GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ

GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦGIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐẦY ĐỦ

PH N 1 V T LI U I N 5

Ch ng 1 V T LI U D N I N 5

1.1 Khái niệm, phân loại và đặc tính cơ bản của vật liệu dẫn điện 5

1.1.1 Khái niệm vật liệu dẫn điện 5

1.1.2 Phân loại vật liệu dẫn điện 5

1.1.3 Đặc tính cơ bản của vật liệu dẫn điện 5

1.2 Kim loại và hợp kim 8

1.2.1 Khái niệm 8

1.2.2 Cấu tạo kim loại hợp kim 8

1.2.3 Tính chất chung 9

1.3 Kim loại và hợp kim có điện dẫn suất cao 11

1.4 Hợp kim có điện dẫn suất thấp (Điện trở cao) 13

1.5 Các kim loại khác 14

1.5.1 Won fram 14

1.5.2 Mô lip đen 14

1.5.3 Niken 15

1.5.4 Chì 15

1.5.5 Thiếc 16

1.5.6 Kẽm 16

1.5.7 Bạch kim (platin) 16

1.5.8 Thuỷ ngân 16

1.6 ng dụng của hợp kim trong kỹ thuật điện 17

1.6.1 Hợp kim dùng làm điện trở 17

1.6.2 Hợp kim dùng làm tiếp điểm điện 19

1.6.3 Dây dẫn, dây cáp 22

1.7 V t li u siờu d n 25

1.7.1 Khỏi ni m 25

1.7.2 Cỏc đ c tớnh c b n c a v t li u siờu d n 25

1.7.3 ng d ng c a v t li u siờu dõn 25

Ch- ơng 2 V T LI U CÁCH I N 29

2.1 Những hiểu biết cơ bản trong kỹ thuật cách điện 29

2.1.1 Điện tr- ờng 29

2.1.2 Sự già hoá của vật liệu cách điện 30

2.1.3 Tính chất cơ lý hoá của điện môi 31

2.2 Phân loại và tính chất cơ bản của vật liệu cách điện 33

2.2.1 Phân loại 33

2.2.2.Các tính chất cơ bản 34

2.3 Vật liệu cách điện thể rắn 34

2.3.1 Vật liệu sứ và mi ca 34

2.3.2 Vật liệu dẻo và đàn hồi 37

2.3.3 Vật liệu xơ 39

2.4 Vật liệu cách điện ở thể khí, lỏng và nửa lỏng 41

2.4.1.Vật liệu cách điện ở thể khí 41

2.4.2 Vật liệu cách điện ở thể lỏng 41

2.4.3 Sơn và các hợp chất cách điện 43

2.5.1 Cách điện của máy biến áp 44

2.5.2 Cách điện của máy điện quay 45

2.5.3 Cách điện của khí cụ điện 46

2.6 Kiểm nghiệm cách điện 50

2.6.1 Phân nhóm và mục đích của việc kiểm nghiệm 50

2.6.3 Kiểm nghiệm cách điện của máy biến áp 52

2.6.4 Kiểm nghiệm cách điện của máy phát 52

2.6.5 Kiểm nghiệm cách điện của máy cắt 53

Ch- ơng 3 V T LI U S T T 53

3.1 Khái quát 53

3.1.1 Những vật liệu từ mềm 54

3.1.2 Nhóm vật liệu từ cứng 55

3.1.4 Các vật liệu đặc biệt 56

3.3 ảnh h- ởng của tác động cơ học và nhiệt độ đến tính dẫn từ của thép kỹ thuật điện 59

Ch- ơng 4 Cơ sở lý thuyết của khí cụ điện 61

4.1 Phân loại và các yêu cầu cơ bản về khí cụ điện 61

4.1.1 Khái quát và phân loại 61

4.1.2 Các yêu cầu cơ bản đối với khí cụ điện 61

4.2 Lực điện động 62

4.2.1 Ph- ơng pháp tính lực điện động dựa trên định luật tác dụng t- ơng hỗ giữa dây dẫn mang dòng địên và từ tr- ờng (định luật Biosavalaplax) 62

4.2.2 Ph- ơng pháp cân bằng năng l- ợng để tính lực điện động 63

4.2.3 Tính lực điện động giữa hai dây dẫn song song 64

4.2.4 Tính lực điện động tác dụng lên một vòng dây dẫn mang dòng điện và giữa các vòng dây với nhau 67

4.2.5 n định lực điện động của khí cụ điện 69

4.3 Sự phát nóng khí cụ điện 69

4.3.1 Khái quát 69

4.3.2 Phát nóng khí cụ điện 70

4.4 Tiếp xúc điện 75

4.4.1 Khái quát 75

4.4.2 Bề mặt tiếp xúc, điện trở tiếp xúc của tiếp điểm 77

4.4.3 Các yếu tố ảnh h- ởng đến điện trở tiếp xúc và ăn mòn kim loại làm tiếp điểm 79

4.5 Hồ quang điện 81

4.5.1 Khái quát 81

4.5.2 Quá trình phát sinh và dập tắt hồ quang 83

4.5.3 Hồ quang điện một chiều 85

4.5.4 Hồ quang điện xoay chiều 88

4.5.5 Các biện pháp dập hồ quang điện 90

4.6 Mạch từ 92

4.6.1 Khái quát 92

4.6.2 Mạch từ của nam châm điện một chiều 92

4.6.3 Mạch từ của nam châm điện xoay chiều 95

Ch- ơng 5: KHệ C I N I U KHI N B NG TAY 97

5.1 Công tắc 97

5.1.1 Khái niệm chung 97

5.1.2 Phân loại, cấu tạo 97

5.2 Cầu dao 100

5.2.1 Khái quát và công dụng 100

5.2.2 Phân loại và cấu tạo 101

5.2.3 Một số thông số kỹ thuật của cầu dao 103

5.3 Nút ấn 103

5.3.1 Khái quát và công dụng 103

5.3.2 Phân loại và cấu tạo 104

5.3.3 Thông số kỹ thuật của nút ấn 105

5.3.4 Nguyên lý làm việc 105

Ch- ơng 6: khí cụ điện dóng cắt và bảo vệ hạ áp 106

6.1 Cầu chì 106

6.1.1 Khái quát và công dụng 106

6.1.2 Nguyên lý làm việc 106

6.1.3 Phân loại, cấu tạo 107

6.1.4 Thông số kỹ thuật, cách tính toán và lựa chọn 109

6.2 Rơle nhiệt 111

6.2.1 Khái quát chung 111

6.2.2 Phân loại, cấu tạo 111

6.2.2.3 Nguyên lý làm việc 112

6.2.3 Cách lựa chọn rơle nhiệt 113

6.2.4 Các thông số kỹ thuật của rơle nhiệt 113

6.3 Nam châm điện 114

6.3.1 Khái quát 114

6.3.2 Cấu tạo 114

6.3.3 Nguyên lý làm việc 114

6.3.4 Các ứng dụng 114

6.3.5 Thông số kỹ thuật, đặc điểm sử dụng 115

6.4 Rơle dòng điện 116

6.4.1 Khái niệm chung 116

6.4.2 Phân loại, cấu tạo 116

6.4.3 Thông số kỹ thuật 119

6.5 Rơle điện áp 119

6.5.1 Khái niệm chung 119

6.5.2 Phân loại, cấu tạo và nguyên lý làm việc 119

6.5.3 Thông số kỹ thuật 121

6.6 Aptômát 121

6.6.1 Khái quát và yêu cầu 121

6.6.2 Phân loại và cấu tạo của áptômát 122

6.6.3 Nguyên lý làm việc của áptômát (Hình 3.21.a) 124

6.6.4 Thông số kỹ thuật, tính toán lựa chọn 125

6.7 Aptômát chống rò 126

6.7.1 Khái niệm chung 126

6.7.2 Phân loại, cấu tạo 126

6.7.4 Thông số kỹ thuật, lựa chọn 127

6.8 Rơle trung gian 127

6.8.1 Khái niệm chung 127

6.8.2 Phân loại, cấu tạo 128

6.8.3 Các thông số kỹ thuật 129

6.9 Côngtắctơ, khởi động từ 129

6.9.1 Khái niệm chung 129

6.9.2 Phân loại, cấu tạo 130

6.9.3 Nguyên lý làm việc 133

6.9.4 Thông số kỹ thuật 134

6.9.5 Khởi động từ 134

6.10 Rơle thời gian 134

6.10.1 Khái niệm chung 134

6.10.2 Rơle thời gian điện từ 135

6.10.3 Rơ le thời gian kiểu đồng hồ 138

6.10.4 Rơle thời gian điện tử 140

6.11 Rơle tốc độ 143

6.11.1 Khái niệm chung 143

6.11.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 143

Câu hỏi và bài tập ch- ơng 145

PH N 1 V T LI U ĐI N

Ch ng 1 V T LI U D N ĐI N

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

1.1.1 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 th- ờng) Khi đặt chúng trong điện tr- ờng các điện tích tự do chuyển động theo một h- ớng nhất định của điện tr- ờng 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

1.1.2 Phân loại vật liệu dẫn điện

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, th- ờng tồn tại ở thể rắn tr- ờng hợp đặc biệt ở thể lỏng (thủy ngân)

- Đặc tr- ng 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 nh- đồng, nhôm, vàng, bạc Khi sử dụng th- ờng là hợp kim

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

dụng cụ đo l- ờng

Loại 2: Có điện trở suất cao ví dụ nh- : 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 d- ới dạng dung dịch

nh- axit, kiềm, muối

Đặc tr- ng của nhóm là: Khi dòng điện chạy qua vật dẫn làm thay đổi hoặc biến

đổi hóa học trong nó

1.1.3 Đặc tính cơ bản của vật liệu dẫn điện

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

l, s: Chiều dài và tiết diện dây dẫn

Phần lớn các vật dẫn khi nhiệt độ trong nó tăng thì điện trở suất cũng tăng, một

số ít các vật dẫn khác lại có tính chất ng- ợc lại (Cácbon và dung dịch điện phân)

Cách tính hệ số Đối với khoảng chênh lệch nhiệt độ (t2 - t1) thì hệ số  trung bình sẽ là:  = (t2 - t1)/t1(t2 - t1)

Khi nóng chảy điện trở suất của kim loại thay đổi thông th- ờng tăng lên trừ

ăngtimoan, bitmut lại giảm

ở độ không tuyệt đối (00K)  của kim loại tinh khiết giảm đột ngột chúng thể hiện hiện t- ợng siêu dẫn

Tr- ớc đây hiện t- ợng siêu dẫn không đ- ợc sử dụng trong thực tế vì: Với một giá trị nào đó của c- ờng độ từ tr- ờng nó đã phá hoại hiệu ứng siêu dẫn (với kim loại thuần nhất thì c- ờng độ từ tr- ờng không lớn) Ng- ời ta sử dụng hợp kim có nhiệt độ t- ơng đối cao khi chuyển sang siêu dẫn và giữ đ- ợc trạng thái siêu dẫn và từ tr- ờng mạnh vá cho dòng điện lớn đi qua

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

B ng 1: 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 mm2/m

Hệ số thay đổi

điện trở suất theo nhiệt

độ(1/độ) Bạc 0, 016- 0, 0165 0, 0034- 0,

00429 Kẽm 0, 0535- 0, 063

0,0035- 0,00419

00398 0,00657 Nhôm 0, 0262 - 0,

040

0, 0040 - 0,

0049 Platin 0, 0866- 0, 116

0,00247- 0,00398 Manhê 0, 0446 - 0,

046

0, 0039 - 0,

0046 Thiếc 0, 113 - 0, 143

0,0042 - 0,00465 Môlipđe

m

0, 0530 - 0,

0612 0, 004 - 0, 0052

Thuỷ ngân 0, 952 - 0, 959

0,0009 - 0,00099 + 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;

o: đi n tr su t ban đ u c a m u : 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

* Điện dẫn suất: () Là đại l- ợng nghịch đảo của điện trở suất

* ảnh h- ởng của tr- ờng từ và ánh sáng với điện trở suất

Điện trở suất của kl cũng biến đổi t- ơng tự khi đặt trong một tr- ờng từ và  của một số vật liệu cũng biến đổi d- ới ảnh h- ởng 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 t- ợng ăn mòn điện hóa

Nguyên nhân: do có sự khác nhau về công thoát điện tử và số l- ợng điện tự do Điện thế tiếp xúc này có thể từ vài phần m- ời đến vài vôn Bảng 2 Giới thiệu điện thế hoá ở nhiệt

độ bình th- ờng trong phòng của một số kim loại so v i Hidro

0, 00 -0, 01

- 0, 13

Cadmium Sắt Crôm Wolfram Kẽm Mangan Nhôm Magie

- 1.34

- 2, 35

+ 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 đ- ợc dùng vì nó rất dẻo lại có độ bền, độ cứng thấp Nhiều kim loại có độ dẫn điện cao nh- ng 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 đ- ợc chế tạo chủ yếu bằng cách nấu chảy, hoặc điện phân, thiêu kết

1.2.2 Cấu tạo kim loại hợp kim

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 d- ơng ở giữa và các điện tử mang điện tích âm bao quanh hạt nhân đó

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

Điện tử: số l- ợng điện tử bằng số l- ợng prôtôn đ- ợc sếp theo thứ tự trong bảng

hệ thống tuần hoàn, số l- ợng 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 h- ởng rất lớn đến tính chất của mỗi chất, số l- ợng 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 d- ơng

các điện tử này là nguyên nhân của tính đẫn điện, dẫn nhiệt cũng nh- 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 nh- phi kim loại

Cơ sở của mạng tinh thể là các ô cơ bản ,khi ta ghép các ô cơ bản ta đ- ợc mạng tinh thể Các kiểu mạng tinh thể th- ờng gặp của kim loại :

Mạng lục ph- ơng 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 th- ờng gặp ở cấu trúc mạng tinh thể này là: kẽm, magiê, cađimi

1.2.3 Tính chất chung

ý học

Hình 1.2 : ô cơ bản lập ph- ơng diện tâm tâm

Hình 1.1 : ô cơ bản lập ph- ơng thể tâm

* 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 + Ng- ời 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

VD: Sắt và hợp kim của sắt còn lại các kim loại khác hầu nh- không

- Tính nhiễm từ của sắt phụ thuộc vào thành phần và vào tổ chức bên trong của kim loại Do vậy nó không cố định với mỗi loại vật liệu

VD: ở nhiệt độ 7680c sắt có tính nhiễm từ và khi nhiệt độ lớn hơn thì không còn khả năng đó nữa

Là khả năng mà kim loại có thể thực hiện đ- ợc các ph- ơng pháp công nghệ để sản xuất các sản phẩm nó bao gồm: tính cắt gọt, tính rèn, tính hàn, tính nhiệt luyện

1.3 Kim loại và hợp kim có điện dẫn suất cao

STT Vật

1 Bạc

-  ở 200C = (0,016  0,0165) mm2/m

- Bạc tinh khiết bị ăn mòn và dính chặt Nó đ- ợc tìm thấy d- ới dạng

mỏ hay tự nhiên (cục kim loại có tới 98% Bạc) hoặc trong các mỏ chì, kẽm, đồng hoặc có thể thấy trong n- ớc 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, l- u 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 tụ điện

- Dùng quấn các cuộn dây trong

kỹ thuật vô tuyến

- Hợp kim với Niken hay mangan dùng làm dây dẫn trong các máy đo

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

- Chế tạo các chi tiết nhỏ nh-

đinh tán, đinh vít, các đầu cực

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

3 Vàng

-  = 0, 022  0, 024( mm2/m) ở

200C là kim loại có màu vàng đặc tr- ng sáng rực, màu này không bị mất đi trong không khí và axit

- 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 nh- gia công các hợp kim làm tiếp

điểm điện

- Dùng làm điện trở trong điện

kế, trong các dụng cụ tĩnh điện

- ảnh h- ởng 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

- Là kim loại có màu đỏ nhạt sáng rực, sức bền cơ khí t- ơng đối lớn, dễ rát, dễ vuốt giãn gia công dễ dàng khi nóng và khi lạnh (rèn, kéo sợi, dát mỏng) có sức bền 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 nh- : Đồng thanh, đồng thau, có khả năng gắn và hàn dễ dàng

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

- Đồng cứng dùng chế tạo những dây dẫn không cách điện của các

đ- ờng dây truyền tải trên không, thanh góp cho những thiết bị phân phối, hoặc cho cổ góp máy

điện

- Đồng mềm đ- ợc 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 tr- ợt, giá đỡ chổi than, lò xo dẫn điện, ổ cắm

điện

- Hợp kim đồng thau (đồng với kẽm)

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 điện

- 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

- Nhôm nguyên chất dùng làm dây dẫn, dây cáp, thanh góp, ống nối, dây quấn máy điện, lá nhôm làm tụ

-Hợp kim nhôm có  cao dùng

đúc rôto lồng sóc động cơ không

đồng bộ có mô men khởi động lớn, động cơ nhiều tốc độ, làm dây dẫn (dây trần đi trên không, ruột cáp)

- ở dòng điện xoay chiều điện trở tăng so với dòng một chiều

- Có khả năng chịu đ- ợc điện áp cao

- Trọng l- ợng riêng t- ơng đối lớn (7,86 kg/dm3)

- Làm dây dẫn đi trên không nh- ng cấm sử dụng nhỏ hơn tiết

điện tính toán

- Đ- ợc dùng ở l- ới điện có khoảng cách cột lớn

- Làm vật liệu dẫn điện d- ới dạng thanh dẫn, đ- ờng ray tải

điện, tàu điện ngầm, lõi dây nhôm

- Khi sử dụng để khắc phục hiện t- ợng han rỉ ng- ời ta th- ờng 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 đ- ợc thành sợi mảnh 0, 02 mm và đ- ợc 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 l- ợng niken trong hợp kim quyết định trị số  lớn nhất và  nhỏ nhất.Trị số của  gầnbằng không và th- ờng có trị số âm

- Có thể kéo thành sợi, cán thành tấm nh- 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

đ- ờng kính theo chiều dài dây và sự

- Dùng làm các dụng cụ

đốt nóng bằng điện: thiết

bị nung, lò điện, mỏ hàn

- Để tăng tuổi thọ xoắn thành lò xo

và đặt trong môi tr- ờng trơ, rắn nh-

đất sét, gạch chịu lửa

4 Hợp kim

crôm-nhôm

- Thành phần: Mn 0,7%, Ni 0,6%, Cr(12  5)%, Al (3, 5  5, 5)% còn lại là sắt

- 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, 0476  0, 057( mm2/m) ở 200C Là kim loại rất cứng có màu tro chiếu sáng nó không thay đổi ở nhiệt độ th- ờng dù có hơi n- ớc 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 n- ớc nó không phản ứng vợi hyđro, hơi thuỷ ngân

- Không tan trong a xit, các chi tiết tuy dày nh- ng 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( 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, l- ới của bóng điện tử

- Dây mảnh và băng dẹt đ- ợc 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( mm2/m) ở 200C Là kim loại có màu trắng, xám tro, rực sáng

- Nó không bị oxy hoá trong không khí và n- ớc ở nhiệt th- ờng 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 (tr- ớc 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:

- Ng- ời 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 tr- ờng hydrô cac bua có điện áp lớn và dòng

điện nhỏ

- Dùng chế tạo điện trở phát nóng đến 9000C

- Chế tạo điện cực d- ơng cho các ắc quy

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

- 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, nh- ng ít bền với sự ăn mòn, sự bay hơi của chì rất độc hại

+ ứng dụng:

- Dùng làm vỏ bảo vệ cáp

- Bảo vệ tốt nhất với sự xuyên thủng của tia x quang

- Dùng làm dây chảy cầu chì

1.5.5 Thiếc

+ Đặc điểm:

-  = 0, 113  0, 143( mm2/m) ở 200C

- Là kim loại có màu trắng bạc, sáng

- Sức bền tốt đối với ảnh h- ởng của môi tr- ờng, 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

1.5.7 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

1.5.8 Thuỷ ngân

- Nhiệt độ th- ờng 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 ch- ng cất trong chân không ở nhiệt độ 200oC

- Hơi thuỷ ngân khác khí th- ờng 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 t- ợng 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 d- ới các dạng:

+ Gra phit thô ch- a 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 đ- ợc dùng ở những máy điện có điện áp thấp và động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

1.6 ng 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 đ- ợc 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 l- ờng 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 đ- ợc thay đổi theo thời gian để nó không tạo nên những sai số trong những ph- ơng 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 s- ởi nóng, đun nóng

Là những vật liệu phải có sức bền đối với thời gian kéo dài ở nhiệt độ cao (không

đ- ợc nóng chảy và không bị ôxy hoá) Chúng phải gia công dễ dàng và làm việc không

đ- ợc rút ngắn chiều dài

* Theo bản chất vật liệu ng- ời ta phân biệt:

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

2.Hợp kim dùng làm điện trở

-Những kim loại tinh khiết hay ít hợp kim có gới hạn trong việc sử dụng và dùng

ở kết cấu điện trở Vì thông th- ờng chúng có điện trở suất nhỏ hơn hợp kim của chúng,

hệ số biến đổi điện trở suất nhiều hơn hợp kim của chúng, đồng thời nó bị ăn mòn ở nhiệt độ cao

- Ng- ời 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) ng- ời 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) Ng- ời ta sử dụng làm điện trở chính xác vì nó không làm sai lệch kết quả đo l- ờng ở dòng điện và môi tr- ờng 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 v- ợt 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 đ- ợc dùng ở quá nhiệt độ 4500c vì

nó sẽ bị ôxy hoá Nh- ng 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

đ- ợc 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 lý già hoá

Ng- ời ta dùng hợp kim này làm điện trở chính xác

- Hợp kim đồng - kẽm và đồng- niken- kẽm

Là hợp kim rẻ tiền, đ- ợc sử dụng trong các dụng cụ đo l- ờng thông dụng và làm

bộ biến trở đối với dòng điện lớn

b Hợp kim dùng làm điện trở s- ởi 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(đ- ờng 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 mm2/m) và thay đổi tuỳ theo các thành phần cấu tạo nên (tham khảo tài liệu trang 146, 147) sỏch v t li u k thu t đi n

- Hợp kim trên cơ sở sắt-crôm-nhôm(fecral-cromel) Trong kỹ thuật truyền thanh ng- ời ta dùng những điện trở có giá trị lớn song kích th- ớc nhỏ nh- các hợp kim của nhôm đ- ợc mang tên là ohmax ( = 1, 67 mm2/m,  =0, 00035)

- Hợp kim crom-silic-sắt Là những hợp kim chịu đ- ợc 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 đ- ợc đ- a thêm vật liệu gốm vào, chúng có dạng thanh hay ống với các đầu đ- ợc kim loại hoá Dùng cho lò điện có nhiệt độ 1000  14000c

1.6.2 Hợp kim dùng làm tiếp điểm điện

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

- Có nhiệt độ nóng chảy và hoá hơi cao

- ễxyt 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 tr- ợt:(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 h- ởng đến sức bền

Sức bền của tiếp điểm bị ảnh h- ởng bởi:

+ Bản chất bề mặt: Điện trở của tiếp điểm càng lớn khi điện trở suất của vật liệu

mềm thì sự biến dạng càng dễ dàng, số l- ợng điểm tiếp xúc càng lớn Trong một số tr- ờng hợp tiếp điểm đ- ợc làm bằng vật liệu cứng hơn song lại đ- ợc bọc bằng vật liêụ mềm hơn Bản chất của vật liệu ảnh h- ởng 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 v- ợt 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 h- ởng 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 tr- ờng nh- : 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 ng- ời ta phủ lên tiếp điểm những kim loại có sức bền đối với sự

ăn mòn và tránh các môi tr- ờng nh- trên

+ Lực ấn. Là yếu tố quan trọng ảnh h- ởng 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

đ- ợc tối đa các điểm tiếp xúc khi tiếp xúc các bề mặt

3 Vật liệu dùng làm tiếp điểm cố định

Ng- ời 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 th- ờng Để có sức bền đối với sự ăn mòn ng- ời ta mạ niken hoặc tẩm thiếc khi nóng hay bọc bạc

- Nhôm có s- c bền cơ học thấp, điện trở suất lớn do vậy ng- ời 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 - ớt 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 đ- ợc 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 th- ờng dùng với iridi có độ cứng cao nhiệt độ nóng chảy cao Do đó chúng đ- ợc 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 t- ơng 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 đ- ợc sử dụg thông dụng với các tiếp điểm có yêu cầu chính xác

- Vàng: Có sức bền kém so với platin đối với hồ quang điện nên ít dùng nguyên chất để làm tiếp điểm

- Bạc: Tạo nên màng mỏng oxit có cùng điện dẫn suất với bạc nguyên chất vì vậy những tiếp điểm bằng bạc không làm thay đổi tính chất song khi suất hiện hồ quang

điện sẽ bị 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, Molipden, Niken, Đồng- Vonfram, Đồng - Molipden

Bạc-Một kim loại có điện dẫn suất lớn còn loại kia có sức bền cơ khí lớn Nh- 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 D- ới 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 tr- ợt

- 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 ng- ời ta dùng hợp kim với cadmi hoặc mạ bạc

- Các hợp kim của đồng: Đồng thanh, đồng thau, đ- ợc 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 đ- ợc dùng làm vòng góp

- Nhôm đ- ợc dùng làm các chi tiết tiếp xúc ở cần lấy điện của các ph- ơng tiện vận tải bằng điện

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

- Copen (Cu = 56% và niken = 44%)

- Alumen (Niken = 95% và Si, Al, Mg)

- Crômen (Ni = 90% và Cr = 10%)

- Platinrođi (pt = 90% và Rh = 10%)

Cụ thể: Khi đo nhiệt độ tới 1600oC dùng Platin - Platinrôđi

Khi đo nhiệt độ tới 350oC dùng đồng- constantan và đồng coban

Khi đo nhiệt độ tới 600oC dùng Sắt- constantan

Khi đo nhiệt độ 900 đến 1000oC Cromen- alumen

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 l- ợng 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 t o nên cách điện bên trong điện từ tr- ờng h- ớng 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 đ- ợc tạo nên từ lõi dẫn, còn dây có cách điện đ- ợc tạo nên từ hai thành phần lõi và lớp cách điện

- Dây cáp mềm đ- ợc tạo nên từ tổ hợp hai hay nhiều dây dẫn mềm có cách điện

đ- ợc bao bọc chung một lớp baỏ vệ

- Cáp điện đ- ợc 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 l- ờng, 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 l- ợng 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

+ Dây đơn cứng (Hình vẽ)

+ Dây đơn mềm

Là dây dẫn có bọc cách điện bằng nhựa PVC hoặc Cao su l- u hóa, có ruột bằng

Đồng, gồm nhiều sợi nhỏ có đ- ờng kính 0,2mm xoắn lại nên rất mềm Dây đơn mêm

đ- ợc sử dụng để đi dây trong bảng phân phối điện, đầu dây đ- a ra ngoài của các máy

điện …

Hình 1.5b Dây dẫn đơn mềm + Dây điện đôi

Tạo bởi hai dây dẫn ruột đồng, mềm, đ- ợc bọc cách điện song song với nhau, chất cách điện là nhựa PVC hoặc cao su l- u hóa Dây dẫn đ- ợc tạo bởi nhiều sợi có

đ- ờng 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 nh- 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) C- ờng độ dòng điện tối đa (A) 0,40 mm2

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

để đi ngầm cho các công trình điện lớn

Lớp vỏ bọc bằng thép có thể đ- ợc 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 th- ớc 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: c- ờng độ cách điện cao, hằng số điện môi nhỏ, tổn hao điện môi nhỏ, chịu đ- ợc môi tr- ờng nóng ẩm, độ bền cơ-lý-hoá cao, chịu nhiệt tốt

c/ Vật liệu để bảo vệ cáp

-Kim loại: Để bảo vệ cáp và dây dẫn, tạo nên lớp vỏ chống thấm và lớp bọc bên ngoài (Chì, nhôm và thép)

- Hỗn hợp cao su ống mềm: Dùng lót thêm cho tăng tính chất cơ học và chống

ẩm, chống môi tr- ờng xâm nhập vào cáp

- 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

Nhựa PVC Lớp bảo vệ bằng KL

1.7 V t li u siêu d n

1.7.1 Khái ni m

Theo đ nh ngh a ắsiêu d n là m t tr ng thái v t ch t ph thu c vào nhi t đ t i

h n mà đó nó cho phép dòng đi n ch y qua trong tr ng thái không có đi n tr và khi

đ t siêu d n vào trong t tr ng thì t tr ng b đ y ra kh i nóẰ

Các đ c tính c b n c a v t li u siêu d n

- N u truy n m t dòng đi n vào m t m ch làm b ng ch t li u siêu d n thì dòng đi n s

ch y trong đó mãi mà không suy gi m, vì nó không g p m t tr kháng nào trên đ ng

đi, ngh a là n ng l ng đi n không b tiêu hao trong quá trình chuy n t i đi n t n i này sang n i khác ây đ c coi nh m t d ng chuy n đ ng v nh c u trong đi n n ng

- Nh ng ch t siêu d n nhi t đ th p có th t o ra nh ng t tr ng r t m nh và g i chung đó là đ c tính riêng th hai c a siêu d n M i ch t siêu d n đ u làm ra t tr ng;

m t khác, dòng đi n ch y trong ch t siêu d n l i không g p ph i m t kháng tr nào, do

đó t tr ng siêu d n s n sinh ra r t m nh Nh đó mà ngày nay, con ng i có th t o

ra t tr ng nhân t o m nh g p t i 200 ngàn l n so v i t tr ng c a Trái đ t

- N u hai ch t siêu d n đ c đ t g n nhau (nh ng không ch m nhau) thì các đi n t

có th nh y qua nh th hai ch t d n đi n y ti p xúc v i nhau Ch mà dòng đi n nh y qua, ng i ta g i là ắkh p n i JosephsonẰ Nh ng dòng đi n ch y qua kh p n i y r t

nh y c m v i nh ng bi n đ i c a đi n tr ng và t tr ng bên ngoài

7- Tàu siêu t c(High Speed Surface transport - HSST )

8- Các thi t b d a trên hi u ng Josephson v i đ nh y c c cao

9- Giao thoa l ng t siêu d n(SQUID), và các ng d ng khác

** M t s ng d ng c th

1/ ả th ng “V n t i trên b t c đ cao” (ảigh Speed Surface transport – HSST)

+ Theo h ng công ngh HSST này, ng i c ch t o ra t u ắTransrapidẰ ch y trên đ m t và c ng theo nguyên lý phát minh t nh ng n m 1960 theo công ngh h i khác ng i Nh t đôi chút, đó là ph ng pháp nâng đi n t nh tác đ ng c a nh ng thanh nam châm đ t trên t u, v i nh ng nam châm vô kháng ch y bên d i và hai bên

đ ng t u hình ch T V i v n t c đ t 450 km/gi ch y trên đ ng Berlin t i Hambourg, kinh phí kho ng 6 t USD Ngoài ra, ng i Pháp c ng đã và đang quan tâm

đ n v n đ v n t i siêu t c trên b b ng siêu d n

Maglev trains s d ng ch t siêu d n đ nâng b ng con tàu lên trên thanh siêu

d n đó cho phép nó h n ch đ c l c c n, ma sát và đ t đ c v n t c c c l n (Tàu

trong nh đ c ch t o t i the Old Dominion University ảampton, Virginia) ó là

con tàu đ u tiên đ c láp đ t t i M Tuy nhiên do chi u dài khá nh nên nó ch đ t

đ c v n t c c 40 d m m t gi (~60 km/h) Nh ng con tàu Mglev có th đ t đ c

nh ng v n t c l n h n và ch m t i 300 d m m t gi (~500 Km/h) M t trong nh ng

con tàu m i nh t đ c l p đ t tai Th n

b/ Truy n t i đi n n ng

+ Cáp siêu d n nhi t đ cao (high-temperature superconductor ậ HTS)

+ Truy n d n đi n cao g p nhi u l n so v i các lo i cáp đi n truy n th ng

+ Gi m t c ngh n h th ng đi n, đ ng th i gi m chi phí l p đ t và v n hành + Lo i cáp m i này s d ng s i siêu d n nhi t đ cao (HTS),

+ M ng nh s i tóc, có đ d n đi n cao g p 150 l n dây đ ng có cùng kích c + H th ng cáp đ c làm l nh liên t c b ng nit l ng, không đ t và an toàn v i môi tr ng

+ Giá thành s n xu t dây HTS hi n nay cao h n so v i dây đ ng,

+ Theo d báo c a ngành công nghi p ch t o, công ngh dây HTS m i nh t, còn g i là cáp 2G (th h 2), s không còn đ t n a, và cu i cùng thì s không đ t

h n đ ng tính theo chi phí cho m t kilôampe-mét (t su t giá/hi u qu ), m t khi

đ c s n xu t trên qui mô l n

+ B ng cách thi t k dây đi n thành dây b ng đ s d ng cho cáp, đ ng c và máy móc, giúp gi m b t nh ng s c c a đi n

nh :Dây siêu d n nhi t đ cao th h 2 (2Ả) có chi u r ng 4cm (công ty

American Superconductor s n xu t) c/ ng c đi n

ng c đi n, s d ng v t li u siêu d n có kích th c nh g n nh ng công su t

vô cùng l n

ng c 5000 mã l c s d ng dây siêu d n, đ c l p b i công ty American

Superconductor

d/ Máy gia tôc h t

+ M t ng d ng khác n a là, có th t o ra đ c máy gia t c m nh đ nghiên c u

đ c tính g c c a nguyên t Ng i ta dùng nh ng nam châm c c m nh đ b cong các chùm h t, làm cho chúng ch y theo đ ng tròn đ chúng va đ p vào nhau, qua đó nghiên c u nh ng ắm nhẰ sinh ra do nh ng va đ p m nh đó; ng i ta g i đó là ắsiêu va

đ p siêu d nẰ D a theo nguyên t c này, các nhà khoa h c M đang ti n hành xây d ng

m t ắmáy gia t c c c m nhẰ trong đ ng h m dài 88 km bang Texac đ nghiên c u các h t c b n c a v t ch t

+ Có th ng d ng đ s n sinh ra máy đo đi n tr ng h t s c chính xác

+ M t ng d ng quan tr ng n a t đ c tính th ba này c a ch t siêu d n là có th làm ra ắcái ng t m ch đi n t Ằ gi ng nh m t tranzito Cùng v i đ c tính th nh t là

d n đi n mà không có đi n kháng, ng i ta hy v ng có th làm ra đ c máy tính đ c

n i v i nhau b ng ắgiây siêu d nẰ, nh đó s làm nên đ c ắmáy tính đi n t siêu t cẰ

th h m i ph c v cho nghiên c u không gian + Ngoài ra, có th ng d ng kh p n i Josephson đ s n xu t ra thi t b y t nh m nghiên c u nh ng đi n tr ng sinh h c c c nh do ho t đ ng c a não ng i sinh ra,

máy quét MRI dùng trong y h c (quét nh b ng cách đo ti ng d i l i c a âm thanh) đ khám các mô trong c th ng i

+ Cùng v i nh ng đi u đã nói trên, ng i ta còn hy v ng nh ng thành qu c a siêu

d n có th áp d ng đ t o ra nh ng thi t b quan sát vì sao, hành tinh, ho c b m t trái

đ t và giúp gi i thích c ch c a m t s v t th l trong v tr , nh nh ng vì sao Neutron, nh ng v t th siêu r n sót l i c a nh ng ngôi sao phát n tr c khi t t mà

ng i ta ngh là có đ c tính xoay vòng t ng t v i ch t siêu d n l ng…

Hỡnh 2.1

2.1 Những hiểu biết cơ bản trong kỹ thuật cách điện

2.1.1 Điện tr- ờng

Mục đích của cách điện là duy trì khả

năng cách điện của vật liệu cách điện đặt trong

điện tr- ờng vì vậy tránh các hiện t- ợng 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 t- ợng phóng điện xẩy ra nếu điện áp lớn hơn trị số đặc tr- ng 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 ng- ỡng của phóng điện

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

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 t- ợng 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 đ- ợc 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 đ- ợc

- Phóng điện bề mặt th- ờng không gây hậu quả nghiêm trọng, nhiệt của hồ quang có thể làm mủn bề mặt cách điện, làm nứt rạn nó nh- ng cách điện th- ờng 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: Kí hiệu (Uđt)

- Điện áp phóng điện bề mặt là điện áp làm sinh ra phóng điện bề mặt trên mặt cách điện: Kí hiệu (Upđ)

- Điều kiện để cách điện làm việc lâu dài:

Uđt <Upđ <U + Hệ số an toàn đối với đánh thủng là: ađtb = U /U

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

- Độ bền cách điện là điện áp đỏnh th ng 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 th- ờng 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 h- ởng 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 h- ởng đến sự hoá già của vật liệu

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

- Môi tr- ờng 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

2.1.3 Tổn hao trong điện môi

1 Khái niệm: Xét tụ điện mà môi tr- ờng 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: P = U.Ir = .C.U2 tg (w)

Với Ir = Ic tg = .C.U tg

- Điện áp một chiều: P = 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 d- ới tác dụng của điện tr- ờng)

+ 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 l- ỡng cực, các điện môi có cấu tạo không dàng buộc

2.1.3 Tính chất cơ lý hoá của điện môi

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

% = m/mmax.100%

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 t- ơng 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

: Thời gian vật liệu chịu đựng(giờ) h: Độ dày điện môi (cm)

e ảnh h- ởng của độ ẩm tới phẩm chất cách điện của vật liệu cách điện

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

- Khi thử cách điện của điện môi ng- ời ta đo các trị số nh- 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 t- ợng phóng điện

Ví dụ: Khi đ- ờng 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 l- ợng hơi n- ớc 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 đ- ợc ở nhiệt độ cao và cả khi nhiệt độ thay đổi

đột ngột

+ Tính chịu nóng đặc tr- ng bởi độ bền chịu nóng

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

+ Dựa vào khả năng chịu nhiệt của vật liệu ng- ời 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 th- ờng tính chất của vật liệu cách điện tốt hơn nh- ng 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 h- ởng đến độ bền điện khi đánh thủng nhiệt và độ bền vật liệu

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

đi n bao quanh nh ng b ph n d n đi n trong cỏc thi t b đi n và đ tỏch r i cỏc b

ph n cỏ đi n th khỏc nhau Rừ ràng n u thi u v t li u cỏch đi n s khụng th ch t o

đ c b t cw thi t b đi n nào k c cỏc lo i đ n gi n nh t

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 nh- 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 nh- : Vải sợi,

giấy, bi tum hoặc biến đổi thành phần hoá học nh- cao su, phíp, lụa

Nhóm 2: Vật liệu nhân tạo th- ờng đ- ợc gọi là nh a nhân tạo nh- : 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 nh- 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

Cấp cách

điện

Nhiệt độ cho

phép (0c) 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

- 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 tr- ng là dầu biến thế)

c Tính chất cuả cách điện thể rắn

Với vật liêu thể rắn thông th- ờng 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

s ch và n u ch y, cú: =3,5; = 1015

-1016.cm; tg=0,01;

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 nh-

trong cổ góp máy điện

* Flogopit: có thành phần hoá học là: K20.3Al2O3.13SiO32H2O

+ Đặc điểm

- Mầu vàng sáng hoặc mầu nâu, xanh lá cây và đen

- Bề mặt sù sì có đ- ờng vân nh- cành lá bụi cây

- 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, nh- ng 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 đ- ợc nghiền nhỏ, khử bỏ tạp chất, hoà tan trong n- ớc với bột tinh thạch, sau đó cho vào khuôn định hình đem tráng men và nung tạo thành sứ

- Để tăng c- ờng cách điện, điện áp phóng điện, ng- ời ta tráng lên sứ một lớp men gần giống thuỷ tinh

* Kích th- ớc 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 nh- ng có thể hạn chế nh- ợc điểm này bằng cách bôi dầu hoặc tẩm sơn

+ ứng dụng

-Thuỷ tinh dùng cách điện nh- sứ

- Cách điện stato máy phát, động cơ điện kéo xe lửa, động cơ sử dụng ở chỗ nóng, hay

đóng ngắt, đảo chiều nh- : 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

2.3.2 Vật liệu dẻo và đàn hồi

1 Các loại nhựa

Nhựa có trạng thái trung gian giữa vật liệu cách điện thế rắn và thể lỏng

a Nhựa tổng hợp

 Nhựa nhiệt cứng

+ Đặc điểm: Khi đ- ợc 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 Tr- ớc khi hoá cứng có thể hoà tan một số dung môi nh- : cồn để tăng c- ờng độ cách điện

- Bakelit: đ- ợc chế tạo từ fenol [C6H5OH] hoặc Crezol[C4H4OHCH3] và phoc man de hyt[HCOH] là một trong những cách điện quan trọng nhất và đ- ợc sử dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật điện, những chất độn nh- mạt c- a, gỗ thông khoảng 50% khối l- ợng, 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:Đ- ợc 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 nh- 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 đ- ợc nhiệt của hồ quang, chịu ẩm, chịu dầu trong đó có loại poxterit đ- ợc 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: đ- ợc chế tạo từ nguyên tố silic từ cát thạch anh, đ- ợc 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 l- ờng: 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 đ- ợc sản xuất từ nhờ tr- ng cất dầu thông

- Đặc điểm: Colofan hoà tan trong dầu mỏ (khi đun nóng) và các hyđrôcácbon khác, trong dầu thực vật, trong r- ợu, trong dầu thông…

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

- ứng dụng

Colofan hoà tan trong dầu mỏ dùng vào việc ngâm tẩm cáp, còn dùng sản xuất rezinat là chất làm khô sơn

d Nhựa đ- ờng

Là hỗn hợp phức tạp của các hyđrôcácbon có chứa thêm một ít ôxy và l- u huỳnh

đó là chất không định hình với các tính chất phức tạp

Đặc điểm: Chúng có màu đen hoặc màu hơi sẫm, hoà tan trong hyđrôcácbon, vơi hyđrôcácbon thơm(benzen, toluen ) càng dễ tan không hoà tan trong r- ợu và n- ớc ít hút n- ớc và thực tế n- ớc không thấm qua ở nhiệt độ thấp nhựa đ- ờng th- ờng giòn và sinh ra những vết nứt có dạng vân đặc biệt

- ứng dụng: Dùng nhựa đ- ờng 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 đ- ợc từ nhựa cây cao su ở dạng lơ lửng và các phần tử rất nhỏ có hình mạch vòng(gọi là vi cầu)trong n- ớc Khi làm đông tụ mủ cao su và thải hết tạp chất tách riêng ra đ- ợc 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

Không dùng cao su nguyên chất để sản xuất vật liệu cách điện vì nó không chịu

đ- ợc nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp cũng nh- tác dụng của dung môi

b Cao su l- u hoá

- Đặc điểm: Sau khi l- u hóa với l- u 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 l- u huỳnh ng- ời 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 l- u hoá

Ng- ời ta dùng r- ợu 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 d- 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 nh- ng 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 l- u hoá)các liên kết kép bị đứt cục bộ do đó cao su butađien đ- ợc trùng hợp bổ xung và chuyển thành escapon là chất gần giống êbômit nh- ng 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 nh- sơn, hợp chất cách điện

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

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

- Gỗ không đ- ợc dùng phổ biến vì có những nh- ợc điểm sau:

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

+ Không xác định đ- ợc tiêu chuẩn cho các tính chất của gỗ ngay cả với gỗ cùng loại vì tính chất của gỗ phụ thuộc vào nhiều yếu tố

+ Độ bền điện kém và có thể cháy

- ứng dụng

Trong kỹ thuật điện gỗ dùng chế tạo tay cầm các bộ truyền động trong dao cách

ly và máy cắt dầu, cán cầu dao điện, giá đỡ, các chi tiết chêm giữ chặt, nêm rãnh của máy điện…

b/ Giấy cáp điện thoại:

Là loại giấy đ- ợc 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 đ- ợc 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 th- ờng

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 nh- : 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 n- ớc và ép thu đ- ợc sản phẩm gọi là phíp