàn,...với nhiệt độ đến 10000C.
Hợp kim Crôm - Nhôm
Hợp kim Crôm - Nhôm là hợp kim rất rẻ được dùng để chế tạo các thiết bị nung lớn và lò điện lớn dùng trong công nghiệp.
Lưỡng kim: Nguời ta gọi những sản phẩm dùng vật liệu lưỡng kim loại là những sản phẩm kỹ thuật được chế tạo bằng nhiều cách để tạo thành một khối liên hệ chặt của hai kim loại.
Dây dẫn và thanh góp bằng lưỡng kim- Thép - Đồng
Dòng điện chạy qua lớp mặt ngoài có chiều dày 0,5-0,6mm, còn trung tâm của tiết diện trở thành mất tác dụng việc dẫn điện. Kết quả cho thấy : lõi
của dây dẫn có thể được làm bằng thép như vậy sẽ tiết kiệm đồng mà vẫn không hề ảnh hưởng đến điện trở ở dòng điện xoay chiều. Điều này sẽ là biện pháp tốt để làm tăng sức bền cơ khí của dây dẫn, và lớp đồng ở bên ngoài cũng sẽ là lớp bảo vệ rất tốt đối với sự ăn mòn.
Do vậy, người ta đã thực hiện dây dẫn bằng vật liệu lưỡng kim thép- đồng đối với đường dây thông tin liên lạc có đường kính 1- 4mm. Dây dẫn bằng vật liệu lưỡng kim loại trong một số trường hợp dùng làm dây dẫn điện trong mạch nhị thứ ở tần số 50Hz. Và được chế tạo thành các thanh góp trong các trong các trang thiết bị dùng để nối.
Dây dẫn lưỡng kim - Đồng - Nhôm
Tổ hợp lưỡng kim đồng- nhôm được chế tạo đặc biệt dưới dạng các tấm có một mặt hay cả hai mặt và dùng trong các cấu trúc phản chiếu, lò sưởi điện hoặc các chi tiết dùng để nối vv…
Các tấm lưỡng kim- đồng – nhôm được dùng làm các con nối dây dẫn điện , con nối dây đồng và dây nhôm. Do thuận lợi là có thể dễ ràng hàn dính bằng hợp kim dính chặt dựa trên vật liệu cơ bản là thiếc , vật liệu lưỡng kim này có thể dùng để chế tạo các chi tiết trong thiết bị thu và phát
thanh như làm cuộn dây ăngten bộ cảm biến vv…
CHƯƠNG IV: VẬT LIỆU DẪN TỪ
4.1 Khái niệm và tính chất vật liệu dẫn từ.
a. Khái niệm.
Một trong những tác dụng cơ bản của dòng điện là tác dụng từ. Đó chính là cơ sở để chế tạo ra các loại máy điện. Để truyền tải được năng lượng từ trường cần phải có vật liệu từ tính. Đó chính là vật liệu dẫn từ, kim loại chủ yếu có từ tính là sắt cácbon, Niken và các hợp kim của chúng bên cạnh đó còn có bôban cũng được goi là chất sắt từ đã qua quá trình tinh luyện.
4.2 Tính chất của vật liệu dẫn từ.
4.2.1 Các đặc tính của vật liệu dẫn từ.
các nghuên tố có tính chất sắt từ như cacbon, niken và hợp kim của chúng, bên cạnh đó còn có côban cũng được gọi là chất sắt từ.
Hiện tượng sắt từ là do trong một số vật liệu ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nhât định đã phân thành một vùng mà trong từng vùng ấy các điện tử càng định hướng song song với nhau.
Quá trình từ hoá vật liệu sắt từ dưới ảnh hưởng của từ trường bên ngoài gồm các hiện tượng sau.
Tăng thể tích của các đômen có mômen từ tạo với hướng từ trường góc nhỏ nhất và giảm kích thước của các đômen khác.
Quay các vectơ mômen từ hoá theo hướng từ trường ngoài quá trình định hướng.
Quá trình từ hoá vật liệu sắt từ có thể đặc trưng bằng đường cong từ hoá B=f(H) có dạng tương tự với tất cả ác vật liệu sắt từ.
4.2.2 Đường cong từ hoá.
Độ từ thẩm là tỉ số của đại lượng cảm ứng từ B và cường độ từ trường H ở điểm xác trên đường cong từ hoá cơ bản. Trong hệ SI hằng số µ0=4π.10-7H/m.
Độ từ thẩm µbđ khi H=0 gọi là độ từ thẩm ban đầu đó là trị số của nó trong trường yếu khoảng 0.001ocstet. Giá trị lớn nhất của độ từ thẩm gọi là độ từ thẩm cực đại ký hiệu là µmax. Ở từ trường mạnh trong vùng bão hoà từ độ từ thẩm tiến tới bằng 1.
hệ số từ thẩm động µ~ là đại lượng đặc trưng cho vật liệu sắt từ trong từ trường xoay chiều. Nó là tỉ số giữa biên độ cảm ứng từ với biên độ cường độ từ trường
µ~=Bmax/Hmax
Vowis sự tăng của tần số từ trường xoay chiều độ từ thẩm động giảm vì quán tính của các quá trình từ.
Nếu tiến hành từ hoá vật liệu sắt từ trong từ trường ngoài sau đó bắt đầu tr
Admin- Admin - ĐỖ THỊ HƯƠNG MỸ - NGƯỜI ĐIỀU HÀNH
- Tổng số bài gửi : 178
Join date : 21/03/2011
Age : 41
Đến từ : VIỆT NAM -
Similar topics» VẬT LIỆU ĐIỆN
» KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÔNG TƠ ĐIỆN
» HỌC SINH LỚP ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ ĐIỆN DÂN DỤNG KI.NIÊN KHOÁ 2009 - 2011 TRƯỚC KÌ THI TỐT NGHIỆP
» ĐẢM BẢO CUNG CẤP ĐIỆN NĂM 2012
» HỌC SINH LỚP TCN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ ĐIỆN DÂN DỤNG THỰC HÀNH QUẤN MÁY ĐIỆN
» KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÔNG TƠ ĐIỆN
» HỌC SINH LỚP ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ ĐIỆN DÂN DỤNG KI.NIÊN KHOÁ 2009 - 2011 TRƯỚC KÌ THI TỐT NGHIỆP
» ĐẢM BẢO CUNG CẤP ĐIỆN NĂM 2012
» HỌC SINH LỚP TCN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ ĐIỆN DÂN DỤNG THỰC HÀNH QUẤN MÁY ĐIỆN
Trang 1 trong tổng số 1 trang
Permissions in this forum:
Bạn không có quyền trả lời bài viết|
|
|