Основные электрические параметры проводников | ldsound.ru
Основные электрические параметры проводников – удельное электрическое сопротивление и температурный коэффициент электрического сопротивления. Удельное сопротивление проводника – сопротивление провода длиной 1 мм2. Температурный коэффициент сопротивления – относительное изменение сопротивления при изменении температуры на 1°С. ТКС зависит от температуры. Немного информации по медным обмоточным проводам можно найти здесь.
Сопротивление провода определяется по формуле:
R = ρ · l / S, или R = 1,27 · ρ · l / d2,
где:
R – сопротивление, Ом;
ρ – удельное сопротивление, Ом·мм
l– длина провода, м;
S – поперечное сечение провода, мм2;
d – диаметр провода, мм.
Сопротивление провода зависит от температуры:
RT = R20 · [1 + α · (T – 20) / 100],
где:
RT – сопротивление при заданной температуре;
R20 – сопротивление при 20° С;
α – ТКС, %/° С;
Т – заданная температура, ° С.
Основные параметры проводников низкого сопротивления:
| Материал | Удельное сопротивление при 20°С, Ом·мм2/м | ТКС, %/°С | Температура плавления, °С | Плотность, г/см3 |
| Алюминий | 0,028 | 0,49 | 660 | 2,7 |
| Бронза фосфорист. | 0,115 | 0,4 | 900 | 8,8 |
| Золото | 0,024 | 0,37 | 1060 | 19,3 |
| Латунь | 0,03 – 0,06 | 0,2 | 900 | 8,5 |
| Медь электротехн. | 0,0175 | 0,4 | 1080 | 8,9 |
| Никель | 0,07 | 1450 | 8,8 | |
| Олово | 0,115 | 0,42 | 230 | 7,3 |
| Платина | 0,1 | 0,3 | 1770 | 21,4 |
| Свинец | 0,21 | 0,4 | 330 | 11,4 |
| Серебро | 0,016 | 0,38 | 960 | 10,5 |
| Сталь | 0,098 | 0,62 | 1520 | 7,8 |
| Уголь | 0,33 – 1,85 | 0,06 | – | 1,7 |
| Хром | 0,027 | – | – | 6,6 |
| Цинк | 0,059 | 0,35 | 420 | 7,0 |
| Материал | Удельное сопротивление при 20°С, Ом·мм2/м | ТКС (в интервале 0 – 100°С), %/°С | Максимальная рабочая температура, °С | Температура плавления, °С | Плотность, г/см3 |
| Константан | 0,44 – 0,52 | 0,0005 | 500 | 1270 | 8,9 |
| Манганин | 0,4 – 0,5 | 0,005 | 100 | 1200 | 8,4 |
| Нейзильбер | 0,28 – 0,35 | 0,03 | 150 | 1000 | 8,4 |
| Никелин | 0,39 – 0,45 | 0,002 | 150 | – | – |
| Нихром | 1,0 – 1,1 | 0,015 | 900 | 1400 | 8,2 |
| Реотан | 0,45 – 0,52 | 0,04 | 150 | – | – |
| Фехраль | 1,1 – 1,3 | 0,01 | 900 | 1460 | 7,2 |
| Хромаль | 1,45 | 0,005 | 1000 | 1500 | 7,1 |
| Базовые понятия электрики Инструменты электрика Электроинструменты электрика Техника безопасности Помощь при поражении током Защита от электрического тока Кабели, провода и шнуры Характеристики составляющих проводов Виды кабелей, проводов и шнуров Сопутствующие изделия Способы соединения проводов Электромонтажные изделия Изделия для прокладки кабеля Электромонтажные коробки Розетки и выключатели Осветительная аппаратура Трансформаторы Автоматические выключатели Предохранители Ящики и боксы под автоматы Электрические счетчики Монтаж кабеля Выбор проводов Составление схемы электропроводки Монтаж скрытой проводки Штробление стен Скрытая прокладка проводки в трубах Скрытая прокладка кабеля в перегородках, полах и потолках Монтаж открытой электропроводки Монтаж розеток, выключателей и распределительных коробок Освещение Виды светильников Основные правила освещения Монтаж освещения в квартире или ч. доме Галогенные лампы с трансформатором Монтаж уличного освещения Дизайнерские ухищрения в освещении Монтаж распределительных (ЩЭ) щитков Заземление Заземление в многоэтажном доме Система уравнивания потенциалов Электричество в частном доме Трехфазные и однофазные сети Ввод электроэнергии в частный дом Подключение к линии электропередачи Защита от молний в частном доме Система уравнивания потенциалов Применение стабилизаторов Монтаж электрики на открытом воздухе Система «Умный дом» Ремонт электропроводки Отключение электроэнергии во всей квартире (доме) Срабатывание УЗО Приложения | Материал жилы В бытовых условиях чаще всего используются алюминий, медь и алюмомедь. С первыми двумя все понятно, но вот что такое алюмомедь? Это не сплав, как можно подумать сначала, поскольку тяжелый и легкий металлы соединяются крайне плохо, а композитный материал, состоящий из алюминиевого сердечника и покрытый сверху слоем меди. Зачем соединять эти два материала, станет понятно после рассмотрения их свойств. Алюминий — прекрасный материал: легкий, дешевый, обладает вполне приличной электропроводимостью, хорошо отдает тепло, химически стоек. Однако есть несколько «но», существенно подмачивающих репутацию данного металла. 1. Алюминиевый провод не может быть гибким. Вспомните, как хорошо переламывается проволока из этого материала, если перегнуть ее несколько раз. Вывод простой — такие провода используют только в стационарных установках и там, где нет острых углов поворота кабеля при прокладке (рис, 4.10). может серьезно препятствовать течению электрического тока. Отсюда и излишний перегрев, и риск потерять контакт в местах соединения. 3. Алюминий — прекрасный проводник, но только в случае, если не содержит примесей, чего добиться очень трудно. По сравнению с медью этот металл обладает проводимостью, меньшей в полтора раза. Медь наряду с многочисленными плюсами обладает не меньшим количеством минусов. Достоинства: проводимость выше, чем у алюминия, гибкость, не образует оксидной пленки. От гибкости зависит толщина жилы. Алюминиевые проводники не могут быть тоньше 2,5 мм1, а из меди можно изготавливать жилы толщиной 0,3 мм2 (рис, 4.11). Недостатки: дороговизна, высокая плотность, а следовательно, и вес, невозможность прямого соединения с алюминиевыми жилами. При контакте эти два металла образуют гальваническую пару, и возникающие токи разрушают контакт. Именно поэтому при необходимости контакта используют специальные клеммы соединения.
Алюмомедь — механический композит, состоящий из алюминиевого сердечника и медной рубашки, которая занимает 10 % от объема жилы. Сочетает в себе положительные качества алюминия и меди. Минусы: по всем показателям уступает проводникам из отдельных металлов. Плюс: низкая стоимость. Сечение жилы Провода и кабели выпускаются с сечением жилы от 0,3 до 800 мм2. В бытутакие крайние значения не используются. Крайние показатели для дома —это проводники с сечением жил от 0,35до 16 мм
Количество проволок в жиле
От их числа зависит гибкость кабеля или провода. Чем больше количество проволок на единицу сечения, тем гибче проводник (рис. 4.12). Различают жилы гибкие и с повышенной гибкостью, использующиеся при изготовлении шнуров. Соответственно, если от проводника требуется держать форму, например при монтаже распределительных щитов, применяются однопроволочные жилы. Материал изоляции Это важнейшая часть проводников. Именно изоляция придает кабелю или проводу те или иные качества. Проводники могут быть бронированными, термостойкими, водонепроницаемыми, защищенными от давления и другими — все это изоляция. Электрический ток может быть опасен для жизни, и изоляционные материалы необходимы для защиты человека. Однако это не единственная функция изоляции. Металлический проводник нуждается в защите. Особенно это касается многожильных кабелей. Основные задачи изоляции: защита от утечки и поражения электрическим током, механическая и термическая защита кабеля, индикация проводников. Видов изоляции, как и материалов, из которых она изготавливается, великое множество. Нет смысла рассматривать их все. Достаточно описать те виды, которые используются в домашних условиях, а их не слишком много. Изоляция подразделяется на ТПЖ (токопроводящую жилу) и оболочку, которая покрывает проводник снаружи (рис, 4.13).
Основной характеристикой материала изоляции является электрическая прочность. Это такое значение силы тока, при котором заряд пробивает слой изоляционного материала толщиной в 1 мм. Все кабели, которые используются в быту, имеют многократную электрическую прочность. Пробой в такой изоляции возможен лишь в случае механического повреждения или в силу длительной службы провода. Вторая характеристика — нагревостойкость. Это просто: чем выше показатель, тем большую температуру нагрева может выдержать изоляция без потери своих качеств. К данному показателю прибавляются морозостойкость и механическая прочность. Чем прочнее и устойчивее на разрыв и изгиб материал изолятора, тем лучше. С понятием механической прочности связан термин «опрессовка кабеля». При изготовлении, когда внешняя оболочка надевается на изоляцию ТПЖ, кабель затем опрессовывается, приобретая плотность и структуру — плоскую или круглую. Покупая кабель или провод, необходимо убедиться, что проводник опрессован с надлежащей тщательностью. Поливинилхлорид (ПВХ) наиболее распространенный изоляционный материал. Это полимер белого цвета, обладающий высокой устойчивостью к кислотам и щелочам (рис. 4.14). Практически негорюч. Достаточно мягкий и гибкий материал, тем не менее имеет несколько минусов, а именно: низкую морозоустойчивость (до -20 °С), хотя в последнее время созданы и холодоустойчивые модификации, при нагревании вместо горения начинает выделять хлороводород и диоксины (достаточно вредные вещества с едким запахом). Например, хлороводород при добавлении воды образует соляную кислоту, то есть при вдыхании дыма на слизистых оболочках образуется разъедающая кислота. Резина — отличный изолятор, изготавливаемый из искусственных или природных каучуков. Применяется, когда необходимы повышенная гибкость кабеля и морозоустойчивость (рис, 4.15).
Полиэтилен — изолятор с хорошими показателями морозостойкости, весьма устойчивый к агрессивным веществам (рис, 4.16).
Пропитанная бумага имеет отличные токоизолирующие качества, но, к сожалению, хорошо горит и требует дополнительных материалов для термоизоляции. Карболит — пластический материал, используемый для производства розеточных колодок и оболочек кабельных сжимов, термостойкий, но хрупкий
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
классификация и маркировка, специальные и нестандартные
Содержание статьи:
Электротехническая промышленность предлагает клиентам широкий выбор проводников для создания электропроводки, подключения приборов к электросети. Все изделия (провода, шнуры, кабели) имеют свои технические характеристики, условия эксплуатации и назначение. Чтобы уметь разбираться в многообразии товаров и выбирать наилучший вариант для работ, нужно понимать, какие бывают провода и правильно расшифровывать маркировку.
Основные понятия
Строение кабеля
Провод – это изделие, которое состоит из нескольких частей, проводящее электрический ток. Проводники используются для подключения приборов к точке питания. К основным частям относятся ведущие жилы и изоляционный слой.
Под жилой понимают проволоку из металла, которая проводит электрический ток. Ее важнейшими характеристиками являются материал изготовления, количество тонких проволок и площадь поперечного сечения. Провода можно поделить на однопроволочные (монолитные) и многопроволочные. От количества жил зависит гибкость проводника – она увеличивается с ростом числа проволок. От площади сечения зависит то, какое количество тока может провести провод. Каждый материал может пропускать разный ток при равном сечении. Чтобы выбрать провод, нужно воспользоваться специальными таблицами, в которых указана максимальная нагрузка при определенной площади сечения.
Изоляция – это диэлектрический защитный слой, который помогает обезопасить человека от прямого контакта с проводником тока. Кроме этого изоляция позволяет размещать несколько жил рядом без риска возникновения короткого замыкания между нулем и фазой, а также защищает провод от негативного воздействия окружающей среды. Обычно изоляционный слой делается из ПВХ, резины, полиэтилена и других материалов.
Нередко делается несколько слоев изоляции. Дополнительные защитные слои необходимы при прокладке провода в сложных условиях, нестабильных грунтах, под дорогами. Также в состав входит броня, внешний и наружный защитный слои.
Информацию о материале провода и изоляции, площади сечения можно узнать в буквенно-цифровой маркировке. Она регламентирована правилами и является единой для проводов и кабелей разного назначения. Буквами указывается тип проводника, материал выполнения, гибкость и другие характеристики. Цифры показывают сечение и количество жил.
Различие проводников по материалу
Главными материалами, из которых создаются разные типы проводов, являются медь и алюминий. Реже жилы делаются из стальной проволоки. Виды кабелей и проводов и их назначение зависят от свойств, характеристик и положительных качеств того или иного материала.
Алюминий
Кабель с алюминиевыми жилами
Жилы, выполненные из алюминия, стали настоящим открытием в электротехнике. Алюминий является четвертым материалом по уровню электропроводности после серебра, меди и золота. Это позволило удешевить производство кабелей и сделать электрификацию проще.
К преимуществам можно отнести:
- дешевизну;
- химическую устойчивость;
- малый вес.
Недостатки:
- хрупкость;
- разрушение защитной оксидной пленки под действием температуры;
- сложность пайки;
- ухудшение электропроводности из-за наличия примесей;
- небольшой срок службы.
Алюминий требует регулярного обслуживания, поэтому такая проводка со временем обойдется дороже медной. К тому же невысокий срок службы и хрупкость делают невыгодным долгосрочное применение алюминия. По этой причине и соображениям безопасности алюминиевые провода запрещено использовать в прокладке новых силовых линий.
Медь
Медные жилы в кабеле
Медные проводники отличаются высокой электропроводностью. Другие преимущества:
- высокая гибкость;
- эластичность;
- Надежность;
- стойкость;
- легкость пайки и сварки;
- долгий срок службы.
Недостатки:
- стоимость;
- большой вес из-за высокой плотности;
- окисление контакта на воздухе – необходимо смазывать поврежденное место специальными средствами.
Медь является более выгодной в использовании. Это связано с ее характеристиками, длительностью работы и простотой монтажа. Именно медные проводники используются во всех видах электропроводки.
Основные виды проводов
Важнейшим фактором при выборе электрического провода является мощность подключаемого бытового прибора. В быту чаще всего используются виды электропроводов ПУНП, ППВ, ПВС, ШВВП и другие.
Плоские провода
Провод ПУНП нестандартного белого цвета
Все кабели из этой группы имеют схожие характеристики и предназначение.
- ПУНП – плоский проводник с защитой и медными однопроволочными жилами марки ПБПП (также может называться ПУНП) имеет сечение от 1,5 кв.мм до 6 кв.мм. В качестве наружной и внутренней изоляции используется ПВХ. Рабочие температуры – от -15° до +50°С. Минимальный радиус изгиба составляет 10 диаметров. Работает при напряжении до 250 В и частоте 50 Гц. Основное использование – осветительная группа, розетки.
- ПБППг – Уже по названию можно понять отличительную черту данного проводника – это его гибкость. Многожильная структура позволяет уменьшить радиус изгиба до 6 диаметров. Остальные характеристики аналогичны ПБПП.
- АПУНП – Провод с обозначением АПУНП является однопроволочным алюминиевым проводником. Сечение 2,5 – 6 кв.мм. Остальные характеристики аналогичны проводу ПУНП. Кабель используется редко, так как запрещен по положениям ПУЭ. Имеет низкую стоимость.
Все перечисленные плоские провода могут использоваться только в освещении. Для остальных целей лучше приобретать другие проводники.
С перемычками
Основные представители этой группы – ППВ, АППВ. ППВ легко определить по характерным перемычкам между жилами, которые выполнены из ПВХ, как и изоляционный слой. Состоит из 2-3 однопроволочных жил с сечением 0,75 -6 кв.мм. Работает при напряжении 450 В и частоте до 400 Гц. Рабочие температуры от -50°С до +70°С. Изоляция устойчива к горению, щелочам и кислотам. Может использоваться при влажности 100%. Минимальный радиус изгиба составляет 10 размеров диаметров.
Аналогом описанного проводника является АППВ с алюминиевыми жилами. Сечение начинается от 2,5 кв.мм. Эти типы проводов подходят для осветительной и силовой группы.
Одножильные
Провода АПВ
АПВ выполняется из алюминия и является одножильным проводником с сечением от 2,5 кв.мм. до 16 кв.мм. однопроволочный и 25-95 кв.мм. для многопроволочной структуры. В качестве изоляции используется ПВХ, позволяющий работать при 100% влажности и температурах от -50°С до +70°С. Ограничений в использовании нет.
Также представителями одножильных электромонтажных изделий являются ПВ1 и ПВ3. Цифры в маркировке указывают на класс гибкости. В качестве провода применяется однопроволочная медная жила с сечением 0,75-16 кв.мм. или многопроволочная с сечением 16-95 кв.мм. Мягкий провод ПВ3 активно используется в местах, где требуются частые изгибы и переходы.
Проводники для электрошнуров
Пример маркировки провода ПВС
ПВС – медный провод с многожильной структурой, имеющий сечение 0,75-16 кв.мм. Изоляция разноцветная для удобства работы мастера, оболочка белого цвета. Работает на частоте 50 Гц и напряжении 380 В. Имеет высокий уровень гибкости. Рассчитан примерно на 3000 сгибаний и более. Диапазон рабочих температур от -25°С до +40°С. Модификация ПВСУ применяется от -40°С до +40°С.
ШВВП – это медный многожильный проводник для соединения, состоящий из двух-трех многопроволочных жил. Сечение составляет 0,5-0,75 кв.мм. Не используется в прокладке электропроводки внутри стен. Основное применение – осветительная группа и маломощные бытовые приборы.
Силовые кабели
Кабель ВВГ различного сечения
Для внутренней и наружной прокладки электропроводки используются обжимные силовые кабели. Самым распространенным является отечественный ВВГ. Он используется для передачи тока напряжением до 1000 В. Есть разные модификации проводов с однопроволочными и многопроволочными жилами с сечением до 240 кв.мм. Внешняя и внутренняя изоляция выполнены из ПВХ. Максимальная рабочая температура +40°С, влажность 98%. К наиболее популярным модификациям относят АВВГ (из алюминия с однопроволочными жилами), ВВГнг (негорючий), ВВГз (с заполнением между изоляциями из резиновой стружки или нитей ПВХ). Минимальный радиус изгиба для всех модификаций составляет 10 диаметров.
NYM
Европейским аналогом ВВГ является NYM. Он более надежен, так как выполнен из высококачественных материалов и прошел более строгую проверку. По назначению является бытовым кабелем для розеток или освещения. Максимальное напряжение 660 В. Радиус изгиба составляет 4 диаметра. Диапазон рабочих температур от -40°С до +70°С. Нельзя использовать NYM при воздействии прямых солнечных лучей и прокладывать напрямую в бетон.
Гибкий кабель КГ состоит из 1-6 многопроволочных жил из меди. Он рассчитан на работу на напряжении до 660 В и частоту не более 400 Гц. Для внутренней и наружной изоляции используется резина, придающая проводу дополнительную гибкость. Работает при температурах от -60°С до +50°С. Область применения – подключение мощных установок (сварочная машина, нагреватель, генератор). Является дорогим, поэтому в быту чаще применяются кабели ВВГ.
ВББШв – медный проводник с одно- или многопроволочными жилами. Имеет сечение до 240 кв.мм. Изоляция выполнена из ПВХ материала. Под нижней оболочкой создана броня из двух лент из металла. Может выдерживать нагрузки до 1000 В и температуры от -50°С до +50°С. Обычно используют следующие модификации – АВББШв (из алюминия), ВББШвнг (не горючий), ВББШвнг-ls (нет выделения дыма и едкого газа при тлении).
Проводники для передачи информации
Антенный кабель РК75
Подключение телефонов, компьютеров, телевизионных антенн производится с помощью специальных кабелей для передачи информации.
Антенный кабель РК75 состоит из медной одно- или многопроволочной жилы. Сечение составляет 1 кв.мм. Изоляционный слой выполняют из полиэтилена и экранирующей оплетки. Наружная изоляция сделана из кембрика. Применяется для передачи слаботочных сигналов высокой частоты.
Компьютерная витая пара применяется для подсоединения ПК к локальной сети. Представляет собой 4 или 8 проводов, которые переплетаются друг с другом попарно. Для дополнительной защиты устанавливается разрывная нить. Есть разные виды кабелей с наличием и отсутствием экранирования, которые применяются для различных целей.
Телефонные провода являются слаботочными. Они позволяют монтировать телефонные линии в доме или прокладывать их между подстанциями.
Специализированные кабели
ВПП
Для работы в нестандартных условиях применяются проводники с особыми характеристиками. К ним относится нагревательный провод ПНСВ. Делается из стали и покрывается оцинковкой. Для изоляции выбирается термостойкий ПВХ или полиэтилен, сохраняющие свои свойства в диапазоне температур от -50°С до +80°С. Работают на нагрузке 220-380 В. Основная сфера применения – создание теплых полов.
ВПП – медный кабель с сечением до 25 кв.мм. имеет двойную изоляцию из полиэтилена или ПВХ. Работает до 660 В. Способен работать при резких скачках давления и температурах от -40°С до +80°С. Обычно применяется для запитывания насосов, которые опускаются в скважины.
РКГМ – медный одножильный силовой термоустойчивый монтажный кабель. Сечение достигает 120 кв.мм. Работает при напряжении до 600 В. В качестве материала изоляции применяют кремнийорганическую резину. Наружная оболочка выполнена из стекловолокна. Свойства сохраняются при температуре от -60°С до +180°С. Сфера применения – места с повышенными температурами (бани, сауны, электропечи).
Электрические свойства и характеристики материалов (общие)
Электрические характеристики позволяют оценить свойства материалов при воздействии на него электрического поля. Основное свойство электротехнических материалов по отношению к электрическому полю – электропроводность.
Электропроводность – это свойство материала проводить электрический ток под действием постоянного (не изменяющегося во времени) электрического напряжения.
Удельное электрическое сопротивление – это сопротивление материала длинной 1 м и поперечным сечением 1 м2.
где γ – удельная проводимость материала, это проводимость материала длинной 1м и поперечным сечением 1м2, 1/Ом∙м;
q – величина заряда носителя (заряд электрона 1,6·10-19), Кл;
n – количество носителей заряда в единице объёма;
µ – подвижность носителя заряда.
Чем больше значение ρ, тем меньше электропроводность материала.
Проводники ρ=10-8÷10-6.
Полупроводники ρ=10-6÷108.
Диэлектрики ρ=108÷1018.
Сопротивление проводника – это конструктивная характеристика проводника, т.к. зависит от размеров и проводниковых свойств материала.
где ρ – удельное сопротивление материала, Ом∙м;
l – длина проводника, м;
S – площадь поперечного сечения проводника, м2.
Температурный коэффициент удельного сопротивления – показывает, на сколько изменится сопротивление материала в 1 Ом при нагревании его на 1 0С.
П
ри
линейном изменении удельного сопротивления
в узком интервале температур
где ρ
– удельное сопротивление материала
при температуре 
;
ρ0 – удельное сопротивление материала при начальной
температуре t0, обычно принимается 200С.
Если заменить удельное сопротивление на сопротивление
Чем больше значение α, тем в большей степени изменяется сопротивление проводника при изменении температуры.
Проводники α>0 с увеличением температуры удельное сопротивление материала увеличивается.
Полупроводники и диэлектрики α<0 с увеличением температуры удельное сопротивление материала уменьшается.
Электрические свойства и характеристики материалов (для диэлектриков)
Основным свойством диэлектрических материалов является способность поляризоваться в электрическом поле.
Поляризация – это свойство материала, состоящие в ограниченном смещении или ориентации связанных зарядов при воздействии электрического поля.
Диэлектрическая проницаемость (относительная) – показывает, во сколько раз больше ослабевает внешнее электрическое поле в данном материале, чем в вакууме (показывает слепень поляризации).
где εа – абсолютная диэлектрическая проницаемость, учитывает влияние материала на электрическое поле, Ф/м;
ε0 – абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, 8,85∙10-12 Ф/м.
Чем больше значение ε, тем сильнее поляризуется диэлектрик.
Вакуум ε=0.
Газообразные диэлектрики в основном ε≥1.
Жидкие и твёрдые диэлектрики ε>>1.
Тангенс угла диэлектрических потерь.
При воздействии электрического поля на любое вещество часть электрической энергии превращается в тепловую и рассеивается. Рассеянная часть электрической энергии диэлектриком называется диэлектрическими потерями. Причём потери энергии на переменном напряжении будут во много раз больше потерь на постоянном напряжении.
При постоянном напряжении потери числено равны активной мощности
где U – напряжение, приложенное к диэлектрику, В;
I – ток проводимости через диэлектрик, А.
При переменном напряжении
где U – переменное напряжение, приложенное к диэлектрику, В;
f – частота тока, Гц;
С – ёмкость диэлектрика, Ф.
δ – угол диэлектрических потерь, дополняющий до 900 угол сдвига фаз φ между током и напряжением в емкостной цепи.
Чем больше значение tgδ, тем больше потери в диэлектрике и тем больше нагрев диэлектрика в электрическом поле заданной частоты и напряжения.
Газообразные диэлектрики tgδ=10-6÷10-5.
Жидкие и твёрдые диэлектрики: высшего класса tgδ=(2÷6)∙10-4,
остальные tgδ=0,002÷0,05.
Напряжённость пробоя (электрическая прочность) – это напряжённость, однородного электрического поля при которой происходит пробой диэлектрика (становится проводником).
где Uпр – пробивное напряжение, при котором происходит пробой, МВ;
d – толщина диэлектрика в месте пробоя, м.
Чем больше значение Епр, тем лучше электроизоляционные свойства.
При выборе изоляции необходимо учитывать напряжение, на которое диэлектрик включается и должен обеспечиваться запас прочности (коэффициент прочности)
где Ер – рабочая напряжённость, МВ/м.
Электрические свойства проводниковых материалов
⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 8Следующая ⇒В качестве проводниковых материалов используют чистые металлы, а также сплавы металлов. Наибольшей проводимостью обладают чистые металлы, исключением является ртуть. Из меди и алюминия изготовляют обмоточные, монтажные, установочные кабели и провода. Алюминий относится к группе легких металлов. Плотность его равна 2,7 г/см3. Доступность, большая проводимость, а также стойкость к атмосферной коррозии позволили широко применять алюминий в электротехнике. Недостатками алюминия являются невысокая механическая прочность при растяжении и повышенная мягкость даже у твердотянутого алюминия. Алюминий – металл серебристого цвета или серебристо-белого. Его температура плавления составляет 658–660 °C.
Голые провода алюминия могут достаточно длительное время работать благодаря тому, что алюминий в короткое время покрывается тонкой пленкой окисла. Это служит защитой от воздействия кислорода.
Оксидная пленка на алюминиевых проводах имеет значительное электрическое сопротивление, в связи с чем в местах соединения алюминиевых проводов образуются большие переходные сопротивления. Места соединения очищают при использовании вазелина с целью предотвращения влияния кислорода на алюминий.
При увлажнении мест соединения алюминиевых проводов с другими проводами из других металлов (медных, железных), полученных механическим способом (болтовые соединения), образуются гальванические пары с определенной электродвижущей силой. В данном случае алюминиевый провод под воздействием местного тока будет разрушаться.
С целью предотвращения образования гальванических паров во влажной атмосфере места соединения с другими проводами из других металлов должны быть тщательно защищены от влаги лакированием и другими способами.
Непосредственную коррозию алюминия вызывают оксиды азота (NO), хлор (Cl), сернистый газ (SCy, соляная и серные кислоты и другие агенты. Надежные соединения проводов друг с другом, а также с проводами из других металлов осуществляются с помощью холодной или горячей сварки. Чем выше химическая чистота алюминия, тем он лучше сопротивляется коррозии. Поэтому наиболее чистые сорта алюминия с содержанием чистого металла 99,5 % идут для изготовления электродов в электрических конденсаторах, для изготовления алюминиевой фольги и обмоточных проводов малых диаметров 0,05-0,08 мм. Применяют проводниковый алюминий, содержащий чистого металла не менее 99,7 %. Для изготовления проволоки применяют алюминий
с содержанием чистого металла не менее 99,5 %. Алюминиевую проволоку изготовляют путем волочения и прокатки. Проволока из алюминия бывает трех видов марок: АМ (мягкая отожженная), АПТ (полутвердая) и АТ (твердая неотожженная). Проволоку выпускают диаметром от 0,08 до 10 мм.
Полупроводники составляют обширную область материалов, отличающихся друг от друга большим многообразием электрических и физических свойств, а также большим многообразием химического состава, что и определяет различные назначения при их техническом использовании. По химической природе полупроводники можно разделить на следующие четыре главные группы.
1. Кристаллические полупроводниковые материалы, построенные из атомов и молекул одного элемента.
2. Окисные кристаллические полупроводниковые материалы, то есть материалы из окислов металлов.
3. Кристаллические полупроводниковые материалы на основе соединений атомов третей и пятой групп системы элементов таблицы Менделеева.
4. Кристаллические полупроводниковые материалы на основе соединений серы, селена, меди, свинца – они называются сульфидами, селенидами.
Карбид кремния относится к первой группе полупроводниковых материалов и является наиболее распространенным монокристаллическим материалом. Этот полупроводниковый материал представляет собой смесь множества малых кристалликов, беспорядочно спаянных друг с другом. Карбид кремния образуется при высокой температуре при соединении графита и кремния. Его используют в фотоэлементах, диодах.
Возможность повышения рабочей температуры изоляции для практики очень важна. В электрических машинах и аппаратах повышение нагрева, которое обычно ограничивается именно материалами электрической изоляции, дает возможность получить большую мощность при тех же габаритах или же при сохранении мощности уменьшить размеры и стоимость изделия.
ГОСТ предусматривает разделение электроизоляционных материалов для электрических машин, трансформаторов и аппаратов на классы нагревостойкости, для которых фиксируются наибольшие допустимые рабочие температуры при использовании этих материалов в электрооборудовании общего применения, длительно работающего в нормальных для данного вида электрооборудования эксплуатационных условиях.
При этих температурах обеспечиваются целесообразные сроки службы электрооборудования.
К классу Y относятся волокнистые материалы на основе целлюлозы и шелка (пряжа, ткани, ленты, бумаги, картоны, древесина и т. п.), если они не пропитаны и не погружены в жидкий электроизоляционный слой.
16. Методы определения электрических свойств
Металлы с высокой электропроводностью (медь, алюминий) используются в электромашиностроении, для устройства линий электропередачи, а сплавы с высоким электросопротивлением – для ламп накаливания электронагревательных приборов.
Тепловые свойства диэлектриков: нагревостойкость, холодостойкость, теплопроводность, тепловое расширение.
Нагревостойкость – способность электроизоляционных материалов и изделий без вреда для них некоторое время выдерживать воздействие высоких температур. Нагревостойкость неорганических диэлектриков определяется по началу существенного изменения электрических свойств. А нагревостойкость органических диэлектриков – по началу механических деформаций растяжения или изгиба, погружению иглы в материал под давлением при нагреве, по электрическим характеристикам.
Тепловое старение изоляции – ухудшение качества изоляции, определяемое при длительном воздействии повышенной температуры.
На скорость старения влияет температура, при которой работает изоляция электрических машин и других электроизоляционных конструкций.
Влияние на скорость старения также оказывают изменение давления воздуха или концентрация кислорода, присутствие озона, химических реагентов, замедляющих или ускоряющих старение. Тепловое старение ускоряется от освещения ультрафиолетовыми лучами, от воздействия электрического поля, механических нагрузок.
ГОСТ предусматривает разделение электроизоляционных материалов для электрических машин, трансформаторов и аппаратов на классы нагревостойкости. При допустимых температурах обеспечиваются целесообразные сроки службы электрооборудования.
Класс Y: волокнистые материалы на основе целлюлозы и шелка, не пропитанные и не погруженные в жидкий электроизоляционный слой.
Класс А: органические волокнистые материалы, работающие пропитанными лаками и погруженные в жидкий электроизоляционный материал, т. е. защищены от воздействия кислорода воздуха.
Класс Е: пластические массы с органическим наполнителем и термореактивным связующим типа фенолофор-мальдегидных и подобных им смол, изоляция эмалированных проводов на полиуретановых и эпоксидных лаках. К классам Y, А, Е относятся чисто органические электроизоляционные материалы.
Электрическая прочность определяется пробивным напряжением, отнесенным к току диэлектрика в месте пробоя.
Пробой жидких диэлектриков происходит в результате ионизационных тепловых процессов.
Главный фактор пробоя – наличие посторонних примесей.
Наличие примесей вызывает затруднения для создания теории пробоя этих веществ. Поэтому представления теории электрического пробоя применяют к жидкостям, максимально очищенным от примесей.
При высоких значениях напряженности электрического поля может происходить вырывание электронов из металла электродов и разрушение молекул самой жидкости за счет ударов заряженными частицами. При этом большая электрическая прочность жидких диэлектриков по сравнению с газообразными объясняется значительно меньшей длиной свободного пробега электронов.
Пробой жидкостей, содержащих газовые включения, объясняется местным перегревом жидкости (за счет энергии, выделяющейся в сравнительно легко ионизирующихся пузырьках газа), который приводит к образованию газового канала между электродами.
Наличие воды в жидком диэлектрике снижает его электрическую прочность. Вода при нормальной температуре содержится в диэлектрике в виде мельчайших капелек. Под влиянием электрического поля капельки поляризуются и создают между электродами цепочки с повышенной проводимостью, по которым происходит электрический пробой.
Наблюдается своеобразная зависимость электрической прочности жидкого диэлектрика, содержащего воду от температуры. При повышении температуры вода переходит в состояние молекулярного раствора, в котором она слабо влияет на величину электрической прочности. Электрическая прочность жидкого диэлектрика возрастает до некоторого максимума. Дальнейшее снижение электрической прочности объясняется явлениями кипения жидкости.
Увеличение электрической прочности трансформаторного масла при низких температурах связывают с увеличением вязкости масла и меньшими значениями диэлектрической проницаемости льда по сравнению с водой.
Твердые вкрапления (сажа, волокна) искажают электрическое поле внутри жидкости и также приводят к снижению электрической прочности диэлектрических жидкостей.
Очистка жидких диэлектриков от примесей заметно повышает электрическую прочность. Так, например, неочищенное трансформаторное масло имеет электрическую прочность примерно 4 МВ/м; после тщательной очистки она повышается до 20–25 МВ/м.
На пробой жидких диэлектриков, как и газов, оказывает влияние форма электродов: с увеличением степени неоднородности электрического поля пробивное напряжение при одинаковых расстояниях снижается. В неоднородных электрических полях, так же как и в газах, может быть неполный пробой – корона. Длительная корона в жидких диэлектриках недопустима, т. к. она вызывает разложение жидкости.
Частота тока влияет на электрическую прочность.