Đang tải... (xem toàn văn)
Ph� l�c 3 1 UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MÔN HỌC VẬT LIỆU ĐIỆN LẠNH NGÀNH, NGHỀ KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP (Ban hành kèm the[.]
UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN LẠNH NGÀNH, NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHƠNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định Số: ……… ngày … tháng … năm …… Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin đƣợc phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG LỜI GIƠI THIỆU MỤC LỤC CHƢƠNG TRÌNH MƠN HỌC VẬT LIỆU ĐIỆN LẠNH CHƢƠNG VẬT LIỆU KỸ THUẬT ĐIỆN Vật liệu cách điện 1.1 Khái niệm đặc tính chất cách điện 1.2 Chất cách điện thể khí 1.3 Chất cách điện thể lỏng 1.4 Chất cách điện hữu 1.5 Sơn êmay cách điện 1.6 Vật liệu cách điện dạng xơ 10 1.7 Vật liệu cách điện dạng dẻo 11 1.8 Vật liệu cách điện từ Mica 11 1.9 Sứ cách điện 12 Vật liệu dẫn điện 13 2.1 Vật liệu dẫn điện 13 2.2 Đồng 14 2.3 Nhôm 15 2.4 Một số kim loại dẫn điện khác 17 2.5 Các hợp kim có điện trở suất cao 18 2.6 Dây dẫn làm dây quấn máy điện (dây điện từ) 19 2.7 Vật liệu bán dẫn 20 CHƢƠNG VẬT LIỆU KỸ THUẬT LẠNH 22 Vật liệu kỹ thuật lạnh .22 1.1.Vật liệu kim loại 22 1.2 Vật liệu phi kim 25 1.3 Vật liệu cách nhiệt 28 1.4 Dầu bôi trơn 29 Vật liệu cách ẩm hút ẩm 32 2.1 Vật liệu cách ẩm 32 2.2 Vật liệu hút ẩm 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………… ….……………39 TÊN MÔN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN LẠNH Mã môn học: MH 10 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Đƣợc bố trí sau học xong môn học chung sở kỹ thuật điện - Là môn học bắt buộc Mục tiêu mơn học: - Trình bày đƣợc kiến thức vật liệu kỹ thuật điện vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh - Lựa chọn đƣợc vật liệu để lắp đặt sửa chữa hệ thống điện lạnh - Nghiêm túc tìm hiểu đặc tính vật liệu để sử dụng mục đích Nội dung môn học: CHƢƠNG 1: VẬT LIỆU KỸ THUẬT ĐIỆN Mục tiêu: - Trình bày đƣợc khái niệm cấu tạo vật liệu dẫn điện, cách điện - Phân loại đƣợc xác chức vật liệu cụ thể - Trình bày đƣợc kiến thức cơ, lý, hố tính năng, tác dụng vật liệu cách điện; - Trình bày đƣợc kiến thức cơ, lý, hố tính tác dụng vật liệu dẫn điện đồng thời giúp học sinh nắm đƣợc phạm vi ứng dụng vật liệu dẫn điện - Nghiêm túc tìm hiểu đặc tính vật liệu để sử dụng mục đích Nội dung chính: VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN: * Mục tiêu: - Trình bày đƣợc khái niệm cấu tạo cách điện - Phân loại đƣợc xác chức vật liệu cụ thể - Trình bày đƣợc kiến thức cơ, lý, hố tính năng, tác dụng vật liệu cách điện; 1.1 Khái niệm đặc tính chất cách điện: 1.1.1 Khái niệm: - Vật liệu cách điện chất điện môi chất dùng để thực cách điện cho phần dẫn điện chi tiết thiết bị điện - So với vật liệu dẫn điện vật liệu cách điện có điện trở lớn nhiều - Đặc tính chất điện mơi khả tạo nên điện trƣờng lớn tích luỹ đƣợc lƣợng điện 1.1.2 Phân loại chất điện môi: + Theo trạng thái vật thể chất điện môi gồm: chất khí, lỏng rắn + Theo chất hóa học,chất điện mơi đƣợc chia ra: chất vơ hữu + Theo khả chịu nhiệt chất điện môi đƣợc phân thành cấp: Y, A, E, B, F, H, C 1.1.3 Tính chất chung vật liệu cách điện: a Tính hút ẩm: - Hút ẩm: Là khả hút ẩm từ môi trƣờng xung quanh + Tác hại:tăng dịng điện rị, tổn hao điện mơi giảm điện áp phóng điện + Biện pháp khắc phục: thực sơn phủ bề mặt điện môi - Tính thẩm thấu: khả cho nƣớc xuyên qua vật liệu + Lƣợng ẩm m thời gian qua mặt phẳng S (cm2) lớp vật liệu cách điện có chiều dày h (cm), dƣới tác dụng hiệu số áp suất nƣớc P1 P2 (mmHg) hai phía bề mặt vật liệu đƣợc tính theo cơng thức sau: m ( p1 p2 ).S h Trong đó: độ thấm ẩm vật liệu + Tác hại: tƣơng tự nhƣ tính hút ẩm - Tính dính ƣớc: Khả hình thành màng ẩm bề mặt vật liệu bề mặt vật liệu đặt môi trƣờng có độ ẩm cao + Tác hại: tăng dịng điện rị giảm đáng kể điện áp phóng điện + Biện pháp khắc phục: thực sơn phủ bề mặt điện mơi b Tính học: - Độ bền kéo, nén uốn điện môi khác nhiều: Độ bền phụ thuộc nhiều vào tiết diện mẫu vật liệu * Ví dụ: sợi thuỷ tinh đƣờng kính giảm độ bền học tăng, đƣờng kính giảm tới 0,01 mm đạt đƣợc giới hạn bền nhƣ dây đồng Độ bền học giảm nhiệt độ tăng - Tính giịn: Khả bề mặt vật liệu chống lại tải học động - Độ cứng: Biểu thị khả bề mặt vật liệu chống lại biến dạng gây nên lực nén truyền từ vật liệu có kích thƣớc bé - Ngồi chất lỏng nửa lỏng nhƣ: dầu, sơn, hỗn hợp chất tráng, tẩm độ nhớt đặc tính quan trọng c Tính chất hố học khả chịu phóng xạ điện mơi: - Khi làm việc lâu dài, không bị phân huỷ để giải sản phẩm phụ khơng bị ăn mịn kim loại tiếp xúc với nó, khơng phản ứng với chất khác nhƣ nƣớc axít - Khi sản xuất chi tiết dùng hố chất khác nhƣ: Chất kết dính, chất hồ tan, điện môi khác d Hiện tƣợng đánh thủng điện môi độ bền cách điện: - Khi cƣờng độ điện trƣờng cao giới hạn độ bền cách điện chất điện mơi, xảy đánh thủng điện mơi Đánh thủng q trình phá hoại chất điện mơi, điện mơi tính chất cách điện chỗ bị đánh thủng - Trị số điện áp lúc xảy đánh thủng điện môi gọi điện áp đánh thủng (Uđt) trị số cƣờng độ điện trƣờng tƣơng ứng gọi độ bền cách điện chất điện môi (Eđm) - Độ bền cách điện chất điện môi đƣợc xác định theo công thức: Eđt = U dt / d [kV/mm] Trong đó: d: chiều dày chất điện môi chỗ đánh thủng, mm e Độ bền điện: - Đặc trƣng giá trị điện áp lớn đặt vào bề mặt vật liệu mà vật liệu đảm bảo tính cách điện - Các yếu tố ảnh hƣởng tới độ bền điện chủ yếu nhiệt điện Ngồi cịn phụ thuộc vào khoảng cách áp suất Nếu áp suất giảm độ bền điện lớn, áp suất tăng độ bền điện nhỏ f Tính chịu nhiệt: - Đánh giá khả chịu nóng vật liệu cách điện chi tiết chịu nhiệt không bị hƣ hại thời gian ngắn nhƣ lâu dài dƣới tác dụng nhiệt độ cao thay đổi đột ngột nhiệt độ đƣợc gọi độ bền chịu nóng - Đối với điện mơi vơ cơ: Độ bền chịu nóng đƣợc xác định nhiệt độ mà điện mơi bắt đầu có thay đổi tính chất điện - Đối với điện mơi hữu cơ: Độ bền chịu nóng đƣợc xác định nhiệt độ mà bắt đầu có biến đổi mặt học 1.2 Chất cách điện thể khí: 1.2.1 Khơng khí: Khơng khí phổ biến khắp nơi, thƣờng tham gia vào thiết bị điện giữ vai trò nhƣ vật liệu cách điện hổ trợ thêm cho vật liệu cách điện rắn, lỏng Tuy nhiên việc tồn bọt khí vật liệu cách điện rắn, khoang rỗng cuộn dây máy điện thiết bị điện tẩm không kỹ làm xấu chất lƣợng cách điện 1.2.2 Nitơ: Đôi đƣợc dung thay khơng khí để lấp đầy tụ điện khí, nhƣ trƣờng hợp khác, có đặc tính cách điện gần giống với khơng khí, lại khơng có chứa 02 chất gây tác dụng oxy hóa vật liệu tiếp xúc với 1.2.3 Elaga (SF6): Elaga nặng khơng khí lần, nhiệt độ sơi – 640C, nhiệt độ bình thƣờng nén tới 20at khơng hóa lỏng Elaga khơng độc, chịu đƣợc tác dụng hóa học, khơng bị phân hủy bị đốt nóng tới 800 0C, đƣợc sử dụng tụ điện, cáp, máy cắt,…một cách có kết 1.2.4 Hydrơ: - Đó chất khí nhẹ, có đặc tính thuận lợi để dùng làm mơi trƣờng làm mát thay cho khơng khí Sự làm mát máy điện đƣợc cải thiện nhiều ta sử dụng hyđrơ Dùng hyđrơ thay cho khơng khí giảm đƣợc nhiều tổn thất công suất ma sát roto với chất khí quạt gió gây ra, tổn hao gần nhƣ tỷ lệ với tỷ trọng chất khí - Do khơng có tác dụng ơxy hóa ơxy khơng khí nên dùng hyđrơ làm chậm hóa già chất cách điện hữu dây quấn máy điện loại trừ đƣợc khả hỏa hoạn trƣờng hợp bị ngắn mạch bên máy điện Sau điều kiện làm việc chổi điện đƣợc cải thiện môi trƣờng hyđrơ Do làm nguội hyđrơ cho phép tăng công suất hiệu suất công tác máy điện, ngƣời ta thƣờng chế tạo máy phát nhiệt điện, máy bù đồng công suất lớn làm máy hyđrơ 1.2.5 Các loại khí khác: - Một số khí – chủ yếu hợp chất halogen (Flo, Clo,…) có khối lƣợng phân tử tỷ trọng cao, lƣợng ion hóa lớn, có độ bền điện cao hẳn khơng khí - Một số khí hyđrơ cácbon flo hóa (ví dụ: CF4, C2F6 – hexafloetan…), số chất lỏng hyđrô bon hóa (ví dụ: C 7E14; C8F16…), có độ bền lớn khơng khí nhiều Chỉ cần lƣợng nhỏ khí lẫn vào khơng khí làm tăng độ bền điện hỗn hợp lên cách đáng kể - Các loại khí trơ nhƣ: Neon, Acgon… nhƣ thủy ngân có độ bền điện thấp đƣợc dùng để lấp đầy dụng cụ điện chân không bóng đèn 1.3 Chất cách điện thể lỏng: 1.3.1 Dầu mỏ cách điện (dầu máy biến áp): - Là vật liệu cách điện đƣợc ứng dụng nhiều ngành kỹ thuật điện Dầu có cơng dụng làm mát cách điện cho máy biến áp, làm cách điện dập tắt hồ quang máy cắt dầu - Tính chất dầu: Tạp chất có dầu làm giảm sút lớn đến độ bền cách điện dầu Vì trƣớc cho dầu vào máy phải làm khuấy chân không Điện trở suất dầu khoảng 10 – 106 (.cm), làm việc dài hạn nhiệt độ 90 – 95 0C - Ƣu điểm: Có độ bền cách điện cao, trƣờng hợp dầu chất lƣợng cao đạt tới 160 kV/cm, = 2,2 – 2,3 Vì chất lỏng nên dầu có tính phục hồi cách điện cao Có thể thâm nhập vào khe rãnh hẹp - Nhƣợc điểm: Dầu nhạy cảm cao với tạp chất độ ẩm Ở nhiệt độ cao dầu tạo bọt khí sinh độ nhớt, làm cho tính cách điện làm mát giảm sút Dễ cháy cháy phát sinh khói đen, dầu bốc lên hịa lẫn khơng tạo thành hỗn hợp nổ 1.3.2 Dầu tụ điện: - Là loại dầu dùng để tẩm tụ điện giấy, đặc biệt tụ điện động lực để bù trạm phân phối điện - Khi cách điện giấy tụ điện đƣợc tẩm dầu điện trở cách điện nhƣ độ bền điện tăng lên Do giảm đƣợc kích thƣớc, trọng lƣợng giá thành tụ điện - Các đặc tính dầu tụ điện giống với dầu biến áp Độ bền điện tụ đƣợc làm khô phải lớn 20 kV/mm 1.3.3 Dầu cáp điện: Đƣợc dùng việc tẩm cáp điện lực có cơng dụng làm mát tăng độ bền điện Có nhiều lồi dầu khác nhau: - Loại cáp chứa dầu làm việc điện cao áp 110kV, ngƣời ta dùng loại dầu có độ nhớt thấp 3,5 mm2/s Ở nhiệt độ 1000C, nhiệt độ 500C 10 mm2/s, nhiệt độ 200C 40 mm2/s - Loại cáp chứa dầu làm việc điện áp 35kV có vỏ nhơm chì ngƣời ta dùng dầu có độ nhớt cao, khơng nhỏ 23 mm2/s nhiệt độ 1000C Để tăng độ nhớt ngƣời ta cịn thêm nhựa thơng vào dầu 1.3.4 Điện môi lỏng tổng hợp: Trong năm gần ngƣời ta điều chế đƣợc nhiều loại vật liệu cách điện lỏng tổng hợp có vài tính chất tốt dầu mỏ cách điện: - Hyđrơ cacbon clo hóa - Silic hữu flo hữa 1.4 Chất cách điện hữu cơ: - Trong loại vật liệu cách điện, vật liệu cách điện hữu đóng vai trị quan trọng, tham gia vào hầu hết cách điện thiết bị điện - Ngƣời ta gọi hợp chất cacbon với nguyên tố khác chất hữu Cacbon có khả tạo số lớn hợp chất hóa học với nhiều loại cấu trúc phân tử khác Cụ thể cácbon tham gia vào thạo thành chất có “khung” phân tử hình chuỗi xích, hình nhánh mạch vịng Cấu trúc phân tử có ảnh hƣởng lớn đến tính chất chất hữu - Một số vật liệu hữu dùng lĩnh vực cách điện chất thấp phân tử, số lƣợng nguyên tử tham gia vào phân tử chất không nhiều Tuy nhiên số lƣợng lớn vật liệu cách điện hữu thuộc hợp chất cao phân tử Đó chất có phân tử lớn - Trong tự nhiên ta gặp số vật liệu thuộc vật liệu hữu cao phân tử, chúng có tầm quan trọng lớn kỹ thuật nhƣ: tơ tằm, cao su,… - Dựa vào nguồn gốc vật liệu hữu cao phân tử ngƣời ta phân thành loại: Loại thứ vật liệu nhân tạo, đƣợc sản xuất cách chế biến hóa học chất cao phân tử có sẵn thiên nhiên Loại thứ hai có tầm quan trọng lớn kỹ thuật cách điện nhƣ nhiều ngành kỹ thuật khác Đó vật liệu cao phân tử tổng hợp, chúng đƣợc sản xuất cách tổng hợp từ chất thấp phân tử - Những hợp chất cao phân tử quan trọng chất hóa học chất trùng hợp hay polime Đó chất mà phân tử chúng đƣợc coi tổng hợp lƣợng lớn nhóm nguyên tử có cấu trúc giống - Theo cấu trúc phân tử polime, ngƣời ta chia thành nhóm: polime đƣờng thẳng polime không gian Phân tử polime đƣờng thẳng có hình dáng nhƣ chuỗi xích Trái lại phân tử polime khơng gian phát triển theo nhiều hƣớng khác - Theo biến đổi tính chất dƣới tác dụng nhiệt polime ngƣời ta chia thành nhóm: vật liệu nhiệt dẻo vật liệu nhiệt cứng - Các vật liệu nhiệt dẻo nhiệt độ thấp trạng thái rắn, nhƣng đƣợc đốt nóng chúng trở thành mềm dẻo dễ biến dạng Chúng hịa tan dung mơi thích hợp Tính chất đặc biệt vật liệu nhiệt dẻo đƣợc đốt nóng tới nhiệt độ tƣơng ứng với trạng thái dẻo chúng khơng gây biến đổi khơng phục hồi tính chất chúng Các vật liệu nhiệt cứng đƣợc đốt nóng thay đổi tính chất khơng hồi phục đƣợc, chúng bị cứng lại, tính hịa tan tính nóng chảy - Tóm lại, chất cách điện vận hành địi hỏi chịu đƣợc nhiệt độ cao mà khơng hóa dẻo, không biến dạng giữ đƣợc độ bền học cao bền vững tiếp xúc với dung môi dùng vật liệu nhiệt cứng Cịn vật liệu nhiệt dẻo co dãn tốt giịn so với vật liệu cứng, bị hóa già nhiệt nhiều trƣờng hợp công nghệ chế tạo vật liệu nhiệt dẻo nóng đơn giản 1.5 Sơn êmay cách điện: 1.5.1 Thành phần chung: Sơn vật liệu có vai trị quan trọng kỹ thuật điện Sơn đƣợc tạo từ sơn (nhựa, Bitum, dầu khơ…) hịa tan dung mơi hữu cơ, dễ bay Khi sơn bị sấy khô, dung môi bay lại sơn chuyển sang trạng thái rắn tạo thành màng sơn có đặc tính cách điện rắn 1.5.2 Tính chất: Theo cơng dụng chia nhóm: - Sơn tẩm: Dùng để làm vào cách điện xốp (giấy, các-tông, bông, vải…) tẩm cuộn dây dây quấn máy điện thiết bị điện Sơn tẩm lấp đầy lỗ xốp vật liệu cách điện, khoảng rộng vòng dây lớp dây quấn Khi khô vật đƣợc tẩm trở nên có độ bền điện độ dẫn điện cao trƣớc nhiều Hơn nữa, sơn tẩm cịn làm hạn chế mức độ hút ẩm, thấm ẩm, nâng cao độ bền học cho sản phẩm - Sơn phủ: Dùng để phủ lên bề mặt vật liệu sản phẩm có lớp màng nhẵn bóng, chịu ẩm, độ bền học Sơn phủ làm nâng cao điện trở bề mặt, tăng điện áp phóng điện bề mặt cho sản phẩm, bảo vệ chất cách điện chống lại tác dụng ẩm chất có hoạt tính hóa học xâm thực, đồng thời cải thiện vẻ đẹp bề mặt sản phẩm Sơn phủ có loại phủ trực tiếp lên kim loại nhƣ: sơn ê-may, sơn tôn kỹ thuật điện Men màu thuộc loại sơn phủ, đƣợc cho thêm chất sắc tố vào nhằm cải thiện vẻ đẹp, độ bám dính… - Sơn dán: + Dùng để dán vật liệu cách điện với với kim loại, ngồi khả cách điện cịn cần độ bám dính cao + Theo chế độ sấy ngƣời ta chia sơn thành loại nhƣ sau: Sơn sấy nóng, sơn sấy nguội 1.5.3 Các loại sơn: ... sở kỹ thuật điện - Là môn học bắt buộc Mục tiêu mơn học: - Trình bày đƣợc kiến thức vật liệu kỹ thuật điện vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh - Lựa chọn đƣợc vật liệu để lắp đặt sửa chữa hệ thống điện. .. CHƢƠNG TRÌNH MÔN HỌC VẬT LIỆU ĐIỆN LẠNH CHƢƠNG VẬT LIỆU KỸ THUẬT ĐIỆN Vật liệu cách điện 1.1 Khái niệm đặc tính chất cách điện 1.2 Chất cách điện thể khí ... tồn bọt khí vật liệu cách điện rắn, khoang rỗng cuộn dây máy điện thiết bị điện tẩm không kỹ làm xấu chất lƣợng cách điện 1.2.2 Nitơ: Đôi đƣợc dung thay không khí để lấp đầy tụ điện khí, nhƣ