ếch đẻ trứng sinh học 7 nguyễn văn bảy thư viện tư liệu giáo dục

K hi cường độ điện trường đặt lên điện môi vượt quá một giới hạn nào đó sẽ x ảy ra hiện tượng phóng điện đánh thủng, khi đó điện môi m ất ho àn toàn các thu ộc tính cách điện. Hiện [r]

PHẦN I: VẬT LIỆU ĐIỆN

Bài mở đầu: CẤU TẠO VẬT CHẤT - PHÂN LOẠI 1 Cấu tạo nguyên tử

Mọi vật chất cấu tạo từ hạt Proton, nơtron điện tử Hạt nhân nguyên tử cấu tạo Proton nơtron mang điện tích dương bao quanh hạt nhân điện tử mang điện tích âm cân với điện tích dương hạt nhân Thơng qua dạng liên kết mà hình thành nên vật chất

Mơ hình ngun tử Bohr

Trong nguyên tử điện tử chuyển động quỹ đạo xác định, có bán kính định, quay quỹ đạo lượng bảo tồn

Mỗi quỹ đạo ứng với mức lượng xác định, quỹ đạo gần hạt nhân có mức Nlượng nhỏ ngược lại

Khi điện tử CĐ từ quỹ đạo sang quỹ đạo khác xảy hấp thụ giải phóng lượng

Theo học lượng tử: chuyển động điện tử mô tả hàm sóng Đối với nguyên tử biệt lập hàm số có tính đối xứng cầu, điện tích điện tử phân bố tản tạo thành đám mây

2 Các dạng liên kết a Liên kết cộng hoá trị:

Là mối liên kết nguyên tử hình thành phân tử cách góp chung vác điện tử

Phân tử có trọng tâm điện tích âm dương trùng phân tử trung tính (trung hoà) Các chất cấu tạo từ phân tử gọi chất trung tính

Phân tử có trọng tâm điện tích âm dương khơng trùng phân tử lưỡng cực (cực tính)

Phân tử lưỡng cực đặc trưng mô men lưỡng cực: m = q.l Được tính tích số điện tích với khoảng cách trọng tâm điện tích âm dương

b Liên kết ion:

Được xác lập lực hút ion trái dấu: NaCl = Na+ + Cl

-Vật rắn có cấu tạo ion đặc trưng tính chất bền vững học nhiệt độ nóng chảy tương đối cao

c Liên kết kim loại:

Dạng liên kết tạo nên tinh thể rắn Kim loại xem hệ thống cấu tạo từ ion (+) nằm môi trường điện tử tự chung Lực hút ion (+) điện tử tạo nên tính nguyên khối kim loại

Sự tồn điện tử tự làm cho kim loại có tính óng ánh tính dẫn điện dẫn nhiệt cao Tính dẻo kim loại giải thích dịch chuyển trượt lên lớp ion nên kim loại dễ cán kéo thành lớp mỏng

d Liên kết Vanđecvan:

Dạng liên kết yếu, tạo nên nhờ lực hút phân tử trung hịa, mạng tinh thể khơng vững Thường có chất có nhiệt độ nóng chảy thấp như: Parapin

3 Phân loại vật liệu

a Phân loại vật chất theo lý thuyết phân vùng lượng vật rắn: Việc nghiên cứu quang phổ phát xạ chất khác chứng tỏ nguyên tử khác có trạng thái (mức) lượng xác định, khác Khi nguyên tử trạng thái bình thường, lớp vỏ điện tử ứng với trạng thái lượng xác định (1 số mức lượng điện tử lấp đầy) mức lượng khác cao điện tử có mặt nguyên tử nhận lượng từ bên ngồi Khi kích thích nguyên tử trở trạng thái ban đầu phát lượng thừa

Khi nguyên tử liên kết với để tạo thành mạng tinh thể vật rắn, tương hỗ chúng lamg phân chia mức lượng, dẫn đến xuất nhiều mức lượng nắm gần

trong phạm vi lớp Các mức lượng tạo nên dải lượng khác Trong người ta quan tâm đến hai dải “dải hóa trị” (vùng điền đầy điện tử) “dải dẫn” (các điện tử tự vùng này), hai dải ngăn cách “dải cấm”

Người ta dựa vào chiều rộng dải cấm, để phân chia vật liệu

Điện môi: Là chất có vùng cấm lớn đến mức điều kiện bình thường dẫn điện điện tử khơng xảy Chiều rộng vùng cấm điện môi khoảng từ 1,5 đến vài eV (1 eV = 1,60207.10-19J)

Chất bán dẫn: Là chất có vùng cấm nhỏ khắc phục nhờ nguồn lượng bên ngồi.Chiều rộng vùng cấm chất bán dẫn bé: (0,2 ÷1,5) eV

Chất dẫn điện (Vật dẫn): Là chất có vùng đầy điện tử vùng mức lượng tự nằm kề chồng lên phần Vì cần tác động nhỏ điện tử dễ dàng chuyển trạng thái

b Phân loại theo từ tính: loại

Nghịch từ: Là chất có độ từ thẩm  < khơng phụ thuộc vào cường độ từ trường ngồi Ví dụ: Cu, Ag, Au, H2, khí hiếm, đa số hợp chất hữu cơ, …

Thuận từ: Là chất có độ từ thẩm  > (  1) không phụ thuộc vào cường độ từ trường VD, muối sắt, muối Côban Niken,kim loại kiềm

Chất dẫn từ: Là chất có độ từ thẩm  >>1 phụ thuộc vào cường độ từ trường ngồi Ví dụ: Fe, Ni, Coban hợp kim chúng

PHẦN I: VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN

0.1 ĐIỆN MÔI TRONG ĐIỆN TRƯỜNG

Khi đặt vật liệu cách điện vào điện trường, tuỳ theo dạng cường độ điện trường(mạnh hay yếu, chiều hay xoay chiều hay xung kích, tần số điện trường ), thời gian tác động điện trường yếu tố môi trường: độ ẩm (%), nhiệt độ (T), áp suất (P) … mà điện môi xảy tượng với chất vật lý khác Trong có hai tượng tượng dẫn điện tượng phân cực điện môi

Hiện tượng phân cực: Là dịch chuyển có giới hạn điện tích liên kết định hướng phân tử lưỡng cực

Trong q trình phân cực tạo nên dịng phân cực, thường đánh giá số điện mơi  góc tổn thất điện mơi  (nếu trình phân cực kèm theo phân tán lượng làm cho điện mơi nóng lên)

Do điện mơi kỹ thuật có điện tích tự nên tác động điện áp xuất dịng điện dẫn có trị số nhỏ chạy xuyên qua bề dày điện môi theo bề mặt Dịng điện rị, kết hợp với dịng phân cực tạo nên tính dẫn điện điện mơi

Do điện mơi xuất dịng dẫn nên gây nên tổn thất điện môi, làm cho điện mơi nóng lên Tổn thất điện mơi đánh giá thông qua hệ số tổn thất điện môi, tg

Mỗi điện môi ứng với chiều dày định chịu giá trị điện áp định Khi điện áp vượt giá trị tới hạn điện mơi bị đánh thủng, vật liệu hồn tồn thuộc tính cách điện Được đánh giá thơng qua độ bền điện Eđt

Trong trình vận hành ngồi tác động điện trường, điện mơi cịn chịu tác động yếu tố môi trường tác động cơ, nhiệt khác… Sau thời gian tính chất cơ, lí, hố điện điện mơi bị thay đổi (thường đi) - hố già điện mơi

Chương

SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI

1.1 SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI VÀ HẰNG SỐ ĐIỆN MÔI

1 Sự phân cực điện môi

Xét điện môi đặt cực nối vào mạch điện Dưới tác dụng điện trường ngoài, điện tích điện mơi dịch

chuyển điện cực chiều ngược chiều điện trường tuỳ theo dấu chúng

Các phân tử lưỡng cực (nếu có) định hướng theo hướng điện trường

Khi điện trường tăng mật độ di chuyển lớn, phân cực mạnh Khi điện trường giảm phân cực giảm dần điện trường ngồi = điện tích trở trạng thái ban đầu

Kết trình phân cực: bề mặt tiếp giáp điện môi với điện cực xuất lớp điện tích trái dấu Trong điện mơi xuất điện trường phụ E’ ngược chiều với điện trường

Khi điện môi đặt điện cực nối vào mạch điện xem tụ điện điện tích Q tụ xác định:

Q = C.U với C: Điện dung tụ U: Điện áp đặt vào tụ

Điện lượng Q giá trị điện áp xác định có thành phần: Q = Q0 + Q’ (1.1) Q0: Điện tích tụ có kích thước, điện cực chân không Q’: Điện tích tạo phân cực điện mơi

2 Hằng số điện môi

Để đánh giá mức độ phân cực điện môi, người ta đưa khái niệm số điện môi tương đối, ký hiệu , gọi tắt “Hằng số điện mơi” Nó dùng để đặc trưng cho chất lượng điện môi không phụ thuộc vào việc chọn hệ đơn vị

0

0

0 Q

' Q 1 Q

Q Q Q

Q

  

 

 (1.2)

Hằng số điện môi tỷ số điện tích tụ chứa điện mơi có điện áp xác định với điện tích tụ kích thước điện áp cực chân khơng

1.2 CÁC CƠ CHẾ PHÂN CỰC CHÍNH CỦA ĐIỆN MÔI

1 Các dạng phân cực: Dựa vào thời gian phân cực ta có dạng phân cực điện môi

*) Phân cực nhanh: Sự phân cực xảy tức thời, đàn hồi hồn tồn, khơng phát tán lượng Trên sơ đồ thay biểu diễn tụ điện

*) Phân cực chậm: Sự phân cực không xảy tức thời, tăng giảm cách chậm chạp có kèm theo phát tán lượng điện môi làm cho điện mơi nóng lên Trên sơ đồ thay biểu diễn tụ điện mắc nối tiếp điện trở

2 Các chế phân cực

Một số chế phân cực thấy nhiều điện môi khác nhau, loại điện môi thấy tồn đồng thời nhiều chế phân cực khác

a Phân cực điện tử nhanh

Là chuyển dịch đàn hồi biến dạng lớp vỏ điện tử nguyên tử ion Thời gian xảy nhanh (t  10-15s) phân cực điện tử coi tức thời Sự phân cực điện tử có tất loại điện môi không gây tổn thất lượng

b Phân cực ion nhanh

Đặc trưng cho vật rắn có cấu tạo ion xác định chuyển dịch đàn hồi ion liên kết Khi nhiệt độ tăng phân cực ion tăng Thời gian xác lập phân cực này: t  10-13s

Hệ số phân cực:  = 4..0(a/2)

(1.6)

Với a khoảng ion (+) (-) E0 c Phân cực Lưỡng cực chậm

Xảy điện mơi có cấu tạo phân tử lưỡng cực Các phân tử lưỡng cực trạng thái chuyển động nhiệt hỗn loạn định hướng phần tác dụng điện trường gây nên phân cực Quá trình định hướng phân tử phải thắng lực chuyển động nhiệt có kèm theo tổn hao lượng

Hệ số phân cực phụ thuộc vào mômen lưỡng cực nhiệt độ:  =

KT m

3

2

0 (1.7)

Với: m0 - mơmen lưỡng cực trung bình; K =1,38.10 -23

J/0K – số Bônzơmal; T- nhiệt độ tuyệt đối

d Phân cực ion chậm

Xảy điện mơi có cấu tạo ion mà mối liên kết ràng buộc ion không chặt chẽ Các ion liên kết yếu chất chuyển động nhiệt hỗn loạn nhận thêm chuyển dịch thừa theo hướng điện trường

Thường quan sát thấy thuỷ tinh vô số chất vô mà tinh thể ion ràng buộc không chặt

Sau loại bỏ điện trường định hướng ion yếu dần theo quy luật hàm số mũ

Sự phân cực ion chậm tăng với tăng nhiệt độ e Phân cực điện tử chậm

Đặc trưng cho điện môi có hệ số khúc xạ cao, trường bên lớn có tính dẫn điện - điện tử Nói cách khác: điện mơi có điện tử khuyết tật thừa lỗ hổng kích thích nhiệt

Hằng số điện môi phụ thuộc vào nhiệt độ có vài điểm cực đại chí nhiệt độ âm

f Phân cực cấu kết cấu

Xảy vật rắn có cấu tạo khơng đồng có tạp chất Sự phân cực biểu tần số thấp kèm theo tổn hao lượng đáng kể Nguyên nhân phân cực chất dẫn điện bán dẫn lẫn điện môi kỹ thuật, tồn lớp có độ dẫn điện khác

g Phân cực tự phát

Dạng phân cực tồn dạng điện môi đặc biệt Xenhit kèm theo khuếch tán lượng đáng kể (có toả nhiệt)

*)Sơ đồ đẳng trị của điện mơi mà xảy đầy đủ chế phân cực hình vẽ

Hình 1.2: Sơ đồ đẳng trị điện mơi Trong đó: U điện áp nguồn

Nhánh 1: Điện dung C0 điện tích Q0 tụ điện mơi chân khơng Nhánh 2÷ 8: Điện dung điện tích chế phân cực: Phân cực điện tử, phân cực ion, phân cực lưỡng cực chậm, phân cực ion chậm, điện tử chậm, phân cực tự phát phân cực cấu (kết cấu)

Nhánh 9: RCĐ điện trở cách điện hay gọi điện trở thật điện mơi Nhánh đặc trưng cho dịng điện rị qua điện mơi

1.3 HẰNG SỐ ĐIỆN MƠI CỦA CÁC ĐIỆN MƠI KHÍ – LỎNG – RẮN

1 Hằng số điện mơi điện mơi khí

Các chất khí có mật độ phân tử nhỏ phân cực chất khí khơng đáng kể số điện mơi chất khí  = 2  Để xác định số điện mơi, ta sử dụng phương trình Claudiut-Mơxơpchi:

0     N    (1.8)

Đối với điện môi khí 1, nên (1.8)

0

0

     T K P N   

 (1.9)

Với T K P N

 mật độ phân tử, P (at), T(0K),  hệ số phân cực *Với điện mơi khí trung tính:

Chỉ tồn chế phân cực điện tử nhanh, nên  = e=4..0R03 Từ (1.9), ta nhận thấy bán kính phân tử

lớn, số điện mơi lơn

Hằng số điện môi tỷ lệ thuận với áp suất (P), tỷ lệ nghịch với nhiệt độ (T), hình 1.2

Hình 1.2: Quan hệ =f(P), T số =f(T), P số Để đánh giá ảnh hưởng  vào nhiệt độ, người ta tính hệ số nhiệt số điện môi:

dt d 1 TK        [độ -1

] (1.10)

Với chất khí trung hịa : ) (  T dT d TK        

*Với chất khí cực tính tồn hai chế phân cực chế phân cực điện tử nhanh (là chủ yếu), chế phân cực lưỡng cực chậm Do  = e+lc, phương trình (1.8) 

0 2 0

0 3( )

) (        T K m P T K P N e lc

e   



 (1.12)

Hằng số điện môi phụ thuộc vào bán kính nguyên tử, mức độ cực tính, áp suất nhiệt độ

Hệ số nhiệt số điện môi :

T . T . TK            1

(độ-1) (1.13) 2 Hằng số điện môi điện môi lỏng

Do đặc điểm cấu tạo phân tử, điện mơi lỏng phan thành hai nhóm: Điện mơi lỏng trung tính (Dầu máy biến áp, benzen, toluene…) điện mơi lỏng cực tính (Dầu thầu dầu, xôvôn, xôvtôn, rượu, nước …)

* Hằng số điện mơi điện mơi lỏng trung tính Điện mơi chất lỏng trung tính đặc trưng phân cực điện tử nhanh

vậy  22÷ 2,5 phụ thuộc vào nhiệt độ mà không phụ thuộc vào áp suất tần số

Hình 1.3 Quan hệ  chất lỏng trung hoà với nhiệt độ tần số Về trị số tuyệt đối TK chất lỏng trung tính gần hệ số giãn nở thể

tích chất lỏng  (nhưng ngược dấu)

   v TK dT d TK            3 2 1 1

(độ-1) (1.14)

với TKv =

dT dV V

1

hệ số nhiệt thể tích * Hằng số điện mơi chất lỏng cực tính

Chất lỏng cực tính tồn đồng thời phân cực điện tử phân cực lưỡng cực chậm (chủ yếu)

Có nhiều thuyết đưa để tính  điện mơi cực tính, nói chung việc tính  chất lỏng cực tính phức tạp Mỗi công thức kèm giả thiết nên có tính chất gần Thường dùng phương trình Clauđiút-Mơxốtchi:

                  KT m N e 3 3 2

1 20

0

(1.15)

Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ  giảm chuyển động nhiệt phân tử tăng lên, cản trở định hướng theo chiều điện trường

3 Hằng số điện môi điện môi rắn

Đặc điểm điện môi rắn đa dạng cấu trúc thành phần, số điện mơi có giá trị lớn nằm dải rộng

a Hằng số điện môi điện môi rắn trung hồ

Điện mơi cấu tạo từ phân tử trung hồ có phân cực điện tử: =2, loại có  bé Quan hệ  theo nhiệt độ xác định biến đổi số phân tử đơn vị thể tích

Hệ số nhiệt số điện mơi tính theo cơng thức (1.14) b Hằng số điện mơi điện mơi rắn có kết cấu tinh thể ion

Điện môi rắn tinh thể ion mà hạt ràng buộc chặt chẽ có phân cực điện tử ion nhanh Có số điện mơi nằm phạm vi rộng

Khi nhiệt độ tăng có mật độ vật chất bị giảm mà xảy tượng tăng khả phân cực ion nên hệ số nhiệt độ  có giá trị dương

Điện mơi rắn tinh thể ion có kết cấu ion khơng chặt chẽ phân cực điện tử ion nhanh cịn có phân cực ion chậm Trong nhiều trường hợp đặc trưng  không cao hệ số nhiệt độ dương có trị số lớn

c Hằng số điện mơi điện mơi rắn hữu cực tính

Điện mơi có phân cực lưỡng cực chậm trạng thái rắn (Xenlulo, sản phẩm như: Giấy, bơng vải, sợi, bìa cattong Ngồi chất nhựa hữu trùng hợp như: phenol focmađêhyt, golovac ) nước đá Hằng số điện môi chúng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ tần số điện áp đặt vào giống chất lỏng lưỡng cực

d Hằng số điện mơi điện mơi rắn có cấu tạo khơng đồng

Điện môi loại hỗn hợp thành phần có số điện mơi khác  điện mơi phức tạp tính gần theo cơng thức tổng qt:

x = 11 x

+ 22 x

(1.16a)

Trong đó: , 1, 2 số điện môi hỗn hợp thành phần; 1, 2 nồng độ theo thể tích thành phần: 1 + 2 = x số đặc trưng cho phân bố thành phần, có giá trị từ  -1 Khi mắc song song thành phần (các điện môi đặt song song với phương điện trường nghĩa mắc nối tiếp tụ): x = +1  = 11 + 22 (1.16b)

Khi mắc nối tiếp thành phần (các điện môi đặt vuông góc với phương điện trường nghĩa mắc song song tụ): x = -1 

2

1

1

     

 (1.16c)

Khi thành phần phân bố hỗn loạn: ln = 1ln1+ 2ln2 (1.16d) Trường hợp tổng quát ta có tổ hợp cách điện gồm n chất điện mơi khác ta tính  cho cặp chất tính tiếp n chất

Hệ số nhiệt  tổ hợp cách điện: TK = TK11 + TK22 (1.17) e Hằng số điện môi điện môi Xenhit:

 lớn phụ thuộc rõ rệt vào cường độ điện trường nhiệt độ

Đặc điểm bật điện môi Xenhit tượng điện trễ (cảm ứng điện biến đổi chậm sau cường độ điện trường)

Nhiệt độ mà  đạt trị số cực đại gọi điểm Quyri Với nhiệt độ lớn nhiệt độ Quyri thuộc tính Xenhit vật liệu khơng cịn  khơng phụ thuộc cường độ điện trường

Chương

TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIỆN MƠI

2.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG

Trước ổn định đạt trạng thái cân trình phân cực chuyển dịch điện tích ràng buộc vật tạo nên dòng phân cực chuyển dịch điện môi

Mặt khác: điện môi kỹ thuật ln tồn điện tích tự làm xuất dịng điện rịcó trị số nhỏ

*) Tóm lại: Khi đặt điện mơi điện trường E, điện áp U, đo trị số dòng điện qua điện mơi, ta thấy dịng biến thiên theo thời gian và: i = irò+ipc (2.1) Quan hệ dịng điện qua điện mơi theo thời gian, hình 2.2

Từ đồ thị ta thấy: Khi đặt điện áp chiều sau q trình phân cực hồn thành cịn dịng điện rị chạy qua điện mơi Ở điện áp xoay chiều tồn suốt thời gian có điện áp

Cần ý, người ta thường dựa vào trị số dòng điện dò để đánh giá chất lượng vật liệu cách điện

Điện trở thật điện mơi Rcđ tính sau: RCĐ =



 ipc i

U

(2.2) i: Dòng điện đo được; U: Điện áp đặt vào

iPC: Tổng dòng điện chế phân cực chậm gây nên

Hình 2.1

Việc xác định dịng phân cực gặp khó khăn nên điện trở điện mơi thường tính: '

I U

RCĐ  (2.3)

Với I’ dịng đo sau phút kể từ lúc đóng điện áp chiều

Độ dẫn điện vật liệu cách điện xác định trạng thái chất khí, lỏng, rắn phụ thuộc vào độ ẩm nhiệt độ môi trường xung quanh

Để so sánh, đánh giá vật liệu khác ta dùng điện trở suất khối v điện trở suất mặt s

Về trị số điện trở suất khối v điện trở khối lập phương có cạnh cm dịng điện chạy qua mặt đối diện khối (cm) Với mẫu vật liệu phẳng điện trường đồng ta có: v Rv S

h

  (cm) (2.4)

(với: Rv điện trở khối khối mẫu (), S diện tích điện cực (cm2), h chiều dày khối mẫu (cm)) Điện dẫn suất khối 1

 v

v 

 (-1cm-1)

Về trị số điện trở suất mặt s điện trở hình vng bề mặt vật liệu dòng điện chạy qua cạnh đối diện hình vng () Có thể tính điện trở suất mặt s theo công thức:

l d Rs

s 

 () (2.5)

(Rs điện trở bề mặt mẫu vật liệu điện cực song song có chiều rộng d nằm cách khoảng l), 1

 s s 

 (-1)

2.2 TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIỆN MƠI KHÍ

Trong chất khí tồn điện tử tự do, ion dương va ion âm Những điện tích tạo nên nhờ q trình ion hóa kết hợp tự nhiên

Q trình ion hóa q trình tách điện tử khỏi phân tử ion phân tử ion nhận lượng tác động từ bên ngồi (bức xạ mặt trời, tia phóng xạ, điện trường ) Q trình ion hóa tự nhiên q trình ion hóa xảy tác động yếu tố tự nhiên

Ngược lại, trình tái hợp trình kết hợp điện tích trái dấu tạo thành phân tử trung hịa, lượng giải phóng dạng photon

Số lượng điện tích xuất trình ion hóa tự nhiên nhỏ, điện dẫn điện mơi khí bé, hầu hết chất khí điều kiện điện mơi tốt Nếu l q trình ion

hóa phát triển mạnh lượng điện tích điện mơi khí tăng nhanh điện dẫn tăng lên đáng kể

Đặc tính Von-Ampe (V-A) điện mơi khí thể hình vẽ 2.3

Ở đoạn đầu đường cong quan hệ dịng áp tuyến tính

Khi điện áp đạt giá trị U1 ion chưa kịp tái hợp bị kéo điện cực bị trung hồ điện cực (dịng bão hoà)

Khi điện áp đạt giá trị U2 (giới hạn thứ hai) điện dẫn tự trì xuất làm cho dịng chất khí lại tăng

Điều giải thích dựa sở tượng ion hóa va chạm cường độ điện trường đặt lên điện mơi có trị số lớn gây nên phóng điện tạo thành dịng Plasma nối liền điện cực, chất khí trở nên dẫn điện, dòng tăng lên theo hàm số mũ

2.3 TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIỆN MƠI LỎNG

Độ dẫn điện điện mơi lỏng có liên quan chặt chẽ với cấu tạo phân tử chất lỏng Nhiệt độ, nồng độ tạp chất có ảnh hưởng đáng kể tới điện dẫn điện mơi lỏng Dịng điện chất lỏng xác định chuyển dịch ion hạt mang điện tương đối lớn dạng keo

2.3.1 Điện dẫn ion điện mơi lỏng

Khác với điện mơi khí, điện mơi lỏng điện tích tự xuất khơng q trình ion hóa tự nhiên mà cịn q trình phân ly phân tử thân chất lỏng tạp chất

Trong điện môi kỹ thuật tồn số lượng tạp chất định Thông thường phân tử tạp chất rễ bị phân ly phân tử điện mơi Do điện dẫn điện môi lỏng bao gồm điện dẫn điện mơi điện dẫn tạp chất

Trên hình vẽ biểu diễn mối quan hệ dịng áp điện môi lỏng

Đường (1): Đặc tuyến V-A điện mơi lỏng có chứa nhiều tạp chất Trên đồ thị ta khơng thấy dịng điện bão hịa, dịng điện tăng tuyến tính với

Hình 2.4: Đặc tính V-A điện mơi lỏng

điện áp đến giá trị Uth, sau xuất q trình ion hóa va chạm, điện tích tăng theo hàm mũ, I tăng nhanh dẫn tới phóng điện điện môi lỏng

Đường (2): Các chất lỏng tinh khiết (Được điều chế phịng thí nghiệm), đường đặc tuyến V-A xuất đoạn nhỏ giống đoạn bão hịa điện mơi khí

Điện dẫn ion điện môi lỏng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt phân tử điện môi lỏng tăng, lực liên kết phân tử giảm, độ nhớt giảm theo, mức độ phân ly phân tử nhiệt tăng lên làm tăng điện dẫn điện môi lỏng

2.3.2 Điện dẫn điện di

Điện môi lỏng chứa tạp chất dạng keo, xơ, sợi, bụi bẩn, huyền phù lơ lửng bên trong, trình chuyển động nhiệt tạp chất ma sát với phân tử điện môi chúng bị nhiễm điện Tùy theo () tạp chất lớn hay nhỏ so với () điện mơi lỏng mà tạp chất bị nhiễm điện tích dương hay âm

Dưới tác dụng điện trường khối điện tích chuyển động (Khối điện tích + chuyển động phía cực – ngược lại), chúng tạo nên dòng điện dẫn điện di Thực chất dòng điện chuyển động khối mang điện tích tác dụng điện trường Đối với điện áp chiều, xảy hiệu ứng lam điện môi, với điện áp xoay chiều khơng có

Ngồi yếu tố điện dẫn điện mơi lỏng cịn phụ thuộc vào tính chất cực tính điện môi Điện dẫn điện môi tăng lên () lớn

Bảng 2.1: Giá trị điện trở suất khối (v) số điện môi () số điện môi lỏng

Chất lỏng Cấu tạo Điện trở suất khốiv

(cm) 200C



Ben zen Dầu biến thế

Dầu xăng

Trung hoà

1013- 1014 1012- 1015 1012- 1015

2,2 2,2 2,0 Xơvơn

Thầu dầu

Cực tính yếu 10

10 - 1012 1010- 1012

4,5 4,6 Axêtơn

Rượu Êtylíc Nước cất

Cực tính mạnh

106- 107 106- 107 105- 106

22 33 82 2.4 TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIỆN MƠI RẮN

2.4.1 Điện dẫn điện mơi rắn có cấu trúc mạng lưới nguyên tử phân tử Trong điện môi có mạng lưới ngun tử phân tử tính dẫn điện tồn có tạp chất

Trong chất kết tinh có mạng phân tử (lưu huỳnh, parafin ) điện dẫn xuất nhỏ xác định tạp chất

Điện dẫn chất khơng định hình liên quan trước hết đến thành phần chúng Các chất hữu cao phân tử có điện dẫn suất phụ thuộc mạnh vào yếu tố: thành phần hoá học, tạp chất, mức độ trùng hợp, mức độ lưu hố Các thuỷ tinh vơ hợp thành nhóm lớn chất khơng kết tinh Độ dẫn điện liên quan chặt chẽ tới thành phần hoá học, cho phép nhận điện dẫn xuất theo yêu cầu định trước

Điện dẫn suất điện môi rắn xốp bị hút ẩm với lượng không đáng kể tăng lên mạnh

Điện dẫn nhóm điện môi phụ thuộc nhiều vào độ ẩm không khí Bảng 2.2: Ảnh hưởng độ ẩm khơng khí (%), nhiệt độ tới v điện môi rắnxốp

Điện trở suất khối v (cm) Tên vật liệu Độ ẩm tương đối

%=0%, t=20oC

%=70%, t=20oC %=0%, t=100oC Đá hoa 1014  1016 108  1010 10121014

Gỗ 1013  1014 108  109 10121013

Phíp 1013  1014 108  109 10101011

2.4.2 Điện dẫn điện mơi rắn có cấu trúc tinh thể ion

Trong điện môi rắn có cấu trúc tinh thể ion độ dẫn điện xác định chủ yếu chuyển dịch ion giải phóng ảnh hưởng dao động chuyển động nhiệt

Ở nhiệt độ thấp ion chuyển dịch ion liên kết yếu (ion tạp chất) Ở nhiệt độ cao số ion mạng tinh thể giải phóng

Trên ta nghiên cứu độ dẫn điện vật rắn cường độ điện trường tương đối thấp Khi cường độ điện trường có trị số lớn cần phải tính đến khả xuất dịng điện từ điện mơi tinh thể Dịng tăng nhanh cường độ điện trường tăng

2.4.3 Điện dẫn bề mặt điện môi rắn

Khi điện mơi rắn đăt mơi trường khí lỏng, bề mặt điện mơi rắn tồn điện tích thân điện môi bụi bẩn hay lớp nước gây nên Các điện tích tạo nên dòng điện dẫn bề mặt

Điện dẫn phụ thuộc chủ yếu vào bề dày lớp ẩm, lượng tạp chất, tình trạng bề mặt chất điện môi

Trị số độ ẩm tương đối môi trường xung quanh yếu tố định điện dẫn suất mặt điện môi Khi độ ẩm tương đối > 60  80% điện dẫn suất mặt tăng rõ rệt

Điện dẫn suất mặt thấp cực tính vật liệu yếu, bề mặt điện môi nhẵn

Theo điện dẫn mặt phân tích vật liệu thành nhóm:

+ Điện mơi khơng hồ tan nước:Các điện mơi trung hồ cực tính yếu không bị nước thấm ướt (parafin, polystirol ) Các điện mơi có cực tính bị nước thấm ướt (1 số loại gốm) Loại có điện trở suất bề mặt cao, phụ thuộc độ ẩm mơi trường xung quanh (điện mơi cực tính có điện trở suất bề mặt cao môi trường ẩm bề mặt không bẩn)

+ Điện mơi có cấu tạo xốp (sợi, chất dẻo, đá hoa .): Trong mơi trường ẩm loại có điện dẫn suất mặt lớn

*) Nhận xét: Muốn nâng cao điện trở suất mặt người ta dùng phương pháp làm bề mặt: Rửa nước, chất hồ tan, xấy khơ chân khơng (ở 600  7000C) sau ngâm sơn tẩm dầu, sử dụng sơn quét tráng men, thường xuyên vệ sinh thiết bị có thể, đun lâu nước cất với vật liệu không thấm nước

Chương 3

TỔN THẤT ĐIỆN MÔI

3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

*) Khái niệm: Tổn thất điện môi phần lượng tản điện môi đơn vị thời gian làm cho điện mơi nóng lên có điện trường tác động

Đối với điện áp chiều tổn thất điện mơi chủ yếu dịng điện rị: P = R.I2 (3.1)

Đối với điện áp xuay chiều tổn thất dòng điện rò dòng phân cực gây nên PU.I.cos (3.2a)

Từ hình vẽ 3.1 ta thấy Ptt U.I.cos U.IR U.IC.tg U2.C..tg (3.2b)

Với

 

1 C R I I tg

C R



 (3.3a)

Từ (3.2b), ta nhận thấy công suất tổn thất tỷ lệ thuận với tg, tg gọi “Hệ số tổn thất công suất”

Khi điện mơi có tổn thất điện mơi lớn nhiệt độ phát nóng điện mơi tăng, đến giá trị vượt mức cho phép làm cho điện mơi bị phân huỷ nhiệt, tính chất cách điện, người ta gọi tượng phóng điện nhiệt

Tổn thất điện mơi liên quan chặt chẽ với số điện môi, thông thường số điện mơi lớn tổn thất điện mơi lớn

Cơng thức (2.2b) viết PU2..C0..tg (3.2c)

Ngồi tổn thất điện mơi cịn xác định thơng qua “suất tổn hao”, giá trị công suất tản đơn vị thể tích suất tổn hao

3.2 CÁC DẠNG TỔN THẤT ĐIỆN MƠI 3.2.1 Tổn thất điện mơi điện dẫn rị

trong điện mơi kỹ thuật chứa điện tích điện tử tự Dưới tác dụng điện trường chúng tạo nên dịng rị Trong điện mơi rắn có dịng điện rị bề mặt khối điện mơi, cịn điện mơi khí lỏng có dịng điện khối Nếu dịng rị lớn tổn hao có giá trị đáng kể

  

10 , 12

f

Tổn thất dạng tỷ lệ nghịch với tần số điện trường, số điện môi tăng theo nhiệt độ theo quy luật hàm số mũ: t

e

  

1

0



 (3.5)

Với 0 điện dẫn suấtở 25

C P= at,  - hệ số mũ, t - Nhiệt độ (0C) 3.2.2 Tổn thất điện môi phân cực

Thấy rõ chất có phân cực chậm, điện mơi có cấu tạo lưỡng cực điện mơi có cấu tạo ion ràng buộc không chặt chẽ

Tổn thất điện môi phân cực chậm gây phá huỷ chuyển động nhiệt hạt ảnh hưởng cường độ điện trường Sự phá huỷ làm lượng tiêu tán điện mơi bị nóng lên Tổn thất phân cực chậm tăng theo tần số điện áp đặt (Rõ tần số vô tuyến tần số siêu cao)

Quan hệ tg=f(t0) điện mơi cực tính có giá trị cực đại nhiệt độ đó, đặc trưng cho loại

3 Tổn thất ion hoá

Dạng tổn thất thấy rõ điện môi khí điện mơi lỏng rắn có tồn bọt khí Trong q trình ion hóa, phân tử khí tiếp thu lượng điện trường gây tổn thất điện môi Khi bị ion hố chất khí có thêm điện tích điện tử tự làm cho điện dẫn khí tăng lên, chúng góp phần tạo nên tổn hao điện mơi lớn

Tổn hao tính theo cơng thức: Pi = A.f (U - U0)

(3.6) Với UU0, A - Hằng số, f - Tần số điện trường

U, U0: Điện áp đặt vào điện áp ứng với điểm bắt đầu ion hoá 4 Tổn thất điện mơi tính khơng đồng điện mơi

Loại tổn hao có nhiều thực tiễn, gây tạp chất ngẫu nhiên thành phần riêng biệt chủ định đưa vào điện môi để làm biến đổi theo yêu cầu định trước thuộc tính Do đặc điểm cấu tạo nên khơng có cơng thức chung để tính tổn thất

VD: Giấy tẩm, chất dẻo có lớp độn, chất cách điện xốp có chứa khơng khí tạp chất ẩm

Đơn giản hình dung điện mơi khơng đồng dạng lớp nối tiếp Sơ đồ thay gồm tụ điện mắc nối tiếp Trị số tg điện mơi nhiều lớp tính:

2

2 1

C C

tg C tg

C tg



 

 

 (3.7)

3.3 SƠ ĐỒ THAY THẾ VÀ TÍNH TỐN TỔN THẤT ĐIỆN MƠI

3.3.1 Sơ đồ thay đồ thị véc tơ

Hình 3.2 Sơ đồ thay đồ thị véc tơ 3.3.2 Cách xác định tổn thất điện môi

*) Sơ đồ nối tiếp

1 ) ( cos 2 2              n n n n C R tt C R tg C U tg C I tg U I U I I U

P (3.8)

Với  n n.

C R C R U U

tg   (3.9)

*) Sơ đồ song song

Từ (3.2) (3.3a) ta có: Ptt U2.Cs..tg (3.2d)

Với   s s C R C R I I

tg   (3.3b)

*) Cân (3.8) với (3.2d) (3.9) với (3.3b) ta có 1 ) ( 2       tg C R C n n

s )

1 ( 2  tg R

Rs  n  (3.10)

Công thức (3.10) cho ta mối quan hệ thông số mạch song song nối tiếp 3.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TỔN THẤT ĐIỆN MÔI

Trong thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới tổn thất điện mơi, có bốn yếu tố quan trọng nhất, là: Nhiệt độ, tần số điện trường, độ ẩm khơng khí, giá trị điện áp

1 Ảnh hưởng nhiệt độ tới tổn thất điện môi

Nhiệt độ xem yếu tố quan trọng nhất, nhiệt độ thay đổi làm cho tính chất điện mơi thay đổi

Đối với điện mơi trung tính cực tính yếu, tổn thất điện mơi chủ yếu dịng điện rị gây nên, hệ số tổn thất tính theo cơng thức sau:

t t e A e tg 0                 (3.11)

Với 9

10 4

  (F/m) số điện môi tuyệt đối chân không,  Hằng số điện môi đo tần số

cao vơ cùng,  tần số góc,  0 - điện dẫn suất nhiệt độ t t0 =250C, P=1 at,  - hệ số mũ

I

Từ (3.11) ta nhận thấy,  số, tg =f(t0) có dạng đường số (1) hình 3.3 Đối với điện mơi cực tính mạnh có điện dẫn nhỏ, tổn thất điện mơi chủ yếu dịng phân cực gây nên, tg tính theo cơng thức (3.12)

2

) (

   

    

  

 

bd bd

tg (3.12)

Với bđ – Hằng số điện môi đo tần số thấp (một chiều),  - Thời gian tích lượng, tăng tuyến tính với thời gian ngược lại Do tg =f(t0),  số có dạng đường số (2) hình 3.3

Đối với điện mơi cực tính mạnh có điện dẫn

cao, tổn thất điện mơi dòng rò dòng phân cực gây nên tg=f(t0)  số có dạng đường số (3)=(1)+(2), hình 3.3

2 Ảnh hưởng tần số điện trường tới tổn thất điện môi

Đối với điện mơi trung tính cực yếu, tổn thất điện mơi chủ yếu dịng điện rị gây nên, tg xác định theo (3.11), t0 số  số, tg =f() có dạng đường số (1) hình 3.4

Đối với điện mơi cực tính mạnh có điện dẫn nhỏ tổn thất điện mơi chủ yếu dịng phân cực gây nên, miền tần số thấp phân tử lưỡng cực định hướng hoàn toàn, miền tần số cao phân tử lưỡng cực không kịp định hướng theo hướng điện trường tổn thất điện môi giảm từ (3.12) ta thấy t0 số, tg =f() có dạng đường số (2) hình 3.4

Đối với điện mơi cực tính mạnh có điện dẫn lớn, vùng tần số thấp tổn thất điện mơi chủ yếu dịng rị gây nên, vùng tần số cao lại chủ yếu dòng phân cực, tần số cao phân tử không kịp định hướng nên tg giảm tg=f() t0 số có dạng đường số (3)=(1)+(2), hình 3.4

3 Ảnh hưởng độ ẩm khơng khí

Khi điện mơi đặt mơi trường có độ ẩm %, sau thời gian điện mơi bị ngấmẩm, hấp phụ lớp nước bề mặt, điều làm tăng điện dẫn khối điện dẫn mặt vật liệu làm tổn thất điện môi tăng % tăng Mối quan hệ tg=(%) có dạng hình 3.5

4 Ảnh hưởng điện áp tới tổn thất điện môi Ở vùng điện áp thấp tổn thất điện môi gần phụ thuộc vào điện áp, điện áp tăng cao q trình ion hóa chất khí nói chung điện mơi lỏng rắn có chứa bọt khí, phát triển mạnh làm tổn thất điện môi tăng nhanh Khi điện áp cao điện dẫn chất khí tăng cao làm cho sụt áp

Hình 3.4: tg=f()

Hình 3.5: tg=f(%)

trên giảm đi, tổn thất điện môi lại giảm Mối quan hệ tg=f(U) có dạng hình 3.6

3.5 TỔN THẤT ĐIỆN MƠI TRONG CHẤT KHÍ

Các chất khí điều kiện bình thường điện trường thấp có tổn hao bé, xem chất khí điện mơi l y tưởng Ngun nhân gây nên tổn thất điện mơi khí chủ yếu dòng điện dò, định hướng phân tử lưỡng cực kèm theo lượng Do tg xác định theo cơng thức (3.4)

Ở điện áp cao điện trường không đồng nhất,khi cường độ điện trường vượt trị số tới hạn phân tử khí bị ion hóa tính theo cơng thức (3.6), Mối quan hệ tg=f(U) có dạng hình 3.6

Ở tần số cao tượng ion hoá tổn thất lượng chất khí tăng đến mức làm cho vật có khí cách điện bị cháy phá huỷ điện áp vượt trị số ion hoá

3.5 TỔN THẤT TRONG ĐIỆN MÔI LỎNG

Trong chất lỏng trung tính: tổn thất điện mơi dịng điện rị gây nên chất lỏng khơng chứa tạp chất có phân tử lưỡng cực Điện dẫn suất điện mơi lỏng trung tính tinh khiết vơ bé nên tổn thất điện mơi bé, tg tính theo cơng thức (3.4)

Các điện mơi có cực tính tuỳ theo điều kiện (nhiệt độ, tần số) ngồi tổn thất điện dẫn cịn có tổn thất phân cực lưỡng cực chậm gây nên Các điện môi dùng kỹ thuật hỗn hợp loại

Ở điện môi lỏng lưỡng cực tổn thất điện môi phụ thuộc vào độ nhớt Tổn hao chất lỏng nhớt điện áp xoay chiều đặc biệt tần số cao lớn tổn thất điện dẫn gây nên nhiều Đó tổn thất phân cực lưỡng cực chậm

Tổn thất phân cực lưỡng cực chậm chất lỏng có độ nhớt bé tần số thấp khơng đáng kể nhỏ tổn thất điện dẫn rò tần số cao tổn thất phân cực lưỡng cực chậm lớn so với tổn thất điện dẫn độ nhớt bé Vì chất lỏng lưỡng cực không sử dụng trường hợp có tần số cao

3.6 TỔN THẤT ĐIỆN MÔI TRONG ĐIỆN MÔI RẮN

3.6.1 Tổn thất điện mơi điện mơi có cấu tạo phân tử

Phụ thuộc vào loại phân tử:Trong chất trung tính khơng có tạp chất tổn thất điện môi nhỏ không đáng kể, chúng dùng làm điện môi cao tần

VD: Parafin, lưu huỳnh, chất cao phân tử không phân cực: polietylen, chất dẻo chứa flo

Khi điện môi cấu tạo từ phân tử cực tính: phân cực lưỡng cực chậm nên có tổn thất lớn đặc biệt tần số vô tuyến Tổn thất điện môi điện mơi có liên quan tới nhiệt độ

Ở vài trị số nhiệt độ tổn thất có giá trị cực đại cực tiểu, sau điểm cực tiểu tổn thất tăng lên tăng tổn thất điện dẫn

3.6.2 Tổn thất điện mơi chất rắn có cấu tạo ion Liên quan đến đặc điểm xếp ion mạng

Các chất cấu tạo tinh thể có ion ràng buộc chặt chẽ: khơng có tạp chất tổn thất điện môi nhỏ Ở nhiệt độ cao xuất tổn thất điện dẫn Chỉ cần lượng tạp chất nhỏ gây biến dạng mạng lưới tinh thể làm tăng tổn thất điện môi lên nhiều

Loại gồm nhiều hợp chất tinh thể có ý nghĩa to lớn sản xuất gốm kỹ thuật (bột đá mài nằm thành phần sứ cao tần), muối mỏ

Các chất cấu tạo tinh thể có ion không ràng buộc chặt chẽ bao gồm loại chất kết tinh Chúng đặc trưng loại phân cực chậm làm tăng tổn thất điện môi

Mulit sứ cách điện, khoáng siricon gốm chịu lửa

Tổn thất điện môi chất khơng kết tinh có cấu tạo ion (thuỷ tinh vơ cơ) liên quan với tượng phân cực tồn điện dẫn

Yếu tố chủ yếu xác định tổn thất thuỷ tinh vô phụ thuộc vào cách kết hợp ôxit chứa nó, cách kết hợp ảnh hưởng đến cấu tạo thuỷ tinh

3.6.3 Tổn thất điện môi xenhit

Tổn thất điện mơi có giá trị lớn,do đặc điểm điện mơi có tượng phân cực tự phát phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ có điểm cực đại nhiệt độ định (điểm Quyri) Sau điểm Quyri phân cực tự phát đi, thuộc tính Xenhit

Tổn thất điện mơi xenhit biến đổi theo nhiệt độ vùng phân cực tự phát giảm đột ngột sau điểm Quyri

3.6.4 Tổn thất điện môi chất rắn có cấu tạo khơng đồng

Chất rắn dùng làm điện môi gồm vật liệu mà thành phần chứa khơng chất gốc bị xáo trộn học với (các chất gốm)

Một vật liệu gốm hệ phức tạp nhiều pha Trong thành phần gốm ta phân biệt pha tinh thể, pha thuỷ tinh, pha thể khí (khí lỗ hổng kín)

Tổn thất điện mơi gốm phụ thuộc vào tỷ lượng pha tinh thể pha thuỷ tinh Pha thể khí gốm làm tăng tổn thất điện mơi điện trường có cường độ cao ion hoá tăng lên

Tổn thất gốm tăng chứa tạp chất lẫn tính bán dẫn với tính dẫn điện điện tử Tổn thất tăng hút ẩm có lỗ xốp hở

CHƯƠNG 4

SỰ PHĨNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MƠI

4.1 KHÁI NIỆM VỀ SỰ PHĨNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MƠI

Khi cường độ điện trường đặt lên điện môi vượt giới hạn xảy tượng phóng điện đánh thủng, điện mơi hồn tồn thuộc tính cách điện Hiện tượng phóng điện điện mơi, hay cịn gọi tượng đánh thủng điện môi

Trị số điện áp mà xảy đánh thủng điện môi gọi điện áp đánh thủng (Uđt), trị số cường độ điện trường tương ứng gọi cường độ điện trường đánh thủng (Eđt) độ bền điện điện môi

h U

E đt

đt  (KV/mm) (4.1)

h chiều dày điện môi (mm)

Vậy, độ bền điện điện áp đánh thủng điện mơi milimét chiều dày điện mơi

Khi tính tốn để chọn chiều dày cách điện thiết bị làm việc điện áp định mức (Uđm), ta cần nhân thêm với hệ số an toàn

đt đm

E U K

h , (mm)

Trong thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới cường độ điện trường cách điện điện môi: Dạng điện trường, dạng điện áp, thời gian tác động điện áp, điều kiện môi trường…

Đối với điện mơi khí đánh thủng xảy tượng ion hoá va chạm ion hoá quang Trong điện trường đồng tượng đánh thủng khí xảy đột ngột, điện trường khơng đồng trước chất khí bị đánh thủng có tượng vầng quang điện

Đối với điện môi lỏng tượng đánh thủng xảy kết q trình nhiệt ion hố Một nguyên nhân gây nên tượng đánh thủng chất lỏng tồn tạp chất

Đối với điện mơi rắn tượng đánh thủng trình nhiệt trình điện ảnh hưởng điện trường

+) Hiện tượng đánh thủng điện liên quan đến trình điện tử điện mơi xuất điện trường mạnh làm tăng mạnh mẽ, đột ngột, có tính chất cục mật độ dòng điện lúc đánh thủng

+)Hiện tượng đánh thủng nhiệt hậu giảm bớt điện trở tác dụng điện mơi bị đốt nóng điện trường Điều làm tăng thành phần tác dụng dịng điện làm cho điện mơi bị đốt nóng bị phân huỷ nhiệt

4.2 SỰ PHĨNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MƠI KHÍ

4.2.1.Yêu cầu chung chất khí cách điện

+ Phải khí trơ, nghĩa khơng phản ứng hoá học với chất cách điện khác kết cấu cách điện với kim loại thiết bị điện

+ Có cường độ cách điện cao để giảm kích thước kết cấu cách điện thiết bị

+ Nhiệt độ hoá lỏng thấp để sử dụng chúng trạng thái có áp suất cao + Tản nhiệt tốt

+ Phải rẻ tiền dễ kiếm

4.2.1 Điều kiện xác định khả ion hố dạng ion hóa chất khí Ở điều kiện bình thường, phân tử khí chuyển động hỗn loạn tác động lượng nhiệt, đặt điện trường chúng nhận thêm lượng bổ xung: Wbx q.U (4.3)

với q- Điện tích, U- Điện áp giáng đoạn đường chuyển động tự hạt

Nếu điện trường đồng nhất: U= E  (4.4)

Với: E- Cường độ điện trường, - Khoảng cách trung bình mà hạt mang điện di chuyển qua không gặp va chạm.=> Wbx = q E. (4.5)

Năng lượng truyền cho phân tử khí mà va chạm phải Nếu lượng đủ lớn phân tử bị ion hố Nếu lượng cịn nhỏ, phân tử khí bị kích thích trở trạng thái ban đầu lượng giải phóng dạng photon

Vậy: Điều kiện để xác định khả ion hố chất khí: W  Wi (4.6)

W- Bao gồm lượng chuyển động nhiệt, Wi- Năng lượng ion hố, vác chất khí khác Wi khác thường (4÷25) ev

* Các dạng ion hố chất khí

Tuỳ thuộc vào dạng lượng cung cấp cho chất khí q trình ion hố, có dạng ion hố sau:

a. Ion hố va chạm:

Khi phần tử chuyển động va chạm nhau, động chúng chuyển cho xảy ion hố nếu: i

2

W

mv

 (4.7) m - khối lượng hạt, v - Tốc độ chuyển động hạt

b. Ion hoá quang:

Năng lượng cần thiết để ion hố lấy từ xạ sóng ngắn với điều kiện: h.f  Wi

i

W h . c



 (4.8) Với:  - Độ dài sóng sóng ngắn

f C 

c. Ion hoá nhiệt:

Ở nhiệt độ cao phát sinh khả sau:

-Ion hoá va chạm phân tử, điện tử chuyển động nhiệt với tốc độ lớn -Ion hoá quang xạ nhiệt gây nên

- Cả hai trình

Trên thực tế, nhiệt độ có khả xảy ion hóa, có hay nhiều Theo Nhiệt động học, nhiệt độ cần thiết để có trình ion hố xác định theo cơng thức: kT Wi

2 3

W   (4.9)

Với T - nhiệt độ tuyệt đối chất khí, k =1,38.10-23 J/0K - số Boltzman

d. Ion hoá bề mặt:

Ba dạng ion hoá xảy thể tích chất khí cịn dạng ion hố bề mặt xảy bề mặt điện cực

Muốn giải phóng điện tử khỏi bề mặt điện cực cần lượng định gọi "cơng thốt" Trị số cơng thoát phụ thuộc vào loại vật liệu làm điện cực trạng thái bề mặt điện cực

4.2.3 Quá trình hình thành, phát triển thác điện tử q trình phóng điện điện mơi khí:

Q trình ion hố chất khí đưa đến hình thành thác điện tích khu vực điện cực Nếu tiếp tục tăng điện áp thác điện tích phát triển mạnh, mật độ điện tích đủ lớn gây nên phóng điện điện mơi khí tạo thành dịng Plazma nối liền điện cực

Chúng ta xét trình ion hố chất khí hai điện cực với nguồn điện áp chiều hình 4.1 Giả thiết ban đầu lý có tồn điện tử tự phía cực âm Dưới tác dụng điện trường E, điện tử bay phía cực dương Trong trình chuyển động điện tử va chạm với phân tử khí gây nên ion hoá với hệ số ion hoá  Sau lần ion hoá xuất thêm điện tử tự ion dương Các điện tử tự sinh gia tốc, tích luỹ lượng gây nên ion hoá, đồng

thời ion dương sinh sinh chuyển động theo chiều ngược lại bay phía cực âm gây ion hố chất khí với hệ số  (thường <<)… Do số lượng điện tích (ion dương điện tử tự do) khoảng không gian hai điện cực tăng lên nhiều lần, chúng tập hợp thành thác điện tích; thường gọi thác điện tử

Trên hình 4.1a cho ta mơ hình thác điện tử thác phát triển tới độ dài x Do điện tử bé nhẹ nên tốc độ lớn dễ khuếch tán dồn phía đầu thác rải khoảng khơng gian rộng Cịn ion dương có khối lượng kích thước lớn,

nên di chuyển chậm với tốc độ chậm (bằng khoảng 1/100 tốc độ điện tử), chúng phân bố khu vực thân thác Hình 4.1b cho phân bố điện tử tự (ne) ion dương (ni) Sự tồn điện tích thác điện tử tạo nên điện trường phụ điện tử tự (Ee) ion dương (Ei) gây nên (hình 4.1c) Chúng làm biến dạng điện trường tổng, đường biểu diễn hình 4.1d

Xét biến dạng trường (hình 4.1d) ta thấy phía đầu thác trường tăng cường nhiều, sau đầu thác trường lại giảm đột ngột, hai nơi có khả xạ phô tôn Ở đầu thác trường tăng cường cao điện trường E bên ngoài, dẽ dàng gây nên ion hố phần khí tạo nên thác điện tử hướng phía điện cực đối diện Mặt khác, trường tăng cao làm cho phân tử khí gần bị kích thích, chúng trở lại trạng thái ban đầu trả lại lượng dạng phô tôn Cịn phía sau đầu thác trường giảm đột ngột nên xảy tượng kết hợp trả lại lượng đươi dạng phô tôn Các phô tôn chuyển động với tốc độ tương đương tốc độ ánh sáng, nên thác ban đầu phát triển (giả thiết đoạn x) phơ tơn dã vượt trước thác, gây ion hóa hình thành thác thứ cấp phía trước thác ban đầu có khả giải điện tử từ bề mặt điện cực góp phần tăng thêm số lượng điện tích để thác điện tử ban đầu kểt

Dưới tác dụng điện trường, thác điện tích phát triển đồng thời kéo dài tiếp cận với điện cực điện tích thác điện tử trung hồ điện cực, kết thúc q trình hình thành phát triển thác điện tử

Quá trình chưa thể gọi phóng điện chưa tạo nên dịng điện lưu thơng liên tục hai điẹn cực Như để có phóng điện cần thiết phải có xuất điện tử để hình thành thác mới, trước thác thứ kết thúc hình thành thác thứ cấp phía trước thác ban đầu

Trong giai đoạn tiếp theo, thác đuổi kịp hình thành “dịng” hướng từ cực âm đến cực dương Đồng thời hình thành dịng điện tích dương hướng ngược lại (gọi dòng dương) Thực tế cho ta thấy thác điện tích có mật độ điện tích lớn (khoảng 1012 ion/cm3) gần tiếp cận tới điện cực dương, toàn điện áp hai điện cực dồn đặt lên khe khí hẹp cường độ điện trường lớn làm bứt ion dương từ cực dương chuyển động theo chiều ngược lại thác điện tử Khi chúng hoà nhập làm gây nên phóng điện chọc thủng điện mơi khí tạo thành dịng plazma, kết thúc q trình phóng điện

Thường phóng điện chất khí xảy nhanh gần tức thời, khe hở khí cm thời gian phát triển phóng điện chọc thủng khoảng 10-8÷10-7giây

4.2.4 Các dạng phóng điện điện mơi khí

Tuỳ thuộc vào cơng suất nguồn, áp suất khí dạng điện trường, q trình hình thành dịng Plasma có khác đưa đến dạng phóng điện khác nhau:

Xảy áp suất thấp, Plasma khơng thể có điện dẫn lớn số lượng phân tử khí q Phóng điện toả sáng thường chiếm tồn khoảng không gian điện cực ứng dụng ống phát sáng, đèn nêon

*)Phóng điện tia lửa

Xảy áp suất lớn, Plasma khơng chiếm hết tồn khoảng khơng gian mà tập trung vào khe khí hẹp nối điện cực Mật độ ion dòng Plasma lớn nên dẫn dịng điện lớn khơng lớn q bị giới hạn cơng suất nguồn, VD: sét

*)Phóng điện hồ quang

Tương tự phóng điện tia lửa công suất nguồn lớn tác dụng thời gian dài Dịng điện hồ quang lớn, đốt nóng dịng Plasma làm cho điện dẫn tăng thêm dịng điện hồ quang tăng Dịng điện tăng tới mức ổn định có cân phát nóng toả nhiệt khe hồ quang VD: hàn hồ quang, lò hồ quang…

*) Phóng điện vầng quang

Chỉ tồn trường đồng xuất khu vực xung quanh điện cực Dạng phóng điện khơng hồn tồn dịng Plasma khơng nối liền điện cực khơng thể có dịng điện lớn Phóng điện vầng quang chưa làm hẳn tính chất cách điện khe hở không nên để phát sinh vầng quang gây nhiều tác hại khác: gây tổn thất lượng lớn đường dây truyền tải

4.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền điện điện mơi khí a Khái qt

Độ bền điện điện mơi khí trước hết phụ thuộc vào dạng điện trường, điện trường đồng độ bền điện cao nhiều trường không đồng

Điện áp đặt vào khoảng khí lớn đánh thủng phát triển nhanh Nếu khoảng thời gian tác động điện áp nhỏ điện áp đánh thủng phải tăng lên

- Độ ẩm khơng khí: Khi độ ẩm khơng khí % 70%, thường ảnh hưởng, độ ẩm tăng cao làm giảm đáng kể độ bền điện điện mơi khí

b Đánh thủng chất khí trường đồng nhất

Trị số trường điểm (E = const) nên q trình hình thành phát triển phóng điện khơng phụ thuộc vào cực tính

Sự đánh thủng xảy tức thời điện áp đạt đến trị số định tuỳ thuộc vào nhiệt độ áp suất khí Nếu nguồn áp đủ lớn cực xuất tia lửa biến thành hồ quang

Khi nhiệt độ khoảng cách điện cực khơng đổi độ bền điện phụ thuộc vào áp suất chất khí (hay mật độ phân tử),

hình 4.2

Trong trường có nhiệt độ áp suất khơng đổi cường độ điện trường đánh thủng chất khí phụ thuộc vào khoảng cách điện cực hình 4.3

c Trong điện trường khơng đồng nhất

Sự đánh thủng khí tượng xuất phóng điện phần dạng phóng điện vầng quang chỗ mà cường độ điện trường đạt đến trị số tới hạn Hiện tượng vầng quang chuyển sang phóng điện tia lửa hồ quang điện áp tăng lên

Xét dạng điện cực điển hình cho trường không đồng đôi cực mũi nhọn (kim) - cực (mặt phẳng):

Sự phân bố điện trường mơ tả hình 4.4 Do tăng cường độ trường phía điện cực có bán kính cong bé nên q trình ion hố, q trình phóng điện bắt nguồn từ dù điện cực dương hay âm khác cực tính lại ảnh hưởng lớn đến giai đoạn phát triển sau

*)Khi mũi nhọn có cực tính dương

Mũi nhọn khu vực có điện trường mạnh nên trước xuất vầng quang có q trình ion hố tạo nên thác điện tử Các thác di chuyển phía mũi nhọn tới nơi điện tử thác vào điện cực để lại ion dương tạo nên lớp điện tích khơng gian khu vực mũi nhọn, trường điện tích khơng gian dương E' làm biến dạng trường tổng (hình 4.5a) kết bên phải trường tăng cường (E' phương với trường E) tạo điều kiện cho trình lan truyền điện tích từ vầng quang điện cực đối diện, ngược lại phía bên trái tức khu vực điện cực mũi nhọn trường bị giảm (E' ngược phương với E) hạn chế q trình ion hố gây khó khăn cho hình thành vầng quang Vì trình đánh thủng trường dễ xảy điện áp tăng lên (hình 4.5b)

Hình 4.5: Q trình phóng điện vầng quang mũi nhọn có cực

tính dương

Hình 4.6:Q trình phóng điện vầng quang mũi nhọn có cực

tính âm

*)Khi mũi nhọn có cực tính âm:

Cường độ điện trường ngồi giảm dần từ mũi nhọn đến cực - đường (1) Q trình ion hố hình thành thác điện tử xảy khu vực điện cực mũi nhọn (cực âm) Các điện tử thác di chuyển phía điện cực dương (cực bản) bay phía này, điện tử rơi vào khu vực trường yếu dần (phân bố trường E theo đường chấm hình 4.6a) nên ngồi số bay tới cực dương bị hút vào đấy, số lại tốc độ bị giảm dần nên dễ bị hút vào ngun tử ơxy, hình thành lớp điện tích khơng gian âm lưng chừng khoảng điện cực (hình 4.6a)

Điện tích dương thác di chuyển phía mũi nhọn hình thành lớp điện tích khơng gian dương khu vực Chúng không bị hút vào cực âm khối lượng chúng lớn nên tốc độ di chuyển bé Trường lớp điện tích khơng gian (E+- lớp điện tích khơng gian dương; E- lớp điện tích khơng gian âm) làm biến dạng trường chung Do mật độ lớp điện tích khơng gian âm bé so với điện tích khơng gian dương nên tác dụng làm biến dạng trường yếu cường độ trường tổng khu vực mũi nhọn tăng cường làm cho q trình ion hố phóng điện vầng quang phát triển dễ dàng, lúc hình thành nhiều thác điện tử Thực nghiệm cho thấy: điện áp vầng quang mũi nhọn có cực tính dương cao so với mũi nhọn có cực tính âm khoảng cách điện cực

Nhưng sau điện trường giảm mạnh có tác dụng ngăn cản điện tích lan truyền từ vầng quang sang phía điện cực phẳng Vì thế, đánh thủng khó khăn so với trường mũi nhọn có cực tính (+) (Trị số điện áp phóng điện cao từ đến 2,5 lần) Khi điện áp tăng lên mức độ điện trường phân bố phía điện cực phẳng tăng cao xuất ion hố tạo nên q trình phóng điện ngược có tốc độ phát triển nhanh (109cm/s) hình thành dịng điện có điện dẫn lớn nối liền điện cực, kết thúc q trình phóng điện (hình 4.6b)

* Biện pháp để nâng cao trị số Uđt trường không đồng nhất:

Một biện pháp tiêu biểu sử dụng chắn, chắn làm vật liệu cách điện mà độ bền điện khơng quan trọng lắm, đặt khoảng mũi nhọn mặt phẳng Hiệu chắn phụ thuộc vào vị trí chắn cực tính mũi nhọn

4.2.7 Phóng điện điện áp xung

Thực tế cách điện phải chịu tác dụng loại điện áp xung kích điện áp khí gây phóng điện sét lên đường dây khơng sét đánh gần khu vực đường dây Phóng điện xung kích tác động trực tiếp đến cách điện thiết bị lan truyền đường dây đến cách điện trạm Cường độ biên độ sét lớn gây phóng điện đường dây, đường dây với đất cách điện đầu vào thiết bị Có thể làm ngắn mạch hệ thống hư hại đến cách điện bên thiết bị

Đặc điểm dạng sóng có biên độ lớn, độ rốc sườn trước rốc, thời gian tồn nhanh

Để thử điện áp phóng điện xung kích cho cách điện người ta dùng thiết bị phát điện áp xung kích dạng sóng máy phát tạo tiêu chuẩn toàn giới: độ dài đầu sóng 1,2/s  30 % độ dài sóng 50/s  20 % (ký hiệu sóng  = 1,2/50), hình 4.8

4.3 SỰ ĐÁNH THỦNG ĐIỆN MƠI LỎNG

Điện mơi lỏng điều kiện bình thường có độ bền điện cao chất khí nhiều Sự tồn tạp chất (nước, khí, bụi bẩn, hạt học nhỏ ) làm cho tượng đánh thủng chất lỏng phức tạp việc xây dựng lý thuyết xác đánh thủng chất lỏng khó khăn Sau lần phóng điện sinh tạp chất muội khói chất lỏng bị đốt cháy

*.Lý thuyết nhiệt: (áp dụng với điện môi lỏng kỹ thuật) gắn đánh thủng điện môi lỏng với nhiệt cục sôi cục chất lỏng bọt chỗ có lượng tạp chất nhiều dẫn đến việc tạo thành cầu khí điện cực

* Lý thuyết ion hóa: Đối với chất lỏng lọc tạp chất ta áp dụng lý thuyết đánh thủng ion hoá chất khí Do mật độ phân tử chất lỏng cao nên độ bền chất lỏng cao chất khí chất lỏng chiều dài đoạn đường tự điện tử giảm nhiều

*.Lý thuyết đánh thủng điện tuý: (điện môi lỏng tinh khiết) gắn tượng đánh thủng với bứt điện tử khỏi điện cực kim loại với phân huỷ thân phân tử chất lỏng tác dụng điện trường mạnh

* Các yếu tố ảnh hưởng đến đánh thủng điện môi lỏng:

+ Tạp chất: Khi nồng độ tạp chất tăng lên, độ bền điện điện môi lỏng giảm rõ rệt

+ Khi nhiệt độ làm việc < 800C độ bền điện phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng cao độ bền điện giảm xuống, đặc biệt điện môi chứa nhiều tạp chất

+ áp suất: điện mơi lỏng bình thường khơng phụ thuộc áp suất, có chứa bọt khí cường độ cách điện tăng áp suất tăng

+ Thời gian tác động điện áp tăng độ bền điện giảm Chất lỏng chứa nhiều tạp chất suy giảm mạnh

4.4 SỰ ĐÁNH THỦNG ĐIỆN MÔI RẮN

Khi nghiên cứu phóng điện điện mơi rắn ta thấy có khả xảy phóng điện đánh thủng hay cịn gọi phóng điện xun qua điện mơi rắn phóng điện bề mặt điện mơi rắn

4.4.1 Phóng điện đánh thủng điện mơi rắn

Điện môi rắn bị đánh thủng hồn tồn tính cách điện, khơng khơi phục Người ta phân biệt thành bốn dạng phóng điện sau

a Sự đánh thủng điện môi vĩ mô đồng

Sự đánh thủng phát triển nhanh, xảy khoảng thời gian nhỏ 10-7  10-8s lượng nhiệt Về chất q trình điện tử t chất rắn hình thành nên thác điện tử từ số điện tử ban đầu

b Sự đánh thủng điện môi không đồng

Đặc trưng cho điện môi kỹ thuật mà hầu hết chứa tạp chất khí Uđt điện mơi khơng đồng (trong trường đồng hay không đồng nhất) thường khơng cao khác Hiện tượng đánh thủng phát triển nhanh Khi tăng chiều dày mẫu thí nghiệm độ khơng đồng cấu trúc tăng lên, số lượng chỗ yếu, bọt khí tăng lên độ bền điện điện trường đồng hay không đồng giảm

c Sự đánh thủng điện hố

Có ý nghĩa đặc biệt quan trọng nhiệt độ độ ẩm khơng khí cao Dạng đánh thủng thấy điện áp chiều xoay chiều tần số thấp trình điện phân phát triển vật liệu làm cho điện trở cách điện bị giảm không hồi phục Hiện tượng gọi hố già điện mơi Nó làm cho độ bền điện giảm dần cuối điện môi bị đánh thủng cường độ thấp nhiều so với thí nghiệm

* Những q trình hố học chủ yếu gây nên hoá già vật liệu cách điện: Sự ơxy hóa, rùng hợp, khử trùng hợp, thủy phân, bay …

d Sự đánh thủng nhiệt

Sự đánh thủng điện nhiệt (đánh thủng nhiệt) thực chất nung nóng vật liệu điện trường đến nhiệt độ làm vật liệu bị nứt phồng, cong vênh, biến màu phá huỷ nhiệt, liên quan tới tăng mức điện dẫn rị tổn thất điện mơi

4.2.7 Phóng điện bề mặt điện môi rắn

đường dây điện cao áp, phóng điện thường khơng làm hư hỏng cách điện dẫn tới ngắn mạch hệ thống, gây tổn hao… Do ta cần hạn chế không để xảy

* Các yếu tố ảnh hưởng đến phóng điện bề mặt: - Tình trạng bề mặt điện mơi rắn

- Nhiệt độ, áp suất khí (nhiệt độ cao, áp suất giảm Upđbm giảm) - Độ ẩm mơi trường (kk tăng Upđbm giảm)

- Thời gian tác động điện áp (thời gian ngắn Upđbm tăng) Điều không với bề mặt mà với khoảng khí

- Hình dáng điện cực phân bố trường: trường đồng Uđt giảm Trong trường không đồng Uđt phụ thuộc vào hình dáng điện cực phân bố trường

* Biện pháp để nâng cao trị số điện áp phóng điện:

- Sử dụng sơn quét tráng men, tạo độ bóng bề mặt hạn chế ảnh hưởng độ ẩm không khí

-Thường xuyên vệ sinh thiết bị

-Tăng chiều dài phóng điện bề mặt, chiều dài rị điện cách tạo gờ tán -Đối với trường theo phương tiếp tuyến lớn người ta sử dụng cực ngầm Bằng cách làm cho trường tập trung phía cực ngầm, làm tăng điện áp phóng điện mặt

- Đối với trường theo phương pháp tuyến lớn người ta sơn lớp sơn bán dẫn khu vực phân bố trường theo phương pháp tuyến lớn làm đẳng lớp sơn nên làm giảm trường phân bố theo phương pháp tuyến

Chương 5

TÍNH CHẤT CƠ - LÝ - HỐ CỦA ĐIỆN MƠI

5.1 TÍNH HÚT ẨM CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN

5.1.1 Độ ẩm khơng khí

Trong khơng khí ln chứa lượng nước định

Độ ẩm tuyệt đối khơng khí: Được đánh giá khối lượng (mg) nước chứa đơn vị thể tích khơng khí (m3)

V m

t 

 (mg/m3) (5.1)

Ứng với nhiệt độ xác định, khơng khí khơng thể chứa lượng nước lớn mmax rơi xuống dạng sương

- Độ ẩm tương đối khơng khí:

% 100 m

m %

max kk 

 (5.2)

5.1.2 Độ ẩm vật liệu

Các vật liệu cách điện với mức độ nhiều hay hút ẩm tức đặt mẫu vật liệu có độ ẩm vl,

(1) (2)

cb

t



trong môi trường có kk, sau thời gian vật liệu đạt độ ẩm cân cb

Trên hình 5.1, vl<kk, vật liệu bị ngấm ẩm (đường 1), vl<kk, vật liệu bị sấy khô tự nhiên (đường 2),

Việc xác định độ ẩm vật liệu cách điện quan trọng để chọn điều kiện thử nghiệm tính chất điện vật liệu

5.1.3 Tính thấm ẩm

Là khả cho nước xuyên qua thân vật liệu Tất vật liệu có khảng cách phân tử lớn kích thước phân tử nước, cho nước xuyên qua Đặc điểm quan trọng đánh giá chất lượng vật liệu dùng để sơn phủ bảo vệ Phần lớn vật liệu thấm ẩm qua lỗ xốp nhỏ

Để làm giảm độ thấm ẩm hút ẩm vật liệu cách điện xốp người ta dùng sơn tẩm dầu

Ở điện môi hữu thường có nấm mốc phát triển huỷ hoại Nấm mốc làm xấu điện trở suất mặt điện môi, tăng tổn thất giảm độ bền chất cách điện, gây ăn mòn phận kim loại tiếp xúc với

Để chống nấm mốc người ta thêm vào thành phần vật liệu cách điện hữu chất Fungixit phủ lên chất cách điện lớp sơn chứa Fungixit

5.1.4 Sự hấp phụ nước bề mặt điện môi

Đối với vật liệu không thấm ẩm đặt mơi trường ẩm bề mặt vật liệu hình thành màng ẩm hay bị ngưng tụ lớp nước Quá trình ngưng tụ nước bề mặt vật liệu gọi hấp phụ nước bề mặt vật liệu

Lớp nước phụ thuộc vào độ ẩm, cấu trúc bề mặt loại vật liệu Độ ẩm lớn bề dày lớp hấp phụ lớn Những vật liệu có kết cấu tinh thể ion hay cực tính mạnh có khả hấp phụ mạnh, cịn vật liệu trung tính hay cực tính yếu có hấp phụ nhỏ

Khả dính nước (hoặc chất lỏng khác) điện mơi đặc trưng “góc nghiêng dính nước”  giọt nước đổ lên mặt phẳng vật liệu. nhỏ dính nước mạnh

Hình 5.2: Giọt chất lỏng bề mặt vật liệu 5.2 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐIỆN MƠI

5.2.1 Độ bền chịu kéo, nén, uốn

Mỗi vật liệu ứng với hình dạng kích thước xác định có khả chịu kéo, chịu nén, chịu uốn định Chúng đặc trưng ứng suất tới hạn, làm việc yêu cầu ứng suất phải nhỏ giá trị tới hạn

 > 900

Độ bền vật liệu cách điện phụ thuộc vào nhiệt độ thường giảm nhiệt độ tăng Độ bền vật liệu hút ẩm phụ thuộc đáng kể vào độ ẩm

5.2.2 Tính giịn

Độ giịn vật liệu, khả vật liệu chống chịu tác dụng lực học đột ngột, bất ngờ

5.2.3 Độ cứng

Là khả lớp bề mặt vật liệu chống lại biến dạng lực nén truyền từ vật có kích thước nhỏ vào

Đối với vật liệu vơ cơ: Độ cứng xác định theo thang khoáng vật thang thập phân quy ước độ cứng

Đối với vật liệu hữu cơ: Xác định phương pháp Brinel phương pháp lắc Cuznexôp

5.2.4 Độ nhớt

Là đặc tính quan trọng vật liệu cách điện lỏng nửa lỏng

Độ nhớt động lực học  hay gọi hệ số ma sát bên chất lỏng Độ nhớt động học:

N



  (N mật độ phân tử chất lỏng) (5.3) Tất chất khơng bị biến đổi hố học nung nóng có độ nhớt giảm theo hàm số mũ nhiệt độ tăng

5.3 TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA ĐIỆN MÔI

Nhiệt độ yếu tố có ảnh hưởng lớn tới tính chất điện, điện mơi Những tính chất nhiệt quan trọng điện mơi là: Độ bền chịu nóng, độ bền chịu lạnh, độ dẫn nhiệt giãn nở dài

5.3.1 Tính chịu nóng vật liệu cách điện

Khả chịu nóng khả vật liệu chi tiết chịu đựng không bị hư hỏng thời gian ngắn lâu dài tác động nhiệt độ cao thay đổi đột ngột nhiệt độ

Đối với điện mơi vơ cơ: Khả chịu nóng xác định nhiệt độ (đo oC) mà điện mơi bắt đầu có thay đổi mạnh tính chất điện (tg tăng hay điện trở suất giảm)

Đối với điện môi hữu cơ: Khả chịu nóng xác định nhiệt độ (đo oC) mà điện mơi bắt đầu có thay đổi mạnh tính chất học: Khả chịu kéo giảm mạnh, độ cứng giảm hay khả chịu uốn giảm mạnh…

Đối với điện môi lỏng cần phân biệt nhiệt độ cháy nhiệt độ chớp cháy Nhiệt độ chớp nháy: Là nhiệt độ mà nung nóng chất lỏng đến nhiệt độ hỗn hợp với khơng khí bốc cháy đưa tia lửa vào gần

*)Độ bền chịu nóng hay nhiệt độ làm việc cao cho phép, nhiệt độ mà sử dụng vật liệu nhiệt độ thiết bị thời gian phục vụ định trước theo yêu cầu kinh tế kĩ thuật thiết bị đảm bảo

Độ bền chịu nóng giải sở độ bền chịu nóng vật liệu có ý đến hệ số dự trữ Hệ số phụ thuộc vào điều kiện làm việc, mức độ an toàn cần thiết tuổi thọ chất cách điện

*) Tiêu chuẩn Uỷ ban Kỹ thuật điện Quốc tế xem xét phân loại vật liệu cách điện theo độ bền chịu nóng (nhiệt độ làm việc lớn cho phép),như sau

Cấp cách điện Y A E B F H C

Nhiệt độ cho phép (oC) 90 105 120 130 155 180 >180 Cấp Y: bao gổm vật liệu sợi gốc xenlulô tơ(vải, sợi, giấy, gỗ )chưa được ngâm tẩm vật liệu cách điện lỏng.

Cấp A: Là vật liệu cấp Y ngâm tẩm (giấy tẩm, vải tẩm, nhựa pôlyamit )

Cấp E: gồm chất dẻo có chất độn hữu lớp nhựa liên kết chịu nhiệt loại Fenol focmalđêhit loại khác (Hêtinắc,Téctôlit )

Cấp B: mica vụn, sợi Amian, vải sơn thuỷ tinh, téctôlit thuỷ tinh Cấp F: Micanit, Êpoxi poliête chịu nhiệt, silic hữu

Cấp H: tương tự cấp F, chất liên kết loại nhựa silic hữu có độ bền nhiệt đặc biệt cao.

Cấp C: Gồm vật liệu vô túy, hồn tồn khơng có thành phần kết dính hay tẩm.

Các loại Y, A, E gồm chủ yếu vật liệu tuý hữu cơ, Các loại có độ bền chịu nóng cao chứa thành phần vô nhiều

Việc phân loại vật liệu cách điện hỗn hợp chúng theo độ bền chịu nóng đồi hỏi phải làm thử nghiệm công phu lâu dài mẫu vật liệu hoá già nhiệt điều kiện gần với điều kiện làm việc bình thường vật liệu (như: cường độ trường, độ ẩm khơng khí …)

Với vật liệu cách điện đặc biệt giòn, dễ vỡ (thuỷ tinh, vật liệu gốm ) cần phải thử nghiệm độ bền xung nhiệt

Thông thường nhiệt độ làm việc thiết bị điện bị giới hạn nhiệt độ làm việc vât liệu cách điện Vì vậy, khả nâng cao nhiệt độ làm việc chất cách điện quan trọng Trong máy điện thiết bị điện, việc nâng cao nhiệt độ cho phép nhận cơng suất cao kích thước khơng đổi, giữ ngun cơng suất giảm kích thước, trọng lượng giá thành thiết bị

Sự giảm xấu chất lượng cách điện phát nhiệt độ tác động lâu dài q trình hố học diễn cách chậm chạp gọi hoá già nhiệt chất cách điện VD: màng sơn xen lu lơ: tăng độ rắn giịn, tạo thành vết nứt Ngồi ra, tốc độ hố già cịn chịu ảnh hưởng áp suất khơng khí, nồng độ ơxy, chất phản ứng hoá học làm nhanh chậm trình hố già

5.3.2 Tính chịu băng giá: (Hay độ bền chịu lạnh)

Là khả chất cách điện làm việc không bị giảm độ tin cậy vận hành nhiệt độ thấp (-70  -60oC)

Thường nhiệt độ thấp tính chất điện vật liệu cách điện tốt có nhiều vật liệu dẻo đàn hồi trở nên giòn cứng nhiệt độ thấp, gây khó khăn cho làm việc chất cách điện

Các chất lỏng cách điện nhiệt độ thấp đơng cứng làm cho thiết bị có cách điện chất lỏng khó thao tác được, ví dụ: máy cắt dầu

5.3.3 Độ dẫn nhiệt

Độ dẫn nhiệt vật liệu cách điện có ý nghĩa quan trọng trình làm việc, nhiệt toả tổn thất công suất dây dẫn bọc cách điện, lõi thép máy điện, tổn thất điện môi chất cách điện, truyền qua môi trường xung quanh qua nhiều lớp vật liệu khác Sự truyền nhiệt gây phát nóng cục ảnh hưởng đến độ bền nhiệt vật liệu

5.3.4 Sự giãn nở nhiệt điện môi: Đánh giá giãn nở dài theo nhiệt độ:

dt dl l 1

l 

 [độ-1] (5.4) Những vật liệu có hệ số giãn nở dài theo nhiệt độ nhỏ thường có độ bền chịu nóng cao ngược lại

5.4 TÍNH CHẤT HỐ HỌC CỦA ĐIỆN MƠI

5.4.1- Tính chất hố học

Phải nghiên cứu tính chất hố học điện mơi hai ngun nhân:

Độ tin cậy vật liệu phải đảm bảo làm việc lâu dài ,khơng bị phân huỷ để giải sản phẩm phụ, khơng ăn mịn kim loại tiếp xúc với Khơng phản ứng với chất khác

Khi sản xuất chi tiết gia cơng vật liệu phương pháp hố cơng khác nhau: dính được, hồ tan dung dịch thành sơn

5.4.2 Tính chịu tác động xạ lượng cao

Độ bền xạ mức độ bền vững vật liệu tác động xạ, mức độ trì tính chất điện chúng

Bức xạ lượng cao sử dụng q trình cơng nghệ để tạo vật liệu có tính chất quý giá thực tế,

Sự hấp thụ phóng xạ vật liệu phụ thuộc vào chất vật liệu chất lượng phóng xạ Khi gặp bề mặt vật liệu lượng phóng xạ giảm theo mức độ thấm vào chiều sâu vật liệu

Tác động xạ dẫn đến hàng loạt biến đổi phân tử phản ứng hoá học Khi xạ lâu dài với cường độ mạnh chất bị xạ bị phân huỷ

Chương 6

VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN

6.1 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN - PHÂN LOẠI

* Tầm quan trọng vật liệu cách điện:

Vật liệu cách điện có ý nghĩa quan trọng kỹ thuật điện Chúng dùng để ngăn cách phần mang điện phần không mạng điện phần mang điện với nhau.Nếu khơng có vật liệu cách điện khơng thể chế tạo loại thiết bị nào, cho dù đơn giản

* Phân loại:

- Phân theo trạng thái: Khí, lỏng, rắn Ngồi cịn có vật liệu hoá rắn - Phân theo bản chất hoá học: Vật liệu cách điện vô hữu

+ Cách điện hữu có tính học đáng q tính dẻo, đàn hồi nhiên chúng có độ bền nhiệt thấp

+ Cách điện vô thường giịn, khơng có tính dẻo đàn hồi Chế tạo phức tạp có độ bền nhiệt cao

+ Ngồi cịn có vật liệu có tính trung gian vơ hữu cơ: vật liệu hữu phân tử chúng có chứa nguyên tố đặc trưng cho vật liệu vô cơ: Si, Al, P

- Phân theo khả chịu nhiệt: vật liệu phân thành cấp Y, A, E, B, F, H, C Việc phân cấp theo nhiệt độ làm việc lớn cho phép có ý nghĩa thực tiễn quan trọng

6.2 VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN THỂ KHÍ

Trước tiên ta cần phải nhắc đến khơng khí Nó thường tham gia vào thiết bị điện giữ vai trò vật liệu cách điện hỗ trợ thêm cho vật liệu cách điện rắn lỏng Hay tạo nên lớp cách điện dây dẫn trần đường dây tải điện không

1) Hiđro: H2 chất khí nhẹ Dùng làm mát thay khơng khí máy điện giảm tổn thất công suất ma sát rôto với chất khí quạt gió gây Do khơng có tác dụng ơxy hố (vì khơng có ơxy) nên dùng H2 làm chậm hoá già chất cách điện hữu dây quấn máy điện loại trừ khả hoả hoạn trường hợp bị ngắn mạch bên máy điện

3) Khí Elêga: Khí điện (êlêga-SF6) có độ bền điện lớn khơng khí 2,5 lần Nó khơng độc, chịu tác dụng hố học, khơng phân huỷ đốt nóng tới 800oC Đặc biệt áp suất cao êlêga có ưu điểm lớn Chỉ lượng nhỏ êlêga lẫn vào khơng khí làm tăng độ bền điện lên nhiều, điều ứng dụng vào số thiết bị điện cao áp

6.5 ĐIỆN MÔI LỎNG

1- Dầu mỏ cách điện:

a Dầu biến áp:Được dùng nhiều kỹ thuật điện Nó có cơng dụng chính:

+ Lấp đầy lỗ xốp vật liệu cách điện gốc sợi khoảng trống dây dẫn cuộn dây cuộn dây với vỏ máy biến áp, làm tăng độ bền điện lớp cách điện lên nhiều

+ Tăng cường thoát nhiệt tổn hao công suất dây quấn lõi thép MBA sinh

+ Ngồi cịn dùng máy cắt dầu cao áp

- Dầu biến áp chế tạo từ dầu mỏ phương pháp chưng cất Nó phải có nhiệt độ chớp cháy cao độ nhớt thấp

- Độ bền điện dầu giảm nhiều có lẫn nước tạp chất Khi sấy khơ mức độ bền điện phục hồi

Sau thời gian làm việc dầu bị hóa già người ta phải lọc tái chế lại, tốc độ hoá già dầu tăng lên trường hợp sau:

+ Khi có ơxy lọt vào Đặc biệt tiến triển mạnh tiếp xúc với ôzon + Khi nhiệt độ tăng

+ Khi có tiếp xúc dầu với số kim loại (đồng, sắt, chì ) + Khi có tác dụng ánh sáng

+ Khi có tác dụng điện trường cường độ cao

b Dầu tụ điện:Để tẩm tụ điện giấy, đặc biệt tụ động lực dùng để bù thiết bị điện Khi tẩm dầu điện trở cách điện độ bền điện tăng lên, làm giảm kích thước, trọng lượng giá thành tụ điện

c Dầu cáp: Dùng để tẩm lớp giấy cách điện cáp làm tăng độ bền điện dùng cho cáp điện lực Có nhiều loại dầu cáp khác

2 Điện môi lỏng tổng hợp:

a Xôvôn: Là chất lỏng không mầu suốt, nặng dầu mỏ Độ nhớt cao đầu biến áp nhiều Ở nhiệt độ bình thường tần số thấp   (nó phụ thuộc vào nhiệt độ tần số theo tính quy luật đặc trưng cho điện mơi cực tính)

Xơvơn xơvtơn khơng dùng máy cắt chứa chất lỏng dập hồ quang xơvơn có bồ hóng với có tính độc tính ăn mịn Khi làm việc cần ý khơng để dính vào da đảm bảo thơng gió tốt

c Chất lỏng Flo hữu cơ: Có tổn hao điện mơi nhỏ, độ hút ẩm nhỏ không đáng kể độ bền nhiệt cao Độ nhớt nhỏ, tương đối dễ bay hơi, khả đảm bảo thoát nhiệt khỏi dây quấn lõi từ chất lỏng Flo hữu mạnh nhiều so với dầu mỏ

Ưu điểm: Khơng cháy được, có độ bền chịu hồ quang cao đắt tiền

3 Dầu thực vật:Là những chất lỏng nhớt thu từ hạt loại thực vật khác Cần đặc biệt ý tới dầu khơ Nó thường dùng chế tạo sơn dầu cách điện, vải sơn, tẩm gỗ

Có loại dầu khô phổ biến dầu gai dầu trẩu (Thu từ hạt gai hạt trẩu) Dầu trẩu chóng khơ dầu gai

A VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN HỮU CƠ

6.4 KẾT CẤU - PHÂN LOẠI ĐIỆN MÔI HỮU CƠ

1 Kết cấu:

Trong loại vật liệu cách điện, VLCĐ hữu đóng vai trị quan trọng, tham gia vào hầu hết cách điện thiết bị điện

Vật liệu hữu cao phân tử có tầm quan trọng đặc biệt Đó hợp chất bon (C) với nguyên tố khác

Cấu trúc phân tử có ảnh hưởng đến tính chất chất hữu Một số vật liệu cách điện hữu chất thấp phân tử (số nguyên tử hình thành phân tử vài đến hàng trăm) VD: hyđrôcacbon dầu mỏ, Xôvôn Đa số chất cao phân tử: số lượng nguyên tử lớn (1 phân tử có hàng chục ngàn nguyên tử) VD: polime

2 Phân loại:

* Theo nguồn gốc:Tự nhiên, tổng hợp nhân tạo. * Theo cấu trúc phân tử:

- Pôlime đường thẳng: cấu trúc phân tử hình chuỗi xích Loại mềm, co giãn tốt Khi nhiệt độ tăng lên vừa phải chúng hố dẻo sau nóng chảy Chúng dễ hồ tan nhiều loại dung mơi thích hợp, có khả tạo sợi mảnh, dẻo bền tạo sản phẩm dệt màng mỏng

- Pôlime không gian: cấu trúc phân tử phát triển theo nhiều hướng khác Chúng hố dẻo nhiệt độ cao có chưa đạt tới nhiệt độ hố dẻo nhiều loại bị phá huỷ mặt hoá học (cháy, phồng lên ), khó hồ tan dung mơi, có loại khơng thể hồ tan Chúng khơng thể tạo sợi dệt màng mỏng

* Theo tính chất nhiệt:

- Loại nhiệt cứng: bị nung nóng biến đổi tính chất không phục hồi trở nên rắn lại, khơng hố dẻo khơng hồ tan Vật liệu nhiệt cứng thường pôlime không gian polime chuyển sang cấu trúc khơng gian bị đốt nóng

* Theo tính hút ẩm và tính chất điện:

- Loại có phân tử trung hồ: hút ẩm, tg bé, độ bền học không cao - Loại có phân tử cực tính: tính hút ẩm nhiều hơn, tính chất điện độ bền cao

6.5 NHỰA CÁCH ĐIỆN

1 Khái niệm:

Là tên gọi nhóm rộng vật liệu có nguồn gốc tính khác có 1số đặc điểm giống chất hoá học số tính chất vật lý chung Ở nhiệt độ thấp cứng giịn nhiệt độ tăng lên trở nên dẻo, đàn hồi Nhựa khơng hịa tan nước, lại hòa tan số dung môi

1 Nhựa thiên nhiên:

Là chất số động vật (cánh kiến) loại có nhựa (nhựa thơng) tiết Người ta khai thác chúng dạng sẵn có tự nhiên cần tẩy sạch, nấu chảy

* Cánh kiến:

Do số côn trùng tiết cành xứ nóng Người ta thu nhặt theo kiểu thủ công, lọc bẩn nấu chảy

Đặc tính cách điện:  =3,5;  =1015 1016.cm; tg = 0,01;Eđt= 2030 KV/mm * Nhựa thơng (Colofan):

Là loại nhựa giịn mầu vàng nâu, dùng nhựa thơng hồ tan dầu mỏ vào việc sản xuất hợp chất để tẩm ngâm cáp

Đặc tính cách điện:  =1014 1015.cm; Eđt= 1015 KV/mm;  tg phụ

thuộc nhiệt độ đặc trưng cho điện mơi cực tính Nhiệt độ hố dẻo: 50700C * Nhựa khống sản (điển hình Copan):

Là loại nhựa khó nóng chảy Nó bóng, cứng, khó hồ tan Nhựa phần khai thác khống sản loại có nhựa sinh trưởng trước tách phần thu từ nhựa loại mọc

Chúng dùng làm chất phụ gia cho sơn dầu nhằm tăng độ cứng màng sơn Hổ phách thuộc loại Cơpan có:  = 2,8;  =1017 1019.cm tg = 0,001 dùng làm đầu vào thiết bị cần có điện trở cách điện cao

2 Nhựa nhân tạo:

Gồm ete xenlulo (Điển hình) este xenlulo Chúng tạo từ việc xử lý hoá học xenlulo tự nhiên Chúng thuộc loại nhiệt dẻo, chịu nóng dùng chế tạo vật liệu dệt, màng mỏng, sơn, chất dẻo

Nhựa tổng hợp có vai trò quan trọng kỹ thuật cách điện Theo chất người ta lại chia nhựa tổng hợp thành nhựa trùng hợp nhựa ngưng tụ

a Nhựa trung hoà: Êtylen, Polyêtylen (PE), Polypropylen (PP) hay Polystyrol (PS) b Nhựa cực tính: Rượu Polyvinyl, nhựa Polimetylmetacrilat (thuỷ tinh hữu cơ), nhựa Flo hữu cơ, nhựa tổng hợp nhiệt dẻo, nhựa Phenolfomandehit

6.6 SƠN VÀ HỢP CHẤT CÁCH ĐIỆN 1 Khái niệm:

Sơn: Là dung dịch keo nhựa, dầu khô, bi tum chất gọi sơn hoà tan dung môi dễ bay Khi sơn sấy khô dung mơi bay cịn lại sơn chuyển sang trạng thái rắn tạo thành màng sơn

Hợp chất khác với sơn chỗ thành phần khơng có dung mơi Nó gồm

các loại nhựa, bi tum, sáp dầu trạng thái đầu chất rắn trước lúc đem dùng người ta đun nóng lên để thu chất có độ nhớt thấp

2 Sơn:

* Theo cách sử dụng sơn cách điện chia làm nhóm chính: Sơn tẩm, sơn phủ, sơn dán

- Sơn tẩm: Dùng để tẩm chất cách điện xốp đặc biệt cách điện

dạng xơ (giấy, vải, sợi, cách điện dây quấn máy điện thiết bị điện)

Khi tẩm chất cách điện có điện áp đánh thủng cao hơn, độ dẫn nhiệt lớn hơn, tính thấm ẩm giảm đi, tính học tốt Sau tẩm chất cách điện hữu bị ảnh hưởng ơxy hố khơng khí tính chịu nóng tăng lên

- Sơn phủ: Dùng để tạo bề mặt vật quét sơn lớp màng nhẵn bóng, chịu ẩm bền học

Quét sơn lên cách điện rắn xốp để cải thiện đặc tính chất cách điện (tăng điện áp phóng điện bề mặt điện trở bề mặt, chống ẩm ) Có số loại sơn phủ (Emay) dùng quét trực tiếp lên kim loại nhằm tạo bề mặt lớp cách điện (cách điện dây emay, tôn silic )

+ Men màu xếp vào loại sơn phủ + Sơn bán dẫn loại men màu đặc biệt

- Sơn dán: Dùng để dán vật liệu cách điện rắn lại với gắn vật liệu cách điện vào kim loại Ngoài đặc tính cần thiết cho sơn cách điện cịn phải có lực bám dính cao

* Theo chế độ sấy sơn chia thành loại:

Sơn sấy nóng: (dùng dung mơi sơi nhiệt độ cao) loại sơn lâu khô nhiệt độ thấp, phải sấy khô nhiệt độ > 1000C

Sơn sấy nguội: (dùng dung môi dễ bay hơi) khô nhanh tốt khơng khí nhiệt độ phịng

* Một số loại sơn cách điện quan trọng: Sơn nhựa, sơn Bakêlit, sơn Polyclovinyl, sơn Polistirol, sơn cánh kiến, sơn xenlulo, sơn dầu, Sơn dầu nhựa…

Gồm nhóm là: hợp chất tẩm hợp chất làm đầy, dùng để tẩm làm đầy lỗ trống chi tiết khác thiết bị điện, mối nối nhằm bảo vệ chất cách điện chống ẩm chống tác dụng chất có hoạt tính hố học, tăng cường điện áp phóng điện, hồn thiện điều kiện toả nhiệt làm tăng cơng suất thiết bị

4 Tẩm sấy cách điện:

- Mục đích: Nhằm tạo bề mặt lớp cách điện thiết bị lớp cách điện tốt nhằm tăng tuổi thọ thiết bị điện

- Trước tẩm chất cách điện cần đem sấy khô cẩn thận Sau sơn tẩm cần đem sấy khô lần để loại bỏ dung môi Nếu sơn nhiệt cứng cần nhiệt luyện để làm rắn màng sơn

6.7.VẬT LIỆU XƠ

1 Xơ nguồn gốc

* Xơ vật liệu mà toàn chủ yếu cấu tạo phần tử nhỏ dài Độ bền độ dẻo cao, sản xuất thuận tiện, rẻ tiền Độ bền điện độ dẫn điện không cao, độ hút ẩm cao

* Nguồn gốc:

- Phần lớn vật liệu gốc hữu gồm có:

+ Vật liệu gốc thực vật (gỗ, bông, giấy chủ yếu xenlulô) + Vật liệu gốc động vật (tơ, len)

+ Xơ nhân tạo: Thu cách chế biến hoá học nguyên liệu xơ thiên nhiên chủ yếu xenlulô

+ Xơ tổng hợp: Sản xuất từ polyme tổng hợp - Ngồi cịn có xơ vơ cơ: Trên sở mica, xơ thuỷ tinh

3 Vật liệu dệt

Được chế tạo từ loại xơ dài để làm vải, băng cách điện Nó có độ bền cao giấy tẩm đắt tiền có độ bền điện nhỏ

Vải băng thường dùng bảo vệ phần cách điện chủ yếu máy điện thiết bị điện chống tác dụng từ phía ngồi Nó cịn dùng để sản xuất vải sơn cách điện (đó vải tẩm sơn vừa có độ bền vừa có độ bền điện cao) dùng làm cách điện máy điện thiết bị điện, sản phẩm cáp

B VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN VÔ CƠ

6.8 THUỶ TINH

Là chất khơng định hình hệ phức tạp nhiều loại ôxit khác Thành phần chủ yếu đa số loại thuỷ tinh SiO2 => gọi thuỷ tinh Silicat

1 Các đặc tính thuỷ tinh:

+ Đặc tính cơ: Độ bền nén lớn bền kéo nhiều Trong điều kiện bình thường thuỷ tinh giịn

+ Đặc tính nhiệt: Khơng có nhiệt độ nóng chảy định Nhiệt độ hoá dẻo loại thuỷ tinh từ 400  16000C Khi thêm chất phụ vào nhiệt độ hố dẻo thuỷ tinh giảm dần

+ Đặc tính quang học: Phần lớn thuỷ tinh kỹ thuật hấp thụ mạnh tia tử ngoại

+ Đặc tính điện: Phụ thuộc vào thành phần cấu tạo 2 Phân loại vài ứng dụng thuỷ tinh:

* Phân loại theo công dụng:

- Thuỷ tinh tụ điện:Dùng làm điện môi cho tụ dùng lọc cao thế, máy tạo xung, mạch dao động thiết bị cao tần

- Thuỷ tinh định vị: Chế tạo chi tiết định vị, sứ cách điện

- Thuỷ tinh bóng đèn:Làm bóng đèn thắp sáng nhiều loại ống điện tử khác - Men thuỷ tinh:Là loại thuỷ tinh đục dễ nóng chảy dùng để phủ lên mặt ngồi nhiều loại sản phẩm

- Thuỷ tinh có chất độn: Thuỷ tinh mica Là chất dẻo ép nóng thuỷ tinh bột mica

- Xơ thuỷ tinh:Là thuỷ tinh kéo thành sợi nhỏ (đường kính 4-7 micron), dài, mềm dùng để sản xuất vật liệu dệt

- Sợi quang học: làm thuỷ tinh gồm lớp có chiết suất khác nhau, hệ số chiết suất lớp lõi cao lớp vỏ Đường kính sợi khoảng  0,125mm (đường kính sợi quang khoảng 4m)

* Phân loại theo thành phần hoá học:

- Thuỷ tinh kiềm khơng chứa ơxit nặng: làm cửa kính, chai lọ

- Thuỷ tinh kiềm có chứa ơxit nặng (BaO ): Làm kính quang học thuỷ tinh cách điện Các loại thuỷ tinh có độ dẫn điện khơng đáng kể tg nhỏ

- Thuỷ tinh vô kiềm: (thuỷ tinh thạch anh khiết kể loại có hàm lượng ơxit kiềm nhỏ) dùng vào mục đích quang học cách điện

6.9 VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN BẰNG GỐM

Vật liệu gốm vật liệu vơ dùng để sản xuất sản phẩm sau đem nung nhiệt độ cao

Nếu ta chọn thành phần cấu tạo q trình cơng nghệ chế tạo thích hợp gồm có độ bền học cao, góc tổn thất điện mơi nhỏ, số điện mơi cao, chịu nóng tốt Gốm có độ bền hố già điện nhiệt cao vật liệu cách điện hữu Nó khơng bị biến dạng chịu tải trọng thời gian dài

1 Sứ cách điện: Sứ dùng rộng rãi vào mục đích cách điện Sứ chế tạo từ loại đất sét đặc biệt với khoáng thạch anh SiO2 fenspat

+ Lọc tạp chất khỏi chất thành phần nhào kỹ với nước + Gia cơng tạo hình  đem sấy khô để loại lượng nước thừa

+ Tráng men (ngăn không cho ẩm thấm vào làm tăng độ bền cho sứ, giảm độ rò điện theo bề mặt, loại bỏ vết nứt nhỏ bề mặt)

+ Nung: Là nguyên công làm cho sứ có độ bền học cao, chịu nước có đặc tính cách điện tốt

Đặc tính điện quan trọng sứ cách điện điện áp cao trị số điện áp phóng điện bề mặt Có loại điện áp phóng điện: Điện áp phóng điện khơ điện áp phóng điện ướt

Điện áp đánh thủng: Là điện áp gây đánh thủng qua chiều dày sứ nằm điện cực Trị số lớn điện áp phóng điện khô

* Những yêu cầu cách điện sứ:

- Bề dày lớp sứ không dày (trường hợp cần lớp sứ dày người ta gắn lớp sứ mỏng lại men sứ chất kết dính khác)

- Tránh thay đổi đột ngột bề dày lớp sứ, góc cạnh sứ cần nhẵn tròn

- Nên sứ chịu nén trình làm việc

- Cần đảm bảo điện áp phóng điện bề mặt sứ (kể phóng điện khơ ướt) - Điện áp đánh thủng qua bề dày lớp sứ phải nằm phạm vi cho phép 2 Các loại sứ cách điện:

a Sứ cách điện đường dây:

Sứ đứng: Đảm bảo siết cứng dây dẫn vào vị trí định cột, dùng U < 35 KV

Sứ treo: Dùng cho U  35 KV Ta nối sứ treo riêng biệt thành chuỗi treo dây dẫn vào Số lượng bát sứ xác định theo điện áp làm việc đường dây Cũng sử dụng dạng

b Sứ dùng trạm:

Sứ đỡ: Siết cứng dẫn thiết bị phân phối điện chi tiết khác thiết bị điện

Sứ xuyên: Luồn dây dẫn có điện áp cao xuyên qua tường vách ngăn

c Sứ dùng điện báo điện thoại: Kích thước nhỏ yêu cầu chặt chẽ

hơn sứ đứng

d Sứ đặt trên thiết bị: Có hình dáng kích thước khác Quan trọng sứ đầu vào (đưa dây dẫn vào vỏ thùng chứa thiết bị kim loại MBA, máy cắt dầu )

e Sứ định vị: Gồm puly sứ, chi tiết ổ cắm phích cắm 6.10 MIKA

1 Đặc tính Mika:

ngậm nước Vì có độ bền điện cao, tính chịu nhiệt chịu ẩm tốt, dẻo nên Mika dùng làm cách điện chỗ quan trọng làm điện môi cho số tụ điện

Điểm đặc biệt Mika tách thành mỏng dễ dàng theo chiều song song bề mặt

Phần lớn Mika giữ đặc tính điện tốt đốt nóng lên vài trăm độ (Nhiệt độ nóng chảy mika: 1250  13000C) Khi tới nhiệt độ cao nước cấu tạo mika bắt đầu ra, đặc tính điện Mika bị trương phồng lên Mika xếp vào cách điện cấp C

*)Mikanít: Được sản xuất thành cuộn cánh mica rời dán lại với nhau, dùng thêm xơ giấy xơ bơng Nó có độ bền nhiệt cao

6.11 AMIAN

Là nhóm khống vật có cấu trúc xơ, xơ dài chất lượng tốt đắt tiền Nó chịu nhiệt độ cao, tính cách điện khơng cao  không dùng làm cách điện cao áp, cao tần

Xi măng Amian: Là chất dẻo ép nguội Thành phần chất vơ cơ, chất độn amian, kết dính xi măng Sản xuất thành tấm, ống Có đặc tính khơng tồi chịu nhiệt độ cao, chống tác dụng tia lửa hồ quang => dùng làm bảng phân phối chắn ngăn cách buồng dập hồ quang Vì đặc tính cách điện khơng cao nên dùng làm cách điện phải tẩm

PHẦN II: VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN

Chương 7

VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN

7.1 PHÂN LOẠI VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT DẪN

1 Phân loại:

* Phân loại theo trạng thái: Vật liệu dẫn điện vật rắn, lỏng điều kiện định thể khí

* Phân loại theo điện dẫn:

Vật dẫn có điện dẫn cao: Dùng làm dây dẫn, cáp, dây quấn máy biến áp Vật dẫn có điện trở cao: Dùng dụng cụ đốt nóng điện: Biến trở, đèn sợi đốt, điện trở mẫu

* Phân theo tính chất:

- Vật dẫn loại 1: Có dịng điện dịng chuyển dịch điện tử tự do(kim loại rắn lỏng)

- Vật dẫn loại 2: Có dịng điện dịng chuyển dịch điện tích, gồm ion điện tử (dung dịch điện phân, axit, kiềm…)

2 Các tính chất bản:

l S R



 (.mm2/m) (7.1)

b Hệ số nhiệt điện trở suất: Khi nhiệt độ thay đổi, điện trở suất vật liệu

cũng thay đổi, gần tính theo (7.2), t 0.(1.t) (7.2) Với t 0 điện trở suất nhiệt độ t

0

, nhiệt độ ban đầu,  - Hệ số nhiệt điện trở suất

t dt d TK t      0

1  

  

  (độ-1) (7.3) c Tính siêu dẫn:

Ở nhiệt độ thấp điện trở suất kim loại trở nên nhỏ Theo lý thuyết điện trở suất kim loại khiết coi nhiệt độ khơng tuyệt đối (O0K = - 2730C), chúng đạt tới trạng thái siêu dẫn

d Sự biến đổi điện trở suất biến dạng.

Đối với kim loại bị kéo hay bị nén, điện trở suất thay đổi )

(  

l   (7.4)

Với:  - Ứng suất cơ,  - Hệ số ứng suất cơ, dấu (+) bị éo, dấu (-) bị nén

e Độ dẫn nhiệt: Kim loại khác có mức độ dẫn nhiệt khác nhau, thơng thường

kim loại dẫn điện tốt dẫn nhiệt tốt

f Hệ số nhiệt giãn nở dài của vật dẫn:

dt dl l TKl l  

 (độ-1) (7.5)

g Sức nhiệt điện động:

Khi cho hai kim loại khác tiếp xúc chúng phát sinh hiệu điện tiếp xúc, gọi sức nhiệt điện động

h Tính chất học vật dẫn:Là khả chống lại tác dụng lực bên lên kim loại Đặc trưng độ đàn hồi, độ bền, độ dẻo, độ cứng, độ dai va chạm, độ chịu mỏi

7.2 VẬT LIỆU ĐIỆN DẪN CAO

1 Đồng hợp kim đồng:

a Đồng: Là kim loại sử dụng rộng rãi lỹ thuật điện, đồng có

số ưu điểm sau:

- Điện trở suất nhỏ ( = 0,017241mm2/m) - Có độ bền tương đối cao

- Trong đa số trường hợp đồng có tính chống ăn mịn tốt (bị ơxi hố chậm khơng khí)

- Dẫn nhiệt tốt, nhiệt độ nóng chảy cao (tnc= 1083

C)

- Dễ gia công (Rất dẻo, dễ biến dạng kéo, cán, dát mỏng ), hàn gắn dễ dàng

*) Tính chất đồng: Điện dẫn suất nhạy với tạp chất đồng, với gia cơng khí xử lý nhiệt Cơ tính đồng phụ thuộc vào công nghệ công

+ Đồng mềm (MM), đồng có ủ: Dẻo, chịu uốn chịu kéo tốt, chủ yếu dùng làm dây dẫn, dây quấn …

b Hợp kim đồng:

Trong nhiều trường hợp người ta sử dụng hợp kim đồng, với lượng nhỏ thiếc, silic, crom, magie… Hợp kim đồng có tính tốt giữ tính chất đáng quy đồng

* Theo thành phần hố học: có nhóm

- Đồng thau (Latông): Là hợp kim đồng kẽm kẽm  46% Nó có độ

giãn dài tương đối cao, độ bền kéo điện trở suất cao đồng tinh khiết Được dùng để sản xuất chi tiết dẫn điện Có thể phân thành: đồng thau dùng để đúc, dùng để cán mỏng, dùng để hàn gắn

- Đồng (Brông): Là hợp kim đồng với lượng nhỏ thiếc, Si, P, Mg, Cr Nó có độ bền điện trở suất lớn đồng tinh khiết, dùng để chế tạo lị xo dẫn điện, vịng cổ góp điện, dây dẫn

-Ngồi cịn Đồng - Cadimi : hợp kim chịu mài mòn , ứng dụng chỗ tiếp xúc phiến góp có cơng dụng đặc biệt

2 Nhơm hợp kim nhôm

a Nhôm: Là kim loại nhẹ đồng 3,5 lần, có màu bạc trắng Hệ số nhiệt độ giãn nở dài nhôm lớn đồng Nhưng nhôm đồng độ bền đặc tính điện Khó khăn việc thực tiếp xúc điện Các tạp chất làm giảm điện dẫn nhôm

Nếu đem so sánh hai dây dẫn có chiều dài điện trở, dây nhơm nhẹ dây đồng khoảng 2,2 lần Điều có nghĩa lớn sử dụng nhơm làm dây dẫn khơng Ngồi nhơm cịn dùng làm vỏ tụ điện, làm điện cực bể điện phân, làm dây quấn rotor máy điện quay… Trong đại đa số trường hợp khác dùng dây nhơm thay dây đồng khơng cớ lợi mặt kinh tế

*) Tính chất nhơm: Điện trở suất nhạy với tạp chất, tính phụ thuộc vào công nghệ gia công, nhôm bị ơxy hố mạnh tạo nên màng ơxy hố mỏng có điện trở lớn Lớp màng bảo vệ nhôm khỏi bị ăn mòn tạo nên điện trở lớn chỗ tiếp xúc, ngồi nhơm cịn bị ăn mịn điện hóa mạnh…

b Hợp kim nhơm:

Theo tính cơng nghệ hợp kim nhơm phân thành: hợp kim biến dạng (chế tạo bán thành phẩm gia công áp lực) hợp kim đúc (đúc chi tiết)

Hợp kim nhôm biến dạng dùng để chế tạo bán thành phẩm chi tiết gia công áp lực nóng nguội (ủ mềm, tơi, tơi hố già nhân tạo, biến cứng, biến cứng khơng hồn tồn ) Ta cịn phân biệt thành loại hố bền nhiệt luyện loại khơng hoá bền nhiệt luyện

3 Sắt: Là vật liệu rẻ tiền, có độ bền học cao, sắt tinh khiết có  0,1 mm2/m, nhiều trường hợp sắt dùng làm vật dẫn Trong kỹ thuật chủ yếu sắt dùng dạng hợp kim (thép)

Khi sử dụng vật dẫn thép gặp hiệu ứng mặt tổn hao từ trễ, thép chủ yếu dùng mạch điênh chiều, xoay chiều tần số thấp trương hợp vừa vật dẫn vừa vật liệu kết cấu

4 Lưỡng kim: Là vật dẫn thép bọc đồng, hai kim loại gắn chặt với suốt chiều dài dẫn Các tính chất điện trung bình hai kim loại

7.3 CÁC HỢP KIM ĐIỆN TRỞ CAO VÀ THAN KỸ THUẬT ĐIỆN

1- Các hợp kim điện trở cao:

a Manganin: Là hợp kim gốc đồng (với 12%Mn, 2%Ni) dùng phổ biến dụng cụ đo điện điện trở mẫu (nhiệt độ làm việc  600C với điện trở khoảng 3000C với biến trở)

b Conxtantan:

Là hợp kim 60% đồng - 40% niken, dùng để sản xuất dây biến trở dụng cụ đốt nóng điện có nhiệt độ làm việc khơng q 4000C

Có thể kéo thành sợi cán thành Manganin Khi đốt nóng đến nhiệt độ tương đối cao bề mặt tạo màng ơxít có tính cách điện

c Hợp kim Crôm - Niken:

Dùng dụng cụ đốt nóng điện: thiết bị nung, lò điện, mỏ hàn Chịu nhiệt độ cao, khả chống ơxy hố tốt

d Hợp kim Crôm - nhôm:

Là hợp kim rẻ tiền dùng thiết bị nóng điện cơng suất lớn lị điện cơng nghiệp Hợp kim cứng giịn, khó kéo thành sợi thành băng dài 2- Than kỹ thuật điện:

Dùng làm chổi than máy điện, điện cực đèn chiếu, điện cực lò điện bể điện phân Từ than làm điện trở có trị số cao, phóng điện cho mạng thơng tin dùng than kỹ thuật chân không

Nguyên liệu sản xuất than kỹ thuật điện dùng bồ hóng, than chì hay than gầy tự nhiên Các điện cực chế tạo cách nghiền nguyên liệu với chất dính kết - nhựa than đá thuỷ tinh lỏng - ép qua miệng phun Có thể chế tạo hình dạng phức tạp khn ép Phơi than qua q trình nung chế độ nung định dạng cácbon sản phẩm nhiệt độ cao cacbon chuyển sang dạng Graphit, q trình gọi graphit hoá

Chổi than máy điện nung 8000C Chổi điện Graphit hoá nung đến 22000C Các điện cực than làm việc nhiệt độ cao nung nhiệt độ cao, đến 30000C

1- Vonfram: Là kim loại rắn nặng, màu xám Nó có nhiệt độ nóng chảy cao kim loại, bị ơxy hố nhiệt độ 7000C Sợi Vonfram mảnh có tính dẻo, giảm chiều dày giới hạn bền kéo tăng Nó làm việc nhiệt độ cao chân khơng điều kiện khí tạo thành màng ôxit

2- Môlipđen: Được dùng làm tiếp điểm, lưới bóng đèn điện tử, phần tử đốt nóng chân khơng, lị điện trở có nhiệt độ đến 16000C

3- Vàng: Có màu vàng sáng chói, có tính dẻo cao, dùng vật liệu tiếp xúc để làm lớp mạ chống ăn mòn, làm điện cực tế bào quang điện Có thể dùng hợp kim (Au + 20% Cr) làm dây dẫn điện trở điện kế chúng có hệ số biến đổi điện trở suất theo nhiệt độ bé

4- Bạch kim (Platin): Dùng để sản xuất cặp nhiệt nhiệt độ làm việc đến 16000C Do độ cứng thấp dùng làm tiếp điểm hợp kim lại dùng làm tiếp điểm (Platin- Inđi) Cũng dùng làm điện cực quy trình điện phân hay mạ platin chi tiết Nhược điểm đắt tiền nên dùng việc quan trọng

5- Thuỷ ngân: Là kim loại có trạng thái lỏng nhiệt độ bình thường Nó dùng dụng cụ phóng điện chứa khí thuỷ ngân có điện ion hố thấp Nó có tính bền hố học tốt, bị ơxy hố nhiệt độ gần nhiệt độ sơi

Nó dùng làm tiếp điểm rơle, chế tạo đèn chỉnh lưu thuỷ ngân, làm điện cực thuỷ ngân đo tính chất điện điện môi rắn

6- Chất hàn: Là hợp kim đặc biệt dùng hàn Nó chọn theo kim loại hàn, theo yêu cầu độ bền cơ, độ chống ăn mòn Khi hàn chất hàn nóng chảy (nhiệt độ nóng chảy chất hàn << nhiệt độ nóng chảy vật hàn), điền kín vào mối nối, bám dính vào vật liệu hàn tạo liên kết mối hàn chắn

Khi hàn phận dẫn điện phải ý đến điện dẫn chất hàn (chất hàn cứng: Đồng - kẽm, mềm chì - thiếc)

7- Chất giúp chảy: Là vật liệu để giúp mối hàn đảm bảo bền hoc, tiếp xúc tốt đẹp Chất giúp chảy có nhiệm vụ

+ Hồ tan, khử ôxit chất bẩn bề mặt kim loại hàn

+ Bảo vệ bề mặt kim loại q trình hàn, chất hàn nóng chảy khỏi bị ơxy hố

+ Giảm lực căng mặt ngồi chất hàn nóng chảy

+ Cải thiện tính chảy dính chất hàn với bề mặt nối

PHẦN III: VẬT LIỆU TỪ

Chương

VẬT LIỆU TỪ

8.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU

Bài giảng Vật liệu – Khí cụ điện 47

Nguyên nhân chủ yếu gây nên từ tính vật liệu điện tích ln ln chuyển động ngầm theo quỹ đạo kín tạo nên dịng điện vịng Đó quay điện tử xung quanh trục gọi Spin điện tử quay điện tử nguyên tử (theo quỹ đạo)

Hiện tượng sắt từ vật liệu nhiệt độ thấp điểm Quyri phân sẵn thành vùng gọi đơmen từ mà Spin điện tử định hướng song song

Như tính đặc trưng cho trạng thái sắt từ chất có độ nhiễm từ tự phát khơng có từ trường ngồi Mặc dù có vùng từ hố tự phát mơmen từ đơmen lại có hướng khác nên từ thơng khơng gian bên ngồi khơng (hiện tượng gọi tượng từ hoá tự nhiên, đặc trưng cho vật liệu sắt từ) Dưới tác dụng từ trường ngoài, vật liệu từ bị từ hóa, q trình từ hóa gồm hai giai đoạn sau:

+ Tăng thể tích đơmen từ có véc tơ mơmen tạo với hướng từ trường góc nhỏ giảm kích thước đơmen khác (Q trình chuyển dịch mặt phân cách)

+ Quay vectơ mômen từ theo hướng từ trường ngồi (q trình định hướng)

Khi thể tích đơmen khơng tăng mômen từ tất miền vimô trùng với hướng từ trường lúc có bão hoà từ

2 Các đặc trưng vật liệu từ

a Đường cong từ hóa: Q trình từ hố vật liệu sắt từ đặc trưng đường

cong từ hoá B = f(H) có dạng tương tự tất vật liệu sắt từ hình vẽ b Độ từ thẩm:

- Độ từ thẩm tuyệt đối tỷ số đại lượng cảm ứng từ B cường độ từ trường H điểm xác định đường cong từ hoá

H B

t 

 (8.1)(độ từ thẩm tuyệt đối chân không 0 = 4.10

-7

H/m) Độ từ thẩm tương đối

0

0 

  

H B

t 

 (8.2)

Trong từ trường xoay chiều, độ từ thẩm vật liệu đặc trưng độ từ thẩm động

max max ~

H B 

 (8.3)

c Chu trình từ trễ vật liệu sắt từ: Nếu tiến hành từ hoá vật liệu sắt từ từ trường xoay ngồi sau bắt đầu điểm đường cong từ hoá ta giảm cường độ từ trường cảm ứng từ giảm khơng theo đường cũ mà giảm chậm tượng từ trễ Khi tăng

B

H

B -HK

HK B

0 -Hm

Hm H

Hình 8.1: Đường cong từ hóa VLT

từ trường theo hướng ngược lại vật liệu bị khử từ sau từ hố lại đổi chiều từ trường cảm ứng từ quay điểm ban đầu

=> Ta có đường cong kín đặc trưng cho q trình từ hố vật liệu gọi vịng từ trễ hay chu trình từ trễ

d Tổn hao từ trễ và tổn hao dịng xốy

Trong q trình từ hóa vật liệu từ từ trường xoay chiều gặp tổn hao dạng nhiệt, bao gồm: tổn hao từ trễ, Pt .f.Bmaxn V (8.4)

Và tổn hao dịng xốy, Px f B V max



 (8.5)

Với ,  hệ số phụ thuộc vật liệu, f tần số từ trường, V thể tích khối vật liệu, n=1,6÷2 hệ số mũ

Ta nhận thấy tổn hao tỷ lệ thuận với tần số thể tích khối vật liệu, kỹ thuật để giảm tổn hao người ta dùng thép mỏng ghép cách điện với 3 Phân loại vật liệu từ Tùy theo công dụng, VLT phân thành” Vật liệu từ mềm, vật liệu từ cứng, vật liệu từ có cơng dụng đặc biệt

8.2 VẬT LIỆU TỪ MỀM

Có độ từ thẩm cao, lực kháng từ tổn hao từ trễ nhỏ, dùng làm lõi MBA, nam châm điện, dụng cụ đo diện trường hợp cần có cảm ứng từ lớn với lượng tiêu phí lượng nhỏ

* Sắt (thép bon thấp): Vì điện trở suất tương đối thấp nên phần lớn dùng cho lõi từ Thường dùng làm mạch từ có từ thơng khơng đổi

* Thép kỹ thuật (tôn silic): Thép kỹ thuật điện vật liệu từ mềm dùng rộng rãi nhất.Nó hợp kim sắt silic (Si chiếm từ 1÷4%), thành phần có Silic làm tăng điện trở suất tổn hao dịng xốy giảm

Ký hiệu: 11, 21, 310, 330A

+ Con số thứ hàm lượng Silic theo % (Số lớn hàm lượng silic nhiều, thép có độ từ tính tốt độ giòn tăng, điện trở suất tăng Quá 5% thép trở nên giòn)

+ Con số thứ đặc trưng cho tính chất điện từ thép (chỉ chất lượng mặt tổn hao Số lớn tổn hao ít)

+ Con số thứ (0) tơn cán nguội

+ Có chữ số liên tiếp thép cán nguội thớ + Chữ A ký hiệu suất tổn hao thấp

* Fecmalôi:

Là hợp kim Fe - Ni, có độ từ thẩm ban đầu lớn vùng từ trường yếu Nó khơng có tượng dị hướng từ giảo Để nâng cao điện trở suất người ta đưa thêm vào tạp chất Mn, Si

Fecmalơi niken (40 - 50% Ni) có từ cảm bão hồ lớn gần lần fecmalôi nhiều Niken, thường dùng làm lõi thép máy biến áp điện lực, cuộn cảm dụng cụ cần có từ thơng cao

Các Fecmalơi với vịng từ trễ hình chữ nhật dùng làm khuyếch đại từ, cấu chuyển mạch, thiết bị chỉnh lưu phần tử máy tính

* Alusipe:

Hợp kim sắt với nhơm silic Có đặc tính cứng giịn dễ đúc định hình Dùng để sản xuất từ, thân dụng cụ Do tính giịn nghiền bột để sản xuất lõi ép cao tần

8.3 VẬT LIỆU TỪ CỨNG

Chủ yếu ứng dụng làm nam châm vĩnh cửu, theo thành phần, trạng thái, phương pháp chế tạo vật liệu từ cứng chia thành loại sau:

* Thép hợp kim hoá: Chế tạo nam châm vĩnh cửu Chúng hợp kim hoá với chất phụ như: Vonfram, Crôm, Côban

* Hợp kim từ cứng đúc: Là hợp kim ngun tố Al - Ni - Fe (Aluni) Vì có độ giịn cứng gia cơng phương pháp mài nên khó chế tạo chi tiết có kích thước xác

* Các nam châm bột: Chế tạo nam châm vĩnh cửu phương pháp luyện kim bột từ hợp kim Fe - Ni - Al Nó ép từ bột nghiền sau thiêu kết nhiệt độ cao

* Ferit từ cứng: Loại biết đến nhiều Ferit bari: BaO 6Fe2O3 Thường dùng để sản xuất nam châm bari Chúng có tính ổn định cao với tác dụng từ trường ngoài, chịu lắc, va đập, điện trở suất lớn Có thể dùng tần số cao Nhưng độ bền thấp, độ giịn lớn, tính chất từ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ

8.4 VẬT LIỆU TỪ CĨ CƠNG DỤNG ĐẶC BIỆT

* Ferit: Là vật liệu ơxit phức tạp, khác với chất sắt từ trị số từ cảm nhỏ hơn, quan hệ nhiệt độ từ cảm phức tạp có điện trở suất cao cao Nó khơng phải kim loại Ferit gốm từ xếp vào loại bán dẫn điện tử (vì có điện dẫn điện tử khơng đáng kể) Năng lượng tổn hao vùng tần số cao tương đối nhỏ làm cho Ferit dùng rộng rãi tần số cao Các Ferit vật liệu cứng giòn, khơng cho phép gia cơng cắt gọt, mài đánh bóng

Ferit từ mềm: Có  lớn, có trị số tổn hao lớn tăng nhanh tần số tăng Có số điện mơi tương đối lớn phụ thuộc vào tần số thành phần Ferit, tần số tăng  giảm

Ferit có vịng từ trễ hình chữ nhật: Được đặc biệt ý kỹ thuật máy tính để làm nhớ, thiết bị chuyển mạch

* Gang thép kết cấu: Dùng ngành chế tạo máy điện, thiết bị điện dụng cụ cần có đặc tính tốt khả áp dụng rộng rãi phương pháp công nghệ Phân thành vật liệu từ tính (gang xám, thép bon, thép hợp kim) vật liệu khơng từ tính (thép khơng từ tính, gang khơng từ tính)

Gang xám: Dùng đúc vỏ máy điện, chi tiết ghép chặt, đúc chi tiết có hình dáng đặc biệt lớn

Thép cacbon: thường dùng thép có hàm lượng cacbon từ 0,08 - 0,2% Với máy chuyên dụng đặc biệt quan trọng dùng thép có độ bền tăng cường cách hợp kim hố với niken, crơm, mơlipđen

Gang khơng từ `tính: Gang có pha thêm Ni, Mn Dễ gia công cắt, điện trở gang không từ tính lớn nên giảm tổn hao dịng xốy Dùng chế tạo nắp, vỏ, ống máy cắt dầu, vòng cách máy biến áp điện lực