Bài giảng vật liệu điện khí cụ điện (đại học chính quy CN hệ thống điện)

ở nhiệt độ quá 500oC nó bị oxy hoá có tính hơi giòn và giảm sức bền cơ khí - Nó không tác dụng với dung dịch kiềm , bazơ nóng chảy và vật chất hữu cơ - Trong chân không nó bay hơi ở 750o

Phần 1: VẬT LIỆU ĐIỆN Chương 1: VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN

1.1 Khái niệm, phân loại và đặc tính cơ bản của vật liệu dẫn điện

a Khái niệm vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện là một dạng vật chất trong đó có chứa các điện tích tự do (ngay ở

điều kiện thường) Khi đặt chúng trong điện trường các điện tích tự do chuyển động theo một hướng nhất định của điện trường tạo thành dòng điện lúc đó ta nói rằng vật liệu có tính dẫn

điện Vật liệu có thể tồn tại ở các thể rắn, lỏng, khí Đó là kim loại hợp kim hay phi kim loại

ví dụ: Than, graphit

b Phân loại

Nhóm 1: Vật liệu dẫn điện có tính dẫn điện tử

Phần lớn thuộc về kim loại, hợp kim, một số ít là phi kim loại, thường tồn tại ở thể rắn trường hợp đặc biệt ở thể lỏng ( thủy ngân)

- Đặc trưng của nhóm vật liệu là: Mọi sự hoạt động của các điện tích không làm thay đổi thực thể tạo nên vật dẫn đó

- Có hai loại vật liệu dẫn điện tính dẫn điện tử

Loại 1: Có điện trở suất nhỏ gồm các vật liệu như đồng, nhôm, vàng, bạc Khi sử dụng thường là hợp kim

ứng dụng: Dùng làm dây dẫn, dây điện từ trong máy điện, khí cụ điện và một số dụng cụ đo lường

Loại 2: Có điện trở suất cao ví dụ như: Hợp kim manganin, constantan

ứng dụng : Dùng làm biến trở, điện trở mẫu, dùng trong các loại bóng đèn

Nhóm 2: Vật liệu dẫn điện có tính dẫn ion Phần lớn chúng tồn tại dưới dạng dung dịch như

axit, kiềm, muối

Đặc trưng của nhóm là: Khi dòng điện chạy qua vật dẫn làm thay đổi hoặc biến đổi hóa học trong nó

c Đặc tính cơ bản của vật liệu dẫn điện

Trong đó: : Điện trở suất phụ thuộc vào từng loại vật liệi tạo nên vật dẫn

l,S: Chiều dài và tiết diện dây dẫn

Khái niệm: 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

Nếu S tính bằng mm2, l tính bằng m thì ρ = Ω.mm2/m hoặc Ω.cm, Ω.m, và Ω.cm với quan hệ 1 Ω.cm = 10-2 Ω.m = 104 Ω.mm2/m= 106 Ω.cm

*Điện dẫn suất : ( ) Là đại lượng nghịch đảo của điện trở suất

+ Hệ số thay đổi của điện trở xuất theo nhiệt độ

Nb3Sn: Tri niobi- Thiếc, có nhiệt độ siêu dẫn 18,2oK

V3Ga: Tri vanadi - Gali, có nhiệt độ siêu dẫn 16,8oK

Nb-Ti: Niobi-Titan , có nhiệt độ siêu dẫn gần 10oK

Nb-Zn: Niobi- Ziriconi, có nhiệt độ siêu dẫn gần 10oK

Điện trở suất và hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ của một số kim loại

độ(1/độ)

Kim loại

Điện trở suất

ở 20oc Ω.mm2/m

+ Hệ số thay đổi điện trở suất theo áp suất

Khi kéo hoặc nén đàn hồi điện trở suất của kim loại biến đổi theo:  = o (1± k)

Trong đó: Dấu "+" ứng với khi biến dạng do kéo, dấu "-"do nén

: ứng suất cơ khí của mẫu, đơn vị kg/mm2

K: Hệ số với Nhôm = 3,815.10-6 đến 3,766.10-6, Thiếc = -9,79.10-6 ;Mg =-3,9.10-6

*ảnh hưởng của trường từ và ánh sáng với điện trở suất

Điện trở suất của kl cũng biến đổi tương tự khi đặt trong một trường từ và  của một số vật liệu cũng biến đổi dưới ảnh hưởng của ánh sáng

* Hiệu điện thế tiếp xúc và suất nhiệt động

Khi tiếp giáp hai kim loại khác nhau với nhau, giữa chúng sẽ sinh ra hiệu điện thế, là cơ sở sảy ra hiện tượng ăn mòn điện hóa

Nguyên nhân: do có sự khác nhau về công thoát điện tử và số lượng điện tự do Điện thế tiếp xúc này có thể từ vài phần mười đến vài vôn

Bảng : giới thiệu điện thế hoá ở nhiệt độ bình thường trong phòng của một số kim loại :

Kim loại

Điện thế hoá ở nhiệt độ bình thường (V)

Kim loại

Điện thế hoá ở nhiệt độ bình thường (v)

Kim loại

Điện thế hoá ở nhiệt độ bình thường (v) Vàng

Thiếc Chì

Niken Coban Cadmium Sắt

- 0,557

- 0,58

- 0,76 -1,04

- 1.34

- 2,35

- 2,96 Sức nhiệt điện động sinh ra của hai kim loại khác nhau khi tiếp xúc với nhau được ứng dụng

để chế tạo nhiệt ngẫu

Người ta thường chọn hai kim loại có sức nhiệt điện động lớn và quan hệ đường thẳng với nhiệt độ để làm nhiệt ngẫu

1.2 Kim loại và hợp kim

1.2.1 Khái niệm

+ Kim loại chiếm 79 nguyên tố trong hơn một trăm các nguyên tố.Trong vỏ trái đất kim loại chiếm nhiều nhất là Nhôm bằng 7%, sắt chiếm 5%

Trong công nghiệp các kim loại nguyên chất ít được dùng vì nó rất dẻo lại có độ bền,

độ cứng thấp Nhiều kim loại có độ dẫn điện cao nhưng ở nhiệt độ cao thì độ dẫn điện lại giảm Điện trở nhỏ biến đổi theo nhiệt độ, hệ số giãn nở nhiệt rất lớn khi có sự thay đổi nhiệt

độ

+ Hợp kim là sản phẩm nấu chảy của hai hay nhiều nguyên tố mà nguyên tố chủ yếu là kim loại và hợp kim có tính chất của kim loại

Hợp kim được chế tạo chủ yếu bằng cách nấu chảy, hoặc điện phân, thiêu kết

1.2.2 Cấu tạo kim loại hợp kim

1.2.1.1 Cấu tạo của kim loại

Cấu tạo nguyên tử của kim loại

Kim loại có tính chất khác nhau là do tổ chức bên trong của chúng khác nhau

Vật chất do các nguyên tử tạo thành Mỗi nguyên tử là một hệ thống phức tạp tạo thành bao gồm:hạt nhân mạng điện tích dương ở giữa và các điện tử mang điện tích âm bao quanh hạt nhân đó

Hạt nhân bao gồm : prôtôn và nơtrôn,khối lượng nguyên tử tập chung chủ yếu vào hạt nhân

Điện tử : số lượng điện tử bằng số lượng prôtôn được sếp theo thứ tự trong bảng hệ thống tuần hoàn, số lượng từ 1104 điện tử

Các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo elíp với vận tốc rất lớn Các điện

tử lớp ngoài cùng có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của mỗi chất , số lượng điện tử ở lớp ngoài cùng từ 1 8 điện tử

Đối với kim loại , ở quỹ đạo ngoài cùng có từ 12 điện tử ,các điện tử này rất dễ rời hỏi quỹ

đạo đẻ cho nguyên tử trở thành iôn dương

các điện tử này là nguyên nhân của tính đẫn điện, dẫn nhiệt cũng như tính dẻo dai của loại 2.Cấu tạo của tinh thể kim loại

Kim loại ở trạng thái rắn có cấu tạo bên trong theo mạng tinh thể,tức là các nguyên tử của nó sắp xếp trong không gian theo một vị trí hình học nhất định chứ không phải hỗn độn như phi kim loại

Cơ sở của mạng tinh thể là các ô cơ bản ,khi ta ghép các ô cơ bản ta được mạng tinh thể Các kiểu mạng tinh thể thường gặp của kim loại :

Mạng lục phương dày đặc trong các ô cơ

bản kiểu này, các nguyên tử nằm ở các

nút của hình lục lăng,hai nguyên tử nằm

ở trung tâm hai mặt đáy, ba nguyên tử nằm

ở trung tâm của ba khối lăng trụ tam giác ( hình 1.3 )

Các kim loại thường gặp ở cấu trúc mạng tinh thể này là: kẽm, magiê, cađimi

Hình 1.2 : ô cơ bản lập phương diện tâm

Hình 1.1 : ô cơ bản lập phương thể tâm

1.2.3 Tính chất chung

a Tính chất l ý học

* Vẻ sáng mặt ngoài Sự phản chiếu ánh sáng ở mặt ngoài gọi là màu của kim loại

Ví dụ: Đồng màu đỏ, thiếc màu trắng bạc, kẽm màu xám, ngoài ra còn có màu của lớp oxit khi bị ôxi hóa chúng tạo thành màu sắc khác nhau khi ở nhiệt độ khác nhau

+ Người ta chia kim loại thành:

- Kim loại đen gồm: Sắt và hợp kim của sắt

- Kim loại màu gồm: Tất cả các kim loại còn lại

* Tính nóng chảy

Kim loại có tính chảy loãng khi đốt nóng và đông đặc khi làm nguội

Nhiệt độ ứng với kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hoàn toàn gọi là điểm nóng chảy nó có ý nghĩa quan trọng trong công nghệ đúc kim loại Điểm nóng chảy của hợp kim khác với điểm nóng chảy của từng kim loại tạo nên nó

* Tính dẫn nhiệt

Là tính truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc khi làm lạnh Các vật có tính dẫn nhiệt kém muốn đốt nóng hoàn toàn phải mất thời gian dài và khi làm nguội nhanh có thể gây nứt vỡ

1.3 Kim loại và hợp kim có điện dẫn suất cao

- Bạc tinh khiết bị ăn mòn và dính chặt Nó được tìm thấy dưới dạng mỏ hay tự nhiên ( cục kim loại có tới 98% Bạc) hoặc trong các mỏ chì, kẽm, đồng hoặc có thể thấy trong nước biển với 0,001mg/1lit

- Có màu trắng và chiếu sáng ở nhiệt

độ cao không bị ô xi hoá Tác dụng với ôzon tạo ra Ag2o, còn sunfua và hyđrô sulfurơ làm bạc ngả màu đen

Phản ứng với clo, lưu huỳnh

- Bay hơi ở t0 = 140016000c

-Dễ vuốt giãn, mềm dễ uốn cong, có thể gia công theo quy trình rót, dát mỏng, rèn và kéo sợi

- Làm dây dẫn ở tần số cao, quấn dây trong máy thu thanh, làm dây chảy trong cầu chì nóng chảy, làm khung cho

- Hợp kim palađi, vàng làm tiếp điểm điện với dòng nhỏ trong thông tin viễn thông

bạc Chế tạo các chi tiết nhỏ như

đinh tán, đinh vít, các đầu cực

- Dùng sản xuất các màn ở các bóng catôt và của các tế bào quang điện

+ Đồng sau khi gia công có 4 loại

- Đồng cứng (MT)là đông không ủ nhiệt

- Đồng mềm (MM) là đồng đem ủ nhệt

- Đồng hơi cứng

- Nửa cứng

+ Bán thành phẩm: Đồng đúc, đồng lá, đồng kéo sợi

+ Đặc điểm: Là kim loại có màu đỏ nhạt sáng rực, Đồng chuẩn hoá có 

= 0,0172(Ω.mm2/m) Sức bền cơ khí tương đối lớn, dễ rát, dễ vuốt giãn gia công dễ dàng khi nóng và khi lạnh (rèn, kéo sợi, dát mỏng) có sức bền

- Đồng cứng dùng chế tạo những dây dẫn không cách

điện của các đường dây truyền tải trên không, thanh góp cho những thiết bị phân phối, hoặc cho cổ góp máy

điện

- Đồng mềm được sử dụng chế tạo dây dẫn cách điện của cáp điện và dây quấn máy

điện

- Hợp kim đồng thanh (đồng với thiếc, kẽm hoặc chì dùng làm các chi tiết vòng trượt, giá đỡ chổi than, lò xo dẫn

điện, ổ cắm điện

- Hợp kim đồng thau (đồng với kẽm)

lớn khi va đập và ăn mòn, sức đề kháng cao khi thời tiết xấu

- Có khả năng tạo thành hợp kim tốt với các kim loại màu khác cho những hợp kim có giá trị:

- Việc hàn và kết dính bằng nhiều phương pháp và thực hiện dễ dàng

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở suất

- ảnh hưởng của tạp chất: Với bạc, cađimi làm  giảm ít, còn sắt, silic làm  giảm nhiều

- ảnh hưởng của gia công cơ khí: Khí rát, kéo nguội làm  giảm Đường kính dây <1mm thì  giảm đồng thời khi giảm đường kính

- ảnh hưởng của sử lý nhiệt: Sự thay

đổi  tuỳ theo độ nung nóng trở lại.Ví dụ: Để có đồng mềm dùng làm dây quấn và cáp thì nung trở lại t0 khoảng 4005000c

- Khi gia công to > 900oc làm giảm tính chất cơ học

+ Hợp kim:

- Hợp kim đồng thau (đồng với kẽm)

- Hợp kim đồng thanh (đồng với thiếc, kẽm hoặc chì

Nếu kẽm = 39% HK dẻo dùng làm các chi tiết đặc biệt phức tạp bằng cách dập, vuốt Nếu kẽm >39% dùng đúc các chi tiết định hình

- Các loại đồng hơi cứng, nửa cứng dùng trong các khí cụ

- Không bị ôxi hoá ở nhiệt độ cao

Hoà tan trong dung dịch axit clohiđric

- Nung nóng đến trạng thái nóng sáng thì dễ bị bay hơi

- Dùng trong kỹ thuật điện như gia công các hợp kim làm tiếp điểm điện

điện, lá nhôm làm tụ

-Hợp kim nhôm có  cao dùng đúc rôto lồng sóc động cơ không đồng bộ có mô men

tương đối bền khi bị ôxi hoá

- Nhôm nguyên chất bền vững trong nước biển Bị phá huỷ nhanh trong

H2SO4(a xit sunfuric) loãng và dung dịch kiềm

- Lớp ôxit nhôm có tính ổn định cao chống ăn mòn trong môi trường amôniac (NH3) và một số chất khí khác

- Việc hàn và kết dính thực hiện khó khăn hơn so với đồng

- Hợp chất nhôm với tạp chất tạo thành thể rắn thì giảm tính dẫn điện

- Hợp chất nhôm với tạp chất tạo thành khác thể rắn thì không dùng dẫn điện

+ Hợp kim: Nhôm có nhiều loại hợp kim dùng để đúc và kéo dây dẫn

- Hợp kim dùng chế tạo dây dẫn là:

Aldray là hợp kim nhôm với (Mg=0,3-0,5%; Silic=0,4-0,7%; sắt

=0,2-0,3%)

khởi động lớn, động cơ nhiều tốc độ, làm dây dẫn ( dây trần

- Làm dây dẫn đi trên không nhưng cấm sử dụng nhỏ hơn tiết điện tính toán

- Được dùng ở lưới điện có khoảng cách cột lớn

- Làm vật liệu dẫn điện dưới dạng thanh dẫn, đường ray tải

điện,tàu điện ngầm, lõi dây nhôm

- Khi sử dụng để khắc phục hiện tượng han rỉ người ta thường mạ kẽm

- Làm dây chống sét

1.4 Hợp kim có điện dẫn suất thấp.(Điện trở cao)

1 Manganin

-Thành phần: Là hợp kim gốc đồng 86% Cu, 12% Mn, 2%Ni

- Có màu vàng, kéo được thành sợi mảnh 0,02 mm và được sản xuất thành tấm

- Hệ số điện trở suất nhỏ, điện trở với

độ ổn định cao

-Dùng trong các dụng cụ

đo điện, điện trở mẫu, biến trở và các dụng cụ đốt nóng bằng điện

2 Conxtantan

- Là hợp kim đồng-Niken với 60%Cu, 40%Ni Hàm lượng niken trong hợp kim quyết định trị số  lớn nhất và  nhỏ nhất.Trị số của  gầnbằng không và thường có trị số âm

- Có thể kéo thành sợi, cán thành tấm như manganin

- Dùng sản xuất dây biến trở,dụng cụ đốt nóng bằng

điện có nhiệt độ làm việc không quá 4000c

- Sử dụng thích hợp trong các cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ không quá vài trăm độ

-Tính chịu nhiệt cao (nhiệt độ cho phép 100011000c)

- Tuổi thọ các dây dẫn hợp kim chịu nóng phụ thuộc nhiều vào sự thay đổi

đường kính theo chiều dài dây và sự

đồng nhất thành phần hợp kim

- Để tăng tuổi thọ xoắn thành lò xo

và đặt trong môi trường trơ, rắn như

đất sét, gạch chịu lửa

- Là hợp kim cứng, giòn nó khó kéo thành sợi và thành băng dài và là hợp kim rẻ tiền

- Dùng trong thiết bị đốt nóng bằng điện công suất lớn và lò điện công nghiệp

1.5 Các kim loại khác

1.5.1 Won fram

+ Đặc điểm:  = 0,0530,0612(Ω.mm2/m) ở 200C Là kim loại rất cứng có màu tro chiếu sáng nó không thay đổi ở nhiệt độ thường dù có hơi nước ở nhiệt độ 7000c bắt đầu bị ô xi hoá tạo thành màu trắng nếu tăng nhiệt độ thì lớp ô xyt sẽ trở nên màu vàng

- ở nhiệt độ cao phản ứng với oxyt cacbon, nitơ, hơi nước nó không phản ứng vợi hyđro, hơi thuỷ ngân

- Không tan trong a xit, các chi tiết tuy dày nhưng dễ vỡ, đứt

+ ứng dụng

- Làm dây vòng xoắn ở đèn nung sáng Làm điện trở nung nóng

- Làm điện cực catôt (cực âm) ở bóng điện tử mạnh, làm việc với điện áp cao, nhiệt độ cao, làm nhiệt ngẫu

- Làm tiếp điểm điện nó không bị hàn chặt trong thời gian làm việc, có sức bền với sự mài mòn cơ khí

- Hợp kim với bạc, đồng dùng làm tiếp điểm công suất lớn

1.5.2 Mô lip đen

+ Đặc điểm:  = 0,0476 0,057(Ω.mm2/m) ở 200C Là kim loại có màu trắng xám tro ở dạng bụi bột có màu xám tro còn khi nóng chảy nó có màu trắng bạc Khi nguội trong không khí

nó khó bị ô xýt hoá, khi bị ô xýt hoá mất lớp rực sáng

- Khi nguội không bị tác dụng của kiềm hay axít clohyđric, bị tác dụng của axit sunfuaric, nó không phản ứng với hyđro

- Dẻo dễ rát mỏng, sức bền cơ khi khi gia công phụ thuộc vào độ lớn của hạt

+ ứng dụng:

- Làm chi tiết đỡ cho sợi tóc bóng đèn nung sáng, lưới của bóng điện tử

- Dây mảnh và băng dẹt được dùng làm các phần tử đốt nóng trong chân không, ở những lò

điện trở có nhiệt độ tới 16000c

-Dùng làm nhiệt ngẫu, tiếp điểm điện ở các bộ điều hoà dụng cụ từ kế

- Hợp kim môlipđen-von fram có thể dùng ở máy cắt điện trong chân không hay trong khí trơ

- Hợp kim với niken, crôm dùng làm điện trở nung nóng

1.5.3 Niken

+ Đặc điểm:

- Có  = 0,06140,138(Ω.mm2/m) ở 200C Là kim loại có màu trắng, xám tro, rực sáng

- Nó không bị oxy hoá trong không khí và nước ở nhiệt thường ở nhiệt độ quá 500oC nó bị oxy hoá có tính hơi giòn và giảm sức bền cơ khí

- Nó không tác dụng với dung dịch kiềm , bazơ nóng chảy và vật chất hữu cơ

- Trong chân không nó bay hơi ở 750oC (trước nhiệt độ nóng chảy)

- Là kim loại bền dễ dát, vuốt giãn, rèn dập

- ở trạng thái lỏng có độ chảy lỏng nhỏ và hấp thụ nhiều khí

+ ứng dụng:

- Người ta dùng niken để bọc thép, dùng làm kính phản chiếu trong kỹ thuật ánh sáng

- Trong kỹ thuật chân không làm giá đỡ dây tóc bóng đèn nung sáng và bóng đèn điện tử

- Dùng chế tạo nhiệt ngẫu( Ni-Fe, Ni-Cr)

- Chế tạo một số tiếp điểm điện trong môi trường hydrô cac bua có điện áp lớn và dòng điện nhỏ

- Dùng chế tạo điện trở phát nóng đến 9000C

- Chế tạo điện cực dương cho các ắc quy

- Hợp kim Ni để làm điện trở và các tiếp điểm điện, biến trở, chảo điện

1.5.4.Chì

+ Đặc điểm

-  = 0,2050,32(Ω.mm2/m) ở 200C

- Là kim loại có maù tro sáng ngả hơi xanh da trời, là kim loại mềm có thể uốn cong dễ dàng hoặc cắt bằng dao cắt công nghiệp Chỗ mới cắt có màu sáng rực nhưng mất đi nhanh và chuyển sang màu tro

- Bền với thời tiết xấu, với muối clorua, dầu, không bền với các chất kiềm không bị tác dụng của axit clohydric, amôniắc

- Không có sức đề kháng ở nhiệt độ cao, ở nơi dao động Hợp kim chì có sức bền dao động hơn, nhưng ít bền với sự ăn mòn, sự bay hơi của chì rất độc hại

- Là kim loại có màu trắng bạc, sáng

- Sức bền tốt đối với ảnh hưởng của môi trường, ít bị oxy hoá trong không khí

- Không chịu tác dụng của axit và các chất kiềm chỉ khi các chất này bị nung nóng và đậm

đặc

- Mềm, dễ dát mỏng và uốn dẻo Khi bẻ cong ta nghe thấy âm thanh

- Điện trở suất thay đổi đột ngột khi chuyển trạng thái từ rắn sang lỏng

+ ứng dụng:

- Để chế tạo đồng thanh hoặc hợp kim dùng để dính chặt

- Dùng làm dây chảy cầu chì

- Dùng làm tụ giấy và tụ mica

- Dùng làm dây dẫn khi thêm đồng hay nhôm

- Dùng làm thanh góp, điện cực, làm cầu chì nóng chảy

- Dùng để mạ dây thép

1.5.6 Bạch kim (platin)

+ Đặc điểm:

- Là kim loại không két hợp với ôxy và rất bền vững đối với thuốc thử hoá học

- Rễ gia công cơ khí, kéo thành sợi mảnh và tấm mỏng

+ ứng dụng: Dùng sản xuất cặp nhiệt độ làm việc tới 16000c

- Với dây mảnh < 0,001mm dùng treo hệ thống động trong đồng hồ điện và các đồng hồ đo

có độ nhạy cao

- Hợp kim với inđi dùng làm tiếp điểm

1.5.7 Thuỷ ngân

- Nhiệt độ thường tồn tại dạng lỏng

- Sản xuất từ hợp chất (HgS)sunfit xinoba bằng cách nhiệt phân trong không khí ở nhiệt độ 500oC Sau đó tinh chế nhiều lần cuối cùng chưng cất trong chân không ở nhiệt độ

200oC

- Hơi thuỷ ngân khác khí thường và khí trơ là có điện thế ion hoá thấp

- Có tính bền hoá học chỉ bị oxy hoá ở nhiệt độ gần độ sôi, tác dụng yếu với hyđro, magiê, nhôm, kiềm và kim loại kiềm thổ

- Hiện tượng siêu dẫn phát hiện đầu tiên là thuỷ ngân

*Than kỹ thuật điện

+ Đặc điểm:- Là một dạng của cacbon có thể sản xuất từ than cốc

- Nó tồn tại dưới các dạng:

+ Gra phit thô chưa gia công cơ khí

+ Graphit cô đặc đã chịu gia công cơ khí

- Có sức bền cơ khí đặc biệt ở những máy điện chịu rung, va đập Phải có sức bền với sự mài mòn và chỉ mài mòn rất ít cổ góp điện

- Chổi than dùng cho máy điện tạo thành tiếp xúc động giữa phần cố định và phần quay

- Chổi than điện graphit, Chổi than graphit, Chổi than kim loại graphit được dùng ở những máy điện có điện áp thấp và động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

1.6 ứng dụng của hợp kim trong kỹ thuật điện

1.6.1 Hợp kim dùng làm điện trở

1 Khái quát và phân loại

- Vật liệu được sử dụng để chế tạo các điện trở phải có điện trở suất lớn, hệ số biến đổi điện trở suất theo nhiệt độ phải nhỏ

- Phân loại:

* Theo mục đích sử dụng gồm:

+ Vật liệu dùng làm điện trở chính xác: Dùng ở dụng cụ đo lường và điện trở mẫu

Những vật liệu này có một sức nhiệt điện động nhỏ so với những vật liệu khác và đặc tính không được thay đổi theo thời gian để nó không tạo nên những sai số trong những phương pháp đo

+ Vật liệu dùng làm biến trở khởi động

Là những vật liệu phải có sức bền khi rung, sức bền đối với sự ăn mòn khi nung nóng

và giá thành hạ

+ Vật liệu dùng ở khí cụ điện sưởi nóng,đun nóng

Là những vật liệu phải có sức bền đối với thời gian kéo dài ở nhiệt độ cao (không được nóng chảy và không bị ôxy hoá) Chúng phải gia công dễ dàng và làm việc không được rút ngắn chiều dài

* Theo bản chất vật liệu người ta phân biệt:

+ Kim loậi tinh khiết hay ít hợp kim dùng làm điện trở

- Người ta sử dụng những hợp kim của kim loại khó nóng chảy (Cu,Ni, Fe, Cr, Mn) những hợp kim này rất bền đối với sự ăn mòn ở nhiệt độ cao so với những kim loại hợp thành

a Hợp kim dùng làm điện trở chính xác và dùng làm bộ biến trở

- Hợp kim loại man gan ( 86% Cu, 2% Ni, 12% Mn) người ta dễ kéo thành băng và dây mảnh

có màu cà phê- đỏ nhạt

Nó có sức nhiệt điện động rất nhỏ (1 2v/độ) Người ta sử dụng làm điện trở chính xác vì nó không làm sai lệch kết quả đo lường ở dòng điện và môi trường xung quanh khác nhau Đồng thời yêu cầu đảm bảo tính bất biến của những giá trị điện trở ở thời gian làm việc lâu dài và không vượt quá nhiệt độ làm việc 600c, với biến trở khoảng 3000c

- Hợp kim loại constantan và nikelin

+ Constantan: Chứa 60%Cu và 40%Niken gia công dễ dàng khi nguội và khi nóng, có thẻ kéo thành sợi, rát mỏng thành băng chiều dày 0,02mm Dễ hàn và dính chặt Hệ số biến

đổi của điện trở suất theo nhiệt độ bé

Khi dùng làm biến trở và điện trở nung nóng không được dùng ở quá nhiệt độ 4500c vì nó sẽ

bị ôxy hoá Nhưng nung nóng ở 9000c thời gian 3 giây rồi để nguội trong không khí thì trên

bề mặt sẽ tạo thành màng ôxyt ngăn cách dễ uốn dẻo và có độ bền

+ Nikelin chứa 2535% Ni, 23% Mn, 67% Cu nên rẻ tiền hơn constantan Nó được gia công rất dễ, có điện trở suất nhỏ hơn và hệ số biến đổi điện trở suất đối với nhiệt độ thấp hơn constantan Dùng làm biến trở khởi động

- Hợp kim trên cơ sở kim loại quý

Đó là các hợp kim có vàng với Crôm(20%) bạc với mangan và thiếc, bạc với niken Chúng có

điện trở suất lớn và hệ số biến đổi của điện trở suất đối với nhiệt độ nhỏ tuỳ thuộc vaò việc sử

b Hợp kim dùng làm điện trở sưởi nóng và nung nóng

- Hợp kim trên cơ sở niken và crôm (nicom, crômniken) Có sức bền tốt ở nhiệt độ cao,

điện trở suất lớn và hệ số biến đổi của điện trở suất theo nhiệt độ nhỏ

Dùng làm các dây dẫn mảnh( đường kính 0,01 0,3mm) chứa 20% crôm, còn dây dẫn và dây băng có chiều dày không quá 1,5 mm chứa 30% crôm

- Hợp kim trên cơ sở niken-sắt-crôm( feronicrom) chứa 6070% niken,15  20% crom

và 15  25% sắt, có thể thêm vào 1 2% Mn để làm chất khử ôxy Điện trở suất của hợp kim này khoảng 1 Ω.mm2/m) và thay đổi tuỳ theo các thành phần cấu tạo nên (tham khảo tài liệu trang 146, 147)

- Hợp kim trên cơ sở sắt-crôm-nhôm(fecral-cromel) Trong kỹ thuật truyền thanh người ta dùng những điện trở có giá trị lớn xong kích thước nhỏ như các hợp kim của nhôm

được mang tên là ohmax ( = 1,67 Ω.mm2/m,  =0,00035)

- Hợp kim crom-silic-sắt Là những hợp kim chịu được nhiệt độ cao vì vậy chúng rất thông dụng

-Dây làm điện trở trên cơ sở các bua silic Vật liệu từ các bua silic được đưa thêm vật liệu gốm vào, chúng có dạng thanh hay ống với các đầu được kim loại hoá Dùng cho lò điện

- Có sức bền đối với sự ăn mòn do tác nhân bên ngoài

- Có nhiệt độ nóng chảy và hoá hơi cao

- ô xyt của nó phải có điện dẫn suất lớn

- Có thể gia công dễ dàng, giá thành hạ

+ Điều kiện riêng:

- Đối với tiếp điểm cố định:

Có sức bền khi nén để có thể chịu áp suất ép lớn

Phải có điện trở ổn định trong thời gian làm việc lâu dài

- Đối với tiếp điểm điện động

Phải có sức bền đối với sự ăn mòn, do tác động cơ khí hoặc va chạm khi đóng và mở Phải có sức bền đối với sự tác động của hồ quang điện Không bị hàn chặt

+ Đối với tiếp điểm trượt:( Máy cắt điện, dao cắt, vòng cổ góp có sức bền đối với sự mài mòn cơ khí do ma sát

2 Sức bền của tiếp điểm và các yếu tố ảnh hưởng đến sức bền

Sức bền của tiếp điểm bị ảnh hưởng bởi:

+ Bản chất bề mặt: Điện trở của tiếp điểm càng lớn khi điện trở suất của vật liệu càng lớn, điện trở càng nhỏ khi ứng suất nghiền đập của vật liệu càng nhỏ Vật liệu càng mềm thì

sự biến dạng càng dễ dàng, số lượng điểm tiếp xúc càng lớn Trong một số trường hợp tiếp

điểm được làm bằng vật liệu cứng hơn song lại được bọc bằng vật liêụ mềm hơn Bản chất của vật liệu ảnh hưởng đến điện trở của tiếp điểm

Khi phụ tải thay đổi và khi ngắn mạch có thể sinh ra ứng lực rất lớn, có thể dẫn đến vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu và làm yếu tiếp điểm

Vậy bản chất của vật liệu và những điều kiện làm việc ảnh hưởng đến sự ăn mòn làm xấu tính chất dẫn điện do vậy điện trở tiếp xúc tăng

Sự ăn mòn thể hiện rõ ở trong môi trường như: Amoniac, clo, hơi axit

Những tiếp điểm làm bằng 2 kim loại khác nhau sẽ chịu ăn mòn lớn hơn tiếp điểm làm bằng cùng kim loại

Để tránh ăn mòn người ta phủ lên tiếp điểm những kim loại có sức bền đối với sự ăn mòn và tránh các môi trường như trên

+ Lực ấn Là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến điện trở của tiếp điểm

- Khi cùng độ lớn của bề mặt tiếp xúc thì điện trở càng nhỏ khi lực ấn càng lớn (Vì diện tích tiếp xúc phụ thuộc vào lực ấn)

- Những tiếp điểm cố định ghép bằng bu lông lực phải đủ lớn không quá lỏng làm điện trở tiếp xúc lớn, quá chặt tạo nên ứng suất lớn trong vật liệu làm mất tính đàn hồi và làm xấu mối tiếp xúc

+ Nhiệt độ tiếp điểm

Nếu lực ấn duy trì không đổi với nhiệt độ 2500c thì điện trở suất tăng theo nhiệt độ Giữa 250  4000C sức bền cơ học của vật liệu giảm Vật liệu trở nên mềm làm tăng diện tích tiếp xúc thực tế và giảm điện trở mà dòng điện đi qua

+ Trạng thái bề mặt trong lúc tiếp xúc

Khi gia công cần loại bỏ màng ôxyt và những vật chất xa lạ, đồng thời phải tạo được tối đa các điểm tiếp xúc khi tiếp xúc các bề mặt

3 Vật liệu dùng làm tiếp điểm cố định

Người ta sử dụng Đồng, Nhôm, Thép và Kẽm

- Đồng rất cứng và hợp kim của nó (đồng thanh, đồng thau) có phốt pho sử dụng ở điện

áp nhỏ điều kiện làm việc bình thường Để có sức bền đối với sự ăn mòn người ta mạ niken hoặc tẩm thiếc khi nóng hay bọc bạc

- Nhôm có sưc bền cơ học thấp, điện trở suất lớn do vậy người ta không dùng ở nơi có dòng điện ngắn mạch lớn

- Thép có tổn thất lớn trong dòng điện xoay chiều vì vậy sử dụng ở công suất bé và

điện áp lớn Nó bị ăn mòn trong không khí ẩm ướt tạo lớp gỉ sét dễ phát triển vào sâu dẫn đến phá huỷ hoàn toàn

- Kẽm giống nhôm trong không khí tạo thành lớp oxit bọc bề mặt ngoài bảo vệ sự ăn mòn không cho tiếp tục đi vào trong tiếp điểm

4 Vật liệu dùng cho các tiếp điểm cắt

- Platin có tính ổn định cao đối với sự ăn mòn trong không khí tạo nên màng oxit do vậy đảm bảo được sự ổn định điện của tiếp điểm dẫn đến dòng điện qua tiếp điểm sẽ nhỏ

Platin có độ cứng thấp nên mài mòn nhanh do đó ít sử dụng dạng tinh khiết thường dùng với iridi có độ cứng cao nhiệt độ nóng chảy cao Do đó chúng được chế tạo các tiếp

điểm quan trọng có độ chính xác cao ở dòng điện nhỏ Có sức bền tốt với sự tác động của hồ quang điện

- Paladi tính chất tương tự platin nó có sức bền tốt hơn không khí

- Rodi có độ cứng cao, nhiệt độ nóng chảy cao điện dẫn suất vầ dẫn nhiệt cao, tính dễ bay hơi thấp và có sức bền cao đối với sự ăn mòn được sử dụg thông dụng với các tiếp điểm

ăn mòn nhiều, dễ dàng bị dính chặt giữa chúng

Tiếp điểm bằng hợp kim bạc với đồng có độ cứng cao ăn mòn nhỏ dùng cho những tiếp

điểm có áp suất lớn Hợp kim bạc với cadimi dùng cho tiếp điểm có cong suất lớn

- Ngoài ra còn : Vonfram, molipden

5 Vật liệu tổng hợp dùng làm tiếp điểm có công suất lớn

Những vật liệu tổng hợp hay dùng gồm: Bạc-Vonfram, Bạc-Molipden, Bạc-Niken,

Đồng- Vonfram, Đồng - Molipden

Một kim loại có điện dẫn suất lớn còn loại kia có sức bền cơ khí lớn Như vậy vật liệu tỏng hợp có tính cơ học rắn chắc với điện dẫn suất lớn, ổn định nhiệt cao Sử dụng ở những tiếp điểm có yêu cầu công suất lớn, áp suất tiếp súc lớn và độ cứng cao Dưới dạng các viên mỏng dính chắc lên trên bề mặt tiếp xúc của tiếp điểm cắt ở khí cụ điện

6 Vật liệu dùng làm tiếp điểm trượt

- Đồng: ở cổ góp máy điện và những tiếp điểm của máy cắt điện, dao cách ly Để tạo

ra sức bền cơ khí cao người ta dùng hợp kim với cadmi hoặc mạ bạc

- Các hợp kim của đồng: Đồng thanh, đồng thau, được dùng làm vòng tiếp xúc hay cổ góp chúng có độ bền cơ khí cao với sự mài mòn và ăn mòn

- Gang hình cầu đôi khi được dùng làm vòng góp

- Nhôm được dùng làm các chi tiết tiếp xúc ở cần lấy điện của các phương tiện vận tải bằng điện

- Cacbon điện graphit dùng trong khí cụ điện, làm chi tiét tiếp xúc của phương tiện vận tải vì chúng không mài mòn dây dẫn truyền tải điện và có tuổi thọ cao

1.6.3 Dây dẫn, dây cáp

1.6.3.1 Cơ sở phân loại cáp

a/ Phân loại theo thành phân kết cấu

Ta có cấu trúc của cáp bao gồm: lõi dẫn, cách điện, màn chắn điện và lớp bảo vệ Lõi dẫn có nhiệm vụ truyền dòng năng lượng điện và tín hiệu tin tức liên lạc Cách điện là tạo nên khoảng cách cách điện ổn định giữa lõi dẫn và bề mặt đất Các lớp bảo vệ dùng bảo vệ lõi dẫn

và cách điện khỏi bị tác động cơ học, khí hậu hay hoá học Màng chắn để toạ nên cách điện bên trong điện từ trường hướng tâm hay là bảo vệ cho tín hiệu điện truyền đi khỏi bị nhiễu từ bên ngoài

+ Theo thành phần kết cấu các chi tiết cáp có thể chia thành: Dây dẫn không có cách

điện (dây cáp trần) và dây dẫn có cách điện, dây cáp mềm và cáp điện

- Dây cáp trần được tạo nên từ lõi dẫn, còn dây có cách điện được tạo nên từ hai thành phần lõi và lớp cách điện

- Dây cáp mềm được tạo nên từ tổ hợp hai hay nhiều dây dẫn mềm có cách điện được bao bọc chung một lớp baỏ vệ

- Cáp điện được tạo nên từ ba thành phần kết cấu: Các lõi dẫn, cách điện và vỏ bảo vệ

b/ Phân loại theo vật liệu cách điện

- Dây trần, cáp điện và dây dẫn cách điện bằng giấy (có hay không tẩm)

- Cáp điện day dẫn và dây cáp mềm cách điện bằng cao su và polime

- Dây ê may

- Dây dẫn và cáp cách điện bằng sợi và cách điện tổ hợp

c/ Phân loại theo mục đích sử dụng

- Cáp và dây dẫn điện áp cao: Có điện áp làm việc > 1000v

- Cáp và dây dẫn điện áp thấp: Dùng phân phối điện năng trong mạch nhị thứ, dùng

đấu nối trong sơ đồ, thiết bị, dụng cụ đo lường, cung cấp điện và điều khiển hệ thống kiểm tra

- Cáp và dây thông tin dùng cho tất cả các dạng liên lạc (điện thoại, điện tín, rađiô, tivi )

- Cáp sử dụng truyền tải và phân phối năng lượng với tần số > 1MHz

- Dây quấn điện từ dùng để quấn các cuộn dây, máy điện, thiết bị điện

d/ Phân loại theo lĩnh vực sử dụng

- Cáp và các chi tiết cáp sử dụng đại chúng dùng để cung cấp điện năng trong công nghiệp, trong giao thông, liên lạc và dùng cho xây dựng, nhà ở

- Cáp và dây dẫn chuyên dùng sử dụng trong kỹ thuật chuyên nghành riêng, trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt Ví dụ: Cáp tàu thuỷ tàu biển, dùng trong hành không vũ trụ, trong hầm lò, dầu mỏ, dùng trong thiết bị di chuyển (cần trục, cầu trục)

* Một số loại dây dẫn, cáp điện

Tạo bởi hai dây dẫn ruột đồng, mềm, được bọc cách điện song song với nhau, chất cách điện là nhựa PVC hoặc cao su lưu hóa Dây dẫn được tạo bởi nhiều sợi có đường kính là 0,2mm nên mềm dẻo, dễ di động Dây đôi dùng để dẫn điện cho các thiết bị điện cần di động,

đồ dùng điện trong sinh hoạt như quạt để bàn, tủ lạnh, máy thu thanh, thu hình

Hình 1.5c Dây điện đôi

Các thông số của dây đôi mềm:

Chỉ danh Cấu tạo Tiết diện (mm2) Cường độ dòng điện tối đa (A)

0,38 0.50 0.50 0.75 0.76 0.74 1.01 1.02 1.02 1.54

đường dây tải chính cho các hộ tiêu thụ Có thể đặt trên buli hoặc đi trong ống Để tăng cường

sức chịu đựng lực kéo, nén cho dây cáp người ta còn chế tạo các loại cáp với lớp vỏ bọc bằng thép ở bên ngoài; Các loại cáp này thường được dùng để đi ngầm cho các công trình điện lớn

Lớp vỏ bọc bằng thép có thể được tạo bởi nhiều sợi dây thép bện soắn hoặc là các băng thép mỏng bao kín phía ngoài của các sợi dây và ngoài cùng là một lớp vỏ bọc bằng nhựa PVC hoặc cao su, che kín và bao vệ cho lớp vỏ thép và các dây điện của cáp

1.6.3.2 Vật liệu cáp điện

a/ Vật liệu dùng làm lõi dẫn và màng chắn điện

Trong kỹ thuật cáp sử dụng lõi dẫn bằng đồng, nhôm và thép, dùng dây dẫn điện trở thấp và điện trở cao, kích thước giới hạn từ vài micron đến 10 mm Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu là: độ dẫn điện cao, đặc tính cơ cao, không bị ăn mòn , dễ chế tạo, kinh tế và là nguyên tố không hiếm

b/ Vật liệu cách điện

- Vật liệu từ tự nhiên: Giấy cách điện , vải, cao su,amiăng, cánh kiến

- Vật liệu nhân tạo: poliêtylen,polistirol, cao su nhân tạo(cao su butađien, cao su bu til, cao su silicon ), sơn êmay các loại

- Vật liệu màng mỏng Giấy cáp và giấy telephone các loại này có các tính năng cách

điện tốt: cường độ cách điện cao, hằng số điện môi nhỏ, tổn hao điện môi nhỏ, chịu được môi trường nóng ẩm, độ bền cơ-lý-hoá cao, chịu nhiệt tốt

- Các chất dẻo màng mỏng: Cắt thành băng quấn quanh lớp bảo vệ kim loại để chống

ăn mòn kim loại và tăng thêm bảo vệ cho cáp

- Vật liệu sợi: Có thể dùng giấy cáp, băng cáp, sợi chỉ bông ự nhiên hay caprôn hoặc sợi amiăng Nó dùng lót đệm cho lớp bọc kim loại để bảo toàn lớp bọc kim loại khỏi tác động cơ học khi quấn và lắp đặt cáp

1.7 VẬT LIỆU SIấU DẪN

1.7.1 Khỏi niệm

Theo định nghĩa “siờu dẫn là một trạng thỏi vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn mà

ở đú nú cho phộp dũng điện chạy qua trong trạng thỏi khụng cú điện trở và khi đặt siờu dẫn vào trong từ trường thỡ từ trường bị đẩy ra khỏi nú”

1.7.2 Cỏc đặc tớnh cơ bản của vật liệu siờu dẫn

- Nếu truyền một dũng điện vào một mạch làm bằng chất liệu siờu dẫn thỡ dũng điện sẽ chạy trong đú mói mà khụng suy giảm, vỡ nú khụng gặp một trở khỏng nào trờn đường đi, nghĩa là năng lượng điện khụng bị tiờu hao trong quỏ trỡnh chuyển tải điện từ nơi này sang nơi khỏc Đõy được coi như một dạng chuyển động vĩnh cửu trong điện năng

- Những chất siêu dẫn nhiệt độ thấp có thể tạo ra những từ trường rất mạnh và gọi chung

đó là đặc tính riêng thứ hai của siêu dẫn Mọi chất siêu dẫn đều làm ra từ trường; mặt khác, dòng điện chạy trong chất siêu dẫn lại không gặp phải một kháng trở nào, do đó từ trường siêu dẫn sản sinh ra rất mạnh Nhờ đó mà ngày nay, con người có thể tạo ra từ trường nhân tạo mạnh gấp tới 200 ngàn lần so với từ trường của Trái đất

- Nếu hai chất siêu dẫn được đặt gần nhau (nhưng không chạm nhau) thì các điện tử có thể nhảy qua như thể hai chất dẫn điện ấy tiếp xúc với nhau Chỗ mà dòng điện nhẩy qua, người

ta gọi là “khớp nối Josephson” Nhưng dòng điện chạy qua khớp nối ấy rất nhậy cảm với những biến đổi của điện trường và từ trường bên ngoài

1.7.3 Ứng dụng của vật liệu siêu dân

Các ứng dụng quan trọng nhất của siêu dẫn là:

1-Chế tạo nam châm siêu dẫn

2- Truyền tải điện năng

3- Tạo từ trường để tích trữ năng lượng

4- Trong y học (quan sát nội tạng người bằng ảnh cộng hưởng từ hạt nhân-MRI)

5- Chế tạo động cơ, biến thế

6- Cầu chì giới hạn dòng

7- Tàu siêu tốc (High Speed Surface transport - HSST )

8- Các thiết bị dựa trên hiệu ứng Josephson với độ nhạy cực cao

9- Giao thoa lượng tử siêu dẫn (SQUID), và các ứng dụng khác

b/ Truyền tải điện năng

+ Cáp siêu dẫn nhiệt độ cao (high-temperature superconductor – HTS)

+ Truyền dẫn điện cao gấp nhiều lần so với các loại cáp điện truyền thống

+ Giảm tắc nghẽn hệ thống điện, đồng thời giảm chi phí lắp đặt và vận hành

+ Loại cáp mới này sử dụng sợi siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS),

+ Mỏng như sợi tóc, có độ dẫn điện cao gấp 150 lần dây đồng có cùng kích cỡ

+ Hệ thống cáp được làm lạnh liên tục bằng nitơ lỏng, không đắt và an toàn với môi trường

+ Giá thành sản xuất dây HTS hiện nay cao hơn so với dây đồng,

+ Theo dự báo của ngành công nghiệp chế tạo, công nghệ dây HTS mới nhất, còn gọi

là cáp 2G (thế hệ 2), sẽ không còn đắt nữa, và cuối cùng thì sẽ không đắt hơn đồng tính theo chi phí cho một kilôampe-mét (tỉ suất giá/hiệu quả), một khi được sản xuất trên qui mô lớn

+ Bằng cách thiết kế dây điện thành dây băng để sử dụng cho cáp, động cơ và máy móc, giúp giảm bớt những sự cố của điện

Ảnh :Dây siêu dẫn nhiệt độ cao thế hệ 2 (2G) có chiều rộng 4cm (công ty American

Superconductor sản xuất)

c/ Hệ thống “Vận tải trên bộ tốc độ cao” (High Speed Surface transport – HSST)

+ Theo hướng công nghệ HSST này, người Đức chế tạo ra tầu “Transrapid” chạy trên đệm từ và cũng theo nguyên lý phát minh từ những năm 1960 theo công nghệ hơi khác người Nhật đôi chút, đó là phương pháp nâng điện từ nhờ tác động của những thanh nam châm đặt trên tầu, với những nam châm vô kháng chạy bên dưới và hai bên đường tầu hình chữ T Với vận tốc đạt 450 km/giờ chạy trên đường Berlin tới Hambourg, kinh phí khoảng 6 tỷ USD Ngoài ra, người Pháp cũng đã và đang quan tâm đến vấn đề vận tải siêu tốc trên bộ bằng siêu dẫn

Maglev trains sử dụng chất siêu dẫn để nâng bổng con tàu lên trên thanh siêu dẫn Ở

đó cho phép nó hạn chế được lực cản, ma sát và đạt được vận tốc cực lớn (Tàu trong ảnh được chế tạo tại the Old Dominion University ở Hampton, Virginia) Đó là con tàu đầu tiên

được láp đặt tại Mỹ Tuy nhiên do chiều dài khá nhỏ nên nó chỉ đạt được vận tốc cỡ 40 dặm một giờ (~60 km/h) Những con tàu Mglev có thể đạt được những vận tốc lớn hơn và chạm tới 300 dặm một giờ (~500 Km/h)

d/ Mỏy gia tốc hạt

+ Một ứng dụng khỏc nữa là, cú thể tạo ra được mỏy gia tốc mạnh để nghiờn cứu đặc tớnh gốc của nguyờn tử Người ta dựng những nam chõm cực mạnh để bẻ cong cỏc chựm hạt, làm cho chỳng chạy theo đường trũn để chỳng va đập vào nhau, qua đú nghiờn cứu những

“mảnh” sinh ra do những va đập mạnh đú; người ta gọi đú là “siờu va đập siờu dẫn” Dựa theo nguyờn tắc này, cỏc nhà khoa học Mỹ đang tiến hành xõy dựng một “mỏy gia tốc cực mạnh” trong đường hầm dài 88 km ở bang Texac để nghiờn cứu cỏc hạt cơ bản của vật chất

+ Cú thể ứng dụng để sản sinh ra mỏy đo điện trường hết sức chớnh xỏc

+ Một ứng dụng quan trọng nữa từ đặc tớnh thứ ba này của chất siờu dẫn là cú thể làm

ra “cỏi ngắt mạch điện từ” giống như một tranzito Cựng với đặc tớnh thứ nhất là dẫn điện mà khụng cú điện khỏng, người ta hy vọng cú thể làm ra được mỏy tớnh được nối với nhau bằng

“giõy siờu dẫn”, nhờ đú sẽ làm nờn được “mỏy tớnh điện tử siờu tốc” thế hệ mới phục vụ cho nghiờncứukhụnggian

+ Ngoài ra, cú thể ứng dụng khớp nối Josephson để sản xuất ra thiết bị y tế nhằm nghiờn cứu những điện trường sinh học cực nhỏ do hoạt động của nóo người sinh ra, giỳp cho việc chẩn đoỏn bệnh về nóo Hoặc nhờ siờu nam chõm, cú thể chế tạo ra cỏc mỏy quột MRI dựng trong

y học (quột ảnh bằng cỏch đo tiếng dội lại của õm thanh) để khỏm cỏc mụ trong cơ thể người

+ Cựng với những điều đó núi ở trờn, người ta cũn hy vọng những thành quả của siờu dẫn cú thể ỏp dụng để tạo ra những thiết bị quan sỏt vỡ sao, hành tinh, hoặc bề mặt trỏi đất và giỳp giải thớch cơ chế của một số vật thể lạ trong vũ trụ, như những vỡ sao Neutron, những vật thể siờu rắn sút lại của những ngụi sao phỏt nổ trước khi tắt mà người ta nghĩ là cú đặc tớnh xoay vũng tương tự với chất siờu dẫn lỏng…

Câu hỏi và bài tập chương

Câu 1: Phân loại vật liệu trong kỹ thuật điện

Câu 2: Phân loại vật liệu dẫn điện và các đặc tính cơ bản của vl dẫn điện

Câu 3: Phân tích tính chất chung của kim loại và hợp kim

Câu 4: Đặc điểm, ứng dụng của đồng và hợp kim đồng Các phương pháp hàn và kết dính

đồng

Câu 5: Đặc điểm, ứng dụng của Nhôm và hợp kim Nhôm Các phương pháp hàn và kết dính Nhôm

Câu 6: So sánh 2 kim loại Đồng và Nhôm ( Tính chất chung, ứng dụng)

Câu 7: Nêu yêu cầu của vật liệu dùng làm điện trở, lựa chọn vật liệu dùng làm các loại điện trở

Câu 8: Nêu yêu cầu của vật liệu dùng làm tiếp điểm, lựa chọn vật liệu dùng làm các loại tiếp

Mục đích của cách điện là duy trì khả năng

cách điện của vật liệu cách điện đặt trong điện

trường vì vậy tránh các hiện tượng sau:

- Phóng điện trong vật liệu cách điện

- Đánh thủng toàn phần hoặc bộ phận bên

trong vật liệu

- Phóng điện bề mặt ở bề mặt tiếp xúc giữa hai vật liệu

Hiện tượng phóng điện xẩy ra nếu điện áp lớn hơn trị số đặc trưng của vật liệu cách

điện và kết cấu hình học của điện cực trị số này là điện áp phóng điện Điện áp mà bắt đầu có phóng điện gọi là điện áp ngưỡng của phóng điện

+ Để phân biệt hiện tượng đánh thủng với hiện tượng phóng điện bề mặt trên hình vẽ Nếu ta tăng điện áp giữa hai điện cực thì có thể xẩy ra hiện tượng

Một là: Tấm cách điện không chịu nổi điện áp ở một hoặc nhiều chỗ điện tích chạy từ

điện cực này qua điện cực kia xuyên qua tấm cách điện chúng ta nói rằng tấm cách điện bị

đánh thủng

Hai là: Điện áp tăng tới mức nào đó ở cạnh mép của tấm cách điện suất hiện vầng quang phát triển thành những tia điện loằn ngoằn trên bề mặt tấm các điện và nối liền với nhau ở cạnh biên của tấm cách điện, hiện tượng này gọi là phóng điện bề mặt

- Với vật liệu cách điện thể khí và thể lỏng thì chỉ có thể xẩy ra trong giây lát sau đó cách điện lại được phục hồi

- Với vật liệu cách điện ở thể rắn thì đánh thủng làm cho cách điện bị xuyên thủng bị phá huỷ vĩnh viễn không sử dụng lại được

- Phóng điện bề mặt thường không gây hậu quả nghiêm trọng, nhiệt của hồ quang có thể làm mủn bề mặt cách điện, làm nứt rạn nó nhưng cách điện thường không hỏng hoàn toàn

và buộc phải thay thế ngay mà vẫn có thể tiếp tục sử dụng trong thời gian nhất định

- Điện áp đánh thủng là điện áp làm cho cách điện có bề dày nhất định bị đánh thủng:

+ Hệ số an toàn đối với phóng điện bề mặt là: apđ

- Độ bền cách điện là điện áp tính trên cách điện có bề dày 1cm

* Chú ý: ở một số vật liệu cách điện thì điện áp đánh thủng tăng tỉ lệ thuận với bề dày cách

điện

2.1.2 Sự già hoá của vật liệu cách điện

Tính chất của vật liệu cách điện (Chủ yếu là vật liệu hữu cơ) trong thời gian vận hành khả năng cách điện thường bị giảm dần Vật liệu cách điện hoá già thì tính chất của vật liệu cách điện thay đổi đến mức không thể hoàn thành chức năng cách điện giữa các chi tiết mang

điện ở các điện thế khác nhau Tuổi thọ của vật liệu do điều kiện vận hành quyết định (nhiệt

độ làm việc, tác nhân hoá học, tác dụng cơ học )

 Quá trình hoá già thực chất là kết quả của sự biến đổi hoá chất sảy ra nhanh hoặc chậm do điều kiện vận hành tác động

 Những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hoá già của vật liệu

+ Nhiệt độ làm việc: Sự giảm sút tính chất cách điện gia tăng rất mạnh khi nhiệt độ

tăng tức là: Tốc độ của phản ứng hoá học tăng theo hàm mũ với nhiệt độ

+ Các tác nhân hoá học từ bên ngoài trực tiếp hay gián tiếp ảnh hưởng đến sự hoá già của vật liệu

- Những vật liệu cách điện gần bên Ví dụ : Sơn tẩm, dầu

- Môi trường bao quanh vật liệu cách điện Ví dụ: chất bẩn thể khí, khí ô zôn, độ ẩm

- Vật liệu điện cực

 Những tác dụng cơ học trọng quá trình chế tạo, vận hành

 Quá trình hoá học chủ yếu gây sự hoá già là: Sự oxy hoá, sự thuỷ phân, sự bay hơi, sự trùng hợp

Tổn hao trong điện môi

1 Khái niệm: Xét tụ điện môi trường giữa hai điện cực là cách điện có hằng số điện môi Nối vào tụ điện áp xoay chiều , dòng điện tích trong tụ (It) gồm hai thành phần

- Ic: Dòng điện tích thực sự

- Ir: Dòng tổn hao làm nóng điện môi trùng pha với điện áp

+ Với  là góc tổn hao, tg hệ số tổn hao, hằng số điện môi, tg số tổn hao

+ Tổn hao điện môi

- Điện áp xoay chiều: Pđ = U.IR= C.U2 tg (w)

Với IR = Ic tg = C.U tg

- Điện áp một chiều: Pđ = I2.R

2 Các dạng tổn hao điện trong môi

+ Tổn hao do dòng điện rò (là do các điện tích tham gia vào dòng điện dẫn dưới tác dụng của điện trường)

+ Tổn hao điện môi do ion hoá (ở các điện môi khí)

+ Tổn hao điện môi do cấu tạo không đồng nhất

+ Tổn hao điện môi do phân cực xẩy ra ở các chất có phân cực chậm Các điện môi có cấu tạo lưỡng cực, các điện môi có cấu tạo không dàng buộc

2.1.3 Tính chất cơ lý hoá của điện môi

1 Tính hút ẩm

a Độ ẩm không khí

+ Độ ẩm tuyệt đối (m)

Là khối lượng hơi nước có trong một đơn vị thể tích không khí (gH2 O/m3), ở t0c thì độ

ẩm tuyệt đối nhỏ hơn độ ẩm bão hoà (m < mm ) nếu ngược lại thì trạng thái hơi nước ở dạng sương rơi xuống

+ Độ ẩm tương đối (%): Là tỷ số giữa độ ẩm tương đối với độ ẩm bão hoà tính theo phần trăm %

% = m/mmax100% , ở trạng thái bão hoà thì % = 100%

b Độ ẩm của vật liệu cách điện

- Khi đặt vật liệu vào không khí ta có độ ẩm tương đối ở nhiệt độ nào đó Sau một thời gian thì vật liệu có độ ẩm là  và đạt tới độ ẩm cân bằng cb

e ảnh hưởng của độ ẩm tới phẩm chất cách điện của vật liệu cách điện

- Nước là vật liệu có cực tính mạnh, dẫn điện cao Vì vậy khi sâm nhập vào điện trở cách điện (Rcđ ) bị giảm

- Khi thử cách điện của điện môi người ta đo các trị số như R , điện dung(c), góc tg

để phán đoán tình trạng cách điện của điện môi

- Khi màng ẩm bề mặt tăng thì dòng điện dò tăng và Uphóng điện giảm tức là U nhỏ cũng gây nên hiện tượng phóng điện

Ví dụ : Khi đường dây đi qua vùng có nhiều bụi bẩn thì không khí ẩm (màng ẩm) bám vào sứ

sẽ gây ra phóng điện ngay với cả Ulv

- Khi sấy khô kể cả trong chân không để lượng hơi nước thoát ra hết rồi tẩm sơn cách

điện làm cho sản phẩm tăng tính chất cách điện

2 Đặc tính nhiệt vật liệu

a Tính chịu nóng: Là khả năng chịu được ở nhiệt độ cao và cả khi nhiệt độ thay đổi đột ngột

+ Tính chịu nóng đặc trưng bởi độ bền chịu nóng

- Với điện môi vô cơ thì nhiệt độ chịu được là điểm bắt đầu có sự thay đổi phẩm chất cách điện, là tổn hao điện môi dẫn đến điện trở cách điện giảm

- Với điện môi hữu cơ thì nhiệt độ chịu được là khi đó có biến dạng cơ học và suy giảm phẩm chất cách điện

+ Dựa vào khả năng chịu nhiệt của vật liệu người ta chia ra các loại sau

Gồm 7 cấp : Y, A, E, B, F, H, C theo chiều tăng dần của nhiệt độ

b Tính chịu băng giá

- ở nhiệt độ thấp thường tính chất của vật liệu cách điện tốt hơn nhưng vật liệu dẻo và

đàn hồi lại trở nên giòn và cứng gây khó khăn cho sự làm việc của vật liệu cách điện

c Độ dẫn nhiệt

- Có tác dụng truyền nhiệt ra xung quanh khi trong các vật liệu có nhiệt do tổn thất công suất Ví dụ: Trong dây dẫn, trong lõi thép máy biến áp và cả tổn hao điện môi trong chất cách điện

- Độ dẫn nhiệt ảnh hưởng đến độ bền điện khi đánh thủng nhiệt và độ bền vật liệu

- Độ dẫn nhiệt của vật liệu đặc trưng bởi nhiệt dẫn suất so với kim loại điện dẫn suất rất nhỏ

d Sự giãn nở nhiệt

- Được đánh giá bằng hệ số giãn nở chiều dài theo nhiệt Những vật liệu có hệ số giãn

nở dài nhỏ thường có độ bền chịu nóng cao hơn và ngược lại

2.2 Phân loại và tính chất cơ bản của vật liệu cách điện

2.2.1 Phân loại

a Phân theo trạng thái vật lý

Cách điện có thể ở thể khí, thể lỏng, thể rắn Giữa thể lỏng và thể rắn còn có một thể trung gian, gọi là thể mềm nhão như các vật liệu có tính chất bôi trơn, các loại sơn tẩm

b Phân loại theo thành phần hoá học

- Vật liệu cách điện hữu cơ: Chia làm hai nhóm

Nhóm 1: Có nguồn gốc thiên nhiên hoặc giữ nguyên thành phần hoá học như: Vải sợi, giấy,

bi tum hoặc biến đổi thành phần hoá học như cao su, phíp, lụa

Nhóm 2: Vật liệu nhân tạo thường được gọi là lụa nhân tạo như: Nhựa phênol, nhựa polieste,

nhựa epoxi, xilicon, vinyl

- Vật liệu cách điện vô cơ:

Gồm: Các chất khí, các chất lỏng không cháy, các vật liệu rắn như gốm sứ, thuỷ tinh,

amiăng

c Phân loại theo tính chịu nhiệt:

Là sự phân loại rất cơ bản, là cơ sở để lựa chọn vật liệu

Các vật liệu cách điện chủ yếu

Y 90 Giấy vải sợi, lụa, phíp, cao su Các loại nhựa PVC, polietilen,

cacbamit

A 105 Giấy, vải sợi, lụa trong dầu, nhựa poliste, cao su nhân tạo, các loại sơn

cách điện có dầu làm khô

E 120 Nhựa tráng polivinylphocman,epoxi Giấy ép hoặc vải có nhựa

phenolfocmandehit( gọi chung là bakelit giấy)

Nhựa polieste, amiăng, mica, thuỷ tinh có chất độn.Sơn cách điện có dầu làm khô dùng ở các bộ phận không tiếp xúc với không khí Nhựa epoxi, sợi thuỷ tinh, nhựa melamin focmandehit, amiăng, mica, hoặc thuỷ tinh có chất độn

F 155 Sợi amiăng, sợi thuỷ tinh có kết dính

H 180 Xilicon,sợi thuỷ tinh, mica có kết dính

C Trên 180 Mica không có chất kết dính, thuỷ tinh, sứ Politetraflotilen

Polimonoclortrifloetilen

2.2.2.Các tính chất cơ bản

a Tính chất vật liệu cách điện thể khí

-Điện môi gần bằng 1, là hằng số

- Điện trở cách điện rất lớn và phụ thuộc điện áp

- Hệ số tổn hao tg phụ thuộc vào điện áp

- Độ bền cách điện phụ thuộc nhiều vào áp suất, các thông số hình học của điện cực, thời gian tác dụng của điện áp

b Tính chất của cách điện thể lỏng (Đặc trưng là dầu biến thế)

c Tính chất cuả cách điện thể rắn

Với vật liêu thể rắn thông thường mỗi vật liệu bao gồm nhiều loại vật liệu khác nhau, tuỳ thuộc vào vật liệu cơ bản và tỷ lệ thành phần của các vật liệu khác, mà các thông số tính chất của cách điện biến thiên trong phạm vi rộng để thể hiện rõ xét riêng từng loại vật liệu

có hai loại cánh kiến chính : Muxcovit và Flogopit

* Muxcovit : có thành phần hoá học là K20.3Al2O3.6SiO2H2O

+ Đặc điểm

- ở dạng mỏng, trong suốt, mầu trắng hoặc mầu hồng có bề mặt nhẵn bóng Có độ bền cơ và điện cao, tổn hao điện môi nhỏ

ứng dụng: Dùng trong các thiết bị có yêu cầu độ bền cao về cơ và điện như trong cổ

Dùng làm buồng dập hồ quang điện trong máy cắt, tay nắm phích cắm điện ở bếp

điện, làm các tấm đệm chịu được dao động

2 Vật liệu gốm

a Phân loại

+ Phân theo đặc tính

- Nhóm có hằng số điện môi  = 6 và tổn hao điện môi nhỏ

- Nhóm có tổn hao điện môi nhỏ với hằng số điện môi lớn

- Nhóm có tính năng điện kém hơn, nhưng có hệ số giãn nở nhỏ hơn

+ Phân theo tính năng sử dụng :

- Sứ đỡ - Sứ xuyên - Sứ treo - Sứ cao áp - Sứ hạ áp

b Thành phần

Gồm : Cao lanh và fenspat, hoặc thạch anh và cao lanh, chất cao lanh chịu nhiệt, fen

spat đảm bảo độ bền cách điện và thạch anh đảm bảo cơ tính

- Các chất được nghiền nhỏ, khử bỏ tạp chất, hoà tan trong nước với bột tinh thạch, sau

đó cho vào khuôn định hình đem tráng men và nung tạo thành sứ

- Để tăng cường cách điện, điện áp phóng điện, người ta tráng lên sứ một lớp men gần giống thuỷ tinh

c Đặc điểm

- Chịu nước, chịu ẩm, không bụi bẩn ít rò điện độ bền cơ giới cao

d Phạ

Làm các chi tiết cách điện, các phần tử đốt nóng, hộp buồng dập hồ quang, tấm ngăn

hồ quang và dùng chế tạo các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao

* Kích thước vật liệu giảm 20% khi nung

3 Thuỷ tinh và amiăng

a Thuỷ tinh

+ Đặc điểm

-Tính chịu nhiệt cao, khả năng dẫn nhiệt >vải 4 lần

- Sợi thuỷ tinh không hút ẩm, vải thuỷ tinh hút ẩm 5% còn vải hút ẩm tới 9%

- Có khả năng chịu dầu, axit và xút

- Không bị mục, nấm mốc dùng ở khí hậu nóng ẩm

- Không già hoá, điện trở cách điện cao hơn các loại vật liệu có sợi khác, độ bền cách

điện cao

- Hoá bụi nếu bị cọ sát nhưng có thể hạn chế nhược điểm này bằng cách bôi dầu hoặc tẩm sơn

+ ứng dụng

-Thuỷ tinh dùng cách điện như sứ

- Cách điện stato máy phát, động cơ điện kéo xe lửa, động cơ sử dụng ở chỗ nóng, hay đóng ngắt, đảo chiều như: Động cơ cầu trục, máy biến thế hàn

- Cách điện cho cuộn dây của các máy, khí cụ làm việc ở nơi nóng

b Amiăng

Amiăng tên gọi của nhóm vật lệu khoáng chất có cấu trúc sơ tên phổ biến là Crizotin

Là sự biến dạng sơ của khoáng chất Crizotin( loại đá xenpentinit) 3MgO.2SiO 2 2H 2 O,nó có từng lớp trong nham thạch

+ Đặc điểm : Khi được làm nóng và ép thì ban đầu hoá mềm sau đó hoá cứng giữ hình

dáng theo khuôn ép dù có làm nóng cũng không thay đổi hình dáng Trước khi hoá cứng có thể hoà tan một số dung môi như : cồn để tăng cường độ cách điện

- Bakelit : được chế tạo từ fenol [C6H5OH] hoặc Crezol[C4H4OHCH3] và phoc man de hyt[HCOH] là một trong những cách điện quan trọng nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật điện, những chất độn như mạt cưa, gỗ thông khoảng 50% khối lượng, ngoài ra còn giấy, rẻ vụn, amiăng, sợi thuỷ tinh làm tăng tính cách điện của sản phẩm

+ ứng dụng : làm ống cách điện, làm khung cuộn dây, hộp vỏ cách điện

- Nhựa cacbamitphocmandehyt:Được chế tạo từ cacbamit [CO(NH2)2] và phocmandehyt[HCOH] dùng để ép khung, nắp, vỏ, cách điện có cơ tính và chịu nhiệt kém so với bakelit

- Nhựa melamin: chế tạo từ melomin [N3C3(NH2)3] và phocmandehyt [HCOH] dùng làm keo dán, làm chi tiết cách điện, chịu nhiệt như buồng dập hồ quang

- Nhựa polieste: Là sản phẩm trùng hợp từ este chế tạo từ glyxerin và các axit nhiều

hoá trị Có đặc điểm chịu được nhiệt của hồ quang, chịu ẩm, chịu dầu trong đó có loại poxterit

được dùng để đúc cuộn dây biến áp nhỏ và máy biến áp trên máy bay, cách điện giữa các lá

đồng và cổ góp

- Nhựa xilicon: được chế tạo từ nguyên tố silic từ cát thạch anh, được coi là một trong

những loại nhựa mới nhất, có nhiều công dụng quan trọng Sản phẩm của xilicon, chia làm 5 nhóm : Dầu xilicon, mỡ xilicon, cao su xilicon, nhựa và sơn tẩm

b Nhựa nhiệt mềm: Chế tạo bởi - CH2 – và một số nhóm CO-NH-

- Đặc điểm: Có thể ép thành tấm mỏng dùng hoá mềm khi bị làm nóng

- ứng dụng

+ Trong điện CN : Làm vỏ chi tiết lắp các thiết bị điện, vỏ dây dẫn, cáp

+ Trong KT chiếu sáng : Vỏ hộp các loại đèn

+Trong KT điện tử, KT đo lường : làm vỏ radio, tổng đài điện thoại, phụ kiện ống nghe, biến dòng, màn hình, bánh xe đếm số

+ Trong dụng cụ cầm tay : Tay kìm, băng cách điện

c Nhựa thông ( colofan)

Là loại nhựa có màu vàng hoặc nâu được sản xuất từ nhờ trưng cất dầu thông

Đặc điểm: Colofan hoà tan trong dầu mỏ ( khi đun nóng) và các hyđrôcácbon khác, trong

dầu thực vật, trong rượu, trong dầu thông…

Colofan ôxy hoá từ từ trong không khí, khi đó nhiệt độ hoá dẻo của nó tăng nhưng độ hoà tan lại giảm

ứng dụng: Dùng nhựa đường để sản xuất sơn, hợp chất cách điện, đổ các đầu cáp điện

cao áp

2/ Chất đàn hồi (Vật liệu trên cơ sở cao su và những chất có đặc tính gần giống cao su)

a Cao su thiên nhiên

Đặc điểm

Cao su thiên nhiên lấy được từ nhựa cây cao su ở dạng lơ lửng và các phần tử rất nhỏ có hình mạch vòng( gọi là vi cầu)trong nước Khi làm đông tụ mủ cao su và thải hết tạp chất tách riêng ra được cao su

Thành phần cao su: Là hyđrôcácbon trùng hợp (C5H8)n

Khi nóng nên tới nhiệt độ 500c thì cao su trở thành dẻo và dính, còn khi ở nhiệt độ thấp thì giòn

Tính đàn hồi của cao su gắn liền với hình dáng của các chuỗi xích trong các phân tử của nó

Khi cao su bị lực kéo thì nó giãn ra, khi bỏ lực kéo thì trở về hình thể vật như cũ

ứng dụng

Không dùng cao su nguyên chất để sản xuất vật liệu cách điện vì nó không chịu được nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp cũng như tác dụng của dung môi

b Cao su lưu hoá

Đặc điểm: Sau khi lưu hóa với lưu huỳnh làm cho tính chịu nhiệt, chịu lạnh của cao su tốt

hơn, tăng độ bền cơ và độ bền đối với dung môi Ngoài lưu huỳnh người ta còn cho thêm vào thành phần cao su những chất độn khác (đá phấn, thạch anh…) làm thay đổi cơ bản tính chất của cao su, hoặc còn thêm chất độn màu, chất xúc tác làm nhanh quá trình lưu hoá

c Cao su tổng hợp

Người ta dùng rượu cồn, dầu mỏ, khí thiên nhiên làm nguyên liệu để sản xuất ra cao su tổng hợp để thay thế cho cao su thiên nhiên

+ Cao su butađien: Là loại cao su phổ biến nhất và muốn dùng vào mục đích cách điện phải

rửa sạch chất xúc tác còn dư lại (natri) vì chất này làm giảm tính cách điện của cao su

+ Cao su cloropren

Loại này tuy có đặc tính cách điện thấp nhưng rất bền đối với tác dụng của dầu và

xăng, ozôn và các chất ôxy hoá khác

Dùng làm vỏ bảo vệ cho các sản phẩm cáp, làm tấm đệm chịu dầu

+ Escapon: Khi nung nóng tới 200 3000C( không cho thêm chất lưu hoá)các liên kết kép bị

đứt cục bộ do đó cao su butađien được trùng hợp bổ xung và chuyển thành escapon là chất gần giống êbômit nhưng có độ bền nhiệt cao hơn ít chịu tác dụng của axit và các dung môi hữu cơ

- Dùng làm điện môi cao tần, và là cơ sở để sản xuất vật liệu mới như sơn, hợp chất cách điện

+ Cao su butyl, cao su silic hữu cơ (Tài liệu trang 238)

2.3.3 Vật liệu xơ

Vật liệu xơ được cấu tạo bằng các phần tử nhỏ và dài gọi là xơ (gỗ, giấy, cactông, vải sợi) Rẻ tiền, độ bền cơ và độ dẻo khá cao, sản xuất thuận tiện

Độ bền điện và độ dẫn nhiệt không cao, độ hút ẩm lớn so với các vật liệu khác

1.Gỗ:

Đặc điểm: Có đặc tính cơ tương đối tốt, độ bền kéo (dọc theo xơ)

- Gỗ không được dùng phổ biến vì có những nhược điểm sau:

+Tính hút ẩm cao làm tính cách điện bị giảm, mặt khác các chi tiết làm bằng gỗ khi khô

b/ Giấy cáp điện thoại:

Là loại giấy được chế tạo với chiều dày 0,05mm, có các màu khác nhau dùng để làm chất cách điện cáp điện thoại và chất độn trong việc sản xuất mica

c/ Giấy tụ điện:

Loại giấy này khi đã được tẩm làm điện môi cho tụ điện giấy Có hai loại giấy làm tụ

điện

Loại có nhãn hiệu KOH loại giấy làm tụ điện thông thường

Loại giấy silicon dùng làm tụ điện động lực

d/ Các tông cách điện: ( có hai loại)

Loại 1: Để ngoài không khí cứng và đàn hồi dùng làm cách điện trong không khí như: Lót rãnh máy điện, làm lõi cuộn dây

Loại 2: Dùng trong dầu có cấu trúc xốp và mềm hơn, dùng chủ yếu trong dầu máy biến áp, vì

nó có tính tẩm dầu tốt khi đó có độ bền điện cao

e/Phíp:

Sản xuất: Cho giấy mỏng đi qua dung dịch clorua kẽm (ZnCl2) nóng rồi đem quấn vào một tang quay bằng thép để có chiều dày cần thiết Sau đó cắt khỏi tang đem rửa bằng nước và ép thu được sản phẩm gọi là phíp

Đặc điểm:

Phíp có độ háo nước cao, khi độ ẩm môi trường xung quanh cao thì phíp dễ bị biến dạng

Dưới tác dụng của hồ quang điện phíp bị phân huỷ và sinh ra lượng khí lớn có khả năng dập tắt hồ quang

2.4 Vật liệu cách điện ở thể khí, lỏng và lửa lỏng

Điểm sôi ở 1.at (0C)

Điện

áp ion hoá

(v)

Điện

áp

đánh thủng (kv)

Hoạt tính hoá

học

Tác dụng

độc hại

Có thể bốc cháy

Tác dụng

ăn mòn

đối với

đồng và thép

Tác dụng

ăn mòn

đối với chì

Ghi chú: (1) : Đo trong trường đồng nhất, khoảng cách điện cực là 1cm

Dấu + : có; Dấu - : không có; Dấu x: có, với các tính chất phát sinh do sự phân hủy của

hồ qung điện

2.4.2 Vật liệu cách điện ở thể lỏng

+ Dầu mỏ : Dầu khai thác từ các mỏ dầu tự nhiên

Đặc điểm: Chủ yếu là cacbon từ 85%  89%, 1 4% H2, ngoài ra còn có oxytsunfua và các chất khác

Dựa vào ứng dụng của các loại dầu người ta chia thành các loại sau : Dầu máy biến áp, dầu cáp, dầu tụ điện, dầu thầu dầu

a Dầu máy biến áp

+ Quá trình trưng cất : là sản phẩm của dầu mỏ

+ Công dụng : Làm mất các lỗ của các loại vật liệu cách điện dạng sợi, lấp các khoảng trống giữa các cuộn dây, giữa cuộn dây với lõi thép

- Độ nhớt ảnh hưởng đến khả năng tản nhiệt khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm

- Tổn hao điện môi tương ứng :

F= 50 Hz, To= 20oC, Tg  0,003 F= 50 Hz, To= 70oC, Tg = 0,025 Cường độ cách điện là thông số đánh giá chất lượng dầu Ví dụ: U = (635) kV thì cường độ cách điện là 12 kV/mm; U>35kV thì cường độ cách điện là 16 kV/mm

+ Đặc tính nhiệt của dầu : Độ tản nhiệt ( nhanh hay chậm)

- Sự giãn nở của dầu dùng để tính độ giãn nở của thùng dầu

- Sự tản nhiệt của dầu lớn gấp 28 lần của không khí vì vậy dầu máy biến áp được dùng trong các máy cắt

* Các nhược điểm của dầu máy biến áp

-Tính năng điện biến đổi lớn nếu dầu bị bẩn, nhạy cảm với độ ẩm vì lớp dầu trên mặt

có tính hút ẩm

- ở nhiệt độ cao cho phép, dầu có những biến đổi về hoá: Giảm độ nhớt, tính năng cách

điện và làm mát đều bị giảm đó là sự già hoá dầu

- Dầu dễ cháy khi cháy phát sinh khói đen, hơi dầu bốc lên hoà vào không khí làm thành hỗn hợp nổ

b Dầu cáp

Dùng trong các loại cáp có điện áp U>110 kV với độ nhớt nhỏ, độ sạch cao

c Dầu tụ điện : gần giống dầu máy biến áp

+ Biện pháp làm sạch : Dùng các chất để hấp thụ tạp chất đạt đến cường độ cách điện

từ 20  25 kV/mm

+ Đặc điểm

- Dễ nổ, tính ổn định kém khi ở nhiệt độ cao, khi tiếp xúc với không khí

- Dễ bị già hoá khi tiếp xúc với điện trường

e Dầu thầu dầu : Là loại dầu tự khô nếu không pha thêm các chất khác còn nếu pha khô rất

chậm dùng để làm chất điện môi lỏng tẩm vào giấy tụ điện không tan trong

2.4.3 Sơn và các hợp chất cách điện

a/ Sơn: Là những dung dịch keo của nhựa, bi tum , dầu khô và các chất tương tự Các chất

này được gọi là nền sơn và hoà tan trong dung môi dễ bay hơi Khi sơn sấy khô dung môi bay hơi hết còn nền sơn sẽ chuyển sang trạng thái rắn và tạo thành màng sơn

Theo cách sử dụng sơn có thể chia thành ba nhóm chính: Sơn tẩm, sơn phủ, sơn dán

* Sơn tẩm: Dùng tẩm những chất cách điện xốp và đặc biệt là chất cách điện ở dạng xơ ( giấy, sợi, vải) Sau khi tẩm các lỗ xốp được lấp kín vì thế khi được tẩm chất cách điện có điện áp

đánh thủng và độ dẫn điện cao hơn, tính háo nước và tính hút ẩm giảm đi nhiều, tính chất cơ học tăng, ít bị ảnh hưởng của không khí Vì vậy độ bền nhiệt tăng, cải thiện căn bản nhiều tính chất quan trọng của vật liệu

* Sơn phủ: Dùng để tạo ra trên bề mặt của vật liệu được quét sơn một lớp mành nhẵn bóng, chịu ẩm và bền cơ học Dùng sơn này để quét lên chất cách điện rắn xốp đẫ được tẩm sơ bộ nhằm cải thiện đặc tính cách điện làm tăng điện áp phóng điện và điện trở bề mặt, chống lại hơi ẩm và các chất hoà tan Ngoài ra còn có sơn phủ trực tiếp lên kim loại nhằm tạo ra trên bề mặt của nó lớp cách điện (êmay)

- Men màu cũng xếp vào loại sơn phủ, đó là những loại sơn được cho thêm sắc tố vào thành phần của chúng Sắc tố này là loại bột mịn vô cơ nó làm cho sơn có màu sắc nhất định,

độ bền cơ học cao, độ dẫn nhiệt và độ bám dính được cải thiện hơn

* Sơn dán: Dùng để dán các vật liệu lại với nhau như dán mica hoặc để gắn vật liệu cách điện vào kim loại Ngòai các tính chất của sơn ra sơn dán cần phải có lực bám dính cao

-Theo chế độ sấy người ta chia làm hai loại: Sơn sấy nóng và sơn sấy nguội

+ Sơn sấy nóng là loại sơn khô ở nhiệt độ cao( > 1000c)

+ Sơn sấy nguội loại này khô nhanh khi ở môi trường không khí có nhiệt độ bình thường

Một số loại sơn ứng dụng trong kỹ thuật điện

- Sơn bakêlít là dung dịch bakêlít hoà tan trong rượu Đây là loại sơn tẩm và sơn dán màng sơn của nó bền cơ nhưng kém dẻo và hoá già nhanh Dùng chế tạo chất cách điện của các thiết bị cao áp

- Sơn silíc hữu cơ: Là loại sơn đòi hỏi được sấy khô ở nhiệt độ cao tạo thành màng sơn chịu nhiệt và ẩm cao Không dùng sơn này cho máy điện có vành góp thông gió theo chu trình kín vì nó làm cho chổi than chóng mòn và rối loạn quá trình đổi chiều

- Sơn cánh kiến, sơn xenlulô: Tài liệu trang 219

b/ Hợp chất cách điện

Là hỗn hợp các loại vật liệu cách điện với nhau ví dụ: Nhựa bitum, xenlulô, xrezin khi numg nóng ở nhiệt độ cao thì chúng chuyển trạng thái lỏngvà khi để nguội đông lại để tạo ra các tính chất cần thiết (tính dẫn nhiệt, tính cách điện) người ta cho thêm vào các chất phụ như: cát, thạch anh, bột tan

+Theo công dụng hỗn hợp cách điện chia thành hai loại:

- Loại dùng để tẩm, ngâm

- Loại dùng để lấp đầy các khoảng trống giữa các chi tiết khác nhau

2.5 Sử dụng vật liệu cách điện

* Điện áp tác dụng lên cách điện (Gồm 4 loại điện áp)

1 Điện áp làm việc: Là điện áp tác dụng nên cách điện trong thời gian dài, liên tục trong

quá trình thiết bị vận hành Trị số điện áp thường được giữ ổn định trong suốt quá trình vận hành

2 Điện áp thử: Trong trường hợp kiểm tra cách điện thì cách điện phải chịu điện áp thử

trong 1 phút Trị số điện áp thử nói chung bằng 2 điện áp dây

3 Quá điện thế nội bộ

Là quá điện thế phát sinh do sự thay đổi đột ngột các thông số của hệ thống điện

4 Quá điện thế khí quyển: Xuất hiện với dạng sóng điện động có biên độ rất lớn và tăng

đột biến

+ Hệ số an toàn: Hệ số an toàn cho chúng ta biết có thể cho phép phụ tải tác dụng lên cách

điện bằng bao nhiêu phần mười khả năng chịu được của cách điện

- Hệ số an toàn có thể phân biệt thành ba loại:

Loại 1: Hệ số an toàn thử nghiệm là tỉ số giữa điện áp thử và điện áp làm việc do tiêu chuẩn quy định không cần lựa chọn

Loại 2: Hệ số an toàn tính toán là tỉ số điện áp đánh thủng và điện áp làm việc, được chọn làm cơ sở tính toán

Loại 3: Hệ số an toàn thực là tỉ số giữa điện áp đánh thủng thực tế và điện áp làm việc

2.5.1 Cách điện của máy biến áp

* Đặc điểm của cách điện của máy biến áp

a Điện áp làm việc lớn, cuộn dây có số vòng lớn, tiết diện dây nhỏ

b Chênh lệch lớn giữa nhiệt độ cao và thấp trong cách điện dẫn đến cuộn dây phải làm mát bằng dầu

c Máy biến áp thường nối với dây dẫn trên không nên phải chịu quá điện thế khí quyển

+ Cách điện cuộn dây trên điện áp lớn tiếp xúc sát với ống cách điện thì có tính chất cách điện xuyên Nếu giữa cuộn dây và ống có khe hở có dầu thì ống cách điện chỉ đóng vai trò của vách ngăn Như vậy miếng cách điện trên và dưới có tính chất cách điện đỡ Đó là mỗi điện cực tiếp xúc với ít nhất 2 loại cách điện

2.5.2 Cách điện của máy điện quay

1 Cách điện của máy điện dòng xoay chiều hạ thế

Máy điện hạ thế làm việc ở điện áp (380550)V, điện áp thử (20002500)V

+ Cách điện của dây bằng emay hoặc emay-vải

+ Cách điện vòng dây bằng hai lần cách điện dây, dây có tiết diện tròn đường kính

<=3mm có thể dùng cho máy điện có công suất (P =5060) mã lực Còn máy điện có P>60 mã lực dùng dây có tiết diện chữ nhật vì hệ số lấp đầy tốt hơn

+ Cách điện lớp vì điện áp vòng dây rất nhỏ ở mấy hạ thế thường không dùng cách

điện lớp ví cách điện vòng dây đã đủ sức chịu được những tác dụng về điện giưã các lớp với dây có cách điện cấp B

+ Cách điện rãnh thuộc nhóm cách điện có điện cực cấy trong cách điện, cách điện

bối dây thuộc mhóm cách điện xuyên

+ Cách điện cuộn dây

- Cách điện giữa các bối dây chịu nhiệt bằng cách điện cấp A

- Cách điện rãnh Bình thường cách điện chịu Upha hệ số an toàn là 7 với Udây số an toàn là 4, trong trường hợp ngắn mạch chạm đất ở lưới điện trung tính không nối đất

* Cách điện cuộn dây rôto cũng giống stato, cần chú ý có trường hợp điện áp của rôto lớn hơn

điện áp của stato và khi đảo chiều bằng hai lần

2 Cách điện của máy điện dòng điện một chiều

* Cách điện vòng dây

Dây nhỏ bọc bằng hai lớp vải tẩm êmay gốc nhựa tổng hợp, dây lớn bọc sợi đã tẩm hoặc thuỷ tinh hoặc bằng giấy mica.Trường hợp dùng dây có cách điện cấp B thì lót bằng mica hoặc vải thuỷ tinh đã tẩm

* Cách điện bối dây

Cách điện rãnh ở máy điện có công suất trung bình hoặc lớn hơn một ít thường dùng mica hoặc vải thuỷ tinh phần đầu rãnh nhô ra 10mm ở mỗi phía

* Cách điện cuộn dây cực từ chính

Trong mấy điện kích từ song song có số cực nhỏ hơn 4 thông thường đùng dây tròn có cách điện bằng êmay hoặc sợi Máy điện có công suất nhỏ cuộn dây có ống lót, được quấn trên khuôn mẫu khi lấy ra người ta quấn cách điện ra ngoài cuộn dây bằng vải tẩm dầu bề dáy cách điện khoảng 3mm, đầu dây ra ngoài được cách điện bằng vải tẩm nhựa

* Cuộn dây bù

ở máy công suất lớn là thanh dẫn trần không có cách điện đặt ở rãnh cực từ chính.Còn máy công suất nhỏ nếu có cuộn bù cực từ chính chia làm hai nửa, cuộn bù nhiều vòng quấn sẵn và quấn cách điện ở ngoài sau đó đặt vào rãnh ở mấy có công suất trung bình thì cuộn bù

được quấn sẵn đặt trong rãnh hở cả cuộn dây được bọc vải phin nõn đã tẩm giấy dày 0,6mm

* Cách điện cuộn dây cực từ phụ Tương tự cách điện ở cuộn dây cực từ chính

3 Cách điện của máy điện xoay chiều cao thế (Được chia thành hai nhóm)

Nhóm 1 Cách điện máy phát tua bin

a Cách điện của stato

Cách điện vòng dây và cuộn dây trong một rãnh giống nhau Dây dẫn mỏng bằng đồng bện kết thành thanh dẫn dùng màng mica quấn lên thanh dẫn và ép nóng thành ống mica Bên ngoài bọc một lớp kim loại hay giấy mỏng để bảo vệ ống, các đầu dây được bọc cách điện bằng vải tẩm nhựa

b Cách điện rôto

Các dây dẫn đặt trong rãnh được cách điện với nhau bằng phiến mica nhỏ hoặc giấy mica

Nhóm 2 Cách điện ở máy điện cao thế

Cách điện không áp dụng hàng loạt như ở máy điện hạ thế với điện áp làm việc từ (36) kV và công suất lớn

- Cách điện dây bằng vải

- Cách điện lớp bằng prespan

- Cách điện rãnh, cuộn dây bằng mica

4 Cách điện của động cơ có công suát nhỏ

Cách điện dây dẫn bằng vải, êmay Cuộn dây được quấn ở bên ngoài và sau đó lồng vào rãnh hoặc quấn thẳng vào rãnh

5 Cách điện của một số động cơ đặc biệt

Đó là một số loại động cơ làm việc ở môi trường khắc nghiệt, như động cơ chịu rung

động liên tục, động cơ thường xuyên tiếp xúc với nước, ngâm trong nước

+ Động cơ trên tàu điện, ôtô buýt, động cơ làm việc môi trường axit chú ý đặc biệt đến vật

liệu tẩm và phương thức tẩm sấy Cách điện cho các loại này phải thoả mãn yêu cầu về điều kiện làm việc

+ Động cơ bơm chìm (liên tục ngâm trong nước ) có thể có hai cách để cách điện

Cách 1: Đặt động cơ trong hộp kín nước

Cách 2: Cuộn dây tiếp xúc với nước vật liệu cách điện đặc biệt phải chịu nước

ở động cơ có công suất (5060) mã lực dùng cách điện bằng cao su, trong rãnh lót vải tẩm nhựa hoặc tấm mỏng PVC

2.5.3 Cách điện của khí cụ điện

1 Các bộ phận cách điện

+ Cái cách điện đỡ (sứ đỡ)

Chiều cao tối thiểu của sứ đỡ là khoảng cách cần thiết giữa hai điện cực đỉnh mặt phẳng dưới

điện áp đã cho.Trong trường hợp sứ đặt trong điện trường đồng nhất thì điện áp đánh thủng nhỏ hơn điện áp đánh thủng không khí Bề mặt của sứ càng ẩm ướt càng bẩn thì điện áp đánh thủng càng nhỏ hơn

Sứ đặt ngoài trời phải có tán để ngăn cản nước bắn vào thân sứ, trên mặt phải nghiêng để mưa có thể trôi dễ dàng

ở sứ đỡ cao thế đặt ngoài trời cần phải chú ý: Trên mặt không để hình thành lớp ẩm liên kết với nhau, nếu không phóng điện vầng quang có thể sinh ra làm ra axit nitric, bề mặt

sứ trở nên dẫn điện Hiện tượng này không những ảnh hưởng đến sự phân bố điện áp trên mặt ngoài, mà còn gây nên sự đánh thủng sứ ở dưới mũ sứ hoặc ở điểm yếu của thành sứ Hồ quang cháy bên trong sứ nung nóng không khí dẫn đến làm nổ tung sứ Để khắc phục hiện tượng này có hai cách:

- Cách 1 Bơm khí nitơ vào bụng sứ đến áp suất (1,21,5) atm sau đó nút kín lỗ thoát ở

dưới

- Cách 2 Quét lên mặt trong sứ một lớp sơn ngăn không cho lớp ẩm liên kết với nhau

(sơn xilicon)

* Cái cách điện xuyên (sứ xuyên)

- Sứ xuyên phải được thiết kế về phương diện điện áp đánh thủng, điện áp phóng điện, điện

áp ngưỡng của phóng điện có vầng quang, điện áp ngưỡng của tia lửa điện do rò điện Điện trường tác dụng trên thanh dẫn đặt xuyên qua sứ không được lớn hơn độ bền cách điện của môi trường, nếu không trên bề mặt của thanh dẫn sẽ có phóng điện vầng quang

- Sứ xuyên đặc dùng ở hạ thế

- Sứ xuyên rỗng dùng ở cao thế, trong ống rỗng là không khí hoặc dầu

2 Cách điện ở cuộn dây điện từ trong khí cụ hạ thế

+ Cách điện vòng dây: Thường là êmay,lụa êmay vì điện áp các vòng dây rất nhỏ

+ Cách điện lớp: Trong nhiều trường hợp không dùng điều này không đúng Cần lót

cách điện lớp dù rất mỏng (giấy tụ điện o,o1mm cũng đủ)

+ Cách điện chính là khung cuộn dây, thường làm bằng prespan gồm có 3 bộ phận:

Thân và hai mặt đầu, dùng băng vải để liên kết 3 phần đó nhưng chỉ sau khi quấn xong cuộn dây

3 Cách điện của cuộn kháng hạn chế dòng ngắn mạch

Những chỗ cách điện quan trọng là: Cách điện vòng dây, Cách điện phần cuộn dây cách điện giữa các cuộn dây thuộc các pha khác nhau,cách điện với đất và trần nhà

Để dễ làm mát bằng không khí cuộn dây được chia làm nhiều phần và gắn chặt lại bằng gân bê tông Bê tông không có tính cách điện hoàn toàn do đó phải lót cách điện giữa cuộn dây và gân bê tông

- Cách điện giữa các vòng dây với nhau bao gồm cách điện dây dẫn, không khí và chêm Cách điện dây bằng giấy hoặc vải, thuỷ tinh

- Cuộn kháng hạ áp có thể quấn dây sát nhau, giữa có lót phiến cách điện nhỏ có kích thước vừa với dây

- Đối với tất cả các loại cuộn kháng, chỗ nguy hiểm nhất là chỗ tiếp xúc giữa cuộn dây với chi tiết làm chặt.Yêu cầu cách điện chịu được tác dụng điện và tác dụng cơ học

4 Cách điện của tụ điện

Tụ điện tích luỹ năng lượng điện dưới dạng năng lượng tĩnh điện trong không gian có cách điện giữa hai điện cực, năng lượng tích càng lớn, nếu thể tích điện trường và hằng số

điện môi càng lớn tức là cách điện phải chịu được điện trường lớn

Khi đóng mạch tụ điện, điện áp tăng gấp đôi điện áp làm việc tuy thời gian rất ngắn xong cũng cần xác định khả năng chiụ điện áp của tụ điện

Ngoài cách điện giữa các điện cực gọi là cách điện có ích còn có những phần cách

điện gọi là cách điện cần mà xấu đó là: cách điện giữa các phần tử tụ với nhau, giữa chúng với thùng đựng,cách điện của các dây dẫn nối và dây dẫn ra

Tụ điện hạ thế và trung thế cách điện là giấy tụ Mỗi đơn vị tụ được ghép bằng các phần tử tụ, được đặt trong thùng dầu để dễ làm mát

Tụ dùng trong kỹ thuật tần số cao cũng dùng giấy tụ chế tạo xong được bọc bằng parapin hoặc bằng các loại nhựa đông cứng khác Hoặc tụ gốm vật liệu làm điện cực ở dạng bột và tráng lên cách điện

Tụ hoá (chỉ sử dụng được ở hạ áp) cách điện là khoảng kín giữa bình và chất điện phân

mà chất điện phân đựng trong một phần dùng làm một trong hai điện cực

Làm cách điện cho tụ là công việc đòi hỏi rất chính xác Đối với tụ hạ thế cũng cần coi thực tế đó là một khí cụ cao thế, vì điện trường tác dụng là 10kV/mm thuộc phạm vi điện trường lớn nhất trong kỹ thuật cách điện

5 Cách điện của khí cụ đóng cắt

ở khí cụ điện đóng cắt (cầu dao cách ly, máy cắt) phụ tải quyết định kích thước của khí cụ

điện là phụ tải cơ học.Tuy nhiên không thể bỏ qua hiện tượng phóng điện và đánh thủng của vật liệu Cách điện thông thường là không khí Khoảng cách cách điện trong không khí là thông số để khỏi bị đánh thủng Vì vậy để tăng thêm độ an toàn, người ta dùng thêm vách ngăn Một thông số quan trọng nữa là khoảng cách điện rò Để tăng thêm độ an toàn người ta thường tăng thêm khoảng cách điện rò hoặc dùng loại vật liệu có bề mặt không thấm nước

a Cách điện của cầu dao cách ly

-Tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động phải được cách điện với nhau và cách điện với đất Các bộ phận phải cách điện trên mỗi cực là: Cách điện đỡ, cách điện hở của lưỡi dao mở và cần đóng mở lưỡi dao

- Nguyên tắc quan trọng là điện áp đánh thủng khoảng cách hở giữa hai tiếp điểm đang

mở phải lớn hơn điện áp phóng điện trên sứ đỡ (ít nhất là 15%)

-Khoảng cách pha phải đảm bảo không để xảy ra hiện tượng đánh thủng, cũng như đối với khoảng cách hở Nếu khoảng cách không đạt thì phải dùng vách ngăn

- Khi cần đóng mở lưỡi dao làm bằng nhựa thì cách điện phải chịu được điện áp thử theo tiêu chuẩn

b.Cách điện của cầu dao cắt điện

* Cầu dao cách ly Nó không dùng đóng cắt khi có dòng điện, nó chỉ dùng để cách ly hai phần của đường dây điện Cầu dao cách ly được lắp cùng với máy cắt, khi đóng mạch điện thì cầu dao đóng trước( lúc chưa có dòng) sau đó đến máy cắt Quá trình cắt mạch điện thì ngược lại

* Cầu dao cắt điện là cầu dao có thể cắt mạch khi có dòng điện nhưng không có chức năng cắt dòng điện khi ngắn mạch.Cần mở lưỡi dao phải chuyển động nhanh hơn so với dao cách ly như vậy nó chịu tác dụng cơ học lớn hơn do đó ngoài cách điện như dao cách ly cần phải thiết

kế cách điện của buồng dập hồ quang

c Cách điện của máy cắt

Bộ phận cách điện chủ yếu là sứ đỡ, các bộ phận tiếp điểm phải chuyển động nhanh, cách

điện phải chịu lực cơ học lớn

6 Cách điện của khí cụ điện gia dụng

Một số khí cụ điện gia dụng như: công tắc, ổ cắm, cầu chì, cầu dao, đui đèn cần chế tạo cách điện thật tốt, không bị hư hỏng, mà nếu bị hư hỏng không được để xẩy ra tai nạn cho người hoặc gây hoả hoạn Vì vậy vật liệu được sử dụng phải có cơ tính tốt để có thể chịu được lực tác dụng do thao tác nhiều lần, phải đảm bảo dung sai kích thước chính xác.Chi tiết mang tiếp điểm động phải chịu lực va đập Nắp đậy chống tiếp xúc, không chế tạo bằng vật liệu dễ rạn nứt, dễ sứt mẻ Không dùng vật liệu dễ bị cháy do nhiệt của hồ quang Một số vật liệu

được dùng như: Nhựa pocmandehit, sứ, bakelit

7 Cách điện của máy và khí cụ bằng tay

Trong máy và khí cụ cầm tay cách điện có thể chia hai nhóm

- Cách điện bên trong, tức là cách điện các chi tiết có điện với nhau, yêu cầu như ở các loại máy và khí cụ điện khác không cầm tay, ngoài ra còn có bảo vệ tăng cường như: chống rung, chống va đập, chống ẩm, chống bụi

- Cách điện ngoài Tất cả các chi tiết mà người có thể chạm đến đều phải bọc cách

điện Hoặc tiếp đất vỏ máy, hoặc bắt buộc phải cắt nguồn khi cần tiếp xúc với một số chi tiết

8 Cách điện của phần tử đốt nóng

Cách điện của phần tử đốt nóng phải làm bằng vật liệu chịu nhiệt độ cao và độ bền về cơ khí (gốm sứ, mi các, thuỷ tinh chịu lửa)

*Kết cấu cách điện chia hai trường hợp

- Trường hợp phần tử đốt nóng đặt trên cách điện Điều kiện nhiệt độ vật liệu cách điện lớn hơn nhiệt độ phần tử đốt nóng

- Trường hợp phần tử đốt nóng được bọc trong cách điện chú ý đến sự giãn nở do nhiệt, chiếu dày của cách điện vừa đủ để thời gian phát nóng của phần tử đốt nóng không quá dài

2.6 Kiểm nghiệm cách điện

2.6.1 Phân nhóm và mục đích của việc kiểm nghiệm

Việc kiểm nghiệm cách điện chia làm ba nhóm:

* Nhóm 1: Kiểm nghiệm trong quá trình chế tạo được thực hiện trên vật liệu cách điện, trên

những phần cách điện Mục đích ngăn ngừa việc đặt vào thiết bị những vật liêu cách điện hoặc phần cách điện có khuyết tật, mặt khác kiểm tra quy trình chế tạo

* Nhóm 2 : Kiểm nghiệm sau quá trình chế tạo Mục đích kiểm tra xem trong thiết bị có

khuyết tật nào lớn không, thiết bị có được chế tạo đúng thiết kế không, những thông số của vật liệu có phù hợp với quy trình không

* Nhóm 3 : Kiểm nghiệm trong quá trình vận hành được thực hiện theo kế hoạch có hệ thống

gọi là việc kiểm tra bảo dưỡng định kỳ theo kế hoạch Mục đích theo dõi, kiểm tra xem cách

điện có bị hư hỏng(già hoá, bị ẩm) trong quá trình vận hành không

2.6.2 Thử cách điện không phá huỷ

- Đo những thông số của cách điện, theo dõi sự biến đổi của chúng đối với điện áp, nhiệt độ, tần số từ đó suy đoán kết luận về tình trạng độ bền cách điện các thông số đo được là: dòng điện rò, hệ số tổn hao, điện áp ngưỡng của ion hoá

Những thông số đo được bằng phương pháp thử không phá huỷ giúp ta kết luận về chất của độ bền cách điện nhưng không thể kết luận về lượng được Không giúp ta phát hiện

về những khuyết tật cục bộ trong cách điện

* Thử cách điện không phá huỷ trên cách điện đã là thành phẩm gồm có 3 loại:

1 Đo tổn hao cách điện và điện trở cách điện

Việc đo tổn hao và điện trở cách điện giúp ta phát hiện tình trạng hút ẩm của cách điện,

nó phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và cả điện áp do vậy điều kiện đo phải giống nhau

a Đo điện trở cách điện bằng điện áp một chiều (sơ đồ hình vẽ)

Sau khi đặt điện áp lên cách điện ban đầu nó như một tụ điện và được tích điện.Thời gian tích điện là RC:Với R là điện trở phụ, C là điện dung của cách điện từ (10-7 từ 10-8 F) Nếu R= 4  thì RC = (10-4 từ 10-5 )mms

Tiến hành đo: Trước khi đóng mach để đo ta đóng khoá K

để ngắn mạch điện kế ĐK tránh tác động của dòng điện tích

điện cho điện dung C, nếu điện áp đến 2500V thì dùng

mêgôm kế để đo điện trở cách điện quay được bằng tay