Giáo trình Vật liệu điện

I. Vị trí và nhiệm vụ môn học: Môn học Vật liệu kỹ thuật điện là môn hỗ trợ cho các môn học chuyên ngành trong ngành điện, nhằm giúp cho sinh viên và các cán bộ kỹ thuật trong ngàng điện hiểu biết về vật liệu kỹ thuật điện, trên cơ sở đó lựa chọn và sử dụng thích hợp các vật liệu trong quá trình chế tạo và sửa chữa thiết bị điện đồng thời còn đề ra được các biện pháp sử dụng và bảo quản tốt các thiết bị điện. II. Yêu cầu môn học: Nắm được các hiện tượng, bản chất các hiện tượng xảy ra trong vật liệu điện khi sử dụng chúng vào những mục đích khác nhau. Biết được tính chất của các vật liệu điện để sử dụng chúng 1 cách thích hợp, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và phù hợp với điều kiện vận hành. Biết cách bảo quản vật liệu điện, bảo quản các thiết bị điện nhằm tăng tuổi thọ của chúng. III. Tính chất môn học: Môn học Vật liệu kỹ thuật điện giúp cho sinh viên giải thích được lý do sử dụng các loại vật liệu kỹ thuật điện trong các thiết bị điện và đánh giá được ưu nhược điểm của các vật liệu tác dụng đó. IV. Quan hệ với các môn học khác: Môn học Vật liệu kỹ thuật điện có liên quan trực tiếp với những môn học có nội dung thiết kế, chế tạo các chi tiết, các bộ phận và các kết cấu thiết bị điện. V. Các sách tham khảo: Vật liệu Kỹ thuật điện – NXB KHKT 1975 Dịch từ nguyên bản tiếng Nga. N.P Bôgôrôdixki, V.V Paxưncôv, B.M Tarêep. Giáo trình Kỹ thuật điện cao áp – Khoa ĐHTC 1972. Vật liệu Kỹ thuật điện – NXB KHKT 2001– Nguyễn Xuân Phú và Hồ Xuân Thanh. Vật liệu Kỹ thuật điện – NXB KHKT 2004– Nguyễn Đình Thắng.

Giáo trình Vật liệu điện _____________________________________________________________________________ Giới thiệu môn học I. Vị trí và nhiệm vụ môn học: Môn học Vật liệu kỹ thuật điện là môn hỗ trợ cho các môn học chuyên ngành trong ngành điện, nhằm giúp cho sinh viên và các cán bộ kỹ thuật trong ngàng điện hiểu biết về vật liệu kỹ thuật điện, trên cơ sở đó lựa chọn và sử dụng thích hợp các vật liệu trong quá trình chế tạo và sửa chữa thiết bị điện đồng thời còn đề ra đợc các biện pháp sử dụng và bảo quản tốt các thiết bị điện. II. Yêu cầu môn học: - Nắm đợc các hiện tợng, bản chất các hiện tợng xảy ra trong vật liệu điện khi sử dụng chúng vào những mục đích khác nhau. - Biết đợc tính chất của các vật liệu điện để sử dụng chúng 1 cách thích hợp, đáp ứng đợc yêu cầu kỹ thuật và phù hợp với điều kiện vận hành. - Biết cách bảo quản vật liệu điện, bảo quản các thiết bị điện nhằm tăng tuổi thọ của chúng. III. Tính chất môn học: Môn học Vật liệu kỹ thuật điện giúp cho sinh viên giải thích đợc lý do sử dụng các loại vật liệu kỹ thuật điện trong các thiết bị điện và đánh giá đợc u nhợc điểm của các vật liệu tác dụng đó. IV. Quan hệ với các môn học khác: Môn học Vật liệu kỹ thuật điện có liên quan trực tiếp với những môn học có nội dung thiết kế, chế tạo các chi tiết, các bộ phận và các kết cấu thiết bị điện. V. Các sách tham khảo: - Vật liệu Kỹ thuật điện NXB KHKT - 1975 - Dịch từ nguyên bản tiếng Nga. N.P Bôgôrôdixki, V.V Paxncôv, B.M Tarêep. - Giáo trình Kỹ thuật điện cao áp Khoa ĐHTC -1972. - Vật liệu Kỹ thuật điện NXB KHKT - 2001 Nguyễn Xuân Phú và Hồ Xuân Thanh. - Vật liệu Kỹ thuật điện NXB KHKT - 2004 Nguyễn Đình Thắng. VI. Kết cấu chơng trình: Gồm 5 Chơng Chơng 1: Vật liệu dẫn điện. Chơng 2: Vật liệu cách điện. Chơng 3: Vật liệu bán dẫn. Chơng 4: Vật liệu từ Chơng 5: Dây dẫn điện, dây cáp, dây điên từ. _____________________________________________________________________________ Khoa điện-Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 1 Giáo trình Vật liệu điện _____________________________________________________________________________ Chơng 1: Vật liệu dẫn điện 1.1 Khái niệm chung về vật liệu dẫn điện Tất cả các vật thể tuỳ theo tính chất điện của nó có thể nằm trong nhóm điện môi, điện dẫn hoặc bán dẫn. Sự khác nhau giữa chúng có thể chỉ ra trên đồ thị năng lợng theo lý thuyết phân vùng năng lợng của vật rắn. Việc nghiên cứu quang phổ phát xạ của các chất khác nhau đã chứng tỏ rằng các nguyên tử khác nhau có những trạng thái (mức) năng lợng xác định khác nhau. Khi nguyên tử ở trạng thái bình thờng không bị kích thích thì mỗi lớp vỏ điện tử ứng với một trạng thái năng lợng xác định (1 số trong các mức năng lợng đợc các điện tử lấp đầy) còn ở các mức năng lợng khác cao hơn điện tử chỉ có thể có mặt khi nguyên tử nhận năng lợng từ bên ngoài (trạng thái bị kích thích nếu nguồn kích thích đủ lớn). Khi mất kích thích nguyên tử trở về trạng thái ban đầu và phát ra năng lợng thừa. Sơ đồ phân bố mức năng lợng riêng biệt và của vật rắn phi kim loại nh sau: Điện môi Bán dẫn Vật dẫn Điện môi Bán dẫn Vật dẫn _____________________________________________________________________________ Khoa điện-Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 2 Vùng cấm Vùng đầy điện tửVùng các mức năng ljợng tự do 3 1 Nguyên tử Vật thể W 4 5 2 1-Mức năng ljợng bình thjờng của kim loại. 2-Vùng đầy điện tử. 3-Mức năng ljợng kích thích của nguyên tử. 4-Vùng tự do. 5-Vùng cấm. Giáo trình Vật liệu điện _____________________________________________________________________________ Do sự phân vùng năng lợng mà tạo nên tính chất điện của vật chất. + Chất dẫn điện (Vật dẫn): Là chất có vùng đầy điện tử và vùng các mức năng lợng tự do nằm kề nhau hoặc chồng lên nhau một phần. Vì vậy chỉ cần một tác động rất nhỏ điện tử dễ dàng chuyển trạng thái. Nguồn kích thích có thể là năng lợng của chuyển động nhiệt, năng lợng ánh sáng (quang năng), năng lợng cơ học (cơ năng), năng lợng của các tia sóng ngắn hay tia Rơnghen hoặc điện năng. Số lợng các điện tử tự do hoặc các lỗ hổng trong một chất tăng lên sẽ làm tăng độ dẫn điện, tăng cờng độ dòng điện, xuất hiện cờng độ điện trờng. Vật liệu dẫn điện có thể là vật rắn, lỏng và trong những điều kiện nhất định có thể là thể khí. - Kim loại là vật liệu dẫn điện ở thể rắn gồm: Vật liệu điện dẫn cao: Dùng làm dây dẫn, cáp, dây quấn máy biến áp Vật liệu điện trở cao: Dùng trong các dụng cụ đốt nóng bằng điện: Biến trở, đèn sợi đốt, điện trở mẫu - Vật liệu dẫn điện ở thể lỏng: Các kim loại nóng chảy và các dung dịch điện phân. - Vật liệu dẫn điện ở thể khí: Tất cả khí và hơi, nếu cờng độ điện trờng vợt quá trị số tới hạn đủ để ion hoá do va chạm thì có thể trở thành vật dẫn. * Phân theo tính chất: - Vật dẫn loại 1: Có điện dẫn bằng điện tử (kim loại rắn và lỏng) - Vật dẫn loại 2: Có điện dẫn bằng ion (dung dịch điện phân) - Vật dẫn loại 3: Có điện dẫn bằng điện tử và ion (khí và hơi kim loại khi c- ờng độ điện trờng vợt quá trị số tới hạn). 1.2 Cấu tạo kim loại và hợp kim Các nguyên tố kim loại đều là những nguyên tố d và f một số các nguyên tố s và p. Chiếm 84 nguyên tố trong 107 nguyên tố ở bảng hệ thống tuần hoàn. Đa số các nguyên tố kim loại có số electron hoá trị là 1,2,3,4 nên nguyên tử dễ nhờng electron để trở thành cation. Kim loại đợc xem nh 1 hệ thống cấu tạo từ các ion (+) nằm trong môi trờng các điện tử tự do chung. Lực hút giữa các ion (+) và điện tử đã tạo nên tính nguyên khối của kim loại. Sự tồn tại các điện tử tự do làm cho kim loại có tính óng ánh và tính dẫn điện dẫn nhiệt cao. Tính dẻo của kim loại đợc giải thích bằng sự dịch chuyển và trợt lên nhau giữa các lớp ion nên kim loại dễ cán kéo thành lớp mỏng. _____________________________________________________________________________ Khoa điện-Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 3 Giáo trình Vật liệu điện _____________________________________________________________________________ Đa số các kim loại hoá trị đơn đợc kết tinh thành mạng lục giác hoặc lập ph- ơng. 1.3. Các tính chất chung của kim loại và hợp kim: 1.3.1 Tính dẻo Khi tác động một lực đủ lớn lên miếng kim loại và hợp kim nó bị biến dạng. Sự biến dạng này là do các cation trong kim loại trợt lên nhau, nhng không rời nhau vì giữa chúng có lực liên kết tĩnh điện giữa các electron tự do và các cation trong mạng kim loại hoặc hợp kim. 1.3.2 Tính dẫn điện Nối một đoạn dây kim loại hoặc hợp kim với một nguồn điện, các electron đang chuyển động hỗn loạn trở nên chuyển động thành dòng trong dây dẫn. Đó là sự dẫn điện trong kim loại và hợp kim. Khi nhiệt độ kim loại hay hợp kim càng cao thì tính dẫn điện càng kém. Những kim loại, hợp kim khác nhau thì tính dẫn điện cũng khác nhau chủ yếu là do mật độ các electron tự do của chúng không giống nhau. VD: Tính theo độ dẫn điện của Hg thì Ag là 49; Cu là 46; Au là 35,5; Al là 26; Trong cùng một điều kiện kim loại nguyên chất dẫn điện tốt hơn hợp kim của chúng. 1.3.3 Tính dẫn nhiệt Khi đốt nóng một đầu dây kim loại , những electron tự do ở vuùng nóng có động năng lớn nó chuyển động đến vùng có nnhiệt độ thấp và năng lợng cho các ion d- ơng ở đây và làm cho vật nóng lên. gọi là sự dẫn nhiệt của kim loại và hợp kim. 1.3.4. ánh kim Hầu hết kim loại đều có ánh kim, sở dĩ kim loại có ánh kim là vi trong kim loại có các electron tự do đã phản xạ tốt những tia sáng có bớc sóng mà mắt ta có thể nhìn thấy. _____________________________________________________________________________ Khoa điện-Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 4 b a a a a a F- Lục giác. Hình hộp Giáo trình Vật liệu điện _____________________________________________________________________________ Các tính chất chung trên của kim loại và hợp kim chủ yếu là do các electron tự do gây ra. 1.4. Các yếu tố ảnh hởng đến điện dẫn của kim : 1.4.1 Điện dẫn suất: - Cờng độ dòng điện trong vật dẫn: I = n 0 .S.v tb .e (1) Trong đó: n 0 : nồng độ điện tử. v tb : vận tốc trung bình chuyển động có hớng của điện tử dới tác dụng điện trờng E. v tb = u.E. (u: Độ linh động của điện tử) S: tiết diện của vật dẫn. I = n 0 .S.u.E.e => J = n 0 .u.E.e = .E. = n 0 .u.e là điện dẫn suất của vật dẫn. - Trị số nghịch đảo của điện dẫn suất là điện trở suất của vật dẫn điện. Một số kim loại khi chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng có điện trở suất tăng lên, nhng cũng có vài kim loại lại giảm điện trở khi nóng chảy (Bitmút, Gali và ăng ti moan). Điện trở suất của kim loại nóng chảy sẽ tăng lên nếu thể tích của chúng ở trạng thái nóng chảy lớn hơn ở thể rắn và ngợc lại. Biến dạng dẻo thờng làm tăng điện trở suất của kim loại vì nó làm xô lệch mạng tinh thể. Biến dạng nén sẽ làm giảm điện trở suất. Với hợp kim: tạp chất và sự phá hoại cấu trúc kim loại đều làm tăng điện trở suất. Nếu vật dẫn có tiết diện không đổi S và độ dài l thì: = R.S/l (.mm 2 /m) Với [S] = mm 2 và [l] = m. Trong hệ SI: [] = .m 1 .m = 10 6 .mm 2 /m = 10 6 à .m 1.4.2 Tính siêu dẫn: ở nhiệt độ thấp điện trở suất của kim loại trở nên rất nhỏ. Theo lý thuyết thì điện trở suất của kim loại thuần khiết có thể coi bằng 0 ở nhiệt độ không tuyệt đối (O 0 K = - 273 0 C), khi đó chúng đạt tới trạng thái siêu dẫn. Nhng ở 1 số kim loại và hợp kim đến gần nhiệt độ không tuyệt đối điện trở của chúng giảm mạnh và ở nhiệt độ cao hơn độ không tuyệt đối chúng chuyển sang trạng thái siêu dẫn. Nhiệt độ chuyển sang trạng thái siêu dẫn Các nguyên tố T 0 K Các nguyên tố T 0 K _____________________________________________________________________________ Khoa điện-Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 5 Giáo trình Vật liệu điện _____________________________________________________________________________ Chì Tantan Thuỷ ngân Thiếc (trắng) 7,2 4,48 4,15 3,7 Nhôm Môlipđen Kẽm Titan 1,2 1 0,88 0,4 Mặt khác: Tồn tại 1 trị số tới hạn của từ trờng phá hoại hiệu ứng siêu dẫn mà với kim loại thuần khiết trị số này không lớn. Đã chế tạo đợc 1 số kim loại có nhiệt độ chuyển sang trạng thái siêu dẫn t- ơng đối cao mà vẫn giữ đợc tính siêu dẫn ngay trong từ trờng mạnh và khi dòng điện lớn chạy qua. Điều đó mở ra khả năng chế tạo nam châm kích thớc nhỏ có c- ờng độ từ trờng lớn khi ngâm vào Hêli lỏng (4,2 0 K) 1.4.3 Nhiệt dẫn suất (): Là lợng nhiệt toả ra trong 1 đơn vị thời gian qua 1 đơn vị tiết diện thẳng góc với hớng toả nhiệt của vật thể thuần nhất và đẳng hớng, trên 1 đơn vị khoảng cách mà ở đó sự chênh lệch nhiệt độ bằng 1 đơn vị (grd). Đơn vị của nó là W/m.grd Nhiệt dẫn suất có liên quan đến điện dẫn suất của vật dẫn. Vật liệu dẫn điện tốt thì cũng dẫn nhiệt tốt. Liên quan giữa chúng: aT= Với a: hệ số thực nghiệm (2,1.10 -8 ữ 2,8.10 -8 ); : điện dẫn suất. Thuyết điện tử cho rằng: Khi trao đổi điện tử giữa các phần kim loại nóng và lạnh mà không có điện trờng sẽ có quá trình truyền động năng từ phần vật dẫn nóng sang phần vật lạnh hơn. Nghĩa là có hiện tợng dẫn nhiệt. Nh vậy cơ chế dẫn điện và nhiệt cùng phụ thuộc mật độ và chuyển động của các điện tử. 1.4.4 Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt điện động: Khi cho hai kim loại khác nhau tiếp xúc giữa chúng phát sinh hiệu điện thế tiếp xúc. U AB = U B - U A + oB oA n n ln e kT Nguyên nhân là do công thoát điện tử của các kim loại khác nhau và mật độ điện tử khác nhau. Trong đó: U A và U B là điện thế tiếp xúc kim loại A và B. n oA và n 0B là nồng độ điện tử trong kim loại A và B. _____________________________________________________________________________ Khoa điện-Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 6 Giáo trình Vật liệu điện _____________________________________________________________________________ Nếu nhiệt độ của 2 kim loại bằng nhau thì tổng hiệu điện thế trong mạch kín bằng 0. Nhng nếu nhiệt độ của chúng là T 1 và T 2 thì sẽ phát sinh sức nhiệt điện động: U AB = ( ) oB oA21 n n ln e TTk = A(T 1 - T 2 ) Bởi vì: U = U AB + U BA = U B - U A + oB oA1 n n ln e kT + U A - U B + oA oB2 n n ln e kT = ( ) oB oA21 n n ln e TTk Ngời ta dùng 2 dây dẫn có sức nhiệt điện động lớn và có quan hệ tuyến tính với nhiệt độ để đo nhiệt độ tạo thành cặp nhiệt ngẫu. Trong các dụng cụ đo nên sử dụng kim loại và hợp kim có sức nhiệt điện động nhỏ so với đồng để không gây sai số khi đo. 1.4.5. Tính chất cơ học của vật dẫn: Là khả năng chống lại tác dụng của lực bên ngoài lên kim loại. Đặc trng bởi độ đàn hồi, độ bền, độ dẻo, độ cứng, độ dai va chạm, độ chịu mỏi 1.5 nhận dạng các Vật liệu điện dẫn cao: 1.5.1 Đồng và hợp kim của đồng: a. Đồng: - Có độ dẫn điện và dẫn nhiệt rất cao. Điện trở suất nhỏ (chỉ có bạc có điện trở suất nhỏ hơn đồng 1 ít) - Độ bền cơ tơng đối cao, độ dẻo cao, có tính chống ăn mòn của khí quyển tốt (nó chỉ bị ôxy hoá ở nhiệt độ cao), nhiệt độ nóng chảy 1083 0 C. - Dễ gia công: Có thể cán thành tấm, thanh, kéo thành sợi nhỏ. Khả năng hàn gắn dễ dàng. Đồng đỏ (đồng nguyên chất) rất dẻo, khi gia công cắt gọt độ dẻo cao của đồng làm khó gẫy phôi. Để cải thiện tính gia công cắt gọt ngời ta sử dụng các nguyên tố hợp kim thích hợp. Độ dẫn điện giảm nhanh khi hàm lợng tạp chất trong đồng tăng. Có tạp chất làm giảm cơ tính làm xấu khả năng gia công, là nguyên nhân gây vỡ phôi khi cán nóng, nứt giòn khi biến dạng nguội. Có tạp chất tơng tác với đồng làm thành hợp chất _____________________________________________________________________________ Khoa điện-Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 7 T 2 T 1 mV B A Giáo trình Vật liệu điện _____________________________________________________________________________ hoá học (Ôxy) làm xấu khả năng gia công biến dạng nguội của đồng và ở nhiệt độ cao sẽ làm đồng trở nên giòn (400 0 C). Trong các trờng hợp có liên quan đến hàn thì không cho phép dùng đồng có lẫn O 2 . Đồng dùng làm vật dẫn điện ở Liên xô có nhãn hiệu M1 và MO: + Đồng M1 có 99,9% Cu, các tạp chất khác 0,01%, lợng ôxy < 0,08%. + Đồng MO có 99,95% Cu, tạp chất < 0,05%, ôxy < 0,02%. Loại này thu đợc nhờ chế độ nấu đặc biệt và có tính cơ học tốt hơn, có thể kéo thành sợi mảnh. - Khi kéo nguội sẽ đợc đồng cứng (MT): Thờng dùng ở những nơi cần độ bền cơ đặc biệt cao, cứng và chống mài mòn, làm phiến góp máy điện, ở chỗ tiếp xúc làm thanh dẫn thiết bị phân phối. Đồng cứng có giới hạn bền cao, độ giãn dài nhỏ khi kéo, có độ cứng và độ đàn hồi khi uốn. - Đồng mềm (Đồng ủ - MM): Nung nóng đến vài trăm độ sau đó làm nguội. Đồng mềm tiết diện tròn và hình chữ nhật chủ yếu làm lõi cáp và các cuộn dây là nơi không cần giới hạn bền kéo lớn. Đồng mềm tơng đối dẻo, độ cứng nhỏ, độ bền không lớn nhng độ giãn dài rất lớn và điện dẫn suất cao. Nhợc điểm của đồng: Điện dẫn suất rất nhạy với tạp chất ở trong đồng, với gia công cơ khí và sự xử lý nhiệt. VD: 0,5% tạp chất là Zn, Cd, Ag thì điện dẫn suất giảm 5% nhng nếu tạp chất là Ni,Sn, Al thì sẽ giảm 25 ữ 40%. Sự dát mỏng hay sự kéo nguội sẽ làm giảm điện dẫn của đồng. Khi dây dẫn có đờng kính nhỏ hơn 1mm, thì điện dẫn sẽ giảm đồng thời với sự giảm của đờng kính. Sự thay đổi điện dẫn tuỳ theo nhiệt độ nung nóng trở lại (ủ nhiệt):nung giữa 200 - 300 0 C sẽ có điện dẫn suất nhỏ hơn nhiều so với giữa 400 - 500 0 C. Thông thờng đồng có 2 loại ôxit tạo thành những lớp xếp chồng lên nhau: CuO có màu hơi đen ở bên ngoài và nó là 1 lớp ngăn cách điện; Cu 2 O có màu đỏ son ở ngay trên mặt đồng và là chất bán dẫn điện. ôxy sẽ xâm thực vào đồng ở nhiệt độ 70 0 C song lớp ngoài của đồng sẽ làm chậm sự xâm thực. Sự ôxy hoá của đồng chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao. b. Hợp kim của đồng: * Theo tính chất và công dụng, hợp kim đồng đợc phân thành các nhóm: _____________________________________________________________________________ Khoa điện-Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 8 Giáo trình Vật liệu điện _____________________________________________________________________________ - Hợp kim đúc và hợp kim biến dạng. Đồng đúc ít đợc sử dụng vì nó có bọt khí xuất hiện khi đúc và lỗ chỗ. - Nhóm có thể hoá bền bằng nhiệt luyện và nhóm không có đặc điểm này. * Theo thành phần hoá học: có 2 nhóm chính - Đồng thau (Latông): Là hợp kim đồng kẽm trong đó kẽm 46%. Nó có độ giãn dài tơng đối khá cao, độ bền kéo và điện trở suất cao hơn đồng tinh khiết. Đợc dùng để sản xuất mọi chi tiết dẫn điện. Có thể phân thành: đồng thau dùng để đúc, dùng để cán mỏng, dùng để hàn gắn. Với Latông: ký hiệu L rồi lần lợt Cu, Zn sau đó là các nguyên tố hợp kim nếu có. Các con số đứng sau mỗi ký hiệu nguyên tố chỉ hàm lợng trung bình theo % t- ơng ứng của nó. VD: L Cu Zn40 Pb2: latông chứa 40%Zn, 2%Pb còn lại là Cu. Một số nguyên tố hợp kim thông dụng: Pb, Zn, Al, Mn Pb (chì với hàm lợng nhỏ 0,4 ữ 3%): Cải thiện tính cắt gọt nhờ dễ làm gãy phôi và giảm ma sát. Al: Nếu Al có tỷ lệ 2% sẽ làm tăng sức bền cơ khí và độ cứng đồng thời sức bền hoá học, tạo vật liệu đồng nhất. Mn: làm tăng cơ tính và tăng khả năng chống ăn mòn. Thiếc: làm tăng sức bền cơ và tạo sự vững bền đối với sự ăn mòn nhất là nớc biển. Nếu >25% thì lớp bảo vệ của ôxit kẽm sẽ tạo nên trên mặt vật liệu càng nhanh khi nhiệt độ càng lớn. - Đồng thanh (Brông): Là hợp kim của đồng với 1 lợng nhỏ thiếc, Si, P, Mg, Cr Nó có độ bền cơ và điện trở suất lớn hơn đồng tinh khiết, đợc dùng để chế tạo lò xo dẫn điện, vòng cổ góp điện, dây dẫn Với Brông: ký hiệu B rồi lần lợt Cu, Sn sau đó là các nguyên tố hợp kim. VD: B Cu Sn4 Zn4 Pb2,5. Cho cađimi vào sẽ làm giảm điện dẫn suất nhng độ bền cơ và độ cứng tăng nhiều. Sự có mặt của ôxy làm tăng tính dễ gẫy: nếu tỷ lệ > 0,9% Cu 2 O trên bề mặt của đồng thì sẽ giảm sức bền cơ của đồng. Đồng thanh dùng làm dây dẫn cần chịu đợc sức bền khi ăn mòn. Với những kết cấu máy điện phải chịu quá tải điện và sực bền cơ lớn, ta dùng đồng thanh với tỷ lệ 0,3 - 0,1% Cr và 0,1% Ag. 1.5.2 Nhôm và hợp kim của nhôm: a. Nhôm: _____________________________________________________________________________ Khoa điện-Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 9 Giáo trình Vật liệu điện _____________________________________________________________________________ Là kim loại nhẹ hơn đồng 3,5 lần, có màu bạc trắng. Hệ số nhiệt độ giãn nở dài của nhôm lớn hơn đồng. Nhng nhôm kém đồng cả về độ bền cơ cũng nh các đặc tính điện. Khó khăn trong việc thực hiện tiếp xúc điện. Các tạp chất cũng làm giảm điện dẫn của nhôm. - Nếu so sánh giữa nhôm và đồng cùng tiết diện, cùng chiều dài thì điện trở dây nhôm lớn hơn dây đồng 1,68 lần. Nếu cùng chiều dài và cùng điện trở thì tiết diện dây nhôm lớn hơn đồng 1,68 lần. Nếu có các đặc tính điện giống nhau, truyền dòng điện có cờng độ nh nhau thì dây nhôm chỉ nhẹ bằng 1/2 dây đồng và bị nung nóng ít hơn. - Nhôm bị ôxy hoá mạnh tạo nên màng ôxy hoá mỏng có điện trở lớn. Lớp màng này bảo vệ nhôm khỏi bị ăn mòn nhng tạo nên điện trở lớn ở chỗ tiếp xúc các dây nhôm và không thể hàn nhôm bằng phơng pháp thông thờng (dùng thuốc bột đặc biệt hay mỏ hàn siêu âm). Tuy nhiên lớp ôxit tự nhiên này rất mỏng (vài ăngstrôm) nên khả năng chống ăn mòn kém. Ngời ta tạo ra lớp màng ôxit dày hàng chục micrônmet có khả năng bảo vệ cao nhờ kỹ thuật Anôt hoá. - ở chỗ tiếp xúc giữa nhôm và đồng xảy ra ăn mòn điện hoá. Dới tác dụng của hơi ẩm trong vùng tiếp xúc sẽ phát sinh cặp pin cục bộ có trị số cao và có dòng điện đi từ nhôm sang đồng. Kết quả là dây nhôm có thể bị phá huỷ vì bị ăn mòn nhanh. Nhôm bị tác dụng mạnh bởi Cl trong không khí tạo nên những lỗ nhỏ xung quanh lớp bọc và làm hỏng bề mặt dây dẫn điện. Nớc biển có ảnh hởng xấu đến nhôm cũng nh dung dịch xút giặt quần áo. b. Hợp kim của nhôm: Theo tính công nghệ hợp kim nhôm phân thành: hợp kim biến dạng (chế tạo bán thành phẩm bằng gia công áp lực) và hợp kim đúc (đúc chi tiết). Hợp kim nhôm biến dạng dùng để chế tạo các bán thành phẩm hoặc chi tiết bằng gia công áp lực nóng hoặc nguội (ủ mềm, tôi, tôi và hoá già nhân tạo, biến cứng, biến cứng không hoàn toàn ). Ta còn có thể phân biệt thành loại có thể hoá bền bằng nhiệt luyện và loại không hoá bền bằng nhiệt luyện. Hợp kim nhôm đúc dùng để đúc các chi tiết có hình dạng và công dụng khác nhau. TCVN quy định hợp kim nhôm ký hiệu nh sau: bắt đầu là nhôm, các nguyên tố hợp kim chính, các nguyên tố hợp kim phụ. Các con số chỉ hàm lợng % đặt sau ký hiệu _____________________________________________________________________________ Khoa điện-Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 10 [...]... _ Khoa điện- Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 15 Giáo trình Vật liệu điện _ Chơng 2: Vật liệu cách điện 2.1 KháI niệm chung về vật liệu cách điện 2.1.1 Tầm quan trọng của vật liệu cách điện Vật liệu cách điện có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với kỹ thuật điện Chúng đợc dùng để tạo ra cách điện bao quanh những bộ phận dẫn điện trong các thiết bị điện và tách... _ Khoa điện- Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 25 Giáo trình Vật liệu điện _ ở 1 số vật liệu cách điện, điện áp đánh thủng tăng tỷ lệ thuận với chiều dày cách điện Nhng ở phần lớn vật liệu cách điện thì không có quan hệ tỷ lệ thuận, mà điện áp đánh thủng tăng chậm hơn bề dày Nói cách khác, cách điện mỏng hơn thì chịu đợc điện áp lớn hơn hay cách điện càng... KT CNN nghiệp Yên thành 22 Giáo trình Vật liệu điện _ Cấp Y: bao gổm các vật liệu sợi gốc xenlulô và tơ(vải, sợi, giấy, gỗ )cha dợc ngâm tẩm trong vật liệu cách điện lỏng Cấp A: Là các vật liệu cấp Y đã đợc ngâm tẩm (giấy tẩm, vải tẩm, nhựa pôlyamit ) Cấp E: Các loại Y, A, E gồm chủ yếu là vật liệu thuần tuý hữu cơ: 1 số vật liệu cách điện hữu cơ (cao su, polystyrol... đối với việc tổng hợp các vật liệu mới _ Khoa điện- Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 24 Giáo trình Vật liệu điện _ Sự hấp thụ phóng xạ trong vật liệu phụ thuộc vào bản chất vật liệu và chất lợng của chính sự phóng xạ Khi gặp bề mặt vật liệu năng lợng phóng xạ giảm theo mức độ thấm vào chiều sâu vật liệu Sự khuyếch tán năng... nớc của giọt nớc đổ lên bề mặt phẳng của vật liệu _ Khoa điện- Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 17 Giáo trình Vật liệu điện _ > 900 < 900 càng nhỏ sự dính nớc càng mạnh Khi trong điện môi có các lỗ xốp hở hơi ẩm sẽ đi vào bên trong vật liệu b Độ ẩm của vật liệu: Các vật liệu cách điện với mức độ nhiều hay ít đều hút ẩm... từ: + Những vật liệu cách điện gần bên (sơn tẩm, dầu ) hay vật liệu điện cực + Môi trờng bao quanh vật liệu cách điện (chất bẩn thể khí, sản phẩm sinh ra từ phóng điện vầng quang, khí ôzon, ẩm ) Tác dụng hoá học có thể làm giảm mà cũng có thể làm tăng tuổi thọ của vật liệu cách điện VD: 1 số hoá chất có thể làm tăng tuổi thọ của dầu biến áp, vì chúng ngăn cản quá trình ôxy hoá của dầu Vật liệu tẩm sấy... phát điện áp xung kích đã có thể tạo đợc điện áp cao tới 8MV a Thời gian phóng điện: _ Khoa điện- Trờng TC nghề KT CNN nghiệp Yên thành 30 Giáo trình Vật liệu điện _ Khi dùng điện áp một chiều hay xoay chiều thì trị số điện áp phóng điện không phụ thuộc vào thời gian tác dụng của điện áp Bởi vì bản thân quá trình phóng điện. .. KT CNN nghiệp Yên thành 19 Giáo trình Vật liệu điện _ Để chống nấm mốc ngời ta thêm vào thành phần của các vật liệu cách điện hữu cơ chất Fungixit hoặc phủ lên chất cách điện lớp sơn chứa Fungixit 2.2.2 Tính chất cơ học của điện môi: Các chi tiết bằng vật liệu cách điện luôn luôn chịu tác động của phụ tải cơ học nên độ bền cơ của vật liệu và khả năng không bị biến... cách điện Tuổi thọ của cách điện bọc dây dẫn cũng chịu ảnh hởng của vật liệu dây dẫn: cách điện emay bọc dây nhôm có tuổi thọ cao gấp nhiều lần so với emay bọc dây đồng - Những tác dụng cơ học trong quá trình chế tạo, quá trình vận hành cũng ảnh hởng đến sự hoá già của vật liệu cách điện * Những quá trình hoá học chủ yếu gây nên sự hoá già của vật liệu cách điện: - Sự ôxy hoá: ôxy hoá làm cho trong vật. .. tách rời các bộ phận có điện thế khác nhau Nó chỉ cho dòng điện đi theo những con đờng mà sơ đồ quy định Vật liệu cách điện còn đợc dùng làm điện môi công tác trong các tụ điện Nếu không có vật liệu cách điện thì sẽ không thể chế tạo đợc bất kỳ 1 loại thiết bị nào Tuỳ thuộc vào các trờng hợp sử dụng vật liệu điện phải đáp ứng đợc nhiều yêu cầu khác nhau Ngoài những tính chất về điện thì những tính chất . điều kiện thử nghiệm các tính chất điện của vật liệu. Đối với vật liệu hút ẩm mạnh mà thu nhận và giao hàng lại tiến hành theo trọng lợng thì việc xác định độ ẩm rất quan trọng để tính toán chính