Giáo trình vật liệu điện (nghề điện công nghiệp cao đẳng) trường cao đẳng nghề xây dựng

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo định số: … /QĐ … ngày … tháng … năm … Hiệu trưởng Quảng Ninh, năm 2021 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình (bài giảng) nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên 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 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Vật liệu điện môn học chuyên ngành biên soạn dựa chương trình khung chương trình chi tiết trường Cao Đẳng nghề Xây dựng ban hành năm 2021 dành cho hệ Cao Đẳng Nghề Điện công nghiệp Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu Khi biên soạn, nhóm biên soạn dựa kinh nghiệm giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp tham khảo nhiều giáo trình có để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo nhà trường phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Giáo trình gồm chương: Chương 1: Khái niệm vật liệu điện Chương 2: Vật liệu cách điện Chương Vật liệu dẫn điện Chương Vật liệu dẫn từ Giáo trình tài liệu giảng dạy tham khảo tốt cho ngành thuộc lĩnh vực điện dân dụng, điện tử cơng nghiệp, điện tử, khí cán vận hành sửa chữa máy điện Mặc dù nhóm tác giả có nhiều cố gắng, song thiếu sót khó tránh Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn đọc để giáo trình hồn thiện hơn! Mọi đóng góp xin gửi Khoa Điện – Điện tử Trường Cao đẳng nghề Xây dựng theo hòm thư: khoadiencdnxd@gmail.com Quảng Ninh, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: ThS Vũ Thị Thơ Tham gia: MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU……………………………………………………………… I Vị trí, tính chất môn học …………………………………………………… II Mục tiêu môn học …………………………………………………………… III Nội dung môn học ………………………………………………………… CHƯƠNG KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN ……………………………… 2.1 Khái niệm vật liệu điện ………………………………………………… 2.1.1 Khái niệm…………………………………………………………………… 2.1.2 Cấu tạo nguyên tử vật liệu……………………………………………… 2.1.3 Cấu tạo phân tử……………………………………………………………… 10 2.1.4 Khuyết tật cấu tạo vật rắn…………………………………………… 13 2.1.5 Lý thuyết phân vùng lƣợng vật rắn…………………………… 14 2.2 Phân loại vật liệu điện………………………………………………………… 15 2.2.1 Phân loại theo khả dẫn điện…………………………………………… 15 2.2.2 Phân loại theo từ tính ……………………………………………………… 15 2.2.3 Phan loại theo trạng thái vật thể …………………………………………… 16 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 16 CHƯƠNG VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN …………………………………………… 17 2.1 Khái niệm phân loại vật liệu cách điện…………………………………… 17 2.1.1 Khái niệm…………………………………………………………………… 17 2.1.2 Phân loại vật liệu cách điện………………………………………………… 17 2.2 Tính chất chung vật liệu cách điện……………………………………… 18 2.2.1 Tính hút ẩm vật liệu cách điện………………………………………… 18 2.2.2 Tính chất học vật liệu cách điện…………………………………… 20 2.2.3 Tính chất hóa học vật liệu cách điện…………………………………… 21 2.3 Một số vật liệu cách điện thông dụng………………………………………… 21 2.3.1 Vật liệu sợi………………………………………………………………… 21 2.3.2 Giấy tơng…………………………………………………………… 21 2.3.3 Phíp………………………………………………………………………… 22 2.3.4 Amiăng, xi măng amiăng…………………………………………………… 22 2.3.5 Vải sơn băng cách điện………………………………………………… 23 2.3.6 Chất dẻo……………………………………………………………………… 23 2.3.7 Nhựa cách điện……………………………………………………………… 25 2.3.8 Dầu cách điện……………………………………………………………… 28 2.3.9 Sơn hợp chất cách điện……………………………………………… 29 2.3.10 Chất đàn hồi……………………………………………………………… 31 2.3.11 Điện môi vô cơ…………………………………………………………… 32 2.3.12 Vật liệu cách điện gốm sứ………………….……………………… 33 2.3.13 Mica vật liệu sở Mica…………………………………… 34 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 36 CHƯƠNG VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN ……………………………………………… 37 2.1 Khái niệm tính chất vật liệu dẫn điện………………………………… 37 2.1.1 Khái niệm vật liệu dẫn điện……………………………………………… 37 2.1.2 Tính chất vật liệu dẫn điện……………………………………………… 38 2.1.3 Các tác nhân mơi trƣờng ảnh hƣởng đến tính dẫn điện vật liệu……… 39 2.1.4 Hiệu điện tiếp xúc sức nhiệt động…………………………………… 40 2.2.Tính chất chung kim loại hợp kim…………………………………… 42 2.2.1 Tầm quan trọng kim loại hợp kim………………………………… 42 2.2.2 Các tính chất……………………………………………………………… 42 2.3 Những hư hỏng thường cách chọn vật liệu dẫn điện…………………… 44 2.3.1 Những hư hỏng thường gặp……………………………………………… 44 2.3.2 Cách chọn vật liệu dẫn điện……………………………………………… 44 2.4 Một số vật liệu dẫn điện thông dụng………………………………………… 44 2.4.1 Đồng hợp kim đồng……………………………………………………… 45 2.4.2 Nhôm hợp kim nhơm…………………………………………………… 48 2.4.3 Chì hợp kim chì………………………………………………………… 51 2.4.4 Sắt (Thép)………………………………………………………………… 52 2.4.5 Wonfram…………………………………………………………………… 53 2.4.6 Kim loại dùng làm tiếp điểm cổ góp…………………………………… 54 2.4.7 Hợp kim có điện trở cao chịu nhiệt…………………………………… 55 2.4.8 Lưỡng kim………………………………………………………………… 56 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG ………………………………………………… 57 CHƯƠNG VẬT LIỆU DẪN TỪ ……………………………………………… 58 2.1 Khái niệm tính chất vật liệu dẫn từ……………………………………… 58 2.1.1 Khái niệm………………………………………………………………… 58 2.1.2 Tính chất vật liệu dẫn từ…………………………………………………… 59 2.1.3 Các đặc tính vật liệu dẫn từ…………………………………………… 59 2.1.4 Đường cong từ hóa……………………………………………………… 61 2.2 Mạch từ tính tốn mạch từ……………………………………………… 62 2.2.1 Các công thức bản……………………………………………………… 62 2.2.2 Sơ đồ thay mạch từ………………………………………………… 63 2.2.3 Mạch từ xoay chiều………………………………………………………… 64 2.2.4 Những hư hỏng thường gặp……………………………………………… 66 2.3 Một số vật liệu dẫn từ thông dụng………………………………………… 66 2.3.1 Vật liệu sắt từ mềm……………………………………………………… 66 2.3.2 Vật liệu sắt từ cứng……………………………………………………… 67 2.3.3 Các vật liệu sắt từ có cơng dụng đặc biệt………………………………… 68 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG ………………………………………………… 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………… 71 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC VẬT LIỆU ĐIỆN Tên mơn học: Vật liệu điện Mã số môn học: MH09 Thời gian thực môn học: 30giờ; (Lý thuyết: 23 giờ; Bài tập, thảo luận: giờ, Kiểm tra: giờ) I Vị trí tính chất mơn học: - Vị trí: Mơn học đƣợc bố trí học song song với mơn học, mơ đun sở: Điện kỹ thuật, Khí cụ điện, Kỹ thuật điện tử bản, Kỹ thuật đo lƣờng điện - Tính chất: Là mơn học sở nghề II Mục tiêu môn học: - Về kiến thức : + Trình bày đặc tính loại vật liệu điện + Trình bày đƣợc dạng nguyên nhân gây hƣ hỏng vật liệu điện - Về kỹ : + Nhận dạng đƣợc loại vật liệu điện thông dụng + Phân loại đƣợc loại vật liệu điện thông dụng + Sử dụng thành thạo loại vật liệu điện + Xác định dạng nguyên nhân gây hư hỏng vật liệu điện + Tính chọn, thay vật liệu điện - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Tích cực, chủ động cơng việc đƣợc giao + Có tinh thần hợp tác tích cực q trình thực cơng việc III Nội dung mơn học: CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN Mục tiêu: - Kiến thức: + Trình bày khái niệm vật liệu điện, cấu tạo nguyên tử phân tử vật liệu điện, lý thuyết phân vùng lượng vật rắn - Kỹ năng: + Nhận dạng loại vật liệu điện + Phân loại xác loại vật liệu điện dùng cơng nghiệp dân dụng - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Nghiêm túc học tập, ghi chép đầy đủ Nội dung chương: 2.1 Khái niệm vật liệu điện 2.1.1 Khái niệm Vật liệu điện tất chất liệu dùng để sản xuất thiết bị sử dụng lĩnh vực ngành điện Thường phân vật liệu theo đặc điểm, tính chất cơng dụng nó, thường vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện vật liệu dẫn từ 2.1.2 Cấu tạo nguyên tử vật liệu Như biết, vật chất cấu tạo từ nguyên tử phân tử Nguyên tử phần tử vật chất Theo mô hình nguyên tử Bohr, nguyên tử cấu tạo hạt nhân mang điện tích dương điện tử (êlectron e) mang điện tích âm, chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo định Hạt nhân nguyên tử tạo nên từ hạt prôton nơtron Nơtron hạt khơng mang điện tích cịn prơton có điện tích dương với số lượng Zq Trong đó: Z: số lượng điện tử nguyên tử đồng thời số thứ tự nguyên tố bảng tuần hồn Menđêlêép q: điện tích điện tử e (qe=1,601.10-19 culơng) Prơton có khối lượng 1,67.1027 kg, êlêctron (e) có khối lượng 9,1.10-31 kg Hình 1.1 Mơ hình ngun tử Bohr Ở trạng thái bình thường, ngun tử trung hịa điện, tức nguyên tử có tổng điện tích dƣơng hạt nhân tổng điện tích âm điện tử Nếu lý đó, nguyên tử hay nhiều điện tử trở thành điện tích dương mà ta thường gọi ion dương Ngược lại nguyên tử trung hịa nhận thêm điện tử trở thành ion âm Để có khái niệm lượng điện tử, ta xét nguyên tử hiđrô, nguyên tử cấu tạo từ prôton điện tử Hình 1.2 Mơ hình ngun tử Hydro Khi điện tử chuyển động quỹ đạo trịn bán kính r xung quanh hạt nhân điện tử chịu lực hút f1 hạt nhân xác định công thức sau: Lực hút f1 cân lực ly tâm chuyển động f2, f2 xác định cơng thức sau: Trong đó: - m: khối lƣợng điện tử; - v: tốc độ chuyển động điện tử 𝑚𝑣 = Từ (1.1) (1.2) ta có: f1 = f2 hay là: 𝑞2 𝑟 Trong q trình chuyển động điện tử có điện năng: 𝑇 = 𝑈= 𝑞2 𝑟2 (1-3) 𝑚𝑉 2 , nên lượng điện tử bằng: Biểu thức (1.4) chứng tỏ điện tử nguyên tử có mức lượng định, lượng tỉ lệ nghịch với bán kính quỹ đạo chuyển động điện tử Để di chuyển điện tử từ quỹ đạo chuyển động bán kính r xa vơ ta cần phải cung cấp thêm cho lượng lớn q2/2r Năng lượng tối thiểu cung cấp cho điện tử để điện tử tách rời khỏi nguyên tử trở thành điện tử tự ngƣời ta gọi lượng ion hóa (Wi), bị ion hóa (bị điện tử), nguyên tử trở thành ion dƣơng Quá trình biến nguyên tử trung hòa thành ion dương điện tử tự gọi q trình ion hóa Trong nguyên tử, lượng ion hóa lớp điện tử khác khác nhau, điện tử hóa trị ngồi có mức lượng ion hóa thấp chúng xa hạt nhân Khi điện tử nhận lượng nhỏ lượng ion hóa chúng bị kích thích di chuyển từ mức lượng sang mức lượng khác, song chúng ln có xu trở vị trí ban đầu Phần lượng cung cấp để kích thích nguyên tử trả lại dạng lương quang học (quang năng) Trong thực tế ion hóa lương kích thích ngun tử nhận từ nhiều nguồn lượng khác như: nhiệt năng, quang năng, điện năng, lượng tia song ngắn tia: ,, hay tia Rơghen v.v 10 2.1.3 Cấu tạo phân tử Phân tử tạo nên từ nguyên tử thông qua liên kết phân tử Trong vật chất tồn bốn loại liên kết sau: 2.1.3.1 Liên kết đồng hóa trị Liên kết đồng hóa trị đƣợc đặc trƣng dùng chung điện tử nguyên tử phân tử Khi mật độ đám mây điện tử hạt nhân trở thành bão hòa, liên kết phân tử bền vững Tùy thuộc vào cấu trúc đối xứng hay khơng đối xứng mà phân tử liên kêt đồng hóa trị trung tính hay lưỡng cực Phân tử có trọng tâm điện tích dương âm trùng phân tử trung tính Các chất tạo nên từ phân tử trung tính gọi chất trung tính Phân tử có trọng tâm điện tích dương điện tích âm khơng trùng nhau, cách khoảng cách ‟a‟ gọi phân tử cực tính hay cịn gọi lưỡng cực Phân tử cực tính đặc trưng mơ men lưỡng cực m = q.a Dựa vào trị số mô men lưỡng cực phân tử người ta chia thành chất cực tính yếu cực tính mạnh Những chất cấu tạo phân tử cực tính gọi chất cực tính Liên kết đồng hóa trị cịn thấy chất rắn vơ có mạng tinh thể cấu tạo từ nguyên tử Hình 1.3 Một số liên kết địng hóa trị 2.1.3.2 Liên két ion Liên kết ion xác lập lực hút ion dương ion âm phân tử Liên kết ion liên kết bền vững Do vậy, vật rắn có cấu tạo ion đặc trưng độ bền học nhiệt độ nóng chảy cao Ví dụ muối halôgen kim loại kiềm Khả tạo nên chất hợp chất mạng không gian phụ thuộc chủ yếu vào kích thước ngun tử hình dáng lớp điện tử ngồi 11 Hình 1.4 Liên kết ion 2.1.3.3 Liên kết kim loại Dạng liên kết tạo nên tinh thể vật rắn Kim loại xem hệ thống cấu tạo từ ion dƣơng nằm môi trường điện tử tự Lực hút ion dương điện tử tạo nên tính nguyên khối kim loại Chính liên kết kim loại liên kết bền vững, kim loại có độ bền học nhiệt độ nóng chảy cao Sự tồn điện tử tự làm cho kim loại có tính ánh kim tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao Tính dẻo kim loại giải thích dịch chuyển trượt lớp ion, kim loại dễ cán, kéo thành lớp mỏng Hình 1.5 Liên kết kim loại đồng 12 2.1.3.4 Liên kết Van Der Waals Giữa phân tử, cho dù bão hịa hóa trị, ln ln tồn tương tác tĩnh điện yếu đƣợc gọi liên kết Van Der Waals có cấu trúc mạng tinh thể phân tử không vững Do liên kết dạng có nhiệt độ nóng chảy có độ bền thấp Hình 1.6 Hạt trung lập có tính hút lực Vander Waal 2.1.4 Khuyết tật cấu tạo vật rắn Các tinh thể vật rắn có cấu tạo đồng Sự phá hủy kết cấu đồng tạo nên khuyết tật vật rắn thường gặp nhiều thực tế Những khuyết tật tạo nên ngẫu nhiên hay cố ý trình chế tạo vật liệu Khuyết tật vật rắn tượng phá vỡ tính chất chu kỳ trường tĩnh điện mạng tinh thể như: phá vỡ thành phần hợp thức; có mặt tạp chất lạ; áp lực học; lượng tử giao động đàn hồi, lỗ xốp v.v Khuyết tật làm thay đổi đặc tính học, lý học, hóa học tính chất điện vật liệu Khuyết tật tạo nên tính đặc biệt tốt làm cho tính chất vật liệu 13 Hình 1.7 Một số dạng khuyết tật cấu tạo vật rắn 2.1.5 Lý thuyết phân vùng lượng vật rắn Có thể sử dụng lý thuyết phân vùng lượng để giải thích, phân loại vật liệu thành nhóm vật liệu dẫn điện, cách điện vật liệu bán dẫn Khi ngun tử trạng thái bình thường khơng bị kích thích, số mức lượng điện tử lấp đầy, mức lượng khác điện tử có mặt nguyên tử nhận lượng từ bên tác động (trạng thái kích thích) Ngun tử ln có xu hướng quay trạng thái ổn định Khi điện tử chuyển từ mức lượng kích thích sang mức lượng nguyên tử nhỏ nhất, nguyên tử phát phần lượng dư thừa Do khơng có lượng chuyển động nhiệt nên vùng lượng bình thƣờng nguyên tử vị trí thấp gọi vùng hóa trị hay cịn gọi vùng điền đầy (ở 0K điện tử hóa trị nguyên tử lấp đầy vùng này) Những điện tử tự có mức lượng hoạt tính cao hơn, dải lượng chúng tập hợp thành vùng điện dẫn (phần sơ đồ phân bố vùng lượng hình sau) Hình 1.8 Các mức phân bố lượng vật rắn 14 Hình 1.9 Sơ đồ phân bố vùng lượng vật rắn nhiệt độ 0K 2.2 Phân loại vật liệu điện 2.2.1 Phân loại vật liệu điện theo khả dẫn điện: Trên sở giản đồ lượng, người ta phân loại theo vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện vật liệu bán dẫn a Vật liệu dẫn điện: Vật liệu dẫn điện chất có vùng tự nằm sát với vùng điền đầy, chí chồng lên vùng đầy (W  0,2eV) Vật liệu dẫn điện có số lượng điện tử tự lớn; nhiệt độ bình thường điện tử hóa trị vùng điền đầy chuyển sang vùng tự dễ dàng, tác dụng lực điện trường điện tử tham gia vào dịng địên dẫn Chính vật dẫn có tính dẫn điện tốt b Vật liệu bán dẫn: Vật liệu bán dẫn chất có vùng cấm hẹp so với vật liệu cách điện, vùng thay đổi nhờ tác động lượng từ bên Chiều rộng vùng cấm chất bán dẫn bé (W = 0,2  1,5eV), nhiệt độ bình thường số điện tử hóa trị vùng điền đầy tiếp sức chuyển động nhiệt di chuyển tới vùng tự để tham gia vào dòng địên dẫn c Vật liệu cách điện (Điện mơi): Điện mơi chất có vùng cấm lớn đến mức điều kiện bình thường dẫn điện điện tử khơng xảy Các điện tử hóa trị cung cấp thêm 2.2.2 Phân loại theo từ tính Theo từ tính ngƣời ta chia vật liệu thành: nghịch từ, thuận từ dẫn từ a Vật liệu nghịch từ: Là vật liệu có độ từ thẩm  không phụ thuộc vào từ trường bên ngồi Loại gồm có: hydrơ, khí hiếm, đa số hợp chất hữu cơ, muối mỏ kim loại như: đồng, kẽm, bạc, vàng, thủy ngân, gali, antimoan b Vật liệu thuận từ: Là vật liệu có độ từ thẩm   khơng phụ thuộc vào từ trƣờng bên ngồi Loại gồm có: oxy, oxit nitơ, muối đất hiếm, muối sắt, muối côban niken, kim loại kiềm, nhôm bạch kim Vật liệu thuận từ nghịch từ có độ từ thẩm  xấp xỉ c Vật liệu dẫn từ: 15 Là vật liệu có độ từ thẩm   phụ thuộc vào từ trường bên Loại gồm có: sắt, cơban, niken hợp kim chúng: hợp kim crơm mangan, gađơlơnít, pherit có thành phần khác 2.2.3 Phân loạỉ theo trạng tháỉ vật thể -Vật liệu điện theo trạng thái vật rắn -Vật liệu điện theo trạng thái vật lỏng -Vật liệu điện theo trạng thái thể khí CÂU HỎI CHƯƠNG 1 Trình bày cấu tạo nguyên tử, phân tử, phân biệt chất trung tính chất cực tính? Trình bày nguyên nhân gây khuyết tật vật rắn ? Phân loại vật liệu theo lý thuyết phân vùng lượng vật chất Tính lực hút hướng tâm lực hút ly tâm nguyên tử biết mc= 9,1 10"31 (Kg)qe = 1,601 10‘19 (C), v= 1,26.105m/s V Tính lượng nguyên tử biết me= 9,1 10"31 (Kg), qe = 1,601 10"19 (C), = 1,24.106 m/s Trình bày cách phân loại vật liệu điện ? 16 CHƯƠNG : VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN Mục tiêu: - Kiến thức: + Trình bày khái niệm vật liệu cách điện phân liệu vật liệu cách điện + Trình bày đƣợc đặc tính số loại vật liệu cách điện thƣờng dùng - Kỹ năng: + Nhận dạng, phân loại xác loại vật liệu cách điện dùng công nghiệp dân dụng + Sử dụng phù hợp loại vật liệu cách điện theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể + Xác định đƣợc nguyên nhân gây hư hỏng có phƣơng án thay khả thi loại vật liệu cách điện thƣờng dùng - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Nghiêm túc học tập, ghi chép đầy đủ Nội dung chương: 2.1 Khái niệm phân loại vật liệu cách điện 2.1.1 Khái niệm Vật liệu dùng làm cách điện (cịn gọi chất điện mơi) chất mà điều kiện bình thường điện tích xuất đâu nguyên chỗ đấy, tức điều kiện bình thường, điện mơi vật liệu không dẫn điện, điện dẫn Ỵ chúng không nhỏ không đáng kể Vật liệu cách điện có vai trị quan trọng sử dụng rộng rãi kỹ thuật điện, Việc nghiên cứu vật liệu cách điện để tìm hiểu tính chất, đặc điểm, để từ chọn lựa cho phù hợp 2.1.2 Phân loại vật liệu cách điện 2.1.2.1 Phân loại theo trạng thái vật lý Theo trạng thái vật lý, có: • Vật liệu cách điện thể khí, • Vật liệu cách điện thể lỏng, 17 • Vật liệu cách điện thể rắn Vật liệu cách điện thể khí thể lỏng luôn phải sử dụng với vật liệu cách điện thể rắn hình thành cách điện phàn tử kim loại khơng thể giữ chặt khơng khí Vật liệu cách điện rắn cịn phân thành nhóm: cứng, đàn hồi, có sợi, băng, màng mỏng Ở thể lỏng thể rắn cịn có thể trung gian gọi thể mềm nhão như: vật liệu có tính bơi trơn, loại sơn tẩm 2.1.2.2 Phân loại theo thành phần hóa học Theo thành phân hoá học, người ta phân ra: vật liệu cách điện hữu vật liệu cách điện vô - Vật liệu cách điện hữu cơ: chia thành hai nhóm: nhóm có nguồn gốc thiên nhiên nhóm nhân tạo + Nhóm có nguồn gốc thiên nhiên sử dụng hợp chất có thiên nhiên, giữ nguyên thành phàn hóa học như: cao su, lụa, phíp, xenluloit, + Nhóm nhân tạo thường gọi nhựa nhân tạo gồm có: nhựa phênol, nhựa amino, nhựa polyeste, nhựa epoxy, xilicon, polyetylen, vinyl, polyamit, - Vật liệu cách điện vô cơ: gồm chất khí, chất lỏng khơng cháy, loại vật liệu rắn gốm, sứ, thủy tinh, mica, amiăng 2.2 Tính chất chung vật liệu cách điện Khi lựa chọn, sử dụng vật liệu cách điện càn phải ý đến phẩm chất cách điện mà cịn phải xem xét tính ổn định phẩm chất tác dụng học, hóa lý học, tác dụng mơi trường xung quanh, gọi chung điều kiện vận hành tác động đến vật liệu cách điện Dưới tác động điều kiện vận hành, tính chất vật liệu cách điện bị giảm sút liên tục, người ta gọi ỉão hóa vật liệu cách điện Do vậy, tuổi thọ vật liệu cách điện khác điều kiện khác Bởi càn phải nghiên cứu tính chất lý ho á, nhiệt vật liệu cách điện để ngăn cản q trình lão hố, nâng cao tuổi thọ vật liệu cách điện 2.2.1 Tính hút ẩm vật liệu cách điện Các vật liệu cách điện với mức độ khác hút ẩm (hút nước từ mơi trường khơng khí) thấm ẩm (cho nước xuyên qua) Nước loại điện mơi cực tính mạnh, số điện mơi tương đối £ = 80 - 81, độ điện dẫn Ỵ 18 =10"5 -T- 10"6 (1/cm) nên vật liệu cách điện bị ngấm ẩm phẩm chất cách điện bị giảm sút tràm trọng Hơi ẩm khơng khí cịn ngưng tụ bề mặt điện mơi, nguyên nhân khiến cho điện áp phóng điện bề mặt có trị số thấp so với điện áp đánh thủng - Độ ẩm khơng khí Trong khơng khí ln chứa ẩm, lượng ẩm khơng khí xác định tham số gọi độ ẩm khơng khí Độ ẩm gồm có độ ẩm tuyệt đối độ ẩm tương đối + Độ ầm tuyệt đổi: Độ ẩm tuyệt đối khối lượng nước đơn vị thể tích khơng khí (g/m 3) Ở nhiệt độ xác định, độ ẩm tuyệt đối vượt qua m ax (mmax gọi độ ẩm bão hoà) Nếu khối lượng nước nhiều giá trị mmax nước rơi xuống dạng sương + Độ ẩm tương đối, (p%) m Độ ẩm tương đối RH Ø tỷ lệ áp suất riêng phần nước(PH20) áp suất bão hào nước (P*H20) nhiệt độ, thể tỷ lệ phần trăm: ∅= 𝑃𝐻2 𝑂 𝑃𝐻∗2 𝑂 Độ ẩm tương đối thường biểu thị phần trăm; khơng khí ẩm, độ ẩm tương đối cao Khi độ ẩm tương đối đạt 100%, không khí bão hịa nước điểm sương Độ ẩm tương đối khác với độ ẩm tuyệt đối – định nghĩa khối lượng nước có m3 khơng khí Độ ẩm tuyệt đối chưa cho biết mức độ ẩm khơng khí nhiệt độ thấp nước khơng khí dễ đạt trạng thái bão hịa Do vậy, để mơ tả mức độ ẩm khơng khí, người ta dùng độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối đo thiết bị đo độ ẩm, gọi ẩm kế * Độ ẩm vật liệu Độ ẩm vật liệu lượng nước đơn vị trọng lượng vật liệu Khi đặt mẫu vật liệu cách điện môi trường khơng khí có độ ẩm cp% nhiệt độ t (°C) sau thời gian định, độ ẩm vật liệu đạt tới giới hạn gọi độ ẩm cân Nếu mẫu vật liệu vốn khơ đặt mơi trường khơng khí ẩm vật liệu bị ẩm, nghĩa hút ẩm khơng khí khiến cho độ ẩm tăng dàn tới trị số cân * Tính thẩm ẩm Tính thấm ẩm khả cho ẩm xuyên thấu qua vật liệu cách điện Khi vật liệu bị 19 thấm ẩm tính cách điện giảm Nếu vật liệu khơng thấm nước hấp thụ bề mặt lượng nước nước Căn vào góc biên dính nước giọt nước bề mặt phẳng vật liệu (hình 3.6), người ta chia vật liệu cách điện hấp thụ tốt hấp thụ yếu < 90°: vật liệu hấp thụ tốt > 90°: vật liệu hấp thụ yếu Vật liệu hấp phụ tốt dễ bị phóng điện, dòng dò lớn pị (yT) Sự hấp thụ vật liệu cách điện phụ thuộc vào loại vật liệu, kết cấu vật liệu, áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, mơi trường Nhân xét Qua phân tích, ta thấy tính hút ẩm vật liệu cách điện khơng phụ thuộc vào kết cấu loại vật liệu mà cịn phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, độ ẩm mơi trường làm việc Nó làm biến đổi tính chất ban đàu vật liệu dẫn đến lão hóa làm giảm phẩm chất cách điện vật liệu, tgơT, dẫn đến phá hỏng cách điện Đặc biệt vật liệu cách điện thể rắn Để hạn chế nguy hại ẩm vật liệu cách điện càn sử dụng biện pháp sau đây: - Sấy khô sấy chân khơng để ẩm bên - Tẩm loại vật liệu xốp sơn cách điện Sơn tẩm lấp đày lỗ xốp khiến cho ẩm mặt bên ngồi, mặt khác làm tăng phẩm chất cách điện vật liệu - Quét lên bề mặt vật liệu rắn lớp sơn phủ nhằm ngăn chặn ẩm lọt vào bên - Tăng bề mặt điện môi, thường xuyên vệ sinh bề mặt vật liệu cách điện, tránh bụi bẩn bám vào 2.2.2 Tính chất học vật liệu cách điện Trong nhiều trường hợp thực tế, vật liệu cách điện phải chịu tải học, nghiên cứu vật liệu cách điện càn xét đến tính chất học Khác với vật liệu dẫn điện kim loại có độ bền kéo ơk, nén ơn uốn ơu hàu gần nhau, vật liệu cách điện, tham số chênh lệch xa Căn độ bền này, người ta tính tốn, chế tạo cách điện phù hợp với khả chịu lực tốt Ví dụ: Thuỷ tinh có độ bền nén ơn= 2.104 kG/cm2 độ bền kéo ơk = 5.102 kG/cm2 Vì tìiuỷ tinh thường dùng vật liệu cách điện đỡ Ngoài ra, chọn vật liệu cách điện càn phải xét đến khả chịu va đập, độ rắn, độ giãn nở theo nhiệt vật liệu Đặc biệt ý gắn loại vật liệu cách điện với 20 ... THIỆU Giáo trình Vật liệu điện môn học chuyên ngành biên soạn dựa chương trình khung chương trình chi tiết trường Cao Đẳng nghề Xây dựng ban hành năm 2021 dành cho hệ Cao Đẳng Nghề Điện cơng nghiệp. .. niệm vật liệu điện Chương 2: Vật liệu cách điện Chương Vật liệu dẫn điện Chương Vật liệu dẫn từ Giáo trình tài liệu giảng dạy tham khảo tốt cho ngành thuộc lĩnh vực điện dân dụng, điện tử cơng nghiệp, ... liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện vật liệu bán dẫn a Vật liệu dẫn điện: Vật liệu dẫn điện chất có vùng tự nằm sát với vùng điền đầy, chí chồng lên vùng đầy (W  0,2eV) Vật liệu