Bài giảng Vật liệu điện và cao áp: Chương 8 - Ngô Quang Ước

Chia sẻ: Nguyễn Văn Tuấn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

125
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vật liệu dẫn điện, hợp kim có điện trở cao, cáp và dây dẫn điện,... là những nội dung chính trong chương 8 "Vật liệu dẫn điện và cáp điện" trong bài giảng Vật liệu điện và cao áp do giáo viên Ngô Quang Ước biên soạn. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu điện và cao áp: Chương 8 - Ngô Quang Ước

CHƯƠNG 8. VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN VÀ CÁP ĐIỆN 1. VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 1.1. Phân loại và các tính chất cơ bản của vật liệu dẫn điện * Phân loại: - Thế rắn: có các kim loại và các hợp kim. Kim loại gồm loại có điển dẫn cao (dùng làm dây dẫn, cáp điện..) và loại có điện trở cao (dùng làm biến trở, đèn thăm sáng...). - Thể lỏng: Gồm các kim loại nóng chảy và dung dịch điện phân. - Thể khí: Loại này trở thành vật dẫn nếu ở một điều kiện nhất định.
* Tính chất: l - Điện dẫn suất và điện trở suất. R Ω.m S - Hệ số nhiệt của điện trở suất. t   0 (1    .t ) Trong đó: ρt - điện trở suất của vật liệu đo ở nhiệt độ t0; ρ0 - điện trở suất ở nhiệt độ ban đầu; αρ - hệ số nhiệt của điện trở suất Hệ số nhiệt của điện trở suất nói lên sự thay đổi điện trở suất của vật liệu khi nhiệt độ thay đổi: t  0 TK       0 t
- Sự biến đổi điện trở suất khi biến dạng. Kim loại bị kéo hay bị nén, điện trở suất của nó có thể tính gần đúng như sau:  L   (1   ) Với: - σ ứng suất cơ ở tiết diện mẫu; - φ hệ số ứng suất cơ. Dấu cộng (+) ứng với biến dạng kéo, còn dấu trừ (-) là khi nén. - Nhiệt dẫn suất Theo định luật thực nghiệm Viđeman Frantx n  aT  Hệ số a đối với đa số kim loại giống nhau: a = 2,23.10-8
- Sức nhiệt động. + Khi cho hai kim loại khác nhau tiếp xúc thì giữa chúng phát sinh hiệu điện thế. Và được xác định theo công thức: KT n U AB  U B  U A  .ln OA e nOB Trong đó: UA và UB - điện thế tiếp xúc của kim loại A và B nOA và nOB - mật độ điện tử trong kim loại A và B T – Nhiệt độ tại chỗ tiếp xúc K – hằng số Boltzman k = 1,38.10-23 (J/K) + Nguyên nhân phát sinh hiệu điện thế tiếp xúc là do công thoát của mỗi kim loại khác nhau do đó số điện tử tự do trong các kim loại (hoặc hợp kim) không bằng nhau
+ Hiệu điện thế tiếp xúc của các cặp kim loại dao động vài phần mười đến vài vôn, nếu nhiệt độ của cặp bằng nhau, tổng hiệu điện thế trong mạch kín bằng không. Nhưng khi một phần tử của cặp có nhiệt độ là T1 còn cặp kia là T2 thì trong trường hợp này sẽ phát sinh sức nhiệt điện động (s.n.đ.đ) K n U (T 1 T2 ) ln OA  A(T1  T2 ) e nOB A mV B T2 T1 Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo cặp nhiệt điện
+ Sự xuất hiện hiệu điện thế tiếp xúc đóng vai trò quan trọng ở hiện tượng ăn mòn điện hóa và được úng dụng trong một số khí cụ đo lường, đặc biệt là ứng dụng để chế tạo các cặp nhiệt ngẫu dùng để đo nhiệt độ - Hệ số nhiệt giãn nở dài của vật dẫn kim loại. + Hệ số giãn nở nhiệt theo chiều dài của vật dẫn kim loại 1 dL  L  TK L  Lt dT Giá trị: - αL cao nóng chảy ở nhiệt độ thấp. - αL nhỏ khó nóng chảy + Hệ số nhiệt độ của vật dẫn được tính: R   L
- Tính chất cơ học của vật dẫn. + Đặc tính cơ được đặc trưng bằng giới hạn bền và độ dãn dài tương đối khi đứt ∆l/l
1.2. Vật liệu có điện dẫn cao 1) Đồng (Cu) - Ưu điểm: Điện trở suất nhỏ; Độ bền cơ tương đối cao; Chống ăn mòn tốt; Khả năng gia công tốt; Hàn và gắn tương đối dễ dàng. - Sản xuất: Được tiều chế từ quặng sunfít trong tự nhiên, sau đó được làm sạch bằng điện phân và sau đó được kéo thành sản phẩm có tiết diện cần thiết. - Chế tạo dây dẫn: Thỏi đồng được cán nóng thành dây đường kính 6,5 – 7,2 mm, sau đó dây được rửa sạch trong dung dịch axít sunfuric loãng để khử đồng ôxít CuO2 sinh ra trên bề mặt khi đốt nóng đồng, cuối cùng kéo nguội thành sợi có đường kính cần thiết đến 0,03 ÷ 0,02 mm.
• Phân loại đồng - Theo thành phần tạp chất + M1 có 99,90%Cu, các tạp chất khác là 0,10% và lượng ôxy không được quá 0,08%, + MO có MO – 99,95% có tính cơ học tốt hơn, không quá 0,05% tạp chất, trong đó ôxy không quá 0,02%. - Theo quá trình sản xuất + Khi thực hiện gia công kéo nguội sẽ được đồng cứng MT. loại này có giới hạn bền cao, độ giãn dài nhỏ. + Đồng ủ sẽ được đồng mềm MM, loại này tương đối dẻo, có độ cứng nhỏ, độ bền không lớn nhưng độ dãn dài rất lớn khi đứt và điện dẫn suất cao hơn. • Đồng tiêu chuẩn là đồng ở trạng thái ủ. ở nhiệt độ 200C có điện dẫn suất 58 (m/Ω.mm2).
• Các tính chất của đồng: + Có màu đỏ nhạt sáng rực, da công dễ dàng, chịu được thời tiết xấu. + Điện dẫn suất rất nhạy cảm với tạp chất có trong đồng. + Hệ số nhiệt điện trở suất của đồng cứng cũng như đồng mềm trên thực tế giống nhau. + Giới hạn bền khi kéo với MT > 36÷39 còn MM > 26÷28 kG/mm2. + Độ dãn dài tương đối khi đứt với MT > 0,5÷2,5% còn MM > 18÷35% + Điện trở suất với MT > 0,0179÷0,0182 còn AM > 0,01754 Ω.mm2/m. + Nhiệt độ nóng chảy: 10830C
• Ứng dụng Dùng làm kết cấu máy biến áp, máy điện, làm dây dẫn cho đường dây tải điện, dây quấn trong máy điện , trong các khí cụ điện, trong thiết bị vô tuyến viễn thông….
2) Hợp kim đồng. - Đồng thanh (Bronze) : là hợp kim đồng với một lượng nhỏ thiếc, silic, phôtpho, beri, crôm, magiê, cađmi v.v. + Đồng thanh có ưu điểm hơn đồng tinh khiết: Có tính chất cơ học tốt hơn, Điện trở suất lớn hơn + Sử dụng để chế tạo lo xo dẫn điện, Các cổ góp điện, dây dẫn viễn thông, đường dây trên không, … + Cho chất phụ cađmi vào đồng thu được: Làm điện dẫn suất giảm sút đi một ít nhưng độ bền cơ và độ cứng tăng lên nhiều, Giới hạn bền kéo của đồng thanh cađmi đạt 105 kg/mm2. Được dùng ở những chố tiếp xúc, phiến góp có công dụng đặc biệt.
- Đồng thau (Latun): là hợp kim đồng kẽm trong đó kẽm không quá 46% và có thêm Si, Ni, Al, Mn, Fe, Sb,… + Đồng thau có điện trở suất cao hơn. Có độ giãn dài tương đối khá cao, có độ bền kéo cao hơn nên có đặc tính công nghệ ưu việt hơn so với đồng tinh khiết khi gia công rèn, dập, kéo sợi mảnh ... + Được dùng trong kỹ thuật điện để sản xuất ra mọi chi tíêt dẫn điện như: roto lồng sóc, các chi tiết như vít, chốt, khóa, các ổ cắm điện…
3) Nhôm - Nhôm là vật liệu quan trọng thứ hai được sử dụng trong kỹ thuật điện sau đồng, - Nhôm có điện dẫn suất cao (thu bạc và đồng), trọng lượng riêng giảm và tính chất vật lý, hoá học cho ta khả năng dùng nó làm dây dẫn điện. - Có màu bạc trắng là kim loại tiêu biểu cho các kim loại nhẹ (Nghĩa là kim loại có khối lượng riêng nhỏ hơn 5 g/cm3). Khối lượng riêng của nhôm đúc gần = 2,6 còn nhôm cán là 2,7 g/cm3 và nhẹ hơn đồng 3,5 lần. Hệ số nhiệt độ giãn nở dài, nhiệt dung và nhiệt độ nóng chảy của nhôm đều lớn hơn đồng.
- Cùng một tiết diện và chiều dài nhôm kém đồng cả về độ bền cơ và đặc tính điện. - Điện trở dây nhôm lớn hơn đồng 1,63 lần nên điện trở RAl = RCu hay đường kính (DAl = 1,63DCu) vì vậy khi nào bị hạn chế về kích thước thì việc dùng nhôm thay đồng gặp khó khăn. - Nếu so sánh 2 đoạn dây nhôm và đồng có cùng độ dài, R. Mặc dù Nhôm to hơn Đồng nhưng nhẹ hơn đồng khoảng 2 lần. Vì vậy để sản xuất các dây dẫn có cùng điện dẫn và chiều dài thì dùng Al lợi hơn Cu trong trường hợp nếu 1 tấn nhôm đắt hơn một tấn đồng không quá 2 lần. Nên Al thay thế Cu làm dây điện đường dây tải điện trên không và dùng sản xuất lõi dây cáp điện với số lượng rất lớn.
• Phân loại Nhôm - Theo thành phần tạp chất: + Al là nhôm có tạp chất trong thành phần không quá 0,5% + ABOO có tạp chất < 0,03% được dùng sản xuất nhôm lá, các điện cực và vỏ tụ điện điện phân. + ABOOO có tạp chất < 0,004% - Cộng nghệ gia công như cán, kéo và ủ củng giống như đồng. – + Nếu Nhôm được cán nguội thì goi là Nhôm cứng(AT). + Nếu Nhôm được ủ thì goi là Nhôm mềm (AM)