Вы здесь

Электротехнические материалы

Для изготовления электрических машин, аппаратов и приборов, для сооружения электрических установок и монтажа электрических линий используют различные материалы. Значительная часть этих материалов носит название электротехнических. Электротехнические материалы подразделяются на проводниковые, полупроводниковые, электроизоляционные и магнитные. Проводниковые материалы делятся на две основные группы: материалы высокой проводимости и высокого сопротивления.

Материалы высокой проводимости применяются для выполнения обмоток, соединительных проводов, электрических линий и в случаях, где требуется малое сопротивление. Самым низким удельным сопротивлением при 20° С обладает серебро  ρ=1,6•10-8 Ом•м, его применяют для изготовления контактов реле и аппаратов.

Наиболее широко применяемым проводниковым материалом является медь, которая обладает рядом ценных свойств: высокой электропроводностью, стойкостью к окислению, достаточно высокой механической прочностью и способностью хорошо обрабатываться и паяться. Удельное электрическое сопротивление меди  ρ= 1,8•10-8 Ом•м.



В качестве конструкционных материалов в электрических аппаратах применяются сплавы меди с оловом и другими металлами, называемые бронзами, а также сплав меди с цинком — латунь.

Вторым по важности проводниковым материалом является алюминий, который в ряде случаев с успехом заменяет медь. Удельное электрическое сопротивление алюминия ρ = 2,65•10-8 Ом•м. На воздухе алюминий покрывается тонкой пленкой окиси, которая препятствует дальнейшему окислению. Эта пленка препятствует пайке алюминия, поэтому при соединении алюминиевых проводов их сваривают или паяют при помощи особых припоев.

Сплавы высокого сопротивления применяют для изготовления деталей электроизмерительных и электронагревательных приборов, резисторов, реостатов и др. Наиболее распространенные сплавы высокого сопротивления: константан, имеющий удельное электрическое сопротивление ρ = 43,5•10-8 Ом•м и температуру плавления 1260° С, манганин ρ=48•10-8 Ом•м с температурой плавления 960°С, нихром ρ=11,2•10-7 Ом•м с температурой плавления 1390° С.

Полупроводники занимают промежуточное место между проводниками и изоляционными материалами. Электрические свойства полупроводников зависят от температуры, освещенности, наличия и интенсивности электрического поля, количества примесей. При обычной температуре в полупроводниках имеется некоторое количество свободных электронов, образовавшихся вследствие разрыва электронных связей. У полупроводников различают два вида проводимости: электронную и дырочную. Электронная проводимость осуществляется свободными электронами, а дырочная — передвижением связей лишенных электронов. Для изготовления полупроводниковых приборов наиболее широко используют германий и кремний.

Электроизоляционные материалы (диэлектрики) предназначены главным образом для изоляции токоведущих частей электроустановок.

Электроизоляционные материалы можно разделить по состоянию при обычной температуре на газообразные, жидкие и твердые; по происхождению — на органические, неорганические, естественные и искусственные; по области применения—для напряжений до 1000 В и выше, для низкой и высокой частоты.

Электроизоляционные материалы характеризуются величиной диэлектрической проницаемости, т. е. проницаемостью электрического поля внутрь диэлектрика. Если изоляция находится под воздействием переменного тока, то некоторое количество электрической энергии превращается в тепловую. Поглощаемая энергия называется диэлектрическими потерями.

Если сильно увеличено напряжение, приложенное к изоляционному материалу, происходит его пробой. При этом материал утрачивает электроизоляционные свойства, что может привести к возникновению короткого замыкания между токоведущими частями электроустановки. Напряжение, при котором происходит пробой изоляции, называется пробивным напряжением.

Многие газообразные вещества являются электроизоляционными материалами. К их числу относится воздух, который используют в электрических приборах, аппаратах и электроустановках. Электрическая прочность воздуха составляет 3—5 кВ/мм.

К жидким изоляционным материалам относятся трансформаторное, кабельное и конденсаторное масла, которые применяют для заполнения соответствующих электротехнических конструкций: трансформаторов, кабелей, конденсаторов.

В электротехнических установках широко используют минеральные диэлектрики: слюду, мрамор, шифер, стекло, фарфор; слоистые— гетинакс, текстолит, асбоцемент; волокнистые — дерево, бумагу, фибру, стекловолокно; твердеющие — шеллак, бакелит, смолы. Также широко используют различные лаки и высыхающие масла. Для изоляции провода используют каучук, а для изготовления ряда электроизоляционных изделий — его производное — эбонит.

Магнитные материалы, применяемые в электротехнических устройствах, делятся на две группы: магнитно-мягкие и магнитно-твердые.

Магнитно-мягкие материалы характеризуются небольшими значениями остаточного магнетизма (коэрцитивной силы) и высокой магнитной проницаемостью. Эти материалы используются для изготовления сердечников электрических машин и трансформаторов. Из магнитно-мягких материалов наиболее распространена электротехническая сталь, которая отличается от обычной стали высоким процентным содержанием кремния до 5%. Другим материалом является пермаллой — сплав, содержащий до 80% никеля. Для высокочастотных электроустановок применяют сердечники из феррита, состоящего из измельченных, а затем сплавленных окислов железа и других материалов: никеля, цинка и т. п.

Магнитно-твердые материалы применяют для изготовления постоянных магнитов. Эти материалы характеризуются большими значениями коэрцитивной силы и высоким остаточным магнетизмом. Лучшие магнитные свойства имеют легированные стали с присадками никеля, вольфрама, хрома, алюминия и кобальта (сплавы магнико, альнико и др.). Сплавы железа с платиной обладают еще более высокими магнитными свойствами.



Широко распространенными электротехническими изделиями, в которых применены проводниковые и изоляционные материалы, являются провода.

Провода изготовляют незащищенными (изоляция не предохранена специальными оболочками от механических повреждений) и защищенными. Провода могут иметь одну (одножильные) и несколько (многожильные) изолированных друг от друга жил, заключенных в общую оболочку.

Провода выпускают на номинальные напряжения 380, 500 и 660 В.

Провода с резиновой изоляцией могут иметь оплетку из волокнистых материалов или быть без нее. У проводов АПР и АПРТО оплетка пропитана противогнилостным составом. Некоторые марки проводов имеют оболочку из пластмассы или металла.

Марки проводов расшифровываются следующим образом:

  • буква А означает алюминиевую жилу; если этой буквы нет, то провод имеет медную жилу;
  • буква П означает провод; если буква П в марке повторяется, то это указывает на плоскую конструкцию провода;
  • буквы Р (резиновая) или В (поливинилхлоридная) указывают на тип изоляции токоведущей жилы.

Провода, предназначенные для скрытой прокладки или для прокладки в стальных трубах, в названии марки проводов имеют соответственно букву С (например, АППВС) или Т (например, АПРТО).

Буква О указывает на наличие у провода оплетки, пропитанной противогнилостным составом. Некоторые провода имеют изоляцию из негорючей найритовой резины. В марке этих проводов содержится буква Н (например, АПН).

Шнуры применяют главным образом для присоединения электроприборов.

В марках наиболее распространенных в сельском хозяйстве кабелей АВРГ, АНРГ и других буква Г, стоящая на последнем месте, означает «голый», т. е. кабель, не имеющий поверх оболочки (резиновой или поливинилхлоридной) никаких защитных покровов и брони.



Буква П, содержащаяся в марке специальных кабелей (АПВ), означает, что они имеют полиэтиленовую оболочку.

В сельском хозяйстве применяют, как правило, провода и кабели с алюминиевыми жилами (одно и многопроволочными). Исключение составляет, например, кабель с медными жилами марки ВБВ с поливинилхлоридной изоляцией (бронированный, с полихлорвиниловой оболочкой), применяемый во взрывоопасных помещениях.

К применению в сельском хозяйстве рекомендованы также провода с резиновой изоляцией АПР, АППР, АПРВ, АПРТО, APT, АПН и с поливинилхлоридной АПВ, АППВ, АППВС, АВТ иАВТС.

Чаще всего используют кабели с резиновой (найритовой) изоляцией и резиновой оболочкой АНРГ ( НРГ); с поливинилхлоридной изоляцией и резиновой оболочкой АВРГ (ВРГ), с поливинилхлоридной оболочкой АПВ; с поливинилхлоридной изоляцией и поливинилхлоридной оболочкой, бронированные АВБВ и ВБВ.

Провода АПВ и АПРВ изготовляют только одножильными. Провода и кабели АПН, АВРГ, АНРГ изготовляют с одной, двумя и тремя жилами. Провода АППВ и АППВС выпускают только двух-и трехжильными. Четырехжильную конструкцию имеют провода АППР, APT и кабели АВБВ. Кабели ABB и АВП выпускают также пяти-, шести- и семижильными, а провода АПРТО могут быть даже четырнадцатижильными.

Применяемые в сельском хозяйстве провода и кабели, как правило, имеют сечение от 2,5 до 50 мм2. Провода и кабели больших сечений используют реже.

В инкубаториях наиболее широко используют следующие провода: АППВС-500, АППВ-500, АПВ-500, АВТС-1 (провод с алюминиевыми жилами с несущим тросом) и кабели АВРГ-500 и АКВРГ-500 (контрольный).