Материалы первой группы - для образцовых сопротивлений; материалы второй группы - для реостатов и резисторов различных назначений; материалы третьей группы - для нагревательных приборов и нагрузочных реостатов.
Ко всем этим материалам предъявляются общие требования: большое удельное сопротивление, достаточная механическая прочность и технологичность.
Для материалов первой группы важна стабильность сопротивления во времени при изменениях температуры. Кроме того, термо-э. д. с. этого материала относительно меди должна быть минимальной. Этим требованиям удовлетворяет медно-марганцевый, сплав манганин, в состав которого может входить также никель, кобальт, алюминий, железо.
В материалах второй группы допускаются большие значения термо-э. д. с. и температурного коэффициента сопротивления. Основным материалом этой группы является медно-никелевый сплав константан.
Важнейшее требование к материалам для нагревательных приборов - высокая рабочая температура. Широко применяются жаростойкие сплавы никеля, хрома и железа - нихром и хрома, алюминия и железа - фехраль.
Из курса ТОЭ следует вспомнить, что при соприкосновении двух различных металлических проводников между ними возникает контактная разность потенциалов.
Провод, составленный из двух изолированных друг от друга проволок из различных металлов, называется термопарой. Для изготовления термопар применяют следующие сплавы: копель (50% меди, 44% никеля); алюмель (95% никеля, остальное - алюминий, кремний, магний); хромаль (90% никеля, 10% хрома); платинородий (90% платины, 10% родия). Наибольшее применение получили термопары хромель-копель, платина-платинородий, медь-константан и др.
Весьма значительными коэффициентами термо-э. д. с. обладают некоторые полупроводниковые материалы, например тройной сплав (висмут-сурьма-цинк). Следует рассмотреть основные свойства, состав и характеристики перечисленных проводниковых материалов.
В качестве контактных материалов для разрывных контактов, помимо чистых тугоплавких металлов, применяют различные сплавы и металлокерамические композиции, а также материал, состоящий из серебра и 12-20% окиси кадмия.
Для разрывных контактов в установках большой мощности используют композиции серебра с кобальтом, никелем, хромом, вольфрамом, молибденом, меди с вольфрамом и кобальтом, золота с вольфрамом и молибденом.
Материалы для разрывных контактов, применяемые для размыкания цепей при больших силах тока и высоких напряжениях, должны обеспечивать надежность, исключать возможность обгорания контактирующих поверхностей, а также приваривания их друг к другу под действием возникающей при разрыве контакта электрической дуги.
Материалы для скользящих контактов должны обладать высокой стойкостью к истиранию. Для этой цели применяют, холоднотянутую (твердую) медь, беррилиевую бронзу, а также материалы системы серебро-окись кадмия.
Следует изучить материалы на основе благородных металлов, металлокерамику, их свойства и области применения.
Важнейшими видами электротехнических угольных изделий являются: щетки для электрических машин; угольные электроды для электрических печей, электролитических ванн, гальванических элементов и сварки; осветительные угли, детали электровакуумных приборов, непроволочные резисторы, микрофонные порошки, мембраны и другие детали техники связи.
Для производства электротехнических угольных изделий используются графит, кокс, антрацит, сажа, каменноугольные пеки и смолы. Исходное сырье измельчается, из него формируются изделия, после чего следует отжиг. В угольную массу часто вводят разные добавки, например в щетки для электрических машин с целью повышения проводимости - медный или бронзовый порошок, в осветительные угли - разные соли, придающие окраску электрической дуге, создаваемой с помощью этих углей.
При изучении угольных материалов особое внимание следует уделить графитным, электрографитированным, угольнографитным и меднографитным щеткам.
Литература: [3], с. 247-268.
2. 3. Провода и кабели
Проводниковые изделия можно классифицировать по ряду признаков. По назначению различают обмоточные, монтажные, установочные провода, а также силовые, телефонные и радиочастотные кабели. По материалу токоведущей части провода и кабели можно разделить на: медные, алюминиевые, стальные и комбинированные.
Каждый вид проводниковых изделий можно классифицировать также по материалу изоляции, нагревостойкости, электрической прочности, гибкости и т. д.
Обмоточные провода могут иметь эмалевую, эмалево-волокнистую, волокнистую, пленочную и оксидную изоляции.
Монтажные провода применяют для соединения различных приборов и частей в электрических машинах и аппаратах. Они могут иметь покрытия из электроизоляционной резины или полихлорвинилового пластиката, а также из хлопчатобумажной, шелковой или капроновой пряжи и из синтетических волокон.
Установочные провода и шнуры применяют для распределения электрической энергии, а также для присоединения к сети электродвигателей, светильников и других потребителей тока. Токоведущая часть покрывается электроизоляционной резиной или полихлорвиниловым пластикатом. Поверх изоляции иногда накладывают защитный покров в виде оплетки из хлопчатобумажной или шелковой пряжи. У некоторых проводов защитный покров пропитывают противогнилостным составом. Шнуры выпускают двужильными.
С проводами для линий воздушных передач вы частично ознакомились при изучении предыдущей темы.
Необходимо ознакомиться с маркировкой проводов.
Следует изучить сортамент и применение стальных, медных и алюминиевых шин.
Силовые кабели служат для передачи электрической энергии токами промышленных частот. Они могут быть одножильными и многожильными. Каждая жила изолируется резиной, полихлорвиниловым пластикатом или кабельной бумагой, пропитанной составом, состоящим из минерального масла и растворенной в нем канифоли. Изолированные жилы заключаются в оболочку, которая изготовлена из свинца, полихлорвинилового пластиката, светостойкой резины или алюминия. Для защиты броневого покрова от коррозии на него накладывают слой кабельной бумаги или пряжи, пропитанной противогнилостным битуминозным составом. Изоляция высоковольтных кабелей пропитывается маловязким легкоподвижным маслом, которое находится внутри кабеля под повышенным давлением. Кроме маслонаполненных кабелей, в высоковольтной технике находят применение газонаполненные кабели. Особенно перспективны кабели с элегазовым наполнением.
Необходимо разобраться с классификацией силовых кабелей по числу жил, роду оболочки (свинцовые, стальные, алюминиевые, пластмассовые, резиновые), роду изоляции (бумажная пропитанная пластмассовая, резиновая), по конструкции защитной оболочки. Защитная оболочка включает в себя кабельную броню, подушку и наружный покров. Наружный покров может быть нормальным, негорючим, из полиэтиленового шланга, из поливинилхлоридного шланга.
По назначению силовые кабели классифицируются по условиям среды, в которой будут прокладываться (для наружной или внутренней прокладки и с учетом характеристики помещений).
Контрольные кабели предназначены для цепей контроля и измерения. Следует разобраться с маркировкой силовых и контрольных кабелей.
Специальные кабели классифицируются следующим образом: радиочастотные - для передачи электромагнитной энергии на радиочастотах; связи - для передачи сигналов информации токами различных частот; управления - для цепей дистанционного управления, релейной защиты и автоматики; сигнально-блокировочные - для цепей сигнализации и блокировки, а также геодезические, гидроакустические, термопарные и нагревательные.
Следует ознакомиться с маркировкой кабелей специального назначения.
Литература: [3], с. 259-264; [7], с. 5-32.
РАЗДЕЛ 3. ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
3.1. Физика диэлектриков
Изучение темы следует начинать с определения физического смысла проводимости диэлектриков. Необходимо ознакомиться с зонной теорией электропроводности, уяснить причины электронной и ионной проводимости.
Ток в диэлектрике, вызванный электропроводностью, называют током утечки. В твердых диэлектриках различают два тока утечки: объемный (Iv), проходящий между электродами через толщу диэлектрика, и поверхностный (Is), проходящий по поверхности диэлектрика. Сумма этих токов определяет общий ток утечки.
Соответственно двум видам токов утечки различают объемное удельное сопротивление ρv и поверхностное удельное сопротивление ρs. Необходимо знать методику определения и единицы измерения удельных сопротивлений.
Следует иметь в виду, что удельное сопротивление диэлектрика является параметром, определяющим ток утечки в нем. При подсчете диэлектрических потерь, ведущих к нагреву диэлектрика, обычно учитывается только объемный ток утечки. Поверхностный ток утечки создает потери мощности на поверхности, что практически не влияет на нагрев диэлектрика.
Далее необходимо ознакомиться с поляризацией диэлектриков, то есть, с процессом упорядочения связанных электрических зарядов внутри диэлектрика под действием электрического поля. Следует различать электронную, дипольную и спонтанную (или доменную) поляризацию, а также способность материалов к поляризации, названную абсолютной диэлектрической проницаемостью. Нужно знать единицы измерения абсолютной диэлектрической проницаемости и ознакомиться с относительной диэлектрической проницаемостью.
Если к диэлектрику приложить переменное напряжение, в цепи будет проходить ток, содержащий три составляющих. Одна из них, являющаяся сквозным током проводимости (Iпр), совпадает по фазе с приложенным напряжением; вторая, вызванная электронной поляризацией и называемая током смещения (Iсм), опережает напряжение на четверть периода и третья, вызванная дипольной объемно-зарядной поляризацией и названная током абсорбции (Iабс) также опережает по фазе напряжение, но на угол меньше, чем 90° (рис. I).