Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

 

 

Дисциплина: Электротехнические материалы

 

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

 

Электромагнитное поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

Электрическое поле – возникает вокруг неподвижных заряженных частиц или при изменении магнитного поля и обнаруживается по силовому воздействию на не неподвижные заряженные частицы.

Закон Кулона: сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

+

-

q1

q2

F1,2

r

Силовые линии не замкнуты

-

-

F1,2

F1,2

где q₁, q₂ – величина зарядов, Кл;

r – расстояние между зарядами, м;

ε_а – абсолютная диэлектрическая проницаемость, учитывает влияние среды на электрическое поле, Ф/м.

Магнитное поле – возникает вокруг подвижных заряженных частиц или при изменении электрического поля и обнаруживается по силовому воздействию на подвижные заряженные частицы.

Закон Ампера: сила, действующая на проводник с током, помещённый в однородное магнитное поле, прямо пропорциональная произведению магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и синус угла между вектором магнитной индукции и проводником.

Х

.

I1

I2

F1,2

r

F1,2

Силовые линии замкнуты Правило буравчика

Внесли Правило левой руки

 

где I₁, I₂ – сила токов в проводниках, А;

l – длинна проводников, м;

r – расстояние между проводниками, м;

µ_а – абсолютная магнитная проницаемость, учитывает влияние среды на магнитное поле, Гн/м.

Электрические и магнитные поля не существуют обособленно (независимо),

Т.к. порождают друг друга.

Электротехнические материалЫ

 

Электротехнические материалы – это материалы, обладающие определёнными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применяемые в технике с учётом этих свойств (различные материалы подвергаются воздействиям как отдельно электрических и магнитных полей, так и их совокупности).

Применение: электрические машины, аппараты, приборы и другие элементы электрооборудования и электроустановок.

Классификация электротехнических материалов.

В электрическом поле.

1.1

-

+

I

Eвн

Проводниковые материалы (проводники) – это материалы, в которых под действием электрического поля возникает электрический ток (металлы и их сплавы, графит).

В проводниках есть свободные носители заряда и под действием электрического поля они приобретают направленное движение. Такое упорядоченное движение электрических зарядов и есть электрический ток.

Применение: токоведущие части электрических машин, аппаратов и сетей.

1.2 Полупроводниковые материалы (полупроводники) – это материалы, в которых под действием эклектического поля возникает электрический ток, но их проводимость зависит от внешних условий (температуры, примесей, света, электрического и магнитного полей, давления, ядерного излучения и т.д.) (германий Ge, кремний Si, карбид кремния SiC).

Применение: электронная техника (диоды, транзисторы, тиристоры).

1.3

Ед

Eвн

- +

- +

Диэлектрические материалы (диэлектрики) – это материалы, которые под действием электрического поля не создают электрический ток в обычных условиях, основным электрическим свойством которых является способность поляризоваться в электрическом поле (резина, пластмассы, стекло).

В диэлектриках электрические заряды прочно связаны с атомами, молекулами или ионами и в электрическом поле могут лишь смещаться, при этом происходит разделение центров положительного и отрицательного зарядов, т.е. поляризация.

Применение: изоляция токоведущих частей друг от друга, окружающих предметов и персонала.

В магнитном поле.

2.1 Слабомагнитные материалы – это материалы, у которых магнитная восприимчивость очень мала (медь Cu, алюминий Al, свинец Pb, органические соединения).

Применение: не нашли широкого применения в технике.

2.2 Сильномагнитные материалы (магнетики) – это материалы, которые под действием магнитного поля намагничиваются и тем самым усиливают его (железо Fe, никель Ni, кобальт Co и их сплавы).

Применение: сердечники и магнитопроводы электрических машин и аппаратов, постоянные магниты.

МАТЕРИАЛ, ПРИМЕНЯТЬ НЕЛЬЗЯ.

Общие.

1. Теплопроводность – это свойство материала проводить тепло.

Коэффициент теплопроводности λ (Вт/(м∙⁰С)) – это количество теплоты, проходящее через единицу площади материала (1 м²) в единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте (при длине материала 1м разность температур на его противоположных поверхностях равной 1 ⁰С).

2. Теплоотдача – это свойство материала к теплообмену (конвективный или лучистый) между поверхностью и окружающей средой.

Коэффициент теплоотдачи α (Вт/м²∙⁰С)) – это количество теплоты, отдаваемое с единицы площади поверхности (1 м²) за единицу времени (секунду) при единичном температурном напоре между средой и поверхностью (при разность температур двух сред 1 ⁰С).

3. Тепловое расширение – это свойство материала изменять объём (линейные размеры) при повышении температуры.

Коэффициент объёмного теплового расширения β (⁰С^-1) – показывает изменение начального объёма тела с увеличением температуры на 1 ⁰С.

Газообразные.

Газы при низких значения напряжённости электрического поля не являются проводниками. При высоких значениях напряжённости электрического поля, начинается ударная ионизация – носители заряда электроны и ионы. При сильной ионизации и равенстве в единице объеме электронной и ионов – плазма.

Применение: газоразрядные приборы.

Жидкие.

а) Электролиты (водные растворы кислот, щёлочей, солей) – носители заряда ионы вещества, при этом состав электролита постепенно изменяется, и на электродах выделяются продукты электролиза.

Применение: электролитические конденсаторы, покрытие металлов слоем другого металла (гальваностегия), получение копий с предметов (гальванопластика), очистка металлов (рафинирование).

б) Расплавленные металлы (имеют высокую температуру, ртуть Hg t_плавHg=-39 ⁰С и галлий Ga t_плавGa=29,7 ⁰С) – носители заряда электроны.

Применение: в литейном производстве, ртутные лампы, галлий в полупроводниковой технике (легирующий элемент для германия), низкотемпературные припои.

Твёрдые.

Металлы и сплавы – носители заряда электроны.

Применение: токопроводящие части электрических машин, аппаратов и сетей.

2. По удельному электрическому сопротивлению.

2.1 Высокой проводимости (ρ≤0,05 мкОм∙м).

а) Серебро Ag.

Применение: контакты, электроды конденсаторов, радиочастотные кабели.

б) Медь Cu.

Применение: жилы проводов и кабелей.

в) Золото Au.

Применение: контакты, электроды, фотоэлементы.

г) Алюминий Al.

Применение: провода для ЛЭП, жилы проводов и кабелей.

д) Железо Fe.

Применение: провода ЛЭП не большой мощности.

е) Металлический натрий Na.

Применение: провода и кабели в полиэтиленовой оболочке.

2.2 Высокого сопротивления (ρ≥0,3 мкОм∙м).

а) Манганин сплав Cu – Mn – Ni.

Применение: образцовые резисторы.

б) Константан сплав Cu – Ni – Mn.

Применение: реостаты и электронагревательные приборы.

в) Сплавы на основе железа (нихромы Fe – Ni – Cr, фехрали Fe – Cr – Al).

Применение: электронагревательные элементы.

2.3 Сверхпроводники (ρ=0) при температурах близких к абсолютному нулю по шкале Кельвина -273,15 ⁰С.

Алюминий Al, олово Sn, свинец Pb.

2.4 Криопроводники (ρ≈0) при температурах ниже -173 ⁰С, но не переходя в сверхпроводящее состоянии.

Алюминий Al, медь Cu, бериллий Be.

Применение: провода ЛЭП большой мощности, жилы кабелей, электрические машины, трансформаторы.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Электроугольные изделия.

Изделия или заготовки (блоки) получают прессованием в стальных пресс-формах под давлением 100-300 МПа при комнатной температуре или при 180-210 ⁰С, если применяется связующее вещество, размягчающееся или полимеризующееся при повышенных температурах. Изделия большой длины (электроосветительные угли и др.) изготовляют выдавливанием нагретой исходной массы через стальной мундштук винтового пресса.

Полученные изделия или их заготовки подвергают высокотемпературному обжигу в интервале температур от комнатной до 1200-1300 ⁰С. При обжиге происходит спекание исходных материалов и цементация их коксом, образующимся из связующих органических веществ.

Свойства: механическая прочность, способность к механической обработке, уменьшение удельного электрического сопротивления.

Электроугольные изделия содержащие сажу, кокс, и другие не графитовые компоненты, после обжига подвергают дополнительной термической обработке при 2400-2800 ⁰С – графитизацией. При этом не графитные компоненты превращаются в графит, а большинство примесей испаряются.

Свойства: более мягкие, меньший коэффициент трения, резко снижается удельное электрическое сопротивление, значительная пористость (30%).

При значительной пористости их пропитывают лаками или воскообразными веществами, а в некоторых случаях расплавленными металлами (олово, свинец и др.) при 80-200 ⁰С и выше.

Свойства: устраняется пористость, уменьшается гигроскопичнть, позволяет ввести смазочные вещества, а пропитка металлами резко увеличивает механическую прочность и повышает проводимость.

Применение: непроволочные резисторы, контакты электрических аппаратов большой мощности, контактные детали токосъёмных устройств (щётки для электрических машин, токосъёмники электротранспорта), электроосветительные угли.

Угольные за­готовки проходят процесс обжига. Режим обжига определяет форму, в которой углерод будет находиться в изделии. При высоких температурах достигается искус­ственный перевод углерода в форму графита, вследствие чего такой процесс носит название графитирования.

ПРИПОИ И ФЛЮСЫ

 

Пайка – это процесс получения неразъёмных соединений в процессе создания межатомных связей припоя с поверхностями соединяемых материалов

Для пайки обычно применяют соединение в внахлест, увеличивая нахлёст можно повысить прочность паяного соединения. Процесс пайки сопровождается нагреванием, в результате которого припой плавиться, смачивает и растекается между соединяемыми поверхностями. На границе соприкосновения происходят сложные физико-химические процессы: адгезия (поверхностное сцепления), сплавление, диффузия.

Для смачивания паяемых поверхностей расплавленным припоем необходимо разрушение и удаления оксидных плёнок, имеющихся на поверхностях соединяемых металлов, что выполняется с помощью флюсов.

Припои – это металлы и сплавы, применяемые в качестве связующего вещества при пайке металлических частей, которые отличается по составу от паяемых металлов и обладают способностью смачивания паяемых металлов.

Требования, предъявляемые к припоям:

- высокая механическая прочность;

- высокая электропроводность;

- высокая коррозийная стойкость;

- хорошая текучесть (способность легко растекаться в расплавленном состоянии);

- малый интервал температур кристаллизации.

Низкотемпературные (мягкие), имеют температуру плавления ниже 400 ⁰С. Изготавливают на основе олова Sn, висмута Bi, кадмия Cd, свинца Pb, цинка Zn, индия In.

Высокотемпературные (твёрдые) – выше 400 ⁰С. Изготавливаются на основе меди Cu, серебра Ag, никеля Ni, кобальта Co, железа Fe, алюминия Al и др.

Флюсы – предназначены для очистки соединяемых поверхностей от оксидов и других загрязнений, предохранения от окисления в процессе пайки и улучшения растекания расплавленного припоя.

Требования, предъявляемые к флюсам:

- хорошо смачивать металлические поверхности;

- растворять и удалять оксиды и загрязнения с поверхности соединяемых деталей;

- защищать в процессе пайки поверхности и припой от окисления;

- снижать поверхностное натяжение расплавленного припоя, для улучшения смачивания;

- иметь рабочую температуру на 50-100⁰С ниже температуры плавления припоя;

- не изменять своего состава при температуре пайки;

- не вызывать коррозию;

- легко удаляться с поверхности после пайки.

Твердые порошкообразные вещества (бура Na₂B₄O₇, борная кислота H₃BO₃, канифоль (это смесь смоляных кислот и их изомеров) и др.)

Жидкие вещества (водный раствор хлористого цинка ZnCl₂, спиртовой раствор канифоли и др.)

Подбор припоев и флюсов.

Для осуществления пайки необходимо выполнять условие: температура плавления твёрдого флюса должна быть ниже температуры плавления припоя, она в свою очередь меньше температуры пайки (и не превышать температуры термического разложения флюса), которая должна быть меньше температуры плавления основного (паяемого) металла.

При пайке меди, латуни и бронз легкоплавкими припоями на свинцовой основе применяют флюсы, не вызывают коррозии паяных швов – канифоль и составы на её основе.

При пайке стали, меди и медных сплавов (латуни, бронзы и др.) тугоплавкими припоями чаще всего используют буру и её смеси с борной кислотой H₃BO₃ и другими солями.

При пайке алюминия применяют флюсы, способные растворить плотную плёнку его оксидов, хлористый литий LiCl, фтористый натрий NaF, хлористый цинк ZnCl₂, хлористый калий KCl.

МАРКИРОВКА ПРИПОЕВ

 

Условное обозначение	Значение
П	припой (указывается не во всех маркировка)
О	олово
С	свинец
Ви	висмут
К	кадмий
Су	сурьма
Ц	цинк
И	индий
М	медь
Ср	серебро
А	алюминий
00…99	содержания массы основного металла в процентах
Марка припоя	Значение	Температура плавления, 0С	Область применения
ПОС 40	олово 40%, остальное свинец	235 (мягкий)	Для пайки стали, меди и медных сплавов (бронзы, латуни), монтажных проводов, кабельных наконечников и конденсаторов
ПОСК 50-18	олово 50%, кадмий 18%, остальное свинец	145 (мягкий)	Для пайки меди, проводов и деталей, чувствительных к перегреву
ПОССу 35-0,5	олово 35%, сурьма 0,5%, остальное свинец	245 (мягкий)	Для пайки цинковых и оцинкованных деталей, свинцовых кабельных оболочек, электротехнических изделий неответственного назначения.
ПОССу 40-0,5	олово 40%, сурьма 0,5%, остальное свинец	235 (мягкий)	Для пайки цинковых и оцинкованных деталей, обмоток электрических машин, монтажных элементов и кабельных изделий.
ПСр 45	серебро 45%, медь 20-30%, остальное цинк	720 (твёрдый)	Для пайки стали, меди и медных сплавов (бронзы, латуни), никеля, ювелирных изделий
ПМЦ 42	медь 42%, остальное цинк	830 (твёрдый)	Для пайки стали, меди и медных сплавов (бронзы, латуни)
ЦА 12	алюминий 12%, остальное цинк	550 (твёрдый)	Для пайки алюминия
ЦО 15	олово 15%, остальное цинк	600 (твёрдый)	Для пайки алюминия

Простые.

Германий Ge, кремний Si, селен Se.

1.2 Сложные (сложные соединения различных элементов).

Карбид кремния SiC, окись железа Fe₂O₃ (гематит), окись меди (I) Cu₂O.

2. По строению.

2.1 Кристаллические (имеют кристаллическую структуру).

2.2 Аморфные (не имеют кристаллической структуры - изотропны, то есть не обнаруживают различных свойств в разных направлениях, не имеют определённой точки плавления).

3. По виду проводимости.

3.1

Si

Si

Si

Si

Si

Собственной проводимости.

Чистый полупроводник, в котором примеси составляют не более 10^-11 %, имеет одинаковое количество электронов и дырок, в результате разрыва ковалентных связей.

Например, элементы IV группы:

а) углерод C;

б) кремний Si;

в) германий Ge.

3.2

As

Si

Si

Si

Si

Примесной проводимости.

N -типа.

В качестве примеси используют элементы высшей группы (донор), основные носители заряда электроны, неосновные – дырки.

Например, элементы V группы:

а) фосфор P;

б) мышьяк As;

Al

Si

Si

Si

Si

в) сурьма Sb.

Р-типа.

В качестве примеси используют элементы низшей группы (акцептор), основные носители заряда дырки, неосновные – электроны.

Например, элементы III группы:

а) бор B;

б) алюминий Al;

в) индий In.

Применение: электронная техника (выпрямители, усилители, бесконтактные переключатели, инверторы, интегральные схемы).

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

 

1. Германий (Ge). Твёрдый кристаллический хрупкий материал с металлическим блеском (содержание в земной коре 0,001%).

Свойства:

- рабочая температура полупроводниковых приборов от -60 до 80 ⁰С;

- не взаимодействует с водой;

- высокая коррозийная стойкость (до 600 ⁰С);

- не прозрачен для видимого света и относительно прозрачен для инфракрасных лучей при длине волны более 1,8 мкм.

Применение: полупроводниковые приборы, фотоэлементы, тензодатчики, детекторы ядерного излучения.

2. Кремний (Si). Кристаллический материал тёмно-серого света с металлическим блеском, самый распространенный в природе после кислорода (содержание в земной коре 29,5%).

Свойства:

- рабочая температура полупроводниковых приборов от -60 до 200 ⁰С;

- не взаимодействует с водой;

- высокая коррозийная стойкость (до 900 ⁰С);

- химически устойчив при комнатной температуре, не реагирует с многими кислотами в любой концентрации, и растворяется в кипящих щелочах;

- не прозрачен для видимого света и относительно прозрачен для инфракрасных лучей при длине волны более 1,2 мкм.

Применение: базовый элемент полупроводниковой электроники (полупроводниковые приборы, интегральные микросхемы), фотоэлементы солнечных батарей, тензодатчики, детекторы ядерного излучения, раскислитель при производстве стали.

3. Селен (Se). Кристаллический материал различной окраски в зависимости от строения, в природе встречается редко и в малых концентрациях (содержание в земной коре 6∙10^-6 %).

Свойства:

- рабочая температура полупроводниковых приборов от -60 до 75 ⁰С;

- не взаимодействует с водой до 100-150 ⁰С;

- не окисляется при комнатной температуре;

- растворяется в щелочах с образование солей;

- спектральные характеристики почти совпадают со спектральной характеристикой глаза;

- прозрачен для инфракрасных лучей.

Применение: полупроводниковые приборы, фотоэлементы, защитные покрытия в приборах инфракрасного диапазона, краситель для красок, пластмасс, резин и керамики.

4. Карбид кремния (SiC). Хрупкий поликристаллический бесцветный материал, в природе встречается крайне редко в виде минерала муасанита.

Свойства:

- высокая твёрдость (немного уступает алмазу);

- при содержании кремния Si более 70% обладает электронной проводимостью, а при содержании углерода С более 30% – дырочной;

- при легировании элементами V группы, окрашивается в зелёный свет, а при легировании элементами II и III групп, окрашивается в голубой или тёмно-фиолетовый свет;

- нелинейная зависимость между током и напряжением;

- рабочая температура полупроводниковых приборов до 700 ⁰С.

- высокая коррозийная стойкость (до 1400 ⁰С);

- высокая химическая стойкость, при комнатной температуре не взаимодействует с кислотами, при нагревании растворяется в расплавах щелочей, а так же взаимодействует с ортофосфорной кислотой (Н₃РО₄);

Применение: варисторы (нелинейные резисторы), светодиоды, высокотемпературные диоды, транзисторы, для механической обработки материалов.

Газообразные.

а) Воздух (Е_{пр.возд.}=3МВ/м, самый дешёвый).

Применение: в высоковольтных выключателях с давлением 2-12 МПа, ЛЭП.

б) Азот N₂ (Е_пр.N2≈Е_{пр.возд.}, не окисляет другие материалы)

Применение: в газовых конденсаторах, в силовых трансформаторах газовая подушка.

в) Водород Н₂ (Е_пр.Н2=0,59·Е_{пр.возд.}, высокая теплопроводность, взрывоопасен).

Применение: электроизоляционная и охлаждающая среда в мощных электрических машинах (турбогенераторы).

г) Гексафторид серы (элегаз) SF₆ (Е_пр.SF2=2,5·Е_{пр.возд.}, не разлагается при нагревании до 800⁰С, химически стоек, не токсичен, высокая стоимость).

Применение: в высоковольтных выключателях, герметично закрытых распределительных устройствах, пожаробезопасных силовых трансформаторах.

д) Инертные газа: гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn.

Применение: добавляются к высокопрочным газам для повышения их дугогасительной способности.

2.2 Жидкие (повышают электрическую прочность, теплоотвод и дугогасящие св.).

2.2.1 Нефтяные масла (горят при 170⁰С, гигроскопичны, стареют).

а) Трансформаторное масло (малая вязкость).

Применение: для заливки реостатов, реакторов, маслонаполненных вводов, масляных выключателей, трансформаторов, и др.

б) Конденсаторное масло (меньшие электрические потери).

Применение: для пропитки бумажных и плёночных конденсаторов.

в) Кабельное масло (повышенная вязкость, пониженные электрические свойства).

Применение: в пропитки изоляции силовых кабелей.

2.2.2 Синтетические (наиболее химически и нагревостойкие).

а) Хлорированные углероды (трихлордефинил C₁₂H₁₀Cl₃, совол C₁₂H₅Cl₅, гексол 20% C₁₂H₉Cl₉, 80% C₄Cl₆ – токсичны, негорючие, не гигроскопичны)

Применение: для пропитки конденсаторов, заливки трансформаторов.

б) Кремнийорганические соединения (полиметилсилоксановые (С₂Н₆OSi)_n ПМСЖ, полиэтилсилоксановые ПЭСЖ, полиметилфенилсилоксановые ПМФСЖ жидкости – нетоксичны, большая стоимость).

Применение: в специальных конденсаторах, импульсных трансформаторах, блоках электронной аппаратуре.

в) Фторорганические соединения (фторметан CFH₃, фторхлорметан CFClH₂ трифторбромметан CF₃Br (фреоны, хладоны) – негорючие, при повышенных температурах разлагаются с выделением токсичных продуктов).

Применение: для пропитки и заливки конденсаторов и небольших трансформаторов, охладители в блоках электронного оборудования.

2.3 Твёрдые (самая большая группа).

Органические соединения, волокнистые материалы (бумага, ткани), минеральные материалы (слюда), стекло, керамика.

Применение: различные электроизоляционные детали и конструкции.

Пробой жидких диэлектриков.

Газовые включения и коллоидные частички воды, имеющие сферическую форму, под действием электрического поля деформируются, превращаются в эллипсоидные вращения, удлиняются и сливаются, образуя сплошной канал между электродами (“мостики”) по которому проходит электрический заряд, т.е. происходит пробой. Коллоидные частички воды кроме того поляризуются и притягиваются друг другу.

С увеличением давления электрическая прочность газа и электрическая прочность повышается. С увеличением содержания воды электрическая прочность сильно снижается.

Под действием электрических сил коллоидные смолистых веществ поляризуются, втягиваются в межэлектродное пространство, и образуют между электродами сплошные цепочки с пониженным сопротивлением.

При температурах близких к 0⁰С, вода и смолистые вещества находятся в свободном состоянии, и масло обладает минимальной электрической прочностью. С повышением температуры часть коллоидных частиц воды или смолистых веществ растворяется, и образование токопроводящего канала затрудняется, электрическая прочность повышается. С понижением температуры до -40⁰С вода замерзает и электрическая прочность увеличивается. При температуре больше 70⁰С начинается процесс кипения и увеличивается количество газов, что снижает электрическую прочность.

В однородном электрическом поле электрическая прочность больше, чем в неоднородном поле. В неоднородном поле может происходит неполный пробой (корона), под действием которой протекают процессы разложения и образования продуктов которые резко снижают электрическую прочность.

После снятия напряжения пробитый промежуток восстанавливается.

Объёмная проводимость.

Ток объёмной проводимости представляет собой направленное перемещение:

- сводных ионов, которые образуются в результате диссоциации (распада) молекул примесей, имеющихся в небольшом количестве: органические кислоты, щелочные оксиды (Na₂O, K₂O), влага и другие;

- ионов самого диэлектрика при повышенных температурах, поэтому удельное объёмное сопротивление ρ₀ при некоторой температуре резко падает.

- электронов и ионов диэлектрика при приложении больших напряжений, при этом удельное объёмное сопротивление ρ₀ падает.

Поверхностная проводимость.

Ток поверхностной проводимости зависит от степени увлажнения и загрязнения их поверхности. Чем сильнее увлажнена и загрязнена поверхность диэлектрика, тем меньшим удельным поверхностным сопротивлением ρ_п он обладает.

металлические электроды

твёрдый диэлектрик

+

-

Iо

Iп

канал повышенной проводимости – место теплового пробоя

Для защиты поверхности твёрдых диэлектриков от загрязнений и влаги их покрывают гидрофобными (не смачиваемыми водой) покрытиями – лаками и эмалями.

Является важной характеристикой при оценке материалов в линейных изоляторах (изоляторы из стекла покрывают кремнейорганическими соединениями).

Объёмный пробой.

Электрический пробой.

Начинается с ударной ионизации, возникающей при больших напряжениях, приложенных к диэлектрику. Процесс ударной ионизации сходен с процессом ударной ионизации в газах, но протекает при значительно больших напряжённостях электрического поля.

Электрический пробой твёрдых диэлектриков на практике встречается редко и может возникать в тех случаях, когда потери энергии в них незначительны, и обеспечен хороший отвод тепла. При электрическом пробое электрическая прочность мало зависит от толщины и его температуры.

Тепловой пробой.

Это явление теплового разрушения диэлектрика (расплавление, прожигание) по каналу, соединяющему два противоположных электроду диэлектрика.

Часть объема диэлектрика может обладать повышенной электрической проводимостью, вследствие чего в этом месте (канале) будет проходить заметный ток. Этот ток вызовет выделение тепла и нагрев канала, что приведёт к понижению его электрического сопротивления и к возрастанию тока. При повышении напряжения ток в канале ещё больше возрастёт, а выделяемое им тепло может вызвать сплошное прожигание или расплавление диэлектрика.

С повышением температуры или увеличением толщины диэлектрика электрическая прочность уменьшается, т.к. отвод теплоты от него будет затруднён, это приведёт к тепловому пробою при меньшей напряжённости электрического поля.

После снятия напряжения пробитый промежуток не восстанавливается.

Поверхностный пробой.

Зависит от свойств твёрдого диэлектрика, формы образца и электродов, и пробивной способности окружающей среды.

ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ РЕЗИНЫ

 

Наполнители.

3.1 Активные, которые повышают механическую прочность (цинковые белила и углеродистая сажа).

3.2 Неактивные, которые вводят для удешевления (мел, тальк и каолин).

4. Мягчители. Улучшают пластичность сырых резин, это облегчает наложение резиновой изоляции на жилы проводов, а также снижают температуру их вулканизации (стеариновая кислота, парафин и др.);

5. Противостарители. Повышают стойкость резиновой изоляции к окислению, тепловому и световому старению (неозон).

6. Красители. Повышают механические характеристики, но понижают изоляционные свойства резин (железный сурик, цинковые белила и др.).

Свойства:

- значительное удлинение без остаточного удлинения после снятия растягивающей нагрузки;

- низкая нагревостойкость, при нагреве резина стареет, становится хрупкой и трескается, для повышения применяют синтетические кремнийорганические каучуки.

- высокая водостойкость и газонепроницаемость;

- низкая химическая стойкость, растворяются в минеральных маслах;

- быстрое старение резины при воздействии на нее света, особенно ультрафиолетового.

Применение: для изоляции жил проводов и кабелей, шланги (электрические характеристики ниже, а механические – выше, некоторые обладают масло и бензостойкостью и не распространяют горение), для защитных перчаток, калош, ковриков и изоляционные трубок, применяемых при монтаже проводов.

ЛАКИ И ЭМАЛИ

 

Лаки – это коллоидные растворы (состоят из некристаллических частичек, которые по размерам превосходят молекулу) каких либо плёнкообразующих веществ в специально подобранных органических растворителях.

Основные компоненты лаков.

1. Плёнкообразующие вещества. Смолы (природные и синтетические), растительные высыхающие масла, эфиры целлюлозы и др.

2. Растворители. Легкоиспаряющиеся (летучие) жидкости: бензол, толуол, ксилол, спирты, скипидар и др.

3. Разбавители загустевших лаков отличаются от растворителей меньшей испаряемостью: бензин, лаковый керосин, скипидар и др.

4. Пластификаторы. Вещества, придающие лаковой плёнке эластичность: касторовое масло, жирные кислоты льняного масла, и др.

5. Сиккативы. Жидкие или твёрдые вещества, вводимые в некоторые лаки для ускорения их высыхания.

Лаки наносят в жидком состоянии, затем при сушке, содержащиеся нём органические растворители улетучиваются (испаряются), а плёнкообразные вещества в результате процессов полимеризации образуют твёрдую лаковую плёнку, гибкую (эластичную) или негибкую (хрупкую).

Воздушная (холодная) сушка осуществляется при комнатной температуре. Печная (горячая) сушка осуществляется при температурах от 100⁰С, применяют термореактивные пленкообразующие вещества (фенолформальдегидные, глифталевые и др. смолы), отвердевание которых обусловлено процессами полимеризации при повышенных температурах и имеют более высокие механические и электрические характеристики.

Применение:

- пропиточные для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов с целью цементации (соединения) их витков друг с другом, а так же устранения пористости изоляции, делает обмотку влагостойкой, повышается электрическая прочность и коэффициент теплопроводности;

- покрывные для создания на поверхности пропитанных обмоток влагостойких или маслостойких лаковых покрытий;

- клеящие для склеивания различных электроизоляционных материалов: листочков слюды (слоистая слюдяная изоляция), керамики, пластмасс и др.

Эмали на эпоксидных лаках.

Свойства:

- хорошая адгезия;

- повышенная нагревостойкость (до 155⁰С).

Глифталевый

ГФ-92-ГС (СПД) Эмаль горячей сушки образуют плёнки серо цвета, стойкие к искрам и минеральному маслу. Применяется для покрытия вращающихся и неподвижных обмоток.

ГФ-92-ХС (СВД) (КВД) Эмаль холодной сушки образует плёнки серого (СВД) и красного (КВД) цвета, стойкие к искрам и минеральному маслу. Применяется для покрытия неподвижных обмоток.

Эпоксидный Нагревостойкая эмаль горячей сушки образует плёнки, стойкие к влаге и минеральному маслу. Сушка ступенчатая: 2 часа при 20⁰С и 2 часа при 150⁰С.

Кремнийорганический

КО-936 Нагревостойкая эмаль образует твёрдые плёнки розового цвета, обладающие повышенной стойкостью к минеральному маслу и воде. Применяется для покрытия обмоток электрических машин и аппаратов, пропитанных кремнийорганическими лаками.

КО-911 Нагревостойкая эмаль образует твёрдые плёнки розового цвета, обладающие повышенной стойкостью к минеральному маслу, воде и плесени. Высыхает при пониженной температуре (35⁰С). Применяется для покрытия обмоток электрических машин и аппаратов, пропитанных кремнийорганическими лаками.

КОМПАУНДЫ

 

Компаунды – это электроизоляционные составы, изготовляемые из нескольких исходных веществ (смол, битумов), в момент применения компаунды представляют собой жидкость, которая, постепенно отвердевая, превращается в монолитный твёрдый диэлектрик.

Битумы – это твёрдые или смолоподобные продукты, представляющие собой смесь углеводородов и их азотистых, кислородистых, сернистых и металлосодержащих производных.

В отличие от лаков не содержат летучих растворителей, что обеспечивает их монолитность после отвердевания.

Битумные компаунды.

Свойства:

- термопластичные, применяют для пропитки неподвижных обмоток, т.к. при вращающие и нагреве может вытекать;

- стойкие к воде;

- растворяются в минеральных маслах и в углеводородах (бензин, бензол, керосин и др.);

- значительная объёмная усадка - уменьшение объёма при отверждении (7-8%);

- самые дешевые.

Эпоксидные компаунды.

Свойства:

- повышенная механическая прочность, для повышения вводят наполнители (пылевидный кварц, молотый тальк и др.);

- хорошая адгезия (к металлам, керамике, пластмассам и волокнистой изоляции обмоток);

- малая объёмная усадка (0,5-1,5%).

БУМАГИ И КАТРОНЫ

 

Свойства (общие):

- гигроскопичны и легко увлажняются на влажном воздухе, снижая электрические характеристики;

- анизатропны (больная часть их волокон расположена вдоль листа) и поэтому их механические и электрические характеристики вдоль листа заметно выше.

Бумаги. Сырьём для изготовления различных электроизоляционных бумаг является целлюлоза и клетчатка, получаемая химической переработкой древесины хвойных пород (сосна, ель). В состав древесины так же входят лигнин, смолистые и другие вещества, которые придают бумаге хрупкость и снижают её электроизоляционные свойства.

Кабельная бумага.

Свойства:

- высокая механическая прочность, при намотке подвергаются механическому натяжению, кроме того, в готовом кабеле в процессе укладки подвергается изгибам;

- большая электрическая прочность и меньшая воздухопроницаемость, т.к. большая плотность и малая пористость, следовательно.

Применение: в качестве основной изоляцией кабелей высокого напряжения, после намотки жилу кабеля пропитывают электроизоляционным маслом.

2. Конденсаторная бумага.

Свойства:

- самая тонкая (от 0,004 до 0,03 мм) и однородная по толщине;

- сравнительно высокая электрическая прочность, т.к. малая воздухопроницаемость.

Применение: в бумажных конденсаторах, пропитанную жидким диэлектриком.

3. Пропиточная бумага.

Свойства: высокая воздухопроницаемость для обеспечения хорошей пропитки.

Применение: для изготовления слоистой электроизоляционной пластмассы – гетинакс.

4. Крепированная бумага.

Свойства: гибкая, хорошо растягивается в продольном направлении (до 60%).

Применение: для изолирования отводов и мест соединения обмоток трансформаторов и других маслонаполненных электрических аппаратов. Эта бумага на поверхности имеет креп (гофрирофку), нанесённый перпендикулярно направлению полотна.

Микалентная бумага.

Применение: для изготовления гибкой слюдяной ленты.

Картоны. Сырьём для их изготовления является масса из целлюлозы или её смеси с хлопковым волокном, что обеспечивает повышенные механические и электроизоляционные свойства.

1. “ Воздушные ” картоны. В некоторые картоны вводят клеящие вещества на основе канифоли и крахмала для уменьшения гигроскопичности и получения более плотной структуры.

Применение: для работы в воздухе и применяются для пазовой и межвитковой изоляции в электрических машинах низкого напряжения.

2. “Масляные” картоны. Имеют несколько рыхлую структуру и поэтому хорошо пропитываются маслом.

Применение: в маслонаполненных аппаратах, трансформаторах и др.

Фибра. Сырьём для их изготовления является масса из целлюлозы или её смеси с хлопковым волокном по 50%. Изготовляется пропиткой нескольких слоёв бумаги концентрированным раствором хлорида цинка (реже раствором серной кислоты и роданида кальция) и последующим прессованием.

Свойства:

- легко поддаётся механической обработке (пилится, сверлится, строгается и нарезается);

- после сушки даёт усадку, что затрудняет изготовление из неё точных деталей.

Применение: в электрооборудовании низкого напряжения (пазовых клиньев и прокладок в электрических машинах невлагостойкого исполнения), в дугогасительных камерах (при образовании дуги при разрыве или замыкании контактов, фибра выделяет специальный газ, который гасит эту дугу).

ЛАКОТКАНИ И ИЗДЕЛИЯ

 

Лаколенты – это гибкие рулонные материалы, состоящие из какой-либо тканевой основы, пропитанной электроизоляционным лаком.

Тканевые основы.

1. Хлопчатобумажные ткани (тонкие прочные ткани – перкаль и др.) пропитываются светлыми масляными или чёрными масляно-битумными лаками, обеспечивающие лакоткани повышенную влагостойкость.

2. Шелковые ткани (тонкие из натурального шёлка) пропитываются светлыми масляными лаками.

3. Капроновые ткани пропитанные светлыми масляными лаками.

4. Стеклянные ткани (из стеклянного бесщёлочного волокна), пропитываются кремнийорганическими лаками, обеспечивающие повышенную нагревостойкость.

Лакоткани нарезают под углом 45⁰ по отношению к основе, что обеспечивает наибольшую эластичность и позволяет изолировать ими лобовые части обмоток и соединения фасонного профиля.

Применение: пазовая и межвитковая изоляция в электрических машинах низкого напряжения, трансформаторах, наружная изоляция катушек и отдельных групп проводов в электрических аппаратах и приборах.

Изделия из лакотканей.

1. Липкая электроизоляционная лента. Основа хлопчатобумажная или стеклянная лента.

Применяется: при монтажных работах для изоляции мест соединений проводов в сетях и устройствах низкого напряжения.

2. Прорезиненная хлопчатобумажная лента. Основа миткалевая лента, пропитанная вязким резиновым составом.

Применяется: при монтажных работах для изоляции мест соединений проводов в сетях и устройствах низкого напряжения.

3. Липка нагревостойкая стеклолента. Основа стеклянная лента, пропитанная кремнийорганическим лаком.

Применение: для изоляции лобовых частей обмоток электрических машин и аппаратов с высокими рабочими температурами (до 155⁰С).

4. Хлопчатобумажные лакированные трубки (линоксиновые). Основа хлопчатобумажная пряжа, пропитанная масляным лаком, с внутренним диаметром от 0,5 до 10 мм и толщиной стенки от 0,5 до 0,9 мм.

Применение: изоляция выводных концов и мест соединения в электрических аппаратах и трансформаторах (сухих и масляных).

5. Лакированные стекловолокнистые трубки. Основа стекловолокнистая пряжа, пропитанная полиуретановым, эпоксидным или кремнейорганическим лаком, с внутренним диаметром от 1 до 10 мм и толщиной стенки от 0,4 до 0,5 мм.

Применение: изоляция выводом концов и мест соединений в электрических машинах и аппаратах при рабочей температуре от -60 до +180⁰С.

ПЛАСТМАССЫ

 

Пластмассы – это изделия, получаемые из прессовочных порошков, которые под воздействием температуры и давления размягчаются и приобретают свойства пластического течения.

1. Ненаполненные. Чистые полимеры (поливинилхлорид, полиэтилены и др.).

2. Многокомпонентные. Состоящие из нескольких компонентов.

Компоненты пластмасс.

1. Связующие вещества. Синтетические смолы (фенолформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические и др.), которые пропитывают наполнители и другие компоненты, придают им пластичность и обеспечивают монолитность получаемых изделий.

2. Наполнители (40-60%). Порошкообразные (неорганические: кварцевый и слюдяной порошок, стеклянное волокно) или волокнистые вещества (стеклянные, асбестовые и хлопковые волокна), повышающие механическую прочность и уменьшающие объёмную усадку изделий.

3. Пластификаторы. Густые маслообразные синтетические жидкости, вводимые для понижения их хрупкости и повышения холодостойкости. Жидкие - сложные эфиры фталевой, фосфорной и др. кислот; твердые – низкомолекулярные каучукоподобные или воскоподобные смолы. Стараются вводить как можно меньше пластификаторов, так как большинство из них, может постепенно испаряется, отчего изменяются и размеры, и эластичность готового материала; он «стареет» и может растрескаться.

4. Стабилизаторы. Вещества, вводимые для повышения их стойкости к свету и нагреву. Вещества примеры.

5. Смазывающие вещества. Вводят для лучшего отделения отпрессованных изделий от поверхности стальных пресс-форм (стеарин, олеиновая кислота).

6. Отвердители. Вещества, вводимые в некоторые пластмассы для ускорения их отвердевания. Вещества примеры.

7. Красители. Вещества, придающие изделиям равномерную окраску и для придания изделиям декоративного вида и повышения их стойкости к свету. Вещества примеры.

8. Порообразователи. Вещества, которые при нагревании выделяют большое количество газов, создающие пористую структуру изделиям.

Электроизоляционная слюда.

Природный минерал характерного слоистого строения, который легко расщепляется на пластинки толщиной до 0,006 мм (содержание в земной коре 3,8%).

1. Мусковит. Алюмосиликат калия (К₂О₅∙3Аl₂O₃∙6SiO₂∙2H₂O), имеет преимущественно серебристый, иногда с зеленоватым или красноватым оттенком, цвет.

Свойства:

- высокие механические характеристики (прочность, твёрдость, гибкость, упругость);

- хорошие электрические характеристики (электроизоляционные свойства);

- высокая нагревостойкость до 500⁰С, при превышении из слюды выделяется химически связанная вода, листочки слюды набухают и резко ухудшаются характеристики;

- высокая химическая стойкость, не действует ни один из растворителей, щелочи и кислоты действую только при значительной концентрации, нагревании и длительном контакте.

2. Флогопит. Магнезиальный силикат калия (K₂O∙6MgO∙Аl₂O₃∙6SiO₂∙2H₂O), имеет цвет от янтарного до чёрного.

Свойства:

- меньшие механические и электрические характеристики;

- высокая нагревостойкось до 800⁰С;

- меньшая химическая стойкость: не действуют щелочи, реагирует с кислотами.

Применение: ответственная изоляция (пазовая) в турбо- и гидрогенераторах, тяговых электродвигателях и в других электрических машинах, клееные слюдяные материалы – миканиты.

3. Фторфлогопит. Синтетическая слюда (KMg₃∙Si₃AlO₁₀∙F₂).

Свойства:

- более высокие электрические характеристики;

- высокая нагревосттойкость (до 1000⁰С).

- высокая химостойкость; - дорогой.

Применение: нагревостойкая изоляция специальных электрических машин.

Слюдяные материалы.

1. Миканиты. Твёрдые или гибкие листовые материалы, получаемые склеиванием листочков щепаной слюды с помощью синтетических смол или лаков на их основе, иногда с последующим горячим прессованием.

Применение:

- твёрдый: изоляционные прокладки для изоляции медных пластин коллекторов электрических машин, аппаратов и изделия сложной формы;

- гибкий: пазовая, межвитковая и подбандажная изоляция в электрических машинах и различные гибкие прокладки.

2. Микафолий. Рулонные или листовые материалы, получаемые склеиванием одного или нескольких слоёв щепаной слюды. Имеют подложку из плотной бумаги или тонкой стеклоткани с одной стороны. В качестве клеящих составов применяют маслено-глифталевы и кремнийорганические лаки.

Применение: трубки для изоляции болтов и шпилек, гильзы для пазовой изоляции обмоток и другие фасонные изделия.

3. Микаленты. Гибкие рулонные материалы, получаемые склеиванием в один слой листочков щепаной слюды (с перекрытием). Имеют подложку из микалентной бумаги, стеклянной ткани или стеклосетки с двух сторон. В качестве клеящих составов применяют масляно-битумные (чёрные), масляно-глифталевые (светлые) и кремнийорганические лаки.

Применение: основная изоляция обмоток (стержней) в генераторах и электродвигателях высокого напряжения.

4. Слюдиниты. Твёрдые или гибкие материалы, получаемые из слюдинитовой бумаги (мелких отходов мусковита), с применением связующих веществ с последующим горячим прессованием.

5. Слюдопласты. Твёрдые или гибкие материалы, получаемые из слюдопластовой бумаги (мелких отходов флогопита), с применением пропитывающих лаков и компаундов, подложек.

Применение: слюдиниты так же как миканиты, слюдопласты как микаленты.

Силикатные материалы.

Твёрдые неорганические аморфные материалы, получаемые в результате переохлаждения расплава различных оксидов.

1. Кварцевое стекло. Основной компонент – кварцевый песок, который содержит 98% оксида кремния SiO₂, который плавиться при 2000⁰С.

Свойства:

- высокие механические характеристики;

- очень высокие электрические характеристики;

- высокая теплостойкость (нагретый до красного калена и погруженный в холодную воду не растрескивается), малая теплопроводность и малый коэффициент теплового расширения;

- влагостойкое.

Применение: небольшие изоляторы.

2. Силикатные стёкла. Кроме кварцевого песка входят: кальцинированная сода Na₂CO₃, доломит CaCO₃∙MgCO₃, мел CaCO₃ и др., которые снижают температуру плавления до 1350-1600⁰С (в определенном соотношении называют шихтой).

2.1 Щелочные стекла. Содержат щелочные оксиды (Na₂O, К₂О, CaO, BaO).

Свойства:

- низкие электрические характеристики;

- низкая теплостойкость и большой коэффициент теплового расширения.

Применение: оконные стёкла, посуда и бутылочное стекло.

2.2 Малощелочные стекла. Содержат не более 5% щелочных оксидов.

Применение: изоляторы высокого напряжения.

2.3 Бесщелочные стекла. Содержат менее 2% щелочных оксидов (кварц. стекло).

Применение: стеклянное волокно для стеклотканей.

Электрокерамические материалы.

Твёрдые камнеподобные материалы, получаемые в результате обжига массы из минералов и оксидов металла.

Изоляционная керамика.

1.1 Электротехнический фарфор (один из широко применяемых). Исходная масса состоит из 42-50% глинистых веществ, 20-25% кварца, 22-30% калиевого полевого шпата и 5-8% измельченных бракованных фарфоровых изделий, для получения тестообразной массы вводят 20-22% (от сухой смеси) воды H₂O.

Свойства:

- высокая механическая прочность и высокие электрические характеристики;

- высокая нагревостойкость и влагостойкость;

- больше, чем органические материалы, устойчив к электрическому и тепловому старению.

Применение: широкий ассортимент изоляторов и других электроизоляционных элементов.

1.2 Стеатит. Исходная масса состоит на основе талька 3MgО∙4SiO_2∙H₂О и углекислого бария BaCO₃ или углекислого кальция CaCO₃, для обеспечения пластичности вводя 15-20% глинистых веществ.

Свойства:

- повышенная механическая прочность и лучшие электрические характеристики.

- более дорогой.

Применение: различные изоляторы высокого и низкого напряжения, опорные плиты.

2. Конденсаторная керамика. Исходная масса состоит на основе соединения диоксидов титана TiO₂, циркония ZrO₂, олова SnO₂ и др., а так же оксидов щелочных металлов (Na₂O, К₂О, CaO, MgO, ZrO и др.), для обеспечения пластичности в некоторые массы вводят небольшое количество глинистых веществ (%).

Свойства:

- большая диэлектрическая проницаемость, что позволяет изготавливать конденсаторы большой ёмкости при сравнительно малых габаритов;

- не гигроскопичны, поэтому не нуждаются в защитных корпусах как бумажные конденс-ры.

Применение: керамические конденсаторы.

МАРКИРОВКА ПРОВОДОВ

 

Условное обозначение	Значение

Обмоточные провода

П провод (всегда на первом месте)

Токоведущие жилы

- медь А алюминий (в конце маркировки, в начале при волокнистой изоляции) М манганин К константан НХ нихром

Изоляция

Э эмаль В высокопрочная эмаль Т (ТК) теплостойкая эмаль (кремнийорганическая) Л эмаль на масляной основе М эмаль стойкая к нефтяному маслу Б хлопчатобумажная пряжа (бумага) Ш натуральный шелк Л лавсан К капрон С стекловолокно О один слой изоляции Д два слоя изоляции

Цифры

0,063-60 сечение жилы в мм²

Монтажные провода

М монтажный провод

Токоведущие жилы

- медь А алюминий Г многопроволочная жила (гибкий), отсутствие буквы – жила однопроволочная

Изоляция

В поливинилхлорид Р резина Ш натуральный шелк К капрон О обмотка из хлопчатобумажной пряжи С обмотка из стекловолокна Д два слоя обмотки Л лакированный

Цифры

0,05-2,5 сечение жилы в мм²

Установочные провода

Токоведущие жилы

- медь А алюминий П провод ПП провод плоский Г многопроволочная жила (гибкий)

Изоляция

В поливинилхлорид П полиэтилен Р резина РК кремнийорганическая резина О оплетка Т для прокладки в трубах

Цифры

0,5-120 сечение жилы в мм²

КАБЕЛИ

 

Силовые кабели предназначены для прокладки непосредственно в земле (траншее), в специальных сооружениях (блоки, туннели), а так же внутри помещений для передачи энергии напряжением свыше 1000 В.

Контрольные кабели предназначены для прокладки в помещениях, в передвижных электроустановках для передачи низковольтных сигналов управления в цепях вторичной коммутации, на напряжение до 660 В переменного тока и до 1000 В постоянного.

МАРКИРОВКА СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ

 

Условное обозначение	Значение
Токоведущие жилы
-	медь
А	алюминий
(ож)	однопроволочные жилы (в конце маркировки в скобках)
Изоляция
-	бумага пропитанная
В	поливинилхлорид
П	полиэтилен
Пв (Пс, Псв)	вулканизированный (самозатухающий, вулканизированный самозатухающий) полиэтилен
Р	резина (после обозначения материала оболочки)
Ц	бумага, пропитанная нестекающим составом (в начале маркировки)
В	бумага, обеднено-пропитанная (в конце маркировки через черточку)
У	бумага, пропитанная составом с повышенной температурой нагрева (в конце маркировки)
Герметичная оболочка
А	алюминий
С	свинец
В	поливинилхлорид
П	полиэтилен
Р	резина (после обозначения материала жилы)
Н	найтритовая резина (не горючая, после обозначения материала жилы)
О	отдельные оболочки поверх каждой фазы (20-35 кВ, перед обозначением оболочки)
Г	отсутствует защитный покров (после обозначения оболочки)
Защитный покров
Броня
Б	две стальные ленты шириной 20 – 60 мм и толщиной 0,3 мм, размещаются в два слоя с зазором, причём зазор нижнего слоя перекрывается верней лентой
П (Па)	плоская стальная оцинкованная проволока (алюминиевая)
К (Ка)	круглая стальная оцинкованная проволока (алюминиевая)
Г	отсутствует наружный покров (после обозначения брони)
Подушка
-	нормальная, состоит из слоя битумного состава, который обматывается пропитанной кабельной бумагой несколько раз, толщиной 1,5 -2 мм
б	отсутствует
л	усиленная лавсановой лентой
2л	особо усиленная двумя лавсановыми лентами
п (в)	выпрессовонный полиэтиленовый (поливинилхлоридный) шланг
Наружный покров
-	нормальный, состоит из битумного состава, пропитанной кабельной пряжи и лакового покрытия
Шв (Шп, Шнг)	выпрессованный поливинилхлоридный (полиэтиленовый, негорючий) шланг
н (нг)	негорючий
Цифры
1-4	количество жил
2,5-800	сечение каждой жилы в мм2
00…99	сечение экрана в мм2
1, 3, 6, 10,20,35	номинальное напряжение в кВ

МАГНИТОМЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Свойства (общие):

- зависят от химического состава;

- зависят от степени искажения кристаллической структуры и внутренних напряжений (для сплавов при холодной прокатке кристаллические частицы ориентируются в одном направлении, что приводит к повышению магнитных характеристик в направлении проката);

- большая начальная и максимальная магнитная проницаемость;

- большая индукция насыщения;

- малая коэрцитивная сила (‹4кА/м);

- малые потери на гистерезис, т.е. узкая петля гистерезиса.

1. Кремнистые стали (электротехническая сталь). Низкоуглеродистые стали (0,04% углерод С) 0,8-4,8% кремния Si. Основной материал для сердечников и магнитопроводов.

Свойства: кремний увеличивает удельное электрическое сопротивление (от 0,1 до 0,6 при 5% Si) и магнитную проницаемость (max при 6,8% Si), уменьшает коэрцитивную силу и ухудшает механические свойства (непригоден для штамповки).

Применение: холоднокатаные: сердечники электрических машин, трансформаторов и другие конструкции, где направление магнитного потока совпадает с направление прокатки; горячекатаные: сердечники электрических машин круглой формы.

2. Пермаллои. Пластичные железоникелевые сплавы:

а) низконикелевые пермаллои – 40-50% никеля Ni;

б) высоконикелевые пермаллои – 72-80% никеля Ni;

Свойства: чувствительны к механическим деформациям (резке, штамповке и др.), поэтому детали, подвергают дополнительной тепловой обработке – отжигу.

Применение: низконикелевые: сердечники электрических аппаратов и малогабаритных трансформаторов, работающих в переменных полях; высоконикелевые: сердечники мощных силовых трансформаторов (большие магнитные потоки).

3. Альсиферы. Нековкие хрупкие сплавы 77-85,5% железо Fe, 9-10% кремния Si, 5,5-13% алюминия Al.

Свойства: высокая твёрдость и хрупкость, поэтому изделия получают литьём, магнитные свойства не отличаются от пермаллоев.

Применение: литые сердечники, работающие в постоянных или медленно меняющихся магнитных полях (не более 20кГц, более большие потери на вихревые токи).

4. Ферриты.

Свойства:

- хрупкие, возможность обработки только шлифованием;

- высокое удельное электрическое сопротивление, т.е. малые потери на вихревые токи;

- с ростом температуры их удельное сопротивление уменьшается, т.к. являются полупроводниками;

- высокая коррозийная стойкость;

- в слабых магнитных полях могут заменить кремнистые стали и пермаллои, в средних и сильных имеют более низкую индукцию насыщения и их применение нецелесообразно, а в высокочастотных полях имеют более высокую индукцию;

- простота изготовления деталей.

4.1 Никелево-цинковые ферриты. Ni_nZn_1-nFe₂O_4.

n –доля содержания оксида металла в материале (n=0,4-0,6).

Применение: сердечники электрических машин и аппаратов, работающих в полях с частотами от 500кГц до 200 МГц.

4.2 Марганцево-цинковые ферриты. Mn_nZn_1-nFe₂O₄.

Применение: сердечники электрических машин и аппаратов, работающих в полях с частотами от звуковых (от 20 Гц до 20 кГц) до нескольких МГц.

МАГНИТОТВЁРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Свойства (общие):

- зависят от химического состава;

- зависят от степени искажения кристаллической структуры и внутренних напряжений (при охлаждении или прессовке в сильном магнитном поле кристаллические частицы ориентируются в одном направлении, что приводит к повышению магнитных характеристик в направлении внешнего магнитного поля);

- малая магнитная проницаемость;

- большая коэрцитивная сила (›4кА/м) и остаточная магнитная индукция;

- большие потери на гистерезис, т.е. широкая петля гистерезиса;

- уменьшение магнитного потока с течением времени – старение, в результате вибраций, ударов, резкого изменения температуры - обратимо, изменение структуры - необратимо.

1. Мартенситные стали. Высокоуглеродистые стали (0,9-1,1% углерод С):

а) хромистые стали – до 3% хрома Cr;

б) вольфрамовые стали – до 8% вольфрама W;

в) кобальтовые стали – до 15% кобальт Со.

Свойства: возможность обработки на металлорежущих станках, низкие магнитные характеристики, особая склонность к старению, сравнительно дешёвые.

Применение: постоянные магниты в наименее ответственных случаях.

2. Железоникельалюминиевые сплавы. Сплав 20-33% никеля Ni, 11-17% алюминия Al, 50-69% железо Fe.

Свойства: большая твёрдость и хрупкость, не поддаются обычным методам механической обработки, можно обрабатывать только шлифованием.

Применение: являются основным материалом для постоянных магнитов.

3. Металлокерамические материалы. Материалы, получаемые прессование с дальнейшим спеканием порошков сплавов Fe – Ni – Al, Fе – Ni – Al – Co, Cu – Ni – Co, Cu – Ni – Fe и др.

Свойства:

- высокие механические свойства;

- небольшая пористость, что несколько снижает магнитные характеристики;

- не требуют дополнительной обработки (изделия заданных размеров и сложных форм).

4. Ферриты.

Свойства:

- хрупкие, возможность обработки только шлифованием;

- высокое удельное электрическое сопротивление, т.е. малые потери на вихревые токи;

- с ростом температуры их удельное сопротивление уменьшается, т.к. являются полупроводниками;

- высокая коррозийная стойкость;

- простота изготовления деталей.

4.1 Бариевые ферриты. BaFe₁₂O₁₉, BaO∙6Fe₂O₃.

Свойства:

- сильная зависимость магнитных характеристик от температуры (при охлаждении ниже -60 ⁰С и последующего нагревания магнитные свойства теряются);

- низкая остаточная магнитная индукция (в 2-4 раза, чем у металлических материалов);

- дешевые (в 10 раз, чем металлические магнитные материалы).

4.2 Кобальтовые ферриты. CoFe₂O₄ (вектолит), CoO∙6Fe₂O₃.

Свойства:

- зависимость магнитных характеристик от температуры (при нагревании выше +80 ⁰С магнитные свойства не теряются);

- высокая стабильность при воздействии магнитных полей, вибрации и ударов;

- высокая стоимость.

Применение: постоянные магниты.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

 

 

Дисциплина: Электротехнические материалы

 

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

 

Электромагнитное поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

Электрическое поле – возникает вокруг неподвижных заряженных частиц или при изменении магнитного поля и обнаруживается по силовому воздействию на не неподвижные заряженные частицы.

Закон Кулона: сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

+

-

q1

q2

F1,2

r

Силовые линии не замкнуты

-

-

F1,2

F1,2

где q₁, q₂ – величина зарядов, Кл;

r – расстояние между зарядами, м;

ε_а – абсолютная диэлектрическая проницаемость, учитывает влияние среды на электрическое поле, Ф/м.

Магнитное поле – возникает вокруг подвижных заряженных частиц или при изменении электрического поля и обнаруживается по силовому воздействию на подвижные заряженные частицы.

Закон Ампера: сила, действующая на проводник с током, помещённый в однородное магнитное поле, прямо пропорциональная произведению магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и синус угла между вектором магнитной индукции и проводником.

Х

.

I1

I2

F1,2

r

F1,2

Силовые линии замкнуты Правило буравчика

Внесли Правило левой руки

 

где I₁, I₂ – сила токов в проводниках, А;

l – длинна проводников, м;

r – расстояние между проводниками, м;

µ_а – абсолютная магнитная проницаемость, учитывает влияние среды на магнитное поле, Гн/м.

Электрические и магнитные поля не существуют обособленно (независимо),

Т.к. порождают друг друга.