giáo trình vật liệu điện nghề điện công nghiệp và dân dụng trung cấp

Để thÃy rõ đ°ÿc bÁn chÃt cách đián hay dÁn đián căa các lo¿i vÃt liáu, chúng ta cÅn hiểu những khái niám vÁ cÃu t¿o căa vÃt liáu cũng nh° sự hình thành các phÅn tử mang đián trong vÃt li

Sæ LAO ĐàNG TH¯¡NG BINH VÀ Xà HàI ĐÄK LÄK

TR¯âNG TRUNG CÂP TR¯âNG S¡N

GIÁO TRÌNH MÔN HàC: VÀT LIÞU ĐIÞN NGÀNH/ NGHÀ: ĐIÞN CÔNG NGHIÞP VÀ DÂN DĀNG

TRÌNH ĐÞ: TRUNG CÂP

Ban hành kèm theo Quy ết định số: 226 /QĐ-TCTS ngày 15 tháng 12 năm 2022

c ủa Hiệu trưởng Trường Trung cấp Trường Sơn

Đắk Lắk, nm 2022

TUYÊN BÞ BÀN QUYÀN

Tài liáu này thuác lo¿i sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đ°ÿc

khÁo

Mãi māc đích khác mang tính lách l¿c hoặc sử dāng vãi māc đích kinh doanh thi¿u lành m¿nh sẽ bá nghiêm cÃm

LâI GIàI THIÞU

Môn hãc <VÃt liáu đián= là mát trong những môn hãc thực hành đ°ÿc biên so¿n dựa trên ch°¢ng trình khung và ch°¢ng trình chi ti¿t do tr°ång Trung

dāng

đ°ÿc xây dựng ç mąc đá đ¢n giÁn và dß hiểu, trong mßi bài đÁu có các bài tÃp

áp dāng để hãc sinh sinh viên thực hành, luyán tÃp kỹ nng nghÁ

Khi biên so¿n, tác giÁ đã dựa trên kinh nghiám giÁng dÃy, tham khÁo đồng

dung ch°¢ng trình đào t¿o, phù hÿp vãi māc tiêu đào t¿o và các nái dung thực hành đ°ÿc biên so¿n gÅn vãi yêu cÅu thực t¿

Ch°¢ng 1: Khái niám vÁ vÃt liáu đián

Ch°¢ng 2: VÃt liáu cách đián

Ch°¢ng 3: VÃt liáu dÁn đián

Ch°¢ng 4: VÃt liáu bán dÁn

Ch°¢ng 5: VÃt liáu dÁn tć

Ch°¢ng 6: Dây dÁn, dây cáp, dây đián tć

Giáo trình cũng là tài liáu hãc tÃp, giÁng d¿y và tham khÁo tçt cho các ngành thuác l*nh vực đián dân dāng, vÃn hành nhà máy thăy đián và các ngành

và bổ sung cÃp nhÃt các ki¿n thąc mãi cho phù hÿp Trong giáo trình, chúng tôi

có đÁ ra nái dung thực tÃp căa tćng bài để ng°åi hãc căng cç và áp dāng ki¿n

2 Thành viên Nguyßn Hữu Khánh - Hãc vá: Th¿c s* ĐiÁu khiển và tự đáng hóa

MĀC LĀC

TUYÊN Bæ BÀN QUYÀN II LäI GIâI THIàU III MĀC LĀC IV

GIÁO TRÌNH MÔN HâC 1

1 V à TRÍ , TÍNH CHÂT , Ý NGH)A VÀ VAI TRÒ CĂA MÔN HâC : 1

2 M ĀC TIÊU CĂA MÔN HâC : 1

CH¯¡NG 1: KHÁI NIàM VÀ VÂT LIàU ĐIàN 4

1 M ĀC TIÊU : 4

2 N àI DUNG CHÍNH : 4

2.2 Phân lo¿i vÃt liáu đián 8

CH¯¡NG 2: VÂT LIàU CÁCH ĐIàN 10

1.M ĀC TIÊU CH¯¡NG : 10

2 N àI DUNG CH¯¡NG : 10

2.2 Tính chÃt chung căa vÃt liáu cách đián 13

2.3 Mát sç vÃt liáu cách đián thông dāng 16

CH¯¡NG 3: VÂT LIàU DÀN ĐIàN 22

1 M ĀC TIÊU CHUNG : 22

2 N àI DUNG CH¯¡NG : 22

2.1 Khái niám và tính chÃt căa vÃt liáu dÁn đián 22

2.2 Tính chÃt chung căa kim lo¿i và hÿp kim 27

2.4 Mát sç vÃt liáu dÁn đián thông dāng 28

CÂU HäI CH¯¡NG 3 40

CH¯¡NG 4: VÂT LIàU BÁN DÀN 42

1 M ĀC TIÊU CH¯¡NG : 42

2 N àI DUNG CH¯¡NG 42

2.1 Khái niám chung vÁ vÃt liáu bán dÁn 42

2.3 Mát sç chÃt bán dÁn dùng trong kỹ thuÃt 44

2.4 Bán dÁn tinh khi¿t và bán dÁn pha t¿p chÃt 48

2.5 NhÃn d¿ng các lo¿i vÃt liáu bán dÁn 49

CH¯¡NG 5: VÂT LIàU DÀN TĆ 50

1 M ĀC TIÊU CH¯¡NG : 50

2 N àI DUNG CH¯¡NG : 50

2.1 Khái niám và tính chÃt vÃt liáu dÁn tć 50

2.3 Mát sç vÃt liáu dÁn tć thông dāng 58

CH¯¡NG 6: DÂY DÀN, DÂY CÁP, DÂY ĐIàN TĆ 61

1 M ĀC TIÊU CH¯¡NG : 61

2 N àI DUNG CH¯¡NG : 61

2.2 Dây cáp 64

2.3 Dây đián tć 66

2.4 Dây bãc cách đián bằng a mi ng 67

2.5 Ph°¢ng pháp bÁo quÁn các lo¿i dây dÁn, dây cáp, dây đián tć 67

2.6 NhÃn d¿ng các lo¿i dây dÁn và dây đián tć 68

2.7 Kiểm tra đánh kỳ 68

TÀI LIàU CÄN THAM KHÀO 69

GIÁO TRÌNH MÔN HàC Tên môn h ác: VÁt lißu đißn

Mã môn h ác: MH12

1 Vß trí, tính chÃt, ý nghĩa và vai trò của môn hác:

đáng và hãc song song vãi môn hãc Khí cā đián

- Tính chÃt: Là môn hãc lý thuy¿t c¢ sç bÅt buác

- Ý ngh*a và vai trò căa môn hãc:

2 Māc tiêu của môn hác:

- VÁ ki¿n thąc:

+ NhÃn d¿ng các lo¿i vÃt liáu đián thông dāng

+ Phân lo¿i các lo¿i vÃt liáu đián thông dāng

+ Trình bày đặc tính căa các lo¿i vÃt liáu đián

- VÁ kỹ nng:

+ Sử dāng thành th¿o các lo¿i vÃt liáu đián

+ Xác đánh các d¿ng và nguyên nhân gây h° hång ç vÃt liáu đián

+ Tính chãn/thay th¿ vÃt liáu đián

+ Phân biát đ°ÿc các vÃt liáu dÁn đián, cách đián, dÁn tć, bán dÁn

th¿

+ BÁo quÁn tçt các lo¿i vÃt liáu d°ãi d¿ng nguyên mÁu, bán thành ph¿m

và thành ph¿m theo quy đánh kỹ thuÃt

Kiểm tra*

2 Phân lo¿i vÃt liáu đián

1 Khái niám chung vÁ vÃt liáu bán dÁn

2 Tính chÃt chung căa vÃt liáu bán dÁn

3 Dây đián tć

4 Dây bãc cách đián bằng a mi ng

5 Ph°¢ng pháp bÁo quÁn các lo¿i dây

dÁn, dây cáp, dây đián tć

6 NhÃn d¿ng các lo¿i dây dÁn và dây

CH¯¡NG 1: KHÁI NIÞM VÀ VÀT LIÞU ĐIÞN

Mã ch°¢ng: 01

Gi ái thißu:

VÃt liáu đián có vai trò rÃt to lãn trong công nghiáp đián Để thÃy rõ đ°ÿc

bÁn chÃt cách đián hay dÁn đián căa các lo¿i vÃt liáu, chúng ta cÅn hiểu những khái niám vÁ cÃu t¿o căa vÃt liáu cũng nh° sự hình thành các phÅn tử mang đián trong vÃt liáu Bên c¿nh đó chúng ta cũng cÅn nÅm rõ vÁ nguồn gçc, cách phân lo¿i các lo¿i vÃt liáu đó nh° th¿ nào để tián lÿi cho quá trình lựa chãn và sử dāng sau này Nái dung bài hãc này nhằm trang bá cho hãc viên những ki¿n thąc c¢

bài hãc sau có hiáu quÁ h¢n

1 Māc tiêu:

NhÃn d¿ng đ°ÿc các lo¿i vÃt liáu đián

Phân lo¿i chính xác các lo¿i vÃt liáu đián dùng trong công nghiáp và dân dāng

2 Nßi dung chính:

2.1 Khái ni ệm về vật liệu điện

2.1.1 Khái ni ệm

TÃt cÁ những vÃt liáu dùng để ch¿ t¿o máy đián, khí cā đián, dây dÁn hoặc

những vÃt liáu dùng làm phā kián đ°ång dây, đ°ÿc gãi chung là vÃt liáu đián

Nh° vÃy vÃt liáu đián bao gồm: VÃt liáu dÁn đián, vÃt liáu cách đián, vÃt

liáu dÁn tć

Để thÃy đ°ÿc bÁn chÃt dÁn đián hay cách đián căa vÃt liáu, chúng ta cÅn

đián trong vÃt liáu

2.1.2 Cấu tạo nguyên tử của vật liệu

Nguyên tử là phÅn tử c¢ bÁn căa vÃt chÃt Theo mô hình nguyên tử căa

nhÃt đánh H¿t nhân nguyên tử đ°ÿc t¿o nên tć các h¿t prôton và n¢tron N¢tron

bằng Zq Trong đó:

Z: sç l°ÿng đián tử căa nguyên tử đồng thåi cũng là sç thą tự căa nguyên

tç đó ç trong bÁng tuÅn hoàn Menđêlêép

q: đián tích căa đián tử e (qe=1,601.10-19 culông) Prôton có khçi l°ÿng

bằng 1,67.10-27 kg, êlêctron (e) có khçi l°ÿng bằng 9,1.10-31 kg

æ tr¿ng thái bình th°ång, nguyên tử đ°ÿc trung hòa vÁ đián, (tąc là trong

căa các đián tử) N¿u vì lý do nào đó, nguyên tử mÃt đi mát hay nhiÁu đián tử thì

sẽ trç thành đián tích d°¢ng mà ta th°ång gãi là ion d°¢ng Ng°ÿc l¿i n¿u nguyên tử trung hòa nhÃn thêm đián tử thì trç thành ion âm

Nng l°ÿng tçi thiểu cung cÃp cho đián tử để đián tử tách råi khåi nguyên

tử trç thành đián tử tự do ng°åi ta gãi là nng l°ÿng ion hóa (Wi), khi bá ion hóa (bá mÃt đián tử), nguyên tử trç thành ion d°¢ng Quá trình bi¿n nguyên tử trung hòa thành ion d°¢ng và đián tử tự do gãi là quá trình ion hóa

cũng khác nhau, các đián tử hóa trá ngoài cùng có mąc nng l°ÿng ion hóa thÃp

nhÃt vì chúng xa h¿t nhân nhÃt

Khi đián tử nhÃn đ°ÿc nng l°ÿng nhå h¢n nng l°ÿng ion hóa chúng sẽ bá kích thích và có thể di chuyển tć mąc nng l°ÿng này sang mąc nng l°ÿng khác,

kích thích nguyên tử sẽ đ°ÿc trÁ l¿i d°ãi d¿ng nng l°¢ng quang hãc (quang nng)

nhiÁu nguồn nng l°ÿng khác nhau nh°: nhiát nng, quang nng, đián nng, nng l°ÿng căa các tia song ngÅn nh° các tia: ñ,ò,÷ hay tia R¢ghen v.v

2.1.3 C ấu tạo phân tử

Phân tử đ°ÿc t¿o nên tć những nguyên tử thông qua các liên k¿t phân tử Trong vÃt chÃt tồn t¿i bçn lo¿i liên k¿t sau:

A Liên k¿t đồng hóa trá

Liên k¿t đồng hóa trá đ°ÿc đặc tr°ng bçi sự dùng chung những đián tử

nhân trç thành bão hòa, liên k¿t phân tử bÁn vững

đồng hóa trá có thể là trung tính hay l°ỡng cực

- Phân tử có trãng tâm đián tích d°¢ng và âm trùng nhau là phân tử trung tính Các chÃt đ°ÿc t¿o nên tć các phân tử trung tính gãi là chÃt trung tính

- Phân tử có trãng tâm đián tích d°¢ng và đián tích âm không trùng nhau, cách nhau mát khoÁng cách 89a99 nào đó gãi là phân tử cực tính hay còn gãi là l°ỡng cực

B Liên k¿t ion

trong phân tử Liên k¿t ion là liên k¿t khá bÁn vững Do vÃy, vÃt rÅn có cÃu t¿o

ion đặc tr°ng bçi đá bÁn c¢ hãc và nhiát đá nóng chÁy cao Ví dā các muçi halôgen căa các kim lo¿i kiÁm

cùng

C Liên k¿t kim lo¿i

D¿ng liên k¿t này t¿o nên các tinh thể vÃt rÅn Kim lo¿i đ°ÿc xem nh° là mát há thçng cÃu t¿o tć các ion d°¢ng nằm trong môi tr°ång các đián tử tự do

kim lo¿i Chính vì vÃy liên k¿t kim lo¿i là liên k¿t bÁn vững, kim lo¿i có đá bÁn c¢ hãc và nhiát đá nóng chÁy cao

Sự tồn t¿i các đián tử tự do làm cho kim lo¿i có tính ánh kim và tính dÁn đián, dÁn nhiát cao Tính dẻo căa kim lo¿i đ°ÿc giÁi thích bçi sự dách chuyển và tr°ÿt trên nhau giữa các lãp ion, cho nên kim lo¿i dß cán, kéo thành lãp mång

C Liên k¿t Vandec – Vanx

Liên k¿t này là d¿ng liên k¿t y¿u, cÃu trúc m¿ng tinh thể phân tử không

vững chÅc Do vÃy những liên k¿t phân tử là liên k¿t Vandec - Vanx có nhiát đá nóng chÁy và có đá bÁn c¢ thÃp

2.1.4 Khuy ết tật trong cấu tạo vật rắn

mát cách tuÅn hoàn đÁu đặn Tuy nhiên, trong tinh thể thực, mát nguyên tử có

thể bá mÃt ç mát mặt m¿ng nào đó Khuy¿t tÃt này đ°ÿc gãi là nút khuy¿t Trong tr°ång hÿp khác, mát nguyên tử có thể đ°ÿc đặt vào giữa những mặt m¿ng

chß khuy¿t và khuy¿t tÃt ngoài nút, không chß sự sÅp x¿p hình hãc căa nguyên tử

bá phá vỡ mà liên k¿t hóa hãc lí t°çng giữa những nguyên tử cũng bá gián đo¿n, điÁu này dÁn đ¿n làm thay đổi tính chÃt đián căa vÃt liáu Khuy¿t tÃt chß khuy¿t

và khuy¿t tÃt ngoài nút n¿u đặt gÅn nhau sẽ t°¢ng tác nhau và hình thành khuy¿t

khuy¿t tÃt Frenkel t¿o ra những Ánh h°çng khác biát so vãi những khuy¿t tÃt chß khuy¿t và khuy¿t tÃt ngoài nút riêng lẻ N¿u hai khuy¿t tÃt chß khuy¿t đặt c¿nh nhau cũng có sự t°¢ng tác vãi nhau, t¿o nên khuy¿t tÃt Schottky, khuy¿t tÃt này cũng khác biát so vãi tćng tr°ång hÿp riêng lẻ

A Khuy¿t tÃt d¿ng đ°ång

Trong sự hình thành vÃt liáu đ¢n tinh thể, những khuy¿t tÃt phąc t¿p h¢n

có thể xuÃt hián Chẳng h¿n khuy¿t tÃt đ°ång xuÃt hián khi dãy các nguyên tử bá thi¿u trong mát mặt m¿ng Cũng nh° đçi vãi khuy¿t tÃt d¿ng điểm, sự lách đ°ång làm gián đãan cÁ sự tuÅn hoàn hình hãc đÁu đặn căa m¿ng và những liên

k¿t nguyên tử lí t°çng trong tinh thể Sự lách này cũng có thể làm thay đổi tính

chÃt đián căa vÃt liáu, th°ång là theo những cách thąc không thể tiên đoán đ°ÿc

nh° đçi vãi khuy¿t tÃt điểm

Khuy¿t tÃt d¿ng đ°ång gồm có 2 d¿ng:

- Lách m¿ng biên (Edge dislocation): XuÃt hián các mặt nguyên tử d° trong tinh thể

phÅn lân cÃn trong tinh thể

do sai hång trong quá trình nuôi tinh thể Th°ång thì lách m¿ng Ánh h°çng nhiÁu đ¿n tính chÃt c¢ căa vÃt liáu và đ°ÿc dùng để giÁi thích tính chÃt c¢ căa

2.1.5 Lý thuy ết phân vùng năng lượng trong vật rắn

Có thể sử dāng lý thuy¿t phân vùng nng l°ÿng để giÁi thích phân lo¿i vÃt

liáu thành các nhóm vÃt liáu dÁn đián, bán dÁn và đián môi(cách đián)

khí khi các nguyên tử ç cách xa nhau mát khoÁng cách lãn đã chß rõ rằng nguyên tử căa mßi chÃt đ°ÿc đặc tr°ng bçi những v¿ch quang phổ hoàn toàn xác đánh ĐiÁu đó chąng tå rằng nghuên tử khác nhau có những tr¿ng thái nng l°ÿng hay mąc nng l°ÿng khác nhau

Khi nguyên tử ç tr¿ng thái bình th°ång không bá kích thích, mát sç trong

đián tử chß có thể có mặt khi nguyên tử nhÃn đ°ÿc nng l°ÿng tć bên ngoài tác đáng(tr¿ng thái kích thích) Nguyên tử luôn có xu h°ãng quay vÁ tr¿ng thái ổn đánh Khi đián tử chyển tć mąc nng l°ÿng kích thích sang mąc nng l°ÿng nguyên tử nhå nhÃt, nguyên tử phát ra phÅn nng l°ÿng d° thća

vẽ khi chÃt khí hóa lång và sau đó t¿o nên m¿ng tinh thể căa vÃt rÅn, các

nguyên tử nằm sát nhau, tÃt cÁ các mąc nng l°ÿng căa nguyên tử bá dách chuyển nhẹ do tác đáng căa các nguyên tử bên c¿nh t¿o nên mát dÁi nng l°ÿng hay còn gãi là vùng các mąc nng l°ÿng

1 Mąc nng l°ÿng bình th°ång căa kim lo¿i;

2 Vùng đián tử lÃp đÅy;

3 Mąc nng l°ÿng kích thích căa nguyên tử;

4 Vùng tự do;

5 Vùng cÃm

2.2 Phân lo¿i vÁt lißu đißn

2.2.1 Phân lo ại theo khả năng dẫn điện

Trên c¢ sç giÁn đồ nng l°ÿng, ng°åi ta phân lo¿i theo vÃt liáu dÁn đián,

vÃt liáu dÁn tć, vÃt liáu cách đián và vÃt liáu bán dÁn

A VÃt liáu dÁn đián

VÃt liáu dÁn đián là chÃt có vùng tự do nằm sát vãi vùng điÁn đÅy, thÃm

tử tự do rÃt lãn; ç nhiát đá bình th°ång các đián tử hóa trá ç vùng điÁn đÅy có

thể chuyển sang vùng tự do rÃt dß dàng, d°ãi tác dāng căa lực đián tr°ång các đián tử này tham gia vào dòng đáên dÁn Chính vì vÃy vÃt dÁn có tính dÁn đián

thể di chuyển tãi vùng tự do để tham gia vào dòng đáên dÁn

C Đián môi (vÃt liáu cách đián):

Đián môi là chÃt có vùng cÃm lãn đ¿n mąc ç điÁu kián bình th°ång sự

dÁn đián bằng đián tử không x¿y ra Các đián tử hóa trá tuy đ°ÿc cung cÃp thêm nng l°ÿng căa chuyển đáng nhiát vÁn không thể di chuyển tãi vùng tự do để tham gia vào dòng đián dÁn ChiÁu ráng vùng cÃm căa vÃt liáu cách đián (W = 1,5  2eV)

2.2.2 Phân loại theo từ tính

Theo tć tính ng°åi ta chia vÃt liáu thành: nghách tć, thuÃn tć và dÁn tć

a VÃt liáu nghách tć

Là những vÃt liáu có đá tć th¿m  < 1 và không phā thuác vào tć tr°ång

muçi må và các kim lo¿i nh°: đồng, kẽm, b¿c, vàng, thăy ngân, gali, antimoan

b VÃt liáu thuÃn tć

bên ngoài Lo¿i này gồm có: oxy, oxit nit¢, muçi đÃt hi¿m, muçi sÅt, muçi

c VÃt liáu dÁn tć

crôm và mangan, gađôlônít, pherit có các thành phÅn khác nhau

2.2.3 Phân lo ại theo trạng thái vật thể

Có vÃt liáu ç thể rÅn, thể lång và vÃt liáu ç thể khí

CH¯¡NG 2: VÀT LIÞU CÁCH ĐIÞN

Mã ch°¢ng: 02 1.Māc tiêu ch°¢ng:

- NhÃn d¿ng, phân lo¿i chính xác các lo¿i vÃt liáu cách đián dùng trong công nghiáp và dân dāng

- Trình bày đ°ÿc các đặc tính c¢ bÁn căa mát sç lo¿i vÃt liáu cách đián th°ång dùng

- Sử dāng phù hÿp các lo¿i vÃt liáu cách đián theo tćng yêu cÅu kỹ thuÃt

cā thể

Xác đánh đ°ÿc các nguyên nhân gây ra h° hång và có ph°¢ng án thay th¿

khÁ thi các lo¿i vÃt liáu cách đián th°ång dùng

Nh° vÃy vÃt dÁn phÁi đ°ÿc bao bãc bçi các vÃt liáu cách đián

VÃt liáu cách đián còn đ°ÿc gãi là đián môi Đián môi là những vÃt liáu làm cho dòng đián đi đúng n¢i qui đánh

2.1.2 Phân lo ại vật liệu cách điện

A Phân lo¿i theo tr¿ng thái vÃt lý

Vât liáu cách đián (đián môi) có thể ç thể khí, thể lång và thể rÅn Vât liáu cách đián thể khí và thể lång luôn luôn phÁi sử dāng vãi vât liáu cách đián thể rÅn thì mãi hình thành đ°ÿc cách đián vì các phÅn tử kim lo¿i không thể giữ chặt đ°ÿc ç trong khí Vât liáu cách đián thể rÅn còn phân lo¿i thành các nhóm:

cąng, đàn hồi, có sÿi, bng, màng mång æ giữa thể lång và thể lång rÅn, còn có

mát thể trung gian, gãi là thể mÁm nhão nh°: các vÃt liáu có tính chÃt bôi tr¢n, các lo¿i s¢n t¿m

B Phân lo¿i theo thành phÅn hóa hãc

Theo thành phÅn hoá hãc, ng°òi ta chia vÃt liáu cách đián thành: vÃt liáu cách đián hữu c¢ và vÃt liáu cách đián vô c¢

a VÃt liáu cách đián hữu c¢

Chia làm hai nhóm: nhóm có nguồn gçc trong thiên nhiên và nhóm nhân

t¿o Nhóm có nguồn gçc trong thiên nhiên sử dāng các hÿp chÃt c¢ bÁn có trong thiên nhiên, hoặc giữ nguyên thành phÅn hóa hãc nh°: vÁi sÿi, giÃy, s¢n vecni, bitum hoặc bi¿n đổi hóa hãc nh°: cao su, xenluloit, phíp, lāa Nhóm nhân t¿o th°ång đ°ÿc gãi là nhựa nhân t¿o, gồm có: nhựa phênol, nhựa amino, nhựa polieste, poliamit, poliuretan, nhựa epoxi, xilicon, polietilen, vinyl v.v&

Trong kỹ thuÃt đián, khi lựa chãn các vÃt liáu cách đián, thì tr°ãc tiên chúng ta phÁi bi¿t tr¿ng thái vÃt lý, hình dáng và ph°¢ng pháp gia công căa vÃt

liáu mà chúng ta cÅn sử dāng đồng thåi phÁi nÅm đÅy đă tính chÃt đián, lý hoá

cÅn thi¿t

b VÃt liáu cách đián vô c¢

VÃt liáu cách đián vô c¢: gồm các chÃt khí, các chÃt lång không cháy, các

lo¿i vÃt liáu nh°: są gçm, thăy tinh, mica, aming v.v&

C Phân lo¿i theo tính cháu nhiát

Phân lo¿i vÃt liáu cách đián theo tính cháu nhiát là cách phân lo¿i rÃt c¢

bÁn Khi lựa chãn vÃt liáu cách đián, tr°ãc tiên ta phÁi bi¿t vÃt liáu có khÁ nng

cháu nhiát theo cÃp nào trong sç bÁy cÃp cháu nhiát căa vÃt liáu cách đián theo

bÁng sau: (BÁng 1.1)

B Áng 1.1: Các cÃp chßu nhißt của vÁt lißu cách đißn

phép (0C)

Các vÃt liáu cách đián chă y¿u

và các vÃt liáu t¢ng tự, không t¿m

và ngâm trong vÃt liáu cách đián

lång Các lo¿i nhựa nh°: nhựa polietilen, nhựa polistirol, vinyl

clorua, anilin

t¿m dÅu bi¿n áp Cao su nhân t¿o,

nhựa polieste, các lo¿i s¢n cách đián có dÅu làm khô, axetyl, tÃm

gß dán, êmây gçc s¢n nhựa dÅu

poliamit, eboxi GiÃy ép

hoặc vÁi có t¿m nha

phenolfocmandehit (gãi chung là

bakelit giÃy) Nhựa

cá bá phÃn không ti¿p xúc vãi không khí S¢n cách đián alkit, s¢n cách đián tć

nhựa phênol Các lo¿i sÁn ph¿m

mica (micanit, mica

có chÃt đán khoáng

Nhựa eboxi, sÿi thăy tinh, nhựa melamin focmandehit, aming, mica, hoặc thăy tinh có

chÃt đán

chÃt k¿t dính Bao

gồm micanit, êpoxi poliête cháu

nhiát, silíc hữu c¢

chÃt k¿t dính Bao

gồm micanit, êpoxi poliête cháu

nhiát, silíc hữu c¢

thuÅn túy, hoàn toàn không có thành phÅn k¿t dính hay

t¿m ChÃt vÃt liáu cách đián oxit nhôm và florua nhôm Micanit không có chÃt k¿t dính, thăy tinh, są

Politetraflotilen, polimonoclortrifloetilen, ximng

aming v.v

2.2 Tính chÃt chung của vÁt lißu cách đißn

2.2.1 Tính hút ẩm của vật liệu cách điện

môi tr°ång có đá ¿m cao thì trên bÁ mặt có thể ng°ng tā mát lãp ¿m làm cho dòng rò bÁ mặt tng, có thể gây ra sự cç cho các thi¿t bá đián

2.2.2 Tính ch ất cơ học của vật liệu cách điện

Các chi ti¿t bằng vÃt liáu cách đián trong các thi¿t bá đián khi vÃn hành

nhÃt đánh Vì vÃy khi chãn vÃt liáu cách đián cÅn phÁi xem xét tãi đá bÁn c¢ căa các vÃt liáu và khÁ nng cháu đựng căa chúng mà không bá bi¿n d¿ng

2.2.3 Tính chất hóa học của vật liệu cách điện

Chúng ta phÁi nghiên cąu tính chÃt hóa hãc căa vÃt liáu cách đián vì:

Đá tin cÃy căa vÃt liáu cách đián cÅn phÁi đÁm bÁo khi làm viác lâu dài: ngh*a là không bá phân hăy để giÁi thoát ra các sÁn ph¿m phā và không n mòn kim lo¿i ti¿p xúc vãi nó, không phÁn ąng vãi các chÃt khác (khí, n°ãc, axit,

kiÁm, dung dách muçi v.v ) Đá bÁn đçi vãi tác đáng căa các vÃt liáu cách đián khác nhau thì khác nhau

Khi sÁn xuÃt các chi ti¿t có thể gia công vÃt liáu bằng những ph°¢ng pháp hóa công khác nhau: dính đ°ÿc, hòa tan trong dung dách t¿o thành s¢n

Đá hòa tan căa vÃt liáu rÅn có thể đánh giá bằng khçi l°ÿng vÃt liáu chuyển sang dung dách trong mát đ¢n vá thåi gian tć mát đ¢n vá thåi gian ti¿p xúc giữa vÃt liáu vãi dung môi Đá hòa tan nhÃt là các chÃt có bÁn chÃt hóa hãc

chÃt l°ỡng cực dß hòa tan h¢n trong chÃt lång l°ỡng cực, các chÃt trung tính dß hòa tan trong chÃt trung tính Các chÃt cao phân tử có cÃu trúc m¿ch thẳng dß hòa tan h¢n so vãi cÃu trúc trung gian Khi tng nhiát đá thì đá hòa tan tng

2.2.4 Hi ện tượng đánh thủng điện môi và độ bền cách điện

Hián t°ÿng đánh thăng đián môi

Trong điÁu kián bình th°ång, vÃt liáu cách đián có đián trç rÃt lãn nên nó

môi tr°ång có đián áp cao thì các mçi liên k¿t bên trong căa vÃt liáu sẽ bá phá hăy làm nó mÃt tính cách đián đi Khi đó, ng°åi ta nói vÃt liáu cách đián đã bá

đánh thăng

Giá trá đián áp đánh thăng (Uđt) đ°ÿc tính :

Uđt = Ebđ d

Trong đó:

- Ebđ: đá bÁn cách đián căa vÃt liáu (kV/mm)

- d: đá dày căa tÃm vÃt liáu cách đián (mm)

- Uđt : đián áp đánh thăng (kV)

2.2.5 Độ bền nhiệt

Giãi h¿n đián áp cho phép mà vÃt liáu cách đián còn làm viác đ°ÿc, đ°ÿc

gãi là đá bÁn cách đián căa vÃt liáu

Đá bÁn cách đián căa vÃt liáu phā thuác vào bÁn chÃt căa vÃt liáu Giá trá

đá bÁn

cách đián căa mát sô vÃt liáu đ°ÿc cho trong bÁng sau: (bÁng 1.4)

BÁng 1.4: Đá bÁn cách đián căa mát sç vÃt liáu cách đián

3  6 3,12

6  10 5,4

2  2,5 5,5

3  3,5

Nh° vÃy để vÃt liáu làm viác an toàn mà không bá đánh thăng thì đián áp đặt vào vÃt phÁi bé h¢n Uđt mát sç lÅn tùy vào các vÃt liáu khác nhau Tß sç giữa đián áp đánh thăng và đián áp cho phép vÃt liáu còn làm viác gãi là há sç an toàn (õ)

Vãi:

- Uđt: đián áp đánh thăng (kV)

- Ucp: đián áp cho phép vÃt liáu làm viác [kV]

- õ: giãi h¿n an toàn, phā thuác vào bÁn chÃt vÃt liáu

2.2.6 Tính ch ọn vật liệu cách điện

Khi cÅn chãn lựa vÃt liáu cách đián, ng°åi ta cn cą vào các tiêu chu¿n sau đây:

Đá cách đián: Tùy vào đián áp làm viác căa thi¿t bá, ng°åi ta chãn lo¿i

vÃt liáu có bÁ dày thích hÿp, sao cho vÃt liáu làm viác an toàn mà không bá đánh

thăng

Đá bÁn c¢: tùy vào điÁu kián làm viác căa thi¿t bá mà ta chãn vÃt liáu cách đián có đá bÁn c¢ thích hÿp

Đá bÁn nhiát: Cn cą vào sự phát nóng khi thi¿t bá làm viác, ng°åi ta sẽ

chãn các lo¿i vÃt liáu cách đián có nhiát đá cho phép phù hÿp

Ví dā: Các vÃt liáu cách đián các dāng cā đçt nóng (bàn ăi (bàn là), nồi c¢m đián) th°ång dùng vÃt liáu tć cÃp B trç lên

2.2.7 Hư hỏng thường gặp

Các lo¿i vÃt liáu cách đián đ°ÿc sử dāng để cách đián cho máy đián, thi¿t

bá đián và khí cā đián lâu ngày sẽ bá h° hång và ta th°ång gặp các d¿ng h° hång sau:

- H° hång do đián: do các máy đián, thi¿t bá đián và khí cā đián khi làm

viác vãi các đ¿i l°ÿng, thông sç v°ÿt quá trá sç đánh mąc nh°: các đ¿i l°ÿng vÁ dòng đián, đián áp, công suÃt v.v làm cho vÃt liáu cách đián giÁm tuổi thã hoặc

bá đánh thăng

- H° hång do bá già hóa căa vÃt liáu cách đián: trong quá trình làm viác các lo¿i vÃt liáu cách đián đÁu bá Ánh h°çng căa các diÁu kián căa môi tr°ång nh° nhiát đá, đá ¿m và h¢i n°ãc v.v Làm cho các vÃt liáu cách đián giÁm tính

chÃt cách đián căa chúng đi và dß bá đánh thăng

- H° hång do các lực tác đáng tć bên ngoài: các vÃt liáu cáh đián khi bá

tć cóđ°ång kính t°¢ng đçi lãn n¿u bá uçn cong vãi bán kính nhå sẽ làm lãp cách đián bằng bá vỡ hoặc khi vào dây không c¿n thÃn làm lãp cách đián bá trÅy x°ãc hoặc là khi lót cách đián không c¿n thÃn làm gãy hoặc rách cách đián v.v

- H° hång do sự mài mòn giữa các bá phÃn: các chi ti¿t khi làm viác ti¿p

và dß bá đánh thăng v.v

2.3 Mßt sß vÁt lißu cách đißn thông dāng

2.3.1 V ật liệu sợi

VÃt liáu composite, còn gãi là VÃt liáu tổ hÿp, VÃt liáu compozit, hay composite là vÃt liáu tổng hÿp tć hai hay nhiÁu vÃt liáu khác nhau t¿o nên vÃt

liáu mãi có tính chÃt v°ÿt trái h¢n hẳn so vãi các vÃt liáu ban đÅu, khi những vÃt

liáu này làm viác riêng rẽ

2.3.2 Giấy và các tông

a GiÃy tā đián

Lo¿i giÃy này khi đó đ°ÿc t¿m làm đián môi cho các tā đián giÃy, có hai

lo¿i giÃy tā đián: KOH là lo¿i giÃy đ°ÿc làm tā đián giÃy thông th°ång và silicôn là lo¿i giÃy tā đáng lực

Đián môi căa tā đián giÃy th°ång làm viác ç c°ång đá đián tr°ång cao; nhiát đá tć 70-1000C Do đó yêu cÅu vÁ ph¿m chÃt cách đián khác là giÃy phÁi

GiÃy làm tā đián đ°ÿc sÁn xuÃt thành tćng cuán çng chiÁu ráng tć 12 đ¿n

l°ÿng riêng cao dùng trong các tā đián vãi đián áp mát chiÁu vì nó có c°ång đá cách đián lãn, lo¿i có khçi l°ÿng riêng thÃp tgô nhå và có c°ång đá cách đián lâu dài lãn nên dùng trong các tā công suÃt làm viác vãi đián áp xoay chiÁu

nhiát đá 110-1200C giÃy bá ôxy hoá, ç nhiát đá 150 – 1600C thì bá phá huỷ

Khi xác đánh giãi h¿n nhiát đá trên cÅn chú ý tãi tính cháu nhiát căa vÃt

liáu t¿m giÃy, trć tr°ång hÿp t¿m silic hữu c¢ C°ång đá cách đián căa giÃy khô ch°a t¿m Eđt = 35-40kV/mm; sau khi t¿m Eđt = 250 – 300kV/mm

há sç an toàn n¿u c°ång đá cách đián căa giÃy tā ¿m chÃt l°ÿng

b GiÃy cáp

Th°ång đ°ÿc sÁn xuÃt vãi bÁ dày 0,08mm; 0,12mm; 0,17mm dùng làm cách đián và cáp đián lực, giÃy cáp đián phÁi đặc biát chú ý tãi tính cháu xoÅn

căa giÃy

hßn hÿp dÅu nhựa thông Eđt = 70-80kV/mm

các giÃy ép có khçi l°ÿng riêng d = 1,09 – 1,10G/cm3, các giÃy ép có hằng sç đián môi cao h¢n giÃy không ép; hằng sç đián môi căa các lo¿i giÃy đ°ÿc t¿m õ= 4,3(đçi vãi giÃy ép); và õ = 3,5 (đçi vãi giÃy không ép)

c Bìa

Bìa đ°ÿc sử dāng trong kỹ thuÃt cách đián đ°ÿc sÁn xuÃt tć x¢ nh° giÃy nh°ng

có bÁ dày lãn h¢n, bìa có hai lo¿i:

+ Lo¿i dùng trong không khí thì rÅn và có tính đàn hồi cao dùng nót rãnh máy đián, các lõi cuán dây, các vòng đám

+ Lo¿i dùng trong dÅu thì có cÃu trúc xçp, mÁm h¢n khi có Eđt sẽ cao và đ°ÿc dùng chă y¿u trong dÅu máy bi¿n áp

Tuỳ theo đá dày căa bìa mà ch¿ t¿o thành tÃm hoặc là cuán (0,1-0,8)mm

Lo¿i bìa làm viác trong không khí có bÁ dÅy tć 0,1-0,5 mm thì có Eđt = 11kV/mm; lo¿i có bÁ dày 2,5-3mm có Eđt = 7,5kV/mm

Bìa cąng, còn gãi là các tông (bÅt nguồn tć tć ti¿ng Pháp carton /kaʁtɔ̃/)

đ¿n cÃu hình phąc t¿p gồm nhiÁu lãp, có thể có n¿p hay gÿn sóng.=

GiÃy carton chính là thành phÅn quan trãng để t¿o ra các lo¿i thùng carton dùng để đóng gói sÁn ph¿m trong quá trình vÃn chuyển cũng nh° l°u trữ Hián nay có rÃt nhiÁu lo¿i giÃy carton, tuy nhiên đ°ÿc sử dāng phổ bi¿n nhÃt chính là carton sóng Lo¿i carton này đ°ÿc cÃu t¿o bçi 2 lo¿i: giÃy th°ång và giÃy sóng

Lo¿i giÃy mång nhÃt là 2 lãp, ti¿p đó có thể kể đ¿n các lo¿i giÃy 3 lãp, 5 lãp, 7

lãp và cao nhÃt là 9 lãp

2.3.3 Phíp

a Ph°¢ng pháp sÁn xuÃt

vào mát tang quay bằng thép để có đ°ÿc chiÁu dày cÅn thi¿t, sau đó cÅt lãp giÃy

phíp Viác đem rửa phíp là rÃt cÅn thi¿t để thÁi h¿t ZnCl2 vỡ n¿u để l¿i nó sẽ làm cho tính chÃt cách đián bá xÃu đi Phíp đ°ÿc sÁn xuÃt thành lá hay là tÃm dày tć 0,1 đ¿n 25mm và có thể là d¿ng çng vãi các đ°ång kính khác nhau

khçi l°ÿng riêng căa phíp càng cao thì đặc tính c¢ và tính chÃt cách đián căa nó càng cao

Nh°ÿc điểm căa phíp là đá háo n°ãc cao, tãi 50-60% Khi đá ¿m môi tr°ång xung quanh cao thì các chi ti¿t bằng phíp dß bá bi¿n d¿ng Khi phíp bá

thÃm ¿m thì l°ÿng ZnCl2 còn l¿i trong phíp sẽ t¿o ra đián dÁn dián phân lãn

Trên các vÃt có mang đián th¿ d°¢ng trong đián áp mát chiÁu khi ti¿p xúc

vãi các chi ti¿t phíp sẽ có các ion clo tć ZnCl2 tách ra dÁn đ¿n hián t°ÿng n mòn vÃt dÁn Có thể giÁm đá háo n°ãc căa phíp bằng cách t¿m phíp bằng dÅu máy bi¿n áp parafin

c Công dāng

Phíp đ°ÿc dùng làm cách đián trong mát sç thi¿t bá đián, làm vå chçng sét çng, chẽn rãnh máy đián, buồng dÃp hồ quang vì phíp khi có tia hồ quang tác

dāng sinh ra l°ÿng khí lãn có tác dāng dÃp tÅt tia hồ quang

2 3.4 Amiăng, xi măng amiăng

Xi-mng aming (hay còn gãi là aming xi-mng, fibro xi-mng, bro xi mng) là mát lo¿i nguyên liáu sử dāng 85-90% là xi-mng làm nguyên liáu chă đ¿o, 10-12% là sÿi aming trÅng vãi vai trò là sÿi gia c°ång và mát sç chÃt phā

gia khác Đây là lo¿i nguyên liáu đ°ÿc sử dāng phổ bi¿n ç nhiÁu n¢i vãi nhiÁu ąng dāng trong sÁn xuÃt tÃm lÿp aming xi-mng sóng, tÃm lÿp phẳng, tÃm lót sàn, tÃm vách, tÃm t°ång, çng n°ãc&

Lo¿i vÃt liáu này đ°ÿc phát minh bçi Ludwig Hatschek tć cuçi th¿ kỷ 19

TÃm lÿp fibro xi-mng (hay aming xi-mng) là lo¿i vÃt liáu lÿp đ°ÿc nhiÁu bà con ç Viát Nam °a chuáng sử dāng nhå khÁ nng chçng cháu tçt vãi thåi ti¿t, thi công đ¢n giÁn và giá thành rẻ

2.3.5 V ải sơn và băng cách điện

Bng keo cách đián là vÃt dāng đ°ÿc sử dāng để khÅc phāc các sự cç căa dây đián khi gặp phÁi tình tr¿ng bá bong, sån vå hoặc bá tách vå Vì tính tián ích

cùng ráng rãi trong các há gia đình và kể cÁ các nhà máy công nghiáp

tử có khÁ nng bi¿n d¿ng d°ãi d¿ng dẻo, d°ãi tác dāng căa áp suÃt bên ngoài Trong tr°ång hÿp đặc biát ng°åi ta còn có thể sử dāng chÃt k¿t dính vô c¢: Nh° thuỷ tinh trong mical¿c, ximng trong xi mng aming ChÃt k¿t dính quy¿t đánh

chÃt k¿t dính mà ng°åi ta chia thành chÃt dẻo ép nóng và chÃt dẻo ép nguái

Tính chÃt

Đặc tính căa các sÁn ph¿m phā thuác vào các thành phÅn căa chÃt dẻo và ch¿ đá ép Ví dā: Khi dÃp nén bát ép K21-22 (nhựa crozofocmanđêhít có trán

chÃt đán) d°ãi áp suÃt khuôn ép 250 – 300kg/cm2, nhiát đá căa khuân ép tć

155-1600C giữ trong thåi gian tć 0,5 đ¿n 1 phút tính cho mßi mm chiÁu dÅy căa sÁn

ph¿m thì sÁn ph¿m ép có đặc tính sau: Khçi l°ÿng riêng d = 1,35 – 1,40G/cm3 ;

ó kéo  300kG/cm2; ó nén  1500kG/cm2; có đá bÁn nhiát không thÃp h¢n

1000C; đá hút n°ãc sau 24 giå không quá 0,25%; gô≤0,09

ChÃt dẻo bằng polivinylclorit (không có chÃt đán) gãi tên là vinoplasl đ°ÿc sÁn xuÃt ra thành tćng tÃm vãi chiÁu dày tć 0,3 – 1,0mm Ngoài ra còn ch¿ t¿o ra các çng, các thanh hay các sÁn ph¿m đánh hình khác, các tÃm vinoplasl có

ó kéo  500kG/cm2 Nó có đá hút ¿m thÃp và đá bÁn hoá hãc cao đçi vãi dung môi và các chÃt có ho¿t tính hoá hãc Đặc tính cách đián căa vinoplast là đián trç suÃt khçi

x¿p l¿i thành tćng chồng ąng vãi chiÁu dÅy cÅn thi¿t Bakêlít trong vÃt liáu nóng

chÁy sẽ lÃp kín các lß rßng giữa các x¢ giÃy và tćng tå giÃy riêng biát Áp lực khi ép t¿o ra áp suÃt 100-200kG/cm2 , nhiát đá ép tć 160 – 1650C duy trì tć 2-5

vào khoÁng 20 – 25kV/mm;

b.Téctôlít

Téctôlít thuỷ tinh là téctôlít đặc biát đ°ÿc sÁn xuÃt trên c¢ sç xÿi thuỷ tinh nó có

đá bÁn nhiát, sąc cháu ¿m đá bÁn c¢ và đặc tính cách đián rÃt cao Ng°åi ta ch

t¿o téctôlít thành các çng, các thanh, các sÁn ph¿m đánh hình có hình d¿ng phąc

làm vÃt liáu k¿t cÃu, ch¿ t¿o bá truyÁn đáng bánh rng, các ổ trāc &

Trong kỹ thuÃt đián ng°åi ta dùng ráng rãi chÃt dẻo làm vÃt liáu cách đián

cũng nh° vÃt liáu k¿t cÃu thuÅn tuý, sử dāng ch¿ t¿o các thi¿t bá và dāng cā đián

áp và thÃp áp, nó cũng đ°ÿc dùng trong kỹ thuÃt thông tin

ThuÃt ngữ ''plastic'' có nguồn gçc tć ti¿ng Hy L¿p ''plastikos'', có ngh*a là

trong quá trình sÁn xuÃt Nhựa cho phép đúc, ép hoặc nén thành nhiÁu hình d¿ng khác nhau Tć d¿ng màng mång cho đ¿n d¿ng sÿi, tÃm, çng, chai, háp& và nhiÁu h¢n nữa

2.3.8 D ầu cách điện

DÅu cách đián (còn đ°ÿc gãi là dÅu máy bi¿n áp hoặc dÅu máy bi¿n th¿)

là lo¿i dÅu ổn đánh ç nhiát đá cao và có đặc tính cách đián rÃt tçt Nó đ°ÿc sử

dāng trong máy bi¿n áp chąa đÅy dÅu, mát sç lo¿i tā đián cao áp, chÃn l°u đèn

huỳnh quang, và mát sç lo¿i công tÅc, cÅu dao cao áp Chąc nng căa nó là cách

mát chÃt làm mát

DÅu máy b¿n áp có chąc nng chính là cách đián và làm mát máy bi¿n áp

Do đó, nó phÁi có đá bÁn đián môi cao, đá dÁn đián và đá ổn đánh hóa hãc, và

phÁi giữ đ°ÿc những đặc tính kỹ này khi giữ ç nhiát đá cao trong thåi gian dài Các thông sç kỹ thuÃt điển hình là điểm chãp cháy 140oC trç lên, điểm đông đặc -40oC trç xuçng, đián áp đánh thăng đián môi 28 kV(RMS) trç lên

bi¿n áp hoàn toàn không có h¢i n°ãc tr°ãc khi dÅu cách đián vào ĐiÁu này giúp ngn ngća sự hình thành hào quang và sự cç ti¿p đián khi tÁi

2.3.9 Sơn và các hợp chất cách điện

S¢n cách đián là lo¿i vÃt liáu ç tr¿ng thái dung dách, thành phÅn gồm có:

khô Khi quét s¢n lên bÁ mặt sÁn ph¿m, dung dách bay h¢i, còn l¿i gçc s¢n qua

mát quá trình hóa lý t¿o thành màng s¢n có tính chÃt cách đián

2.3.10 Ch ất đàn hồi

ChÃt đàn hồi là mát lo¿i vÃt liáu nhựa dẻo có khÁ nng cách đián tçt, cháu đ°ÿc bi¿n d¿ng, dß dàng đúc thành các hình d¿ng khác nhau Là mát lo¿i polyme đặc biát, chÃt đàn hồi bao gồm cao su tự nhiên và nhân t¿o

trên ván tr°ÿt, đ¿ giày, đồ dùng cho trẻ em, đ¿n lãp cách đián bao bãc dây loa và

đ°ång dây đián tho¿i

2.3.11 Điện môi vô cơ

ChÃt đián môi là chÃt dÁn đián kém, là các vÃt chÃt có đián trç suÃt cao (107 ÷ 1017Ω.m) ç nhiát đá bình th°ång ChÃt cách đián gồm phÅn lãn các vÃt

liáu vô c¢ cũng nh° hữu c¢ Đián môi là những chÃt không dÁn đián (cách đián) Trong phân tử căa các chÃt đián môi, sç l°ÿng các đián tích tự do là rÃt ít ĐiÁu

quá 1 giá trá giãi h¿n thì đián môi bá đánh thăng (mÃt tính cách đián), mßi đián

thuác vào tính chÃt căa đián môi Hằng sç đián môi căa chân không = 1

Khi đián môi đ°ÿc đặt trong đián tr°ång , thực t¿ không có dòng đián

ch¿y trong chúng bçi vì, không giçng nh° kim lo¿i, chúng không có các electron liên k¿t lång lẻo hoặc tự do có thể trôi qua vÃt liáu Thay th¿ phân cực đián xÁy

ra Các đián tích d°¢ng trong đián môi đ°ÿc dách chuyển dÅn theo h°ãng căa đián tr°ång và các đián tích âm đ°ÿc dách chuyển dÅn theo h°ãng đçi dián vãi đián tr°ång Sự phân tách đián tích nhẹ hoặc phân cực này làm giÁm đián tr°ång trong lãp đián môi

mát đ¢n vá thể tích căa môi tr°ång đián môi là lãn h¢n Các đián dung căa mát

môi đ¿n các hián t°ÿng đián đ°ÿc mô tÁ trên quy mô lãn hoặc v* mô bằng cách

sử dāng các khái niám nh° hằng sç đián môi, đá thÃm và phân cực

2.3.12 V ật liệu cách điện bằng gốm sứ

căa vÃt liáu này khá giòn, dß vỡ nh°ng có khÁ nng cháu nhiát tçt Cũng vì vÃy, các thi¿t bá cách đián bằng gçm są th°ång đ°ÿc ąng dāng t¿i các vá trí ít bá tác đáng vÃt lý, và có khÁ nng sinh nhiát cao nh° trên cát đián cao áp, tr¿m bi¿n

áp Đián môi căa vÃt liáu są ç khoÁng 4 – 10KV/mm

2.3.13 Mica và các v ật liệu trên cơ sở mica

Mica hay còn đ°ÿc gãi là nhựa Acrylic hay thăy tinh hữu c¢, đây là mát

lo¿i nhựa dẻo trong, nó th°ång đ°ÿc nhÅc đ¿n nh° mát lo¿i vÃt liáu công nghiáp Lo¿i vÃt liáu này có tỷ lá trong l°ÿng bằng ½ thăy tinh, đá xuyên sáng

th¿ khÁ thi các lo¿i vÃt liáu dÁn đián th°ång dùng

2 Nßi dung ch°¢ng :

2.1 Khái nißm và tính chÃt của vÁt lißu d¿n đißn

2.1.1 Khái ni ệm về vật liệu dẫn điện

VÃt liáu dÁn đián là vÃt chÃt mà ç tr¿ng thái bình th°ång có các đi án tích

liáu có tính dÁn đián

- VÃt liáu có tính dÁn đián tử: là vÃt chÃt mà sự ho¿t đáng căa các đián tích không làm bi¿n đổi thực thể9 đã t¿o thành vÃt liáu đó VÃt dÁn có tính dÁn đián tử bao gồm những kim lo¿i ç tr¿ng thái rÅn hoặc lång, hÿp kim và mát sç

chÃt không phÁi kim lo¿i nh° than đá Kim lo¿i và hÿp kim có tính dÁn đián tçt đ°ÿc ch¿ t¿o thành dây dÁn đián, nh° dây cáp, dây quÃn dÁn đián trong các máy đián và khí cā đián

trong các khí cā đián dùng để9 s°çi Ãm, đçt nóng, chi¿u sáng, làm bi¿n trç

- VÃt liáu có tính dÁn Ion: là những vÃt chÃt mà dòng đián đi qua sẽ t¿o nên sự bi¿n đổi hóa hãc VÃt dÁn có tính dÁn Ion thông th°ång là các dung dách: dung dách axit, dung dách kiÁm và các dung dách muçi

VÃt liáu dÁn đián có thể ç thể rÅn, lång và trong mát sç điÁu kián phù hÿp

có thể là thể khí hoặc h¢i

VÃt liáu dÁn đián ç thể rÅn gồm các kim lo¿i và hÿp kim căa chúng (trong

mát sç tr°ång hÿp có thể không phÁi là kim lo¿i hoặc hÿp kim)

VÃt liáu dÁn đián ç thể lång bao gồm các kim lo¿i lång và các dung dách đián phân Vì kim lo¿i th°ång nóng chÁy ç nhiát đá rÃt cao trć thăy ngân (Hg)

có thể dùng vÃt liáu dÁn đián kim lo¿i lång là thăy ngân

Các chÃt ç thể khí hoặc h¢i có thể trç nên dÁn đián n¿u cháu tác đáng căa đián

ý (2.2) Đián dÁn G đ°ÿc tính vãi đ¢n vá là (1/ ) = (S) – Simen

e : đián tích căa phÅn tử mang đián

Thay Vtb = uE (u - đá di chuyể9n căa phÅn tử mang đián) vào (2.3), ta đ°ÿc d¿ng tổng quát căa đánh luÃt ôm:

i = no.e.u.E = ÷ E (2.4)

vãi ÷ = no.e.u đ°ÿc gãi là đián dÁn suÃt

d Đián dÁn suÃt ÷

Đ¿i l°ÿng nghách đÁo căa đián dÁn suÃt ÷ gãi là đián trç suÃt p

Đián trç suÃt căa đa sç kim lo¿i và hÿp kim đÁu tng theo nhi át đá, riêng

đi án tr ç suÃt căa cácbon và căa dung dách đián phân giÁm theo nhiát đá

Thông th°ång, đián trç suÃt ç nhiát đá sử dāng t2 đ°ÿc tính toán xuÃt phát tć nhiát đá t1(t1 th°ång là 200C) theo công thąc:

p t2 = p t1[ 1+ a(t2 - t1)] (2.8)

a - là há sç thay đổi đián trç suÃt theo nhiát đá (1/oC)

Qua nghiên cąu, ng°åi ta thÃy: Các kim lo¿i tinh khi¿t thì há sç a gÅn nh°

BÁng 2.1 đ°a ra nhiát đá nóng chÁy, đián trç suÃt p và há sç thay đổi đián

trç suÃt a theo nhiát đá căa mát sç kim lo¿i hay dùng trong kỹ thuÃt đián

BÁng 2.1 Các đặc tính vÃt lý chă y¿u căa kim lo¿i (ç 20oC) dùng trong kỹ thuÃt đián

æ gÅn nhiát đá 0oK (nhiát đá tuyát đçi) đián trç suÃt căa kim lo¿i tinh khi¿t giÁm đát ngát, chúng thể hián tính siêu dÁn VÁ ph°¢ng dián lý thuy¿t, ç nhiát đá 0oK, kim lo¿i có đián trç bằng 0

Khi bá chÁy dẻo thì đián trç suÃt căa kim lo¿i tng Nh°ng n¿u ti¿n hành nung để cho nó k¿t tinh l¿i thì đián trç suÃt có thể giÁm (giÁm do tác dāng căa

Trong đó : òo : đián trç suÃt ban đÅu căa mÁu

ó : ąng suÃt c¢ khí căa mÁu k: há sç thay đổi căa đián trç suÃt theo áp suÃt

DÃu (+) t°¢ng ąng vãi bi¿n d¿ng do kéo

DÃu (-) t°¢ngu ąng vãi bi¿n d¿ng do nén

Sự thay đổi căa p khi kéo hoặc nén là do sự thay đổi biên đá dao đáng căa

m¿ng tinh thể kim lo¿i: khi kéo thì p tng, khi nén thì p giÁm

c Các yêu tç Ánh h°çng khác:

- T¿p chÃt phi kim có trong kim lo¿i cũng có thể làm p tng

và Ánh h°çng căa ánh sáng

2.1.4 Hi ệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt động

Khi hai kim lo¿i khác nhau ti¿p xúc vãi nhau thì giữa chúng có mát hiáu

đián th¿ gãi là hiáu đián th¿ ti¿p xúc Nguyên nhân phát tinh hiáu đián th¿ ti¿p xúc là do công thoát căa mßi kim lo¿i khác nhau do đó sç đián tử tự do trong các kim lo¿i (hoặc hÿp kim) không bằng nhau hình 2.1

Theo thuy¿t đián tử, hiáu đián th¿ ti¿p xúc giữa 2 kim hai lo¿i A và B

bằng

UAB = UB – UA + ln oA

oB

n KT

Trong đó: UA và UBđián th¿ ti¿p xúc căa kim lo¿i A và B

noA và noB mÃt đá đián tć trong kim lo¿i A và B

vài vôn, n¿u nhiát đá căa cặp bằng nhau, tổng hiáu đián th¿ trong m¿ch kín bằng không Nh°ng khi mát phÅn tử căa cặp có nhiát đá là T1 còn cặp kia là T2 thì trong tr°ång hÿp này sẽ phát sinh sąc đián đáng

T T A T T

e  n ý 

Biểu thąc (2-14) chąng tå s.n.đ.đ là hàm sç hiáu nhiát đá

Sự xuÃt hián hiáu đián th¿ ti¿p xúc đóng vai trò quan trãng ç hián t°ÿng

n mòn đián hóa và đ°ÿc ąng dāng trong mát sç khí cā đo l°ång, đặc biát là ąng dāng để ch¿ t¿o các cặp nhiát ngÁu dùng để đo nhiát đá BÁng th¿ đián hóa

căa các kim lo¿i so vãi Hyđrô bÁng 2.2

BÁng 2.2 BÁng th¿ đián hóa căa các kim lo¿i so vãi Hydro bÁng 2.2

Sąc nhiát đián đáng sinh ra căa hai kim lo¿i khác nhau khi ti¿p xúc đ°ÿc ąng dāng để ch¿ t¿o cặp nhiát ngÁu

Giá trá căa sąc nhiát đián đáng ti¿p xúc:

EAB = 2,87.10-7.ñ ln nA/nB (2-15)

Trong đó:

EAB sąc đián đáng ti¿p xúc dāng giữ 2 thanh kim lo¿i A và B

nA và nB sç l°ÿng đián tử r¢i tự do trong mát đ¢n vá phân khçi (1cm3) căa

2 kim lo¿i A và B

2.2 Tính chÃt chung của kim lo¿i và hÿp kim

Kim lo¿i:

- CÃu t¿o nguyên tử căa kim lo¿i

CÃu t¿o nguyên tử căa kim lo¿i có mát sç đặc điểm sau:

+ Có ít đián tử hóa trá HÅu h¿t các kim lo¿i có 1, 2, hoặc 3 đián tử ç lãp ngoài cùng

+ Có cÃu trúc m¿ng tinh thể M¿ng tinh thể căa kim lo¿i có 3 d¿ng c¢ bÁn: M¿ng tinh thể lāc ph°¢ng

M¿ng tinh thể lÃp ph°¢ng tâm dián

M¿ng tinh thể lÃp ph°¢ng tâm khçi

+ Liên k¿t trong kim lo¿i là liên k¿t kim lo¿i

Đặc điểm căa liên k¿t này: t¿i các nút m¿ng là các h¿t nhân mang đián tích d°¢ng Xung quanh là các đián tử tự do (thông qua các đián tử tự do các ion d°¢ng t¿o ra lực hút nhau, qua đó hình thành liên k¿t) Nh° vÃy liên k¿t kim lo¿i đ°ÿc hình thành do các đián tử tự do gÅn k¿t các ion d°¢ng vãi nhau

c¢ bÁn và mát sç kim lo¿i khác hoặc phi kim khác Hoặc có thể coi hÿp kim là

vãi nguyên tç phi kim Hÿp kim có cÃu t¿o tinh thể Có các lo¿i tinh thể hÿp kim sau: tinh thể hßn hÿp, tinh thể dung dách rÅn, tinh thể hÿp chÃt hóa hãc

kim ç tr¿ng thái lång æ tr¿ng thái này các đ¢n chÃt không tan vào nhau và cũng không tác dāng hóa hãc vãi nhau Kiểu liên k¿t chă y¿u là liên k¿t kim lo¿i

- Tinh thể dung dách rÅn: có nguồn gçc tć hßn hÿp các đ¢n chÃt trong hÿp kim ç tr¿ng thái lång æ tr¿ng thái này các đ¢n chÃt trong hßn hÿp tan vào nhau,

dách rÅn Kiểu liên k¿t này cũng chă y¿u là liên k¿t kim lo¿i

lång æ tr¿ng thái này n¿u các đ¢n chÃt tham gia hÿp kim có kiÁu m¿ng tinh thể khác nhau, tính chÃt khoa hãc khác nhau và kích th°ãc các ion khác nhau rõ rát thì giữa những đ¢n chÃt này t¿o ra hÿp chÃt hóa hãc Kiểu liên k¿t này là liên k¿t

cáng hóa trá

2.2.1 T ầm quan trọng của kim loại và hợp kim

Trong các nhóm vÃt liáu kể trên thì vÃt liáu kim lo¿i có vai trò quy¿t đánh đ¿n sự phát triển căa xã hái và kỹ thuÃt Đó là vÃt liáu c¢ bÁn để ch¿ t¿o ra

máy đáng lực, máy công cā gÅn liÁn vãi sự phát triển căa các vÃt liáu kim lo¿i

vãi tính nng ngày càng cao

- Đặc tính chung:

+ Là kim lo¿i có màu đå nh¿t sáng rực

+ Đián trç suÃt òCu nhå (chß lãn h¢n so vãi b¿c Ag nh°ng do b¿c đÅt tiÁn h¢n nên ít đ°ÿc dùng so vãi đồng)

+ Là kim lo¿i hi¿m chß chi¿m khoÁng 0,01% trong lòng đÃt

Đồng dùng trong kỹ thuÃt đián phÁi đ°ÿc tinh luyán bằng đián phân, t¿p

chÃt lÁn trong đồng dù mát l°ÿng rÃt nhå thì tính dÁn đián căa nó cũng giÁm đi đáng kể

Al thì đián dÁn suÃt căa nó (÷Cu) giÁm đi 25%  40% và n¿u trong đồng có 0,5% Ba, As, P, Si thì có thể giÁm đ¿n 55%

Cu

Đián trç suÃt và các y¿u tç Ánh h°çng đ¿n đián trç suÃt

Đồng đ°ÿc tiêu chu¿n hóa trên thá tr°ång quçc t¿ ç 200C có:

- p = 1,7241.10-6 (cm)

- ÷ = 0,58.10-6 (1/.cm)

Các y¿u tç Ánh h°çng đ¿n đián trç suÃt

- Ành h°çng căa các t¿p chÃt

- Ành h°çng căa gia công c¢ khí

- Ành h°çng căa quá trình sử lý nhiát

Nhìn chung các Ánh h°çng trên đÁu giÁm đián dÁn suÃt căa đồng

Phân lo¿i:

Đồng khi kéo nguái đ°ÿc gãi là đồng cąng: Nó có sąc bÁn cao, đá giãn dài nhå, rÅn và đàn hồi

Đồng đ°ÿc nung nóng rồi để nguái gãi là đồng mÁm: nó ít rÅn h¢n đồng

cąng, sąc bÁn c¢ khí kém, đá giãn khi đąt rÃt l¢n và đián dÁn suÃt ÷ cao

Đồng đ°ÿc sử dāng trong công nghiáp là lo¿i đồng tinh ch¿, nó đ°ÿc phân

lo¿i trên c¢ sç các t¿p chÃt có trong đồng tąc là mąc đá tinh khi¿t, bÁng 2.4

Ành h°çng căa gia công c¢ khí:

+ æ tr¿ng thái ă nhiát (mÁm) đá bÁn đąt khi kéo: ô = 22kG/cm2

+ Khi kéo thành sÿi (nguái): ô = 45kG/cm2

Vì vÃy, để dß dàng khi sự dāng nên gia nhiát vÃt liáu đồng

L°u ý: Vì sąc bÁn c¢ khí căa đồng giÁm khi nhiát đá tć 770C nên những quy đánh vÁ ph°¢ng dián kỹ thuÃt phÁi làm sao giãi h¿n nung nóng bình th°ång

căa dây dÁn trÅn sao cho nhiát đá căa chúng không v°ÿt quá 700C

b) Hÿp kim căa đồng

Hÿp kim trong đó vÃt liáu đồng là thành phÅn c¢ bÁn, có đặc điểm là sąc

chÁy

Hÿp kim căa đồng có thể đúc thành các d¿ng hình phąc t¿p, ng°åi ta dß dàng gia công trên máy công cā và có th¿ phă lên bÁ mặt căa các kim lo¿i khác nhau theo ph°¢ng pháp m¿ đián Những hÿp kim chính căa đồng đ°ÿc sử dāng trong kỹ thuÃt đián là: Đồng thanh, đồng thau, các hÿp kim dùng làm đián trç

hÿp chÃt khác nh°: thi¿c, silic, phçt pho, berili, crôm, mangan, cadmi&, trong

đó đồng chi¿m vá trí c¢ bÁn, còn các chÃt khác có hàm l°ÿng thÃp

Cn cą vào l°ÿng và thành phÅn các chÃt chąa trong đồng, ng°åi ta chia

hÿp kim căa đồng thành các d¿ng chă y¿u sau:

- Đồng thanh (đồng đå)

Đồng thanh là mát kim lo¿i căa đồng, có thêm mát sç kim lo¿i khác để tng c°ång đá cąng, sąc bÁn và dß nóng chÁy

Tùy theo các vÃt liáu thêm vào, ng°åi ta phân biát:

+ Đồng thanh vãi thi¿c

+ Đồng thanh vãi thi¿c và kẽm

+ Đồng thanh vãi nhôm

+ Đồng thanh vãi Berili

Đồng thanh đ°ÿc dùng để ch¿ t¿o các chi ti¿t dÁn đián trong máy đián và khí cā đián; để gia công các chi ti¿t nçi và giữ dây dÁn, các çc vít, đai cho há

thçng nçi đÃt, cổ góp đián, các giã đỡ và giữ&

BÁng 2: Tính chÃt vÃt lý căa đồng thau

- Đồng thau:

Đồng thau là mát hÿp kim đồng vãi kẽm, trong đó kẽm không v°ÿt quá

phÅn trm căa kẽm càng lãn

t¿o nên trên bÁ mặt căa vÃt liáu càng nhanh khi nhiát đá càng lãn

Còn n¿u tỷ lá phÅn trm căa kẽm nhå thì trên bÁ mặt căa vÃt liáu sẽ t¿o

bÁo vá các chi ti¿t chçng l¿i sự n mòn căa không khí khi có Amoniac n¿u

Để tng sąc để kháng đçi vãi sự n mòn đián hóa, ng°åi ta th°ång t¿m thi¿c hay tráng kẽm khi đồng thau còn nóng

Đồng thau đ°ÿc dùng trong kỹ thuÃt đián để gia công các chi ti¿t dÁn dòng nh° ổ cÅm đián, các phích cÅm, đui đèn, các đÅu nçi đ¿n há thçng ti¿p đÃt,

xát, có trãng l°ÿng riêng nhå (nhẹ) Chi¿m 7,5% trong vå trái đÃt (nhiÁu nhÃt trong các kim lo¿i)

- Có đián dÁn suÃt và nhiát dÁn cao, chß sau Ag và Cu

- Gia công dß dàng khi nóng và khi nguái

- Có sąc bÁn đçi vãi sự n mòn do có lãp oxit rÃt mång t¿o ra khi ti¿p xúc

vãi không khí

- Sąc bÁn c¢ khi t°¢ng đçi bé

- Lãp oxit có đián dÁn lãn khi khó khn cho viác ti¿p xúc

- Đián trç suÃt và các y¿u tç Ánh h°çng đ¿n đián trç suÃt

Đián trç suÃt căa nhôm ç 200C là 2,941.10-6 (.cm) Há sç thay đổi đián

trç suÃt theo nhiát đá ñ = 0,004 – 0,0049

l°ÿng nhẹ (trãng l°ÿng Al nhå h¢n Cu 3,5 lÅn) tính dẻo cao So vãi đồng, nhôm kém h¢n vÁ các mặt đián và c¢ Vãi dây dÁn có cùng ti¿t dián và đá dài thì dây

có ti¿t dián lãn h¢n 1,669 lÅn so vãi dây đồng

Vì vÃy, n¿u bá ràng buác b¢i kích th°ãc thì không thể thay đồng bằng nhôm đ°ÿc

Các y¿u tç Ánh h°çng đ¿n đián trç suÃt

- Ành h°çng căa các t¿p chÃt

- Ành h°çng căa gia công c¢ khí

- Ành h°çng căa quá trình xử lý nhiát

Nhìn chung các Ánh h°çng trên đÁu làm tng đián trç suÃt và thay đổi há

sç căa nhôm

BÁng 2: Ành h°çng phā căa sÅt và silic

Phân lo¿i:

Nhôm dùng trong công nghiáp đ°ÿc phân lo¿i trên c¢ sç tỷ lá phÅn trm

thuÃt đián th°ång đÁm bÁo tinh khi¿t tçi thiểu 99,5% Al, các t¿p chÃt khác nh°

sÅt, silic tçi đa là 0,45% đồng và kẽm tçi đa là 0,05%

æ nhiát đá th°ång, khi để trong không khí, nhôm sẽ đ°cã bãc mát lãp

mång, chÅc nát oxit, lãp này có đián trç lãn bÁo vá tçt đãi vãi sự n mòn, ngay

hÿp tồn t¿i các khí khác trong khí quyển nh° C02, NH3, SO2&và đá ¿m lãn có

thể phát sinh n mòn đián hóa Hián t°ÿng n mòn đián hóa có thể xÁy ra ç mçi

ti¿p xúc giữa kim lo¿i c¢ bÁn và tùy theo tình hình cā thể có thể dÁn đ¿n sự liên

đ¿n sự n mòn căa dây dÁn Những liên há Ãy có thể làm mÃt tính tinh khi¿t căa nhôm và do đó dß dàng t¿o nên sự n mòn nhanh, đặc biát ç những vá trí ti¿p xúc trong quá trình lÅp đặt đián

khi¿t khác nhau, ng°åi ta thÃy rằng: nhôm vãi đá tinh khi¿t 99,5% đ°ÿc gia công và lÅp ráp dù cho sự chm sóc c¿n thÃn nó vÁn bá n mòn nhiÁu h¢n đồng

Đặc biát trong kỹ thuÃt đián hay phÁi nçi đián đồng vãi nhôm N¿u chß ti¿p xúc bá ¿m thì ç đÃy sẽ có mát sąc đián đáng có chiÁu đi tć nhôm sang đồng,

do đó phÅn nhôm ç chß ti¿p xúc bá n mòn rÃt nhanh Vì vÃy chß ti¿p xúc giữa nhôm và đồng cÅn đ°ÿc chú ý bÁo vá chçng thÃm