Giáo trình An toàn điện-Vật liệu điện cung cấp cho người học những kiến thức như: Các biện pháp phòng hộ lao động; An toàn điện; Vật liệu dẫn điện; Vật liệu dẫn từ. Mời các bạn cùng tham khảo!
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH VĨNH LONG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VĨNH LONG GIÁO TRÌNH AN TỒN ĐIỆN – VẬT LIỆU ĐIỆN TÊN NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP (Lưu hành nội bộ) NĂM 2020 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH VĨNH LONG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VĨNH LONG Tác giả biên soạn: ThS Nguyễn Phước Hậu KS Đặng Phước Linh GIÁO TRÌNH AN TỒN ĐIỆN – VẬT LIỆU ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP NĂM 2020 MỤC LỤC CHƯƠNG CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG HỘ LAO ĐỘNG 1.1 Phòng chống nhiễm độc 1.1.1 Tác hại xâm nhập chất độc: 1.1.2 Phân loại chất độc tác hại độc tố 1.1.3 Biện pháp phòng chống: 1.2 Phòng chống bụi 1.2.1 Tác hại bụi thể người 1.2.2 Những biện pháp đề phòng chống bụi sản xuất 1.3 Phòng chống cháy nổ 1.3.1 Ý nghĩa 1.3.2 Tính chất 1.3.3 Biện pháp phòng cháy chữa cháy 1.3.4 Các phương tiện phòng cháy chữa cháy 1.4 Thông gió cơng nghiệp 1.4.1 Nhiệm vụ 1.4.2 Biện pháp thơng gió CHƯƠNG AN TOÀN ĐIỆN 2.1 Ảnh hưởng dòng điện thể người: 2.1.1 Khái niệm: 2.1.2 Các yếu tố liên quan mức độ tác dụng dòng điện thể người: 2.2 Tiêu chuẩn an toàn điện 11 2.2.1 Biện pháp tổ chức: 11 2.2.2 Cách đặt nối đất di động: 12 2.2.3 Qui định an toàn làm việc phận mang điện: 12 2.3 Nguyên nhân gây tai nạn điện 12 2.3.1 Nguyên nhân bị điện giật: 12 2.4 CÁC BIỆN PHÁP SƠ CẤP CỨU CHO NẠN NHÂN BỊ ĐIỆN GIẬT 15 2.4.1 Phương pháp tách nạn nhân khỏi mạng điện: 15 2.4.2 Phương pháp cứu chữa nạn nhân sau tách khỏi mạng điện: 16 2.4.3 Các phương pháp hô hấp nhân tạo: 17 2.5 CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN CHO NGƯỜI VÀ THIẾT BỊ KHI SỬ DỤNG ĐIỆN 20 2.5.1 Để đảm bảo an toàn sử dụng điện cần phải thực quy định: 20 2.5.2 Biện pháp đề phịng xuất tình trạng nguy hiểm gây tai nạn: 21 2.5.3 Biện pháp hạn chế tai nạn điện xuất tình trạng nguy hiểm: 21 2.6 KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ AN TOÀN 21 PHẦN 1: AN TOÀN ĐIỆN CHƯƠNG CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG HỘ LAO ĐỘNG 1.1 Phòng chống nhiễm độc 1.1.1 Tác hại xâm nhập chất độc: a) Tác hại chất độc: Ảnh hưởng chất độc tuỳ thuộc vào tính chất độc tố trạng thái thể người Nếu độc tính yếu, nồng độ mức cho phép, thể khoẻ mạnh, dù tiếp xúc lâu người khơng bị ảnh hưởng Nếu thể yếu bị viêm mũi, họng số biến chứng khác Khi nồng độ giới hạn cho phép, sức đề kháng thể yếu, độc chất gây nhiễm độc nghề nghiệp Khi nồng độ cao, dù khoẻ mạnh tiếp xúc thời gian ngắn người bị nhiễm độc cấp tính, dẫn đến tử vong b) Đường xâm nhập chất độc: Chất độc có nhiều dạng: Rắn, lỏng, hơi, khói, bụi xâm nhập vào thể người theo đường: Hơ hấp: Hầu hết chất độc thể khí, bụi theo đường hơ hấp vào phổi, thẳng vào máu truyền đến khắp quan, gây nhiễm độc Trường hợp nguy hiểm Tiêu hoá: Do ăn uống, hút thuốc làm việc hay nuốt phải chất độc đường hô hấp Chất độc qua gan lọc thải bớt phần, nên nguy hiểm Ngấm qua da: chất hoà tan mỡ nước benzen, rượu chúng ngấm qua da vào máu Một số độc chất khác ngấm qua tuyến mồ hôi lỗ chân lông để vào máu 1.1.2 Phân loại chất độc tác hại độc tố a) Phân loại: chia làm nhóm: Nhóm 1: Những chất gây bỏng, kích thích da niêm mạc axit đặc (sulfuric, nitric, clohydric), kiềm đặc NOH3, vôi Các chất gây bỏng nhanh Nhóm 2: (Chất kích thích đường hơ hấp) Các hố chất dễ hồ tan nước amoniac NH3 , sulfure SO2, clor Cl, dioxitnitơ NO2 xâm nhập vào đường hô hấp gây rát bỏng, viêm phế quản, khó thở Nếu mức độ nặng có khả gây phù phổi (dịch phổi) Nhóm 3: (Chất gây ngạt) Khí carbonic CO2, metal CH4, etal với hàm lượng lớn làm giảm tỉ lệ oxy khơng khí gây nên tượng ngạt thở Khí oxit carbon CO, hydroxianure HCN ngăn cản máu vận chuyển oxy tới phận thể người, dễ gây tử vong khơng cấp cứu kịp thời Nhóm 4: (Chất gây mê, gây tê) Các chất tác dụng lên hệ thần kinh trung ương gây mê, gây tê như: êtanol C2H5OH, hợp chất hydro carbua, rượu Khi tiếp xúc thường xuyên với hoá chất này, nồng độ thấp gây nghiện, nồng độ cao làm suy yếu hệ thần kinh trung ương, chí gây tử vong Nhóm 5: (Chất gây tác hại cho quan chức năng) Gồm hố chất: benzen, chì, arsen As, thuỷ ngân Hg, phosphor tác hại hoá chất gây tổn thương đến gan, thận, hệ thần kinh làm ảnh hưởng đến sức khoẻ người b) Các yếu tố định tác hại chất độc: Tác hại chất độc thể người phụ thuộc vào: cấu trúc hoá học chất độc, liều lượng độc tố, thời gian tiếp xúc trạng thái thể người (Hậu quả: Gây ung thư, quái thai, ảnh hưởng đến hệ tương lai đột biến gen di truyền) 1.1.3 Biện pháp phòng chống: a) Cấp cứu: Khi bị nhiễm độc cấp tính qua đường ruột, da, hơ hấp phải cấp cứu nạn nhân kịp thời Đồng thời phải tổ chức ngăn chặn nhiễm độc, nghiên cứu nguyên nhân để tìm biện pháp cải thiện điều kiện làm việc (- Kế hoạch cấp cứu: Sơ tán, phối hợp với y tế, cứu hoả quan khác - Tổ chức đội cấp cứu: Chuyên trách không chuyên trách - Biện pháp sơ cứu: Di chuyển nạn nhân khỏi vùng nguy hiểm, hô hấp nhân tạo, vệ sinh để làm giảm nông độ độc chất, dùng thuốc để hỗ trợ) b) Biện pháp đề phòng kỹ thuật: Là biện pháp tích cực nhất, là: Loại trừ nguyên liệu độc thay ngun liệu có độc tố Cơ giới hố, tự động hóa q trình sản xuất hố chất Che chắn cách ly nguồn phát sinh hố chất nguy hiểm Thường xun kiểm tra rị rĩ, nứt hở để sửa chữa xử lý kịp thời Thơng gió: Tuỳ theo điều kiện cụ thể mà người ta thiết kế hệ thơng thơng gió phù hợp để đảm bảo vệ sinh lao động môi trường cơng nghiệp Tổ chức hợp lý q trình sản xuất Xây dựng kiện tồn chế độ cơng tác an tồn lao động c) Dụng cụ phịng hộ nhân: Được trang bị cho người lao động theo qui định Nhà nước bao gồm: Bảo vệ quan hô hấp, bảo vệ mắt, bảo vệ thân thể d) Biện pháp y tế: Khám sức khoẻ định kỳ để phát người bị nhiễm độc có hướng điều trị kịp thời Giám định khả lao động bố trí cơng tác thích hợp với điều kiện sức khoẻ người lao động 1.2 Phòng chống bụi 1.2.1 Tác hại bụi thể người Trong xí nghiệp khí, bụi hạt vụn chất rắn bị phá vỡ đánh bóng, cắt gọt kim loại gia cơng khí Số lượng bụi nhiều hay cịn tuỳ thuộc vào tính chất sản xuất thời gian làm việc lài hay ngắn Bụi có ảnh hưởng khơng tốt gây nhiều tác hại thể người a) Đối với da: Bụi xuyên qua da, bịt kín lỗ tuyến nhờn, gây mụn, nhọt, lở lt…Bụi bịt kín lỗ chân lơng làm mồ hội khơng ngồi được, ảnh hưởng đến sực tiết, thải nhiệt làm cho người bứt rứt, khó chịu b) Đối với mắt: Bụi gây chấn thương giác mạc, vết thương lớn gây thành sẹo Do thị lực bị giảm sút, có bị hỏng mắt c) Đối với quan hô hấp: Bụi có kích thước lớn 50 m thường rơi xuống đất có vào thể dính lại mũi họng, đặc biệt bụi 20 m xâm nhập vào cuống phối phổi Bụi to dính mũi cổ họng gây viêm mũi, viêm họng Bụi nhỏ vào phổi gây viêm phổi ung thư phổi Nếu công nhân hút phải bụi silic bị tổn thương phổi, hệ thần kinh, ống tiêu hóa, gan, lách, thận… d) Đối với quan tiêu hóa: Bụi viêm lợi, hỏng bụi xi măng, bụi đường, bột.một số bụi than chì, kẽm…khi bụi vào dày làm giảm sút tiết dịch vị, bụi to có cạnh sắc làm sây sát niêm mạc, dày, viêm loét dày gây rối loạn thiêu hóa 1.2.2 Những biện pháp đề phòng chống bụi sản xuất a) Biện pháp kỹ thuật Cơ giới hóa tự động hóa: Q trình sản xuất phát sinh bụi nghiền, sàng, xay, dập nguyên vật liệu, cân đong, đóng gói chất dạng bột… nhằm giảm bớt tiếp xúc công nhân với bụi đồng thời giảm bớt công việc nặng nhọc cho công nhân Tổ chức sản xuất hệ thống kín:nghĩa phải bao kín chỗ phát sinh bụi, nhằm hạn chế bụi toả môi trường xung quanh, đồng thời phải thường xuyên kiểm tra thiết bị bao che đường ống vận chuyển Sản xuất phương pháp ẩm: sử dụng phương pháp khoan ướt thay phương pháp khoan khơ, cắt gọt kim loại có dùng nước tưới…Khi sản xuất phương pháp ẩm giảm lượng bụi tỏa môi trường xung quanh Thay nguyên vật liệu phát sinh bụi độc nguyên liệu độc Thay phương pháp sản xuất sinh nhiều bụi phương pháp bụi Đặt hệ thống hút bụi chổ phát sinh bụi phải tính tốn tốc độ liều lượng gió thích hợp với nơi, chỗ b) Phòng hộ vệ sinh cá nhân: Phòng hộ cá nhân: Cơng nhân làm việc chỗ có nhiều bụi phải sử dụng đủ trang bị phòng hộ cấp phát mũ, trang, áo quần, ủng, kính… Các trang bị phịng hộ cá nhân phải thỏa mãn yêu cầu sau: Cách ly thể với bụi Không gây trở ngại lớn đến thao tác Khơng làm khó thở, nóng bức, mệt mỏi Vệ sinh cá nhân:Phải thực thường xuyên triệt để, nơi có bụi độc bụi chì, bụi thạch tím, … Không ăn uống hút thuốc phân xưởng Trước ăn phải rửa tay xà phòng đánh Phải tắm giặt sau ca làm việc Muốn thực biện pháp phịng hộ vệ sinh tốt, có hiệu phải chấp hành nghiệm chỉnh nội quy vệ sinh an tồn nhà máy đề 1.3 Phịng chống cháy nổ 1.3.1 Ý nghĩa PCCC vấn đề thiết yếu để bảo vệ an toàn sở vật chất, sở sản xuất kỹ thuật nhà nước PCCC cịn cơng tác để đảm bảo an ninh trị, trật tự an tồn xã hội chống lại âm mưu phá hoại, hành vi phạm pháp việc làm cẩu thả vi phạm quy định, tiêu chuẩn an toàn gây tác hại nghiêm trọng đến kinh tế, tính mạng tài sản nhân dân 1.3.2 Tính chất PCCC có đủ ba tính chất cơng tác BHLĐ cịn có thêm tính chất quan trọng tính chiến đấu a) Tính chất luật pháp Pháp luật qui định rõ nghĩa vụ công dân, trách nhiệm lãnh đạo đơn vị vấn đề PCCC Công tác PCCC nhà nước quản lý pháp lệnh, nghị định tiêu chuẩn, quy định cụ thể cho ngành nghề, công việc b) Tính chất quần chúng Mọi cơng dân tích cực PCCC hạn chế hay giảm thiệt hại cháy gây mức thấp Quần chúng tự đảm nhận công tác PCCC thể quyền làm chủ tập thể việc quản lý xã hội c) Tính chất KHKT Cơng tác PCCC liên quan mật thiết đến phát triển KHKT Các thành tựu KHKT ứng dụng triệt để việc phát triển khả hoạt động cơng tác PCCC d) Tính chất chiến đấu Là yếu tố quan trọng giúp lực lượng chuyên trách (cũng bán chuyên trách) hoạt động tích cực để đảm bảo cơng tác PCCC (dập tắt đám cháy) 1.3.3 Biện pháp phòng cháy chữa cháy Phịng cháy khâu quan trọng cơng tác PCCC, xảy cháy dù biện pháp chữa cháy có hiệu tốt nhất, gây thiệt hại to lớn tài sản sở vật chất xã hội a) Biện pháp kỹ thuật công nghệ Là biện pháp thể việc chọn lựa thiết bị công nghệ, hệ thống thông tin liên lạc, hệ thống báo cháy chữa cháy Giải pháp công nghệ phải quan tâm vấn đề cấp cứu người tài sản cách nhanh chóng xảy cháy nổ b) Biện pháp tổ chức Cháy nổ nguy thường xuyên đe doạ quan, xí nghiệp, doanh nghiệp xảy lúc có sơ xuất Do việc tuyên truyền giáo dục để người hiểu rõ tự nguyện tham gia PCCC 1.3.4 Các phương tiện phòng cháy chữa cháy a) Các chất chữa cháy Là chất dùng để phun vào đám cháy nhằm dập tắt Chất chữa cháy có dạng: chất rắn, chất lỏng chất khí Mỗi chất có tính chất phạm vi ứng dụng riêng biệt, phải có yêu cầu sau: Có hiệu chữa cháy cao Dễ kiếm rẻ tiền Không gây độc hại cho người sử dụng bảo quản Không làm hư hỏng thiết bị cứu chữa đồ vật cứu chữa Ở nước ta có nhiều chất chữa cháy sử dụng như: - - Nước: làm giảm nhanh nhiệt độ nhờ bốc Bọt chữa cháy: cịn gọi bọt hố học (sulfat nhơm bicarbonat natri), có tác dụng cách ly đám cháy với khơng khí bên ngồi, ngăn cản xâm nhập oxy vào vùng cháy Bột chữa cháy: chất rắn chữa cháy gồm hợp chất hữu vô Các loại khí: chất chữa cháy dạng khí CO2 – N2 Tác dụng chất pha loãng nồng độ chất cháy b) Xe chữa cháy chuyên dụng c) Phương tiện báo cháy chữa cháy tự động d) Các phương tiện trang bị chữa cháy chỗ Ngoài hệ thống báo cháy chữa cháy tự động, cịn có dụng cụ chữa cháy thơ sơ Đó loại bình bọt, bình CO2, bình chữa cháy chất rắn gọi bình bột, bơm tay, hố cát, bể chứa nước, xẻng, thùng, xô đựng nước, câu liêm Các dụng cụ có tác dụng chữa cháy ban đầu trang bị rộng rãi cho quan, xí nghiệp, kho tàng.Tất cà loại bình chữa cháy cần bảo quản nơi thống mát, dễ thấy dễ lấy đồng thời phải bảo quản bảo dưỡng định kỳ để đạt hiệu tốt sử dụng 1.4 Thơng gió cơng nghiệp 1.4.1 Nhiệm vụ Thơng gió tạo khí hậu tốt để người sống làm việc dễ chịu, không bị ngột ngạt nóng Từ nâng cao suất lao động đảm bảo sức khoẻ cho người lao động Thơng gió có nhiệm vụ: a) Thơng gió chống nóng Phải đảm bảo nhiệt độ, ẩm độ tương đối vận tốc gió tồn nhà xưởng giới hạn mong muốn Tuy nhiên với biện pháp thơng gió thơng thường, khơng dùng kỹ thuật điều tiết khơng khí, khơng đạt ba yếu tố Nên u cầu thơng gió chống nóng khử nhiệt thừa sinh nhà xưởng, giới hạn mức độ qui định Dùng quạt đường ống để hút khơng khí nóng nhiễm nhà thải ngồi, khơng khí lùa vào nhà đường tự nhiên qua cửa để bù lại lượng khơng khí bị hút Như thơng gió chống nóng trao đổi khơng khí bên ngồi nhà xưởng, đưa khơng khí mát vào để thay khơng khí nóng ẩm, oi từ b) Thơng gió khử bụi khí độc hại Tại nơi có bụi hay khí độc hại phải bố trí hệ thống hút khơng khí bị nhiễm thải ngoài, trước thải cần phải lọc bụi hay khử chất độc đến giới hạn an Ta tính tốn cách mạch từ chia nhỏ thành đoạn l1, l2, v.v….có tiết diện tồn chiều dài nó, tức phải chịu từ trường giống hệt Kế tiếp ta xác định cảm ứng từ B S đoạn ta tìm cường độ tương ứng trường từ theo đường cong từ hóa tự nhiên (hình 4.7) a) b) Hình 4.7: a) Các chu trình từ trễ đường cong từ hóa tự nhiên b) Vịng từ trễ (mắc từ trễ) số giá trị giới hạn khác lực từ Cường độ từ trường khe hở hay vật liệu khơng từ tính theo công thức: H0 B0 0 0,8.10 B0 H0 xác định A/m), B0: tesla Hay H0= 0,8.B0 H0 xác định A/cm B0 gauss Theo lý thuyết Ampe, tổng số từ áp tất đoạn mạch từ với dòng tổng H1l1+ H2l2+ H0l0+ = I Ví dụ: Cần vịng dây quấn lõi (hình 4.8) để có từ thơng 47.10-4Wb, giả thiết dịng điện cuộn dây 25A phần phía lõi làm thép 330 phần phía làm thép khuôn? Trang 38 Đoạn đầu ba đoạn thép 330 có chiều dài 540 (0,54m) tiết diện S1 = 36cm2 (0,0036 m2), đoạn thứ hai thép khn có l2= 17 cm (0,17m) S2 = 48cm2 (0,0048m2), đoạn thứ ba tạo nên khe hở l0= x = 10 S0= 36cm2 (0,0036m2) mm (0,01m) l1 1,3 60 80 280 340 60 l2 60 150 Hình 4.9: Đường cong từ hóa thép 330 Hình 4.8: Mạch từ ví dụ (đường số 2) Bài giải: Cảm ứng từ đoạn thứ nhất, hai thứ ba là: B1 47.10 4 1,3T S1 36.10 4 B2 47.10 4 0,98T S 48.10 4 B0 47.10 4 1,3T S 36.10 4 Theo đường cong từ hóa tự nhiên thép 330 (Hình 4.9) ta thấy cảm ứng từ 1,3T tương ứng với cường độ từ trường 750A/m - Từ áp đoạn thứ là: Um1= H1l1= 750 x 0,54 = 405 A Trang 39 - Cường độ từ trường đoạn thứ hai là: H2= 400A/m - Từ áp đoạn thứ hai là: Um2= H2l2= 400 x 0,17 = 68 A - Cường độ từ trường khe hở là: H0= 0,8.106.B0 = 0,8.106 x 1,3 =1,04 106 A/m - Từ áp khe hở là: Um0= H0l0= 1,04 106 x 0,01 = 10400 A Sức từ động là: Fm = Um1 + Um2 + Um0 = 405 + 68 + 10400 = 10873 A Số lượng vòng cuộn dây là: Fm 10873 435 vòng I 25 4.2.4 Hư hỏng thường gặp Các loại vật liệu dẫn từ sử dụng để chế tạo mạch từ thiết bị điện, máy điện khí cụ điện, nên sử dụng lâu ngày bị hư hỏng ta thường gặp dạng hư hỏng sau: + Hư hỏng bị ăn mòn kim loại: đa phần chúng chất sắt từ hợp chất sắt từ nên chúng bị tác dụng mơi trường xung quanh tác dụng diễn hai hình thức ăn mịn, ăn mịn hóa học ăn mịn điện hóa kim loại khác bề mặt chúng có sơn lớp sơn cách điện + Hư hỏng điện: trình làm việc xẩy tương điện áp, bị ngắn mạch nên cuộn dây đặt mạch từ bị cháy nên làm hỏng mạch từ + Hư hỏng bị già hóa kim loại: tác dụng tời gian mơI trường làm cho tính chất vật liệu từ thay đổi + Hư hỏng lực tác động từ bên ngoài: tác dụng ngoại lực làm cho vật liệu từ bị biến dạng bị hỏng + Dưới tác dụng nhiệt độ: nhiệt độ tăng lên (khoảng 1250C) vật liệu có từ tính từ tính 4.3 Một số vật liệu dẫn từ thông dụng Trong kỹ thuật điện thường sử dụng loại vật liệu sắt từ sau đây: 4.3.1 Vật liệu sắt từ mềm: Trang 40 Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao, lực kháng từ tổn hao từ trễ nhỏ Được dùng để chế tạo mạch từ thiết bị điện, đồ dùng điện Đặc điểm loại vật liệu độ dẫn từ lớn, tổn hao bé Các vật liệu là: 1) Sắt (thép cácbon thấp) Nhìn chung sắt thỏi chứa lượng nhỏ tạp chất, cácbon, sulfur, mangan, silíc, nguyên tố khác làm yếu tính chất từ tính Bởi điện trở suất tương đối thấp, thép thỏi phần lớn dùng cho lõi từ Nó thường làm sắt đúc tinh chế lò luyện kim lò thổi với tổng lượng chứa (0,08 – 0,1)% tạp chất Vật liệu biết đến tên thép armco sản xuất theo nhiều cấp độ khác Thép điện cácbon thấp, điện, loại khác thép thỏi, độ dày từ 0,2 đến 4mm, không chứa 0,04% cácbon không 0,6% nguyên tố khác Độ thẩm từ cao loại thép khác không mức 3500 4500, lực kháng từ tương ứng không cao (100 62)A/m Sắt đặc biệt tinh khiết sản xuất cách điện phân dung dịch sulfát sắt hay clorua sắt Nó chứa 0,05 tạp chất Vì có điện trở tương đối thấp nên sắt tinh khiết kỹ thuật sử dụng tương đối ít, chủ yếu làm mạch từ từ thông không đổi Bảng 4.1: Các thành phần hóa học tính chất từ vài loại sắt Vật liệu C Sắt thỏi Các tính chất từ Tạp chất (%) O2 Độ thẩm từ Ban đầu Lớn Lực kháng từ HC min max (A/m) 0,02 0,06 250 7000 64 0,02 0,01 600 15000 28 Sắt cacbonyl 0,005 0,005 3300 21000 6,4 Sắt điện phân nóng chảy chân 0,01 - - 61000 7,2 0,005 0,003 6000 200000 3,2 Sắt tinh chế cao hyđrô - - 20000 340000 2,4 Tinh chế đơn sắt - - - 1430000 0,8 Sắt điện phân không Sắt tinh chế hyđrô Trang 41 tinh khiết ủ ram hyđrô 2) Thép kỹ thuật điện a Tính chất Từ thép cacbon thấp có thành phần C < 0,04% tạp chất khác < 0,6%) có trị số từ thẩm tương đối từ 3500 4500, cường độ từ trường khử từ (6496)A/m Người ta đưa thêm silic vào thành phần thép Hàm lượng silic dùng để hạn chế tổn hao từ trễ tăng điện trở thép để giảm tổn hao dịng điện xốy Nếu thành phần silic nhiều (trên 5%) làm tăng độ dịn, giảm độ dẻo nên vật liệu khó gia cơng Tùy theo thành phần silic có thép nhiều hay mà tính chất từ thay đổi khác Thép có hàm lượng silic cao chủ yếu làm mạch từ cho máy biến áp Thép có hàm lượng silic nhỏ dùng làm mạch từ trường hợp từ thông không đổi b Phân loại - Theo thành phần ta có: sắt kỹ thuật; thép silic - Theo cơng nghệ chế tạo ta có loại: thép cán nóng thép cán nguội Trong thép cán nóng thép cán nguội ta có: + Thép đẳng hướng: có tính từ tính tốt thường dùng làm lõi thép máy biến áp + Thép vô hướng: thường dùng máy điện quay c Giải thích ký hiệu Nếu thép kỹ thuật điện có hàm lượng C< 0,4% tạp chất < 0,6% ta gọi sắt kỹ thuật Thép silic: có ký hiệu chữ số Ví dụ: + 11, 12, 13 + 21, 22 + 31, 32 + 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 + 31O, 320, 330, 330A, 340, 370, 380 + 110O, 1200, 1300, 3100, 3200 Trong đó: Con số thứ hàm lượng gần silíc theo phần trăm; tăng hàm lượng silíc, khối lượng riêng giảm điện trở suất tăng lên Trang 42 Con số thứ hai đặc trưng cho tính chất điện từ thép + Các số 1, 2, đảm bảo suất tổn hao xác định từ hoá lại tần số Pécmaloi50Hz) cảm ứng từ từ trường mạnh + Chữ A ký hiệu suất tổn hao thấp + Số cho biết thép định mức tổn hao từ hóa tần số 400Hz cảm ứng từ từ trường trung bình + Thép có ký hiệu số 5, dùng từ trường yếu từ (0,002 0,008)A/cm trị số bđ chúng đảm bảo + Con số 7, đặc điểm chủ yếu độ từ thẩm cường độ từ trường trung bình từ (0,03 10)A/cm + Con số thứ thép cán nguội (thép có thớ) + Có hai số liên tiếp thép cán nguội thớ Bảng 4.2: Sự phụ thuộc khối lượng riêng điện trở suất thép kỹ thuật điện vào hàm lượng silíc Con số thứ Mức hợp kim hóa silíc thép Hàm lượng Si, % Khối lượng riêng, g/cm3 Điện trở suất .mm2/m Nhãn hiệu thép Hợp kim hóa yếu 0,8 - 1,8 7,80 0,25 Hợp kim hóa trung bình 1,8 - 2,8 7,75 0,40 Hợp kim hóa tăng cao 2,8 - 3,8 7,65 0,50 Hợp kim hóa cao 3,8 - 4,8 7,55 0,60 d Công dụng - Thép với hàm lượng silic cao chủ yếu dùng để làm lỏi thép máy biến áp mà ta thường gọi tơn silic - Thép có thớ đẳng hướng: có tính từ tính tốt thường dùng làm lõi thép máy biến áp Sử dụng thép làm máy biến áp điện lực giảm trọng lượng kích thước - Thép có thớ vơ hướng: thường dùng máy điện quay Các kích thước thường dùng thép kỹ thuật điện cho bảng Bảng 4.3: Kích thước thường dùng thép kỹ thuật điện Trang 43 Kích thước Đơn vị đo Trị số thường dùng Dày mm 0,1; 0,2; 0,35; 0,5, Rộng m 0,24; 0,6; 0,7; 0,75; 0,86; Dài m 0,72; 1,2; 1,34; 1,5; 1,75; Các tiêu chuẩn quy định tính chất điện từ nhãn hiệu thép kỹ thuật điện là: - Cảm ứng từ (ký hiệu chữ B với số cường độ từ trường tương ứng tính theo A/cm); - Tổng suất tổn hao cơng suất dịng điện xoay chiều tính W 1kg thép đặt từ trường xoay chiều, ký hiệu chữ P với số dạng phân số; tử số giá trị biên độ cảm ứng từ tính theo kilơgam, mẫu số tần số tính héc Bảng 4.4: Giá trị giới hạn cảm ứng từ suất tổn hao thép kỹ thuật điện Nhãn hiệu thép Bề dày (mm) B25 – B300 k.gauss, không nhỏ P10/50 – P15/50, W/kg, không lớn B5 – B25 k.gauss, không nhỏ P7,5 + P10/400, W/kg, không lớn hơn 0,35 – 14,4 – 20 0,9 – 14,4 – – 1100- 3200 0,5 14,8 – 20 1,5 – 7,5 – – 310- 330A 0,35 – 0,5 17,5 – 20 0,5 – 2,45 – – 44 - 430 0,1 – 0,35 – – 11,9 – 17 – 19 11- 43A (Cán nóng) Bảng 4.5: Giá trị cảm ứng từ số loại thép kỹ thuật điện Nhãn hiệu thép Bề dày (mm) B0,002 – B0,009 B0,1 – B10 gauss, gauss, không nhỏ không nhỏ 45 46 0,2 – 0,35 1,2 – 8,8 – 47 48 0,2 – 0,35 – 0,3 – 1,3 370 380 0,2 – 0,5 – 1,4 –1,7 Trang 44 3) Pécmaloi: (permallois) hợp kim sắt - niken có độ từ thẩm ban đầu lớn từ trường yếu, chúng khơng có tượng dị hướng từ giảo Pécmalôi chia làm loại: + Loại nhiều niken: (7280)%Ni dùng làm lỏi cuộn cảm có kích thước từ nhỏ, mạch từ máy biến áp âm tần nhỏ, mạch từ máy biến áp xung máy khuếch đại từ + Loại niken: (4050)%Ni có cường độ từ cảm bảo hịa lớn gấp lần loại có nhiều niken Được dùng làm mạch từ cho máy biến áp điện lực, lõi cuộn cảm dụng cụ có mật độ từ thơng cao Các tính chất Pécmaloi cho bảng 4.6 Bảng 4.6: Tính chất loại Pécmaloi Các hợp chất Nhãn hiệu Đặc tính hợp kim Pécmalo 79HM Hợp kim có Bề dày Hk Bmax , ơcstet k.gaus .mm2/ s m bđ nax 0,02 1400 60000 0,01 đến 0,55 đến đến 5000 30000 0 đến 0,06 7,5 đến 0,63 (mm) i nhiều niken 88HX C độ từ thẩm cao điện trở suất cao đến 2,5 Pécmalo 45H, Hợp kim có 0,02 400 12000 0,1 9,5 0,25 i niken 50H, đến 2,5 đến đến 3200 10000 đến 0,45 đến 15 đến 0,9 - 2000 11700 0 0,022 11 0,81 độ từ thẩm đươc nâng 50H cao, từ cảm , 60H bảo hòa, điện trở suất , 38HC, nâng cao cao 42HC, 50HC X Alusife - Hợp kim giòn, độ từ Trang 45 thẩm cao điện trở suất cao 4) Alusife: Hợp kim sắt với silíc nhơm có tên gọi alusife Thành phần tốt alusife 9,5% Si, 5,6% Al lại Fe Hợp kim có đặc tính cứng giịn, chế tạo dạng đúc định hình Các tính chất cho bảng 4.5 Các sản phẩm chế từ alusife như: từ, thân dụng cụ v.v chế tạo phương pháp đúc với thành chi tiết không mỏng (2-3) mm hợp kim giịn Điều làm hạn chế nhiều sử dụng vật liệu Vf vật liệu giịn nên nghiền thành bột để sản xuất lõi ép cao tần 5) Ferit: vật liệu sắt từ bột oxýt sắt, kẻm số vật liệu dạng mịn, định dạng theo ý muốn thơng qua cơng nghệ kết dính dồn kết dính bột kim loại Ferit có điện trở suất lớn nên dịng điện xốy chạy nhỏ Dùng làm mạch từ cuộn dây máy móc điện tử, máy khuếch đại tần số 4.3.2 Vật liệu sắt từ cứng: Các vật liệu sắt từ cứng thường có tổn hao từ trễ lớn, cường độ từ trường khử từ cao, độ từ thẩm nhỏ so với vật liệu sắt từ mềm Tùy theo thành phần trạng thái phương pháp chế tạo vật liệu sắt từ cứng chia làm nhiều loại: - Thép hợp kim hóa, tơi đến trạng thái máctenxít - Các hợp kim từ cứng alni, alnisi, alnico, macnico - Các nam châm dạng bột Là loại có độ dẫn từ thấp hơn, có từ dư lớn, có khả luyện từ, chủ yếu dùng để chế tạo nam chậm vĩnh cửu máy điện, cấu đo Vật liệu chủ yếu thép cácbon, thép crom, thép vonfram, thép côban 1) Hợp kim làm nam châm vĩnh cữu a Thép hợp kim hóa tơi đến trạng thái mactenxít Là loại thép hợp kim hố với chất như: vonfram, crơm, molipden, côban Loại thép vật liệu đơn giản dễ kiếm để làm nam châm vĩnh cửu Thành phần tính chất thép cho bảng Các tính chất cho bảng (bảng4.6.) đảm bảo thép mactenxít sau nhiệt luyện đặc biệt loại sau ổn định nước sôi b Các hợp kim từ cứng Trang 46 Thường gọi hợp kim aluni: (Al - Ni - Fe) Loại có lượng từ lớn Nếu cho thêm cơban silic tính chất từ hợp kim tăng lên Hợp kim aluni, cho thêm silic gọi alunisi, cho thêm côban gọi alunico Nếu hợp kim alunico có hàm lượng cơban lớn ta gọi macnico Tất hợp kim có khuyết điểm khó chế tạo thành chi tiết có kích thước xác hợp kim có tính chất cứng giịn Nên gia cơng phương pháp mài Tùy theo thành phần phương pháp gia cơng mà tính chất từ thay đổi Nam châm hợp kim manicô nhẹ nam châm aluni lượng lần nhẹ nam châm thép crôm thông thường 22 lần Trang 47 Bảng 4.7: Thành phần tính chất thép mactenxít làm nam châm vĩnh cửu Thành phần hóa học % Nhãn hiệu C Cr VV EX Co Mo Cáctính chất từ (khơng nhỏ hơn) Cảm ứng Lực từ dư Bd kháng k.gauss từ Hk ơcstet 9,0 58 0,95 đến 1,30 đến 1,10 1,60 EX3 0,90 đến 2,80 đến 9,5 60 1,10 3,60 E7B6 0,68 đến 0,30 đến 5,20 đến 10,0 62 0,78 0,50 6,20 EX5K5 0,90 đến 5,50 đến 5,50 đến 8,5 100 1,05 6,50 6,5 EX9K15M 0,90 đến 8,0 đến 13,5 đến 1,20 đến 8,0 170 1,05 10,0 16,5 1,70 c Các nam châm dạng bột Chế tạo nam châm vĩnh cửu phương pháp luyện kim bột đề hợp kim đúc sắt – niken – nhôm chế tạo sản phẩm nhỏ có kích thước chinh xác Chúng ta cần phân biệt hai loại nam châm bột kim loại gốm nam châm bột có hạt gắn chất kết dính (nam châm kim loại dẻo) Loại thứ chế tạo cách ép bột nghiền từ hợp kim từ cứng, sau đố thiêu kết nhiệt độ cao Các chi tiết nhỏ chế tạo cơng nghệ có kích thước tương đối xác, khơng cần gia cơng thêm Loại thứ hai chế tạo phương pháp ép giống ép chi tiết chất dẻo chất độn nghiền từ hợp kim từ cứng Vì chất độn cứng nên cần áp suất riêng để ép cao ( /cm2) Nam châm kim loại bột kinh tế sản xuất tự động hóa hàng loạt nam châm có cấu tạo phức tạp kích hước khơng lớn Cơng nghệ hợp kim dẻo chế tạo nam châm có lõi Tính chất từ nam châm kim loại dẻo nhiều, lực kháng từ giảm (10 15)%, từ dư giảm (35 50)%, lượng tích lũy giảm (40 60)% so với nam châm đúc Nam châm kim loại dẻo có điện trở cao, sử dụng thiết bị có trường biến đổi tần số cao Trang 48 4.3.3 Các vật liệu từ có cơng dụng đặc biệt a Các chất sắt từ mềm đặc biệt Các vật liệu từ mềm chia thành nhóm dựa vào tính chất từ đặc biệt chúng là: b Các hợp kim có đặc tính độ từ thẩm thay đổi cường độ từ trường không đổi: Loại hợp kim thuộc nhóm có tên gọi pecminva, hợp kim ba nguyên tố: Fe – Ni – Co với hàm lượng thành phần 25; 45 30% Hợp kim ủ nhiệt độ 10000C, sau giữ nhiệt độ (400 500)0C làm nguội chậm Pecminva có lực kháng từ nhỏ, độ từ thẩm ban đầu 300 giữ khơng đổi khoảng cường độ trường đến ơcstet với cảm ứng từ 1000 gauss Pecminva ổn định từ kém, nhạy cảm với nhiệt độ ứng suất c Các hợp kim có độ từ thẩm phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ: Là hợp kim nhiệt từ gồm: Ni – Cu; Fe – Ni; Fe – Ni – Cr Các hợp kim dùng để bù sai số nhiệt độ thiết bị, sai số gây biến đôi từ cảm nam châm vĩnh cửu hay điện trở dây dẫn dụng cụ điện nhiệt độ môi trường khác với nhiệt đọ lúc khắc độ Để có độ từ thẩm phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, ngưịi ta sử dụng tính chất chất sắt từ cảm ứng từ giảm tăng nhiệt độ đến gần điểm Quyri Đối với chất sắt từ điểm Quyri nằm khoảng đến 1000C tùy thuộc vào nguyên tố hợp kim hóa phụ Hợp kim Ni – Cu với hàm lượng 30% Cu bù sai số giới hạn từ (20 đến 80)0C; với 40% Cu từ (- 50 đến 10)0C d Các hợp kim có độ từ giảo cao Là hợp kim Fe – Cr; Fe – Co Fe – Al Các hợp kim dùng làm lõi máy phát dao động âm tần số âm siêu âm Độ từ giảo hợp kim có dấu dương Để chế tạo vật liệu dùng niken mỏng tinh khiết với độ từ giảo âm e Các hợp kim có độ từ giảo bảo hòa cao Là hợp kim Fe – Co có từ cảm bảo hịa từ cao đến 24000 gauss Điện trở hợp kim khơng lớn Hợp kim có tên gọi Pecmenđuyara với hàm lượng cơban từ 50 đên 70% Pecmenđuyara có giá thành cao nên dùng thiết bị đặc biệt, phận loa động, màng ống điện thoại, dao động ký v.v f Ferít Trang 49 Ferít gốm từ có điện dẫn điện tử khơng đáng kể, xếp vào loại bán dẫn điện tử Trị số điện trở suất lớn lượng tổn hao vùng tần sau tăng cao cao tương đối nhỏ với tính chất từ tương đối tốt làm cho ferít dùng rộng rãi tần số cao Người ta chia ferít thành loại: g Ferít từ mềm Loại ferít từ mềm có từ cảm lớn (hơn 3000gauss) lực kháng từ nhỏ khoảng 0,2 ơcstet Ferít với trị số lớn có trị số tổn hao lớn tăng nhanh tần số tăng Ferít có số điện môi tương đối lớn, trị số phụ thuộc vào tần số thành phần ferít Khi tần số tăng số điện mơi giảm Tang góc tổn hao ferít từ 0,005 đến 0,1 Ferít có tượng từ giảo ferít khác hiệu ứng khác Đặc tính vật liệu Ferít cho bảng sau: (bảng 4.8) Bảng 4.8: Các đặc tính vật liệu Ferít Mật độ Nhiệt dung Nhiệt dẫn Hệ số giãn nở Điện trở suất riêng J(g.độ) riêng W(cm.độ) nhiệt theo chiều dài , .cm l.độ-1 35 0,7 102 10-5 10 107 Hiện người ta thường sử dụng nhóm ferít hỗn hợp như: mangan – kẽm; niken – kẽm, liti – kẽm h Ferít từ cao tần Ngồi ferít từ mềm, tần số cao dùng thép kỹ thuật điện pecmalôi cán nguội điện môi từ Bề dày thép đạt tới (25-30)m Các tính chất từ vật liệu cán mỏng gần giống với chưa cán giá thành chúng cao công nghệ lắp ghép mạch từ vật liệu mỏng phức tạp Vật liệu điện môi từ chế tạo cách nén bột sắt từ có chất kết dính cách điện hữu hay vô Các chất sắt từ thường dùng sắt cácbonyl, pécmalôi, alusife v.v Chất dính kêt cách điện nhưa fenol – fcmalđêhyt, polistirol, thủy tinh v.v Các chất sắt từ cần phải có từ tính cao, cịn chất kết dính phải tạo thành lớp cách điện liên tục không gián đoạn hạt ferít Các lớp cần có bề dày đồng độ bền kết dính hạt với i Ferít có vịng từ trễ chữ nhật Ferít có vịng từ trễ chữ nhật đặc biệt ý kỹ thuật máy tính để làm nhớ Vật liệu sản phẩm có loạt yêu cầu đặc biệt Để đặc trưng cho chúng thường dùng vài tham số phụ Trong số phải kể đến tham Trang 50 số hệ số chữ nhật Kcn chu trình từ trễ, tỉ số cảm ứng từ dư Bdư cảm ứng từ lớn Bmax K cn Bdu Bmax Để xác định Bmax thường đo trị số Hmax= 5Hk Hệ số Kcn gần tới tốt Ferít từ trễ chữ nhật sử dụng cần ý đến thay đổi tính chất chúng theo nhiệt độ Ví dụ nhiệt độ biến đổi từ -200C đến 600C lực kháng từ giảm (1,5 2) lần, cảm ứng từ giảm (5 35)% Câu hỏi ôn tập 4.1 Trình bày khái niệm vật liệu từ? Nêu đặc tính chủa vật liệu dẫn từ? 4.2 Thế đường cong từ hóa? Trình bày đường cong từ hóa số vật liệu từ điển hình? 4.3 Trình bày khái niệm mạch từ? Nêu cách tính toán số mạch từ đơn giản? 4.4 Nêu định luật mạch từ? Thế toán thuận, toán nghịch? 4.5 Từ mạch từ vẽ sơ đồ thay nêu đại lượng có sơ đồ? 4.6 Cho biết hư hỏng thường xẩy mạch từ? 4.7 Thế vật liệu từ mềm, từ cứng vật liệu từ có cơng dụng từ đặc biệt? 4.8 Nêu tính chất thép kỹ thuật điện? Cách phân loại giải thích ký hiệu thép kỹ thuật điện? 4.9 Nêu tính chất cơng dụng loại vật liệu từ học? tập 4.10 Mạch từ hình vẽ (hình BT: 4.1) có kích thước S = S = cm2, = 0,050 cm, LC = 30cm N = 500 vòng Giả sử sắt r = 70000 a Hãy xác định từ trở RC R Giả sử mạch từ làm việc BC = 0,1T b Hãy xác định từ thơng dịng điện I lC Hinh BT: Trang 51 4.11 Đối với mạch từ (hình BT: 4.1) Hãy xác định: a Tự cảm L b Năng lượng dự trữ w BC =1T c Điện áp cảm ưng e Cho tần số f = 60Hz, BC = 1,0 sint với = 2/60=377 Tài liệu tham khảo Nguyễn Xuân Phú:Vật liệu điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, HHà Nội, 1998 Nguyễn Xuân Phú: Khí cụ Điện - Kết cấu, sử dụng sửa chữa, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội , 1998 Trần Khánh Hà: Máy điện 1, 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 TS Nguyễn Trọng Thắng: Công nghệ chế tạo tính tốn sửa chữa máy điện 1, 2, 3, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1995 Nguyễn Xuân Phú (chủ biên): Quấn dây, sử dụng sửa chữa động điện xoay chiều chiều thông dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 Đặng Văn Đào: Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1999 Nguyễn Chu Hùng - Tôn Thất Cảnh Hưng: Kỹ Thuật Điện 1, Trường đại học bách khoa TP.HCM.1995 Nguyễn Đình Thắng: Giáo trình Vật liệu điện, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2004 Trang 52 ...ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH VĨNH LONG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VĨNH LONG Tác giả biên soạn: ThS Nguyễn Phước Hậu KS Đặng Phước Linh GIÁO TRÌNH AN TỒN ĐIỆN – VẬT LIỆU ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP... hỏng vật liệu điện sở đặc tính kỹ thuật - Tính chọn,thay vật liệu điện yêu cầu kỹ thuật Nội dung môn học bao gồm: - Khái niệm vật liệu điện - Vật liệu cách điện - Vật liệu dẫn điện 27 - Vật liệu. .. viên có lực: - Nhận dạng loại vật liệu điện thông dụng - Phân loại loại vật liệu điện thơng dụng - Trình bày đặc tính loại vật liệu điện - Sử dụng thành thạo loại vật liệu điện - Xác định dạng