Лекция №2-3

  

Лекция № 2-3

ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Проводниковые материалы обладают способностью проводить электрический ток и характеризуются весьма малым или заданным удельным электрическим сопротивлением image. К ним относятся и материалы с высоким сопротивлением, и сверхпроводниковые, и криопроводниковые материалы, у которых удельное электрическое сопротивление при очень низких температурах весьма мало.

3.1. Классификация проводниковых материалов

Все проводниковые материалы по агрегатному состоянию разделяют на газообразные, жидкие и твердые.

К газообразным проводниковым материалам относят все газы и пары, в том числе и пары металлов. При достаточно малых значениях напряженности электрического поля Е они являются диэлектриками и обладают очень высоким удельным электрическим сопротивлением image. Однако при напряженности электрического поля, которое обеспечивает начало ионизации, газ может стать проводником, в котором перенос электрических зарядов осуществляется электронами и ионами. Если в единице объема сильно ионизированного газа наступает равенство между числом электронов и положительных ионов, то такой газ представляет собой особую проводящую среду, называемую плазмой.

Проводимость газов и паров используют в различных газоразрядных приборах. К жидким проводникам относят расплавы металлов и растворы (в частности, водные) и расплавы солей, кислот и других веществ с ионным строением молекул.

Механизм прохождения электрического тока через твердые и жидкие металлы обусловлен направленным движением свободных электронов под воздействием электрического поля, которое создается приложенным извне напряжением. Поэтому твердые и жидкие металлы называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода.

Растворы и расплавы солей, кислот и щелочей, проводящие электрический ток, называют электролитами или проводниками второго рода. При прохождении электрического тока через электролит, в который погружены электроды, электрические заряды переносятся вместе с частицами молекул (ионами) электролита. На электродах происходит выделение веществ из раствора. Большинство металлов имеют высокую температуру плавления. Только ртуть, и некоторые специальные сплавы (например, сплавы системы индий - гелий) могут быть использованы в качестве жидких проводников при нормальной температуре. Электролиты используют в технологии изготовления элементов радиоэлектронных устройств.

К твердым проводникам относят металлы и их сплавы. В периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева 75% элементов – металлы. В твердом состоянии металлы имеют кристаллическую структуру, для которой характерен особый вид металлической связи между атомами. При прохождении электрического тока через контакт различных металлов не происходит переноса вещества одного металла в другой, как это имеет место при прохождении тока в электролитах, поскольку перенос электрических зарядов осуществляется только электронами.

По характеру применения в электротехнических устройствах металлические материалы разделяют на материал высокой проводимости (удельное электрическое сопротивление image) и материалы с высоким сопротивлением (image).

Материалы с высокой проводимостью (железо, медь, алюминий, золото, серебро и др.) используют как основу в контактных материалах и припоях, для изготовления проводов, микропроводов, проводящих покрытий и пленок, различных токопроводящих деталей.

Материалы с высоким сопротивлением используют в качестве резистивных материалов и материалов для термопар. Наиболее известные сплавы с высоким сопротивлением: медно-марганцевые (манганины), медно-никелевые (константаны), сплавы железа, никеля и хрома (нихромы).

Материалы, обладающие ничтожно малым удельным электрическим сопротивлением ρ при очень низких температурах называются сверхпроводниками. Свойством сверхпроводимости обладают ртуть, алюминий, свинец, ниобий, соединения ниобия с оловом, титаном и др.

3.2 Материалы с высокой проводимостью

К материалам этого типа предъявляются следующие требования. Минимальное значение удельного электрического сопротивления. Достаточно высокие механические свойства (главным образом предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве). Способность легко обрабатываться, что необходимо для изготовления проводов малых и средних сечений. Способность образовывать контакты с малым переходным сопротивлением при пайке, сварке и других методах соединения проводов; коррозионная стойкость.

Основным является требование максимальной удельной проводимости материала. Однако электропроводность металла может снижаться из-за загрязняющих примесей, деформации металла, возникающей при штамповке или волочении, что приводит к разрушению отдельных зерен металла. Влияние деформаций металла на его электропроводность устраняется при отжиге, вовремя которого, уменьшается число дефектов в металле и увеличиваются средние размеры кристаллов металла.

В связи с этим проводниковые материалы используют в основном в отожженном, (мягком) состоянии. К материалам высокой проводимости относятся цветные металлы – медь, алюминий, цинк, олово, магний, свинец и черные металлы – железо.

Более широко используют сплавы этих металлов, так как они обладают лучшими свойствами и более дешевы по сравнению с чистыми металлами. Однако цветные металлы и их сплавы экономически целесообразно использовать только в тех случаях, когда необходимые свойства изделий нельзя получить, применяя черные металлы, чугун и сталь.

Для улучшения свойств, цветные сплавы подвергаются термической обработке – отжигу, закалке и старению. Отжиг влияет на мягкость материала и уменьшает напряжения в отливках. Закалка и старение повышают механические свойства.

3.2.1. Медь и ее сплавы

Медь – самый распространенный материал высокой проводимости. Она обладает следующими свойствами: малым удельным электрическим сопротивлением; (из всех металлов только серебро имеет меньше удельное электрическое сопротивление); высокой механической прочностью; удовлетворительной коррозионной стойкостью (даже в условиях высокой влажности воздуха медь окисляется значительно медленнее, чем, например, железо; интенсивное окисление меди происходит только при повышенных температурах); хорошей паяемостью и свариваемостью; хорошей обрабатываемостью (медь прокатывается в листы и ленты и протягивается в проволоку). Свойства медной проволоки приведены ниже.

Марка                                                            МТ                         ММ 

Плотность р, кг/м3                                     8,96×103                  8,90×103

Удельное электрическое

сопротивление image, мкОм×м, не более        0,0179...0,0182       0,0175

Предел прочности при растяжении

МПа, не менее                                            360...390                  260..280

Относительное удлинение

при разрыве,  %                                            0.5...2,5                    18...3

Медь получают чаще всего в результате переработки сульфидных руд. Примеси снижают электропроводность меди. Наиболее вредными из них являются фосфор, железо, сера, мышьяк. Содержание фосфора примерно 0,1% увеличивает сопротивление на 55%. Примеси серебра, цинка, кадмия дают увеличение сопротивления на 1...5%. Поэтому медь, предназначенная  для электротехнических целей, обязательно подвергается электролитической очистке. Катодные пластины меди, полученные в результате; электролиза переплавляют в болванки массой 80...90 кг, которые прокатывают и протягивают, создавая изделия необходимого поперечного сечения. Для изготовления проволоки болванки сначала подвергают горячей прокатке в катанку диаметром 6,5...7,2 мм, которую, протягивают без подогрева, получая проволоку нужных поперечных сечений. В качестве проводникового материала используют медь я М1 и МО. Медь марки М1 содержит 99,9% меди, не более примесей, в общем количестве которых кислорода должно не более 0,08%. Медь марки МО содержит примесей не более 0,05% в том числе кислорода не более 0,02%. Благодаря меньшему содержанию кислорода медь марки МО обладает лучшими механическими свойствами, чем медь марки М1. Еще более чистым проводниковым металлом (не более 0,01 % примесей) является вакуумная медь марки МВ, выплавляемая в вакуумных индукционных печах.

При холодной протяжке получают твердую (твердотянутую) медь (МТ), которая обладает высоким пределом прочности при растяжении, твердостью и упругостью (при изгибе проволока из твердой меди несколько пружинит). Твердую медь применяют в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость истиранию: для контактных проводов, шин распределительных устройств, для коллекторных пластин электрических машин, изготовления волноводов, экранов, токопроводящих жил кабелей и проводов диаметром до 0,2 мм.

После отжига до нескольких сотен градусов (медь рекристаллизуется при температуре примерно 270 °С) с последующим охлаждением получают мягкую (отожженную) медь (ММ). Мягкая медь имеет проводимость на 3...5% выше, чем у твердой меди.

Мягкая отожженная медь служит электротехническим стандартом, по отношению к которому выражают удельную электрическую проводимость металлов и сплавов при температуре окружающей среды 20 0С. Удельная электрическая проводимость такой меди равна 58 мкСм/м, соответственно удельное сопротивление ее image, при значении image.

Мягкая медь широко применяется для изготовления фольги и токопроводящих жил круглого и прямоугольного сечения в кабелях и обмоточных проводах, где важна гибкость и пластичность, а прочность не имеет большого значения.

Из специальных электровакуумных сортов меди изготавливают аноды мощных генераторных ламп, детали СВЧ устройств: магнетронов, клистронов, некоторых типов волноводов и др. Медь сравнительно дорогой и дефицитный материал, поэтому она должна расходоваться экономно. Отходы меди на электротехнических предприятиях необходимо собирать, не смешивая с.другими металлами и менее чистой медью, чтобы их можно было переплавить и снова использовать. В ряде случаев медь как проводниковый материал заменяют другими металлами, чаще всего алюминием.

В ряде случаев, когда от проводникового материала требуется не только высокая проводимость, но и повышенные механическая прочность, коррозионная стойкость и сопротивляемость истиранию, применяют сплавы меди с небольшим содержанием примесей.

Бронзы. Сплавы меди с примесями олова, алюминия, кремния, бериллия и других элементов, среди которых цинк не является основным  легирующим элементом, называют бронзами.

При правильно подобранном составе бронзы имеют значительно более высокие механические свойства, чем чистая медь (значения предела прочности бронз могут доходить до 800...1200 МПа и более). Бронзы обладают малой объемной усадкой (0,6...0,8%) по сравнению с чугуном и сталью, у которых усадка достигает 1 ...2,5%. Поэтому наиболее сложные детали отливают из бронзы. Бронзы маркируют буквами Бр (бронза), после которых буквы, обозначающие вид и количество легирующих добавок пример, бериллиёвая бронза Бр.В2 (2% бериллия Ве, остальное медь Си); фосфористая бронза Бр.ОФ 6,5-0,15 (6,5% олова Sn, 0,15 фосфора Р, остальное медь Сu).

Введение в медь кадмия даёт существенное повышение ческой прочности и твердости при сравнительно малом снижении удельной электрической' проводимости у.

Кадмиевую бронзу МК (0,9% кадмия Сd, остальное Cu) применяют для контактных проводов и коллекторных пластин особо ответственного назначения, а также сварочных электродов контактных методах сварки Фосфористая бронза Бр.ОФ6,5-0,15 (6,5% олова Sn,0.15 фосфора Р, остальное медь Сu) отличается низкой электропроводностью. Из нее изготавливают различные малоответственные токоподводящие пружины в электроприборах.

Латуни. Латуни представляют собой медные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк (до 43%).Латуни прочнее, пластичнее меди, обладают достаточно высоким относительным удлинением при повышенном пределе прочности на растяжение по сравнению с чистой медью, они имеют пониженную стоимость, так как входящий в них цинк значительно дешевле меди. Иногда для повышения коррозионной стойкости в состав сплава в небольшом количестве вводят алюминий, никель, марганец.

Латуни хорошо штампуются и легко подвергаются глубокой вытяжке (контакты термобиметаллического реле, краны контуров, пластины воздушных конденсаторов переменной емкости, колпачки радиотехнических ламп).

В обозначениях марок сложных латуней после буквы Л (обозначение латуни) ставятся буквы, которые указывают на наличие легирующих элементов (кроме меди), например ЛС59-1 (59% меди Сu, 1  % свинца Рb, остальное цинк Zn).

3.2.2. Алюминий и его сплавы

Алюминий. Алюминий относится к легким металлам (плотность литого алюминия около 2600, прокатанного − 2700 кг/м3).

Алюминий обладает следующими особенностями: удельное электрическое сопротивление ρ алюминия (при содержании примесей не более 0,05%) в 1,63 раза больше, чем у меди, поэтому замена меди алюминием не всегда возможна, особенно в радиоэлектронике; алюминий приблизительно в 3,5 раза легче меди; из-за высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления алюминия нагревание алюминиевого провода до расплавления требует больших затрат энергии, чем нагревание и расплавление такого же количества меди.

Даже при одинаковой стоимости алюминия и меди в слитках, стоимость алюминиевой проволоки почти вдвое ниже меди. Однако использование алюминия для изолированных проводов в большинстве случаев менее выгодно из-за затрат на изоляцию: алюминий на воздухе активно окисляется и покрывается оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением, которая предохраняет алюминий от дальнейшей коррозии, но создает большое переходное сопротивление в местах контакта алюминиевых проводов; алюминий менее дефицитен, чем медь; существенным недостатком алюминия как проводникового материала является низкая механическая прочность, для ее повышения алюминий подвергается механической обработке: прокатка, протяжка и отжиг алюминия аналогичны соответствующим операциям для меди; примеси значительно снижают проводимость алюминия.

Алюминий высокой степени чистоты (примесей не более 0,001...0,01%) марок А999 и А995 используют для изготовления анодной и катодной фольги электролитических конденсаторах, микроэлектронике для получения тонких пленок.

Менее чистый алюминий марок А97 и А95 (примесей не более 0,03%) используют для корпусов электролитических конденсаторных и роторных пластин воздушных конденсаторов. Из алюминиевой фольги и ленты изготавливают экраны радиочастотных коаксиальных кабелей.

Промышленность выпускает алюминиевую проволоку следующих марок: АТП – твердая, повышенной прочности, АТ – твердая, АПТ - полутвердая, АМ - мягкая. Основные свойства алюминиевой проволоки приведены ниже

Марка алюминия                                 АТ                                      АМ

Плотность р, кг/м3                          2600...2700                       2600...2-3

Удельное электрическое

сопротивление image, мкОм∙м,

не более                                              0,0295                                0,0290

Предел прочности при

растяжении, МПа, не менее             160...170                                 80

Относительное удлинение

при разрыве, %                                   1,5...2,0                                10...18

По мере снижения твердости проволоки в 1,9...2,7 раза уменьшается, предал ее прочности при растяжении. Максимальное значение предела прочности алюминиевого провода более чем в 2 раза ниже, чем соответствующие значения медного. Из-за низкой механической прочности правильная эксплуатация алюминиевых поводов сопряжена с выполнением следующих условий: их нельзя протаскивать по твердому грунту, скручивать медной проволокой, загрязнять поверхность.

Алюминиевые сплавы

Альдрей (0,3...0,5% меди Cu 0,4..0.7% кремния Si, 0,2...0,3% железа Fе, остальное алюминий Аl обладает следующими свойствами: повышенной механической прочностью (в 2раза прочнее алюминия, приближаясь к твердотянутой меди = 350 МПа); сплав сохраняет легкость чистого алюминия и близок к нему по удельному электрическому сопротивлению (р = 0,0317 мкОм-м); более высоким пределом вибрационной прочности по сравнению с чистым алюминием. Применяется для изготовления проводов малонагруженных линий электропередачи.

Магналий (сплав алюминия с магнием) отличается низкой плотностью. Применяется для изготовления стрелок различных приборов.

Силумин относится к группе литейных сплавов с повышенным содержанием кремния, меди и марганца. Он обладает хорошей жидкотекучестью, малой усадкой, большой плотностью и повышенной прочностью по сравнению с алюминием и широко применяется для корпусов воздушных конденсаторов.

Дюраль принадлежит к деформируемым сплавам алюминия с медью, магнием и марганцем. Медь и магний улучшают механические свойства сплава, а марганец увеличивает твердость и коррозионную стойкость, которая является недостаточной по сравнению с другими коррозионными сплавами. Для защиты от коррозии его покрывают лаками, красками или слоем алюминия. В обозначениях дюралей после буквы Д стоят цифры, указывающие на наличие легирующих добавок, например Д1 (3,8% меди Сu, 0,4.. .0,8% магния Мg, марганца Мn).

3.2.3 Натрий

Натрий относится к проводниковым материалам, обладающим следующими свойствами: удельное электрическое сопротивление натрия в 2,8 раза больше чем у меди, и в 1,7 раз больше, чем у алюминия; низкая плотность (он легче воды, плотность его в 9 раз меньше плотности меди). Поэтому провода из натрия при данной проводимости на единицу длины при нормальной температуре значительно легче, чем провода из любого другого металла; химически активен (он интенсивно окисляется на воздухе и бурно реагирует с водой); мягок, малый предел прочности при растяжении и других деформациях. Натриевые провода герметизируют в пластмассовые, (полиэтиленовые) оболочки, что повышает их механическую прочность и создает электрическую изоляцию.

3.3 Материалы с высоким сопротивлением

В качестве материалов с высоким сопротивлением используют металлические сплавы типа твердых растворов замещения, металлические и угольные пленки, проводниковые композиции. Материалы высокого сопротивления по назначению можно разделить на проводниковые резистивные материалы, пленочные резистивные материалы, материалы для термопар.

3.3.1. Проводниковые резистивные материалы

Проводниковые резистивные материалы разделяют на сплавы для проволочных резисторов (манганин, константан) и для электронагревательных элементов (нихром, фехраль, хромаль). К проволочным резистивным материалам предъявляются следующие требования: удельное электрическое сопротивление ρ при нормальной температуре не менее 0,3 мкОм×м и высокая стабильность его значения во времени; малый температурный коэффициент термо-ЭДС в паре сплава с медью; малый температурный коэффициент удельного электрического сопротивления image, технологичность.

Основные свойства проводниковых сплавов с высоким сопротивлением приведены в таблице 4.4.

В отличие от материалов с высокой проводимостью (чистых металлов) резистивные материалы представляют собой в основном сплавы с заметно деформированной кристаллической решеткой, что характерно для твердых растворов металлов. Для получения проволоки разного диаметра, применяемой для изготовления проволочных резисторов различного назначения, наибольшее распространение получили сплавы на основе меди и никеля. Важнейшие электрические характеристики этих сплавов зависят от процентного  соотношения меди и никеля.

Манганин - сравнительно пластичный сплав, получивший название из-за содержания в нем марганца, желтоватый цвет), марганец Мn -12%, никель - Ni – 3 %. Основные свойства манганина приведены в табл. 3.4.

Для обеспечения малого значения температурного коэффициента удельного электрического сопротивления imageи стабильности коэффициента удельного электрического  сопротивления imageманганин подвергают отжигу в вакууме при температуре 550...600 0С в течение 10 часов с последующим медленным охлаждением. Иногда дополнительно отжигают намотанные катушки при температуре 200 0С. После прокатки и волочения из манганина можно получить проволоку диаметром до 0,02 мм.

Таблица 3.4.

Основные свойства проводниковых сплавов с высоким сопротивлением

Удельное электрическое сопротивление ρ ,мкОм×м

0,42...0,48   

0,48...0,52

1 1.1..:1,2

Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления image, К-1

(6…50) 10 -6

(5…25) 10 -6

(100…200) 10-6

Коэффициент термо-ЭДС в паре с медью, мкВ/К

1...2

45...55

-

Предел прочности при растяжении image, МПа

450...600

-

650…700

Относительное удлинение при разрыве Δl/l, %

15...30

20.. 40

25…30

Рабочая температура Траб, 0С

200

400

1000

При температуре 60 0С манганиновая проволока начинает окисляться, поэтому ее применяют в стеклянной изоляции, которая отличается высоким электроизоляционными свойствами, повышенной нагревостойкостью и влагостойкостью.

Манганиновый микропровод используют для конструирования миниатюрных высокоточных элементов и прецизионных резисторов больших номиналов.

Константан представляет собой твердый раствор никеля и меди, получивший свое название за высокое постоянство коэффициента удельного электрического сопротивления ρ, при изменении температуры. Ориентировочный состав константана: медь Сu − 58,5%, никель Ni − 40%, марганец Мn − 1,5%.

Нагревостойкость константана выше, чем манганина, предельно допустимая температура при длительной работе достигает 500 °С. При нагревании до высоких температур (примерно 900 0С), константан окисляется с образованием оксидной изолирующей пленки. Это позволяет применять константам для изготовления реостатов, резисторов и электронагревательных элементов без специальной межвитковой изоляции. Однако в паре с медью константан создает достаточно высокую термо-ЭДС, что затрудняет использование константановых резисторов в точных измерительных схемах. Но это же свойство константана позволяет использовать его в паре с медью или железом для изготовления термопар.

Константан применяют для изготовления потенциометров, гасящих резисторов. Широкому применению константана препятствует его высокая стоимость, из-за большого содержания в нем дефицитного никеля. К сплавам для электронагревательных элементов предъявляются следующие требования: высокий коэффициент удельного электрического сопротивления ρ, малый температурный коэффициент удельного электрического сопротивления image, длительная работа на воздухе при высоких температурах (иногда до 1000°С и выше), технологичность, невысокая стоимость и доступность компонентов.

К нагревостойким сплавам относят сплавы на основе железа, никеля, хрома и алюминия. Высокая нагревостойкость этих сплавов достигается введением в их состав металлов, которые образуют при нагреве на воздухе тонкую оксидную пленку.

Нихромы представляют собой твердые растворы никель-хром или тройные сплавы никель-хром-железо Железо вводится в сплав для обеспечения лучшей обрабатываемости и снижения стоимости, но в отличие от никеля и хрома железо легко окисляется, что приводит к снижению нагревостойкости сплава; содержание хрома придает высокую тугоплавкость оксидам. Близость значений  температурных коэффициентов линейного расширения imageэтих сплавов и их оксидных пленок повышает стойкость хромоникелевых сплавов при высокой температуре воздуха, Растрескивание оксидных пленок происходит при резких сменах температуры. В результате кислород воздуха проникает в образовывавшиеся трещины и продолжает процесс окисления. Поэтому при многократном кратковременном включении электронагревательного элемента из нихрома он перегорает значительно быстрее, чем в случае непрерывной работы при той же температуре. Для увеличения срока службы трубчатых нагревательных элементов нихромовую проволоку помещают в трубки из стойкого к окислению металла и заполняют их диэлектрическим порошком с высокой теплопроводностью. Такие нагревательные элементы применяют в электрических кипятильниках, которые могут работать длительное время.

Нихромовая проволока применяется для изготовления проволочных резисторов, потенциометров, паяльников, электропечей и пленочных резисторов интегральных схем.

Плавка нихромовых сплавов осуществляется в высокочастотных вакуумных печах. Полученные после плавки отливки обжимаются до 12 мм, а затем на волочильных станках изготавливают: проволоку диаметром до 0,12 мм.

Как и константаны, нихромы содержат большое количество дорогого дефицитного никеля. Хромоалюминиевые сплавы фехраль и хромаль на много дешевле нихромов, так как хром и алюминий сравнительно дешевы и менее дефицитны. Однако они менее технологичны, более твердые и хрупкие. Из них получают проволоку большего диаметра и ленты с большим поперечным сечением, поэтому их используют в электронагревательных устройствах большой мощности и промышленных электрических печах.

3.3.2. Пленочные резистивные материалы

Пленочные резистивные материалы получают из исходных материалов в процессе получения самих резистивных пленок. Свойства таких резистивных пленок значительно отличаются от свойств исходных материалов. Тонкие резистивные пленки наносят на изоляционные основания (подложки) методом термического испарения в вакууме. В качестве оснований, используют стекло, керамику, ситалл, поликор, слоистые пластики и др.

К материалам, применяемым для изготовления пленочных резисторов, предъявляются следующие требования: возможность изготовления стабильных во времени резисторов с низким температурным коэффициентом удельного электрического сопротивления image, хорошая адгезия к подложкам, высокая коррозионная стойкость и устойчивость к длительному воздействию высокой температуры. В зависимости от исходных материалов пленочные резисторы разделяют на металлопленочные, металлооксидные, композиционные и углеродистые.

Для изготовления металлопленочных и металлооксидных резисторов применяют тугоплавкие металлы – тантал, титан, никель, хром, палладий, рений, вольфрам и сплавы на их основе.

Композиционные резистивные материалы представляют собой механические смеси мелкодисперсных порошков металлов и их соединений с органической или неорганической связкой. В качестве проводящей составляющей используют проводники (порошки серебра, палладия) и полупроводники (оксиды серебра, палладия, карбиды кремния, вольфрама). В качестве связующих веществ, применяют термопластичные и термореактивные полимеры, порошкообразное стекло, неорганические эмали. Предельная рабочая температура композиционных резистивных пленок не выше 150°С.

Составы с неорганическими связующими элементами после спекания при высоких температурах образуют композиционные резистивные пленки с высокой влагостойкостью и теплостойкостью до температуры 350 °С. При этом, верхний предел сопротивлений резисторов снижается, увеличиваются нелинейность и собственные шумы. К недостаткам композиционных резистивных пленок относятся повышенный уровень собственных шумов, зависимость сопротивления от частоты и старение при длительной нагрузке.

3.3.3. Материалы для термопар

Для термопар применяют чистые металлы и различные сплавы с высоким электрическим сопротивлением. Материалы для термопар выбирают по следующим характеристикам – допустимая рабочая температура спая Тсп, удельный коэффициент электрического сопротивления ρ, температурный коэффициент удельного электрического сопротивления image, коэффициент термо-ЭДС. Для изготовления термопар чаще всего используют сплавы, приведенные в таблице 3.5 [1].

Таблица 3.5.

Характеристика сплавов для изготовления термопар

Параметр

Капсель

Хромель

Платинородий

Алюмель

Состав сплава

44% Ni;

56% Cu

90% Ni;

10% Cr

90% Rt;

10% Rh

95% Ni; 5% Al, Si, Rh

Удельный коэффициент электрического сопротивления ρ, мкОм×м

0,465

0,66

0,19

0,305

Термопары могут применяться для измерения температур до 350 0С – медь-константан, медь-копель; до 600 0С – железо-константан, железо-копель, хромель-копель; до 900...1000 0С – хромель-алюмель; до 1600 0С – платинородий-платина.

Для измерения низких температур можно использовать термопару железо-золото.

3.4. Проводниковые материалы различного применения

Проводниковые материалы и сплавы различного применения, используются в качестве специальных проводниковых материалов с особыми свойствами, например магнитными, или материалов обладающих высокой тугоплавкостью или химической стойкостью.

3.4.1. Благородные металлы

Группу благородных металлов (серебро, платина, палладий; золото) составляют металлы, обладающие наибольшей химической стойкостью к условиям окружающей среды и действию вредных сред (кислот, щелочей). Основные свойства благородных металлов приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6.

Основные свойства благородных металлов

Параметр

Серебро

Палладий

Золото

Платина

Плотность р, кг/м3

10490

12200

19320

21400

Температура плавления Tпл, °С

960,8

1554,5

1063,0

1773,0

Удельное электрическое сопротивление: ρ, мкОм×м

0,016

0,011

0,024

0,105

Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления image, К-1

4,1×10 -3

3,1×10 -3

4×10 -3

3.98×10 -3

Температурный коэффициент удельного линейного расширения image, К-1

19×10-6

12×10-6

14×10-6

9×10-6

Серебро. Серебро (Ag) – белый блестящий металл со следующими свойствами: самый электропроводный металл (удельное электрическое сопротивление при нормальной температуре ρ = 0,016 мкОм×м); имеет высокие механические свойства (предел прочности при растяжении σр= 200 МПа, относительное удлинение при разрыве ΔL/L примерно 50%), что позволяет промышленно изготавливать проводники различного диаметра, включая микропровода диаметром 20мкм и менее; при вжигании или напылении образует прочные покрытия на диэлектриках.

При повышенных температурах и влажности атомы серебра мигрируют по поверхности и внутрь диэлектрика, вызывая нарушение работы устройства. Химическая стойкость серебра ниже, чем у других благородных металлов. Серебро образует окислы с высокой электропроводностью и пленки сернистых соединений с повышенным удельным сопротивлением, что требует защиты серебряных покрытий лаками или тонким слоем более стойкого металла, например палладия.

Серебро используют в производстве конденсаторов в чистом виде и сплавах как материал для слаботочных контактов, в виде гальванических покрытий в ответственных ВЧ и СВЧ устройствах и тонких токопроводящих пленок в печатных платах, в монтажных проводах. Оно входит в состав тугоплавких серебряных припоев.

Платина. Платина (Рt) – светло-серый металл со следующими свойствами: не соединяется с кислородом; устойчива к большинству кислот; имеет высокую пластичность (предел прочности при растяжении после отжига σр примерно 150 МПа, относительное удлинение при разрыве ΔL/L  30...32%); легко поддается механической обработке. Платина редко применяется по причине высокой стоимости.

Платину используют как материал для сеток в мощных генераторных лампах. Платину в паре с платинородием применяют для изготовления термопар, которые применяют для измерения высоких температур (до 1600°С). Ее применяют для изготовления особо тонких нитей (диаметром примерно 1 мкм), которые используют в подвижных системах электрометров

Палладий. Палладий (Рd) – белый пластичный металл, по многим свойствам близкий к платине, в ряде случаев служит его заменителем. В отожженном состоянии имеет предел прочности на растяжение image= 200 МПа при относительном растяжении на разрыв ΔL/L до 40%.

Палладий и его сплавы с серебром и медью применяют в качестве контактных материалов. Благодаря высокой проницаемости для водорода его применяют в электровакуумной технике для очистки водорода.

Золото. Золото (Au) – металл желтого цвета, имеющий следующие свойства: высокая пластичность, (относительное удлинение при разрыве ΔL/L 40%), что позволяет получать фольгу толщиной менее 0,08 мкм; высокую коррозионную стойкость к образованию сернистых пленок при комнатной температуре и при нагревании; высокую химическую стойкость.

Золото в чистом виде и в виде сплавов с платиной, никелем, цирконием, имеющими повышенную твердость, хорошую эрозионную и коррозионную стойкость, применяют для изготовления прецизионных контактов, малогабаритных реле, электродов элементов, для вакуумного напыления тонких пленок полупроводниковых и гибридно-пленочных интегральных схем, золочения контактных поверхностей электронных ламп СВЧ, корпусов микросхем.

3.5.2. Тугоплавкие металлы

К тугоплавким металлам относят металлы с температурой плавления более 1700°С. Эти металлы, как правило, химически устойчивы при низких температурах, но при повышенных температурах активно взаимодействуют с атмосферой. Поэтому изделия из них эксплуатируют в вакууме или среде инертных газов (аргон Ar азот N  и др.). Механическая обработка тугоплавких металлов затруднена по причине их повышенной твердости и хрупкости.

Тугоплавкие металлы (вольфрам W, рений Re, молибден Mo, тантал Та, титан Ti, ниобий Ni, цирконий Zr, гафний Gf) применяются в электровакуумной технике, полупроводниковом производстве, для подвижных контактов и в качестве материала для сверхпроводников.

3.6. Проводниковые изделия

3.6.1 Проволока медная и алюминиевая

Медная и алюминиевая проволока предназначается для изготовления жил неизолированных и изолированных проводов, кабелей и других электротехнических изделий.

Медная проволока выпускается круглого и прямоугольного сечения. В соответствии с ТУ 16.К71-087-90 круглая медная проволока изготовляется диаметром от 0,02 до 11 мм, мягкой (ММ) и твердой (МТ). Предельные отклонения диаметров проволок в зависимости от величины диаметра находятся в пределах от ±0,002 до ±0,07 мм. Еще более жесткие требования предъявляются к медной проволоке, предназначенной для последующего эмалирования [2].

В соответствии с ГОСТ 434-78 выпускается медная проволока прямоугольного сечения мягкая (ПММ) и твердая (ПМТ). Толщина проволоки находится в пределах от 0,08 до 5 мм, ширина – в пределах от 2 до 30 мм. Предельные отклонения размеров проволок в зависимости от размеров сторон находятся в пределах от ±0,02 до ±0,35 мм.

Сечение медной прямоугольной проволоки с учетом закругления ее углов находится в пределах от 1,46 до 149,14 мм2.

Удельное электрическое сопротивление мягкой медной проволоки постоянному току при температуре 200С не должно превышать 0,01724 мкОм∙м, а твердой − 0,0180 мкОм∙м.

В соответствии с ТУ 16.К71 -088-90 круглая алюминиевая проволока выпускается, мягкой (АМ), полутвердой (АПТ) и твердой (АТ). Диаметр круглой алюминиевой проволоки находится в пределах от 0,1 до 18,0 мм. Отклонения диаметра проволоки в зависимости от его величины находятся в пределах от ±0,004 до ±0,1 мм. Из сплава марки АВ-Е изготовляется круглая проволока, предназначенная в основном для изготовления неизолированных проводов.

В соответствии с ТУ 16-705.451-87 изготовляется прямоугольная алюминиевая проволока твердой марки ПАТ и мягкой марки ПАМ. Номинальные размеры прямоугольной проволоки по ширине находятся в пределах от 2 до 18 мм, по толщине от 0,8 до 5,6 мм. Диапазон сечений от 1,46 до 100 мм2.

Прямоугольную проволоку используют для производства обмоточных проводов, а также для других электротехнических изделий.

Значения удельного электрического сопротивления алюминиевой проволоки постоянному току, пересчитанные на температуру 20 °С, не должны превышать для мягкой проволоки 0,0280 мкОм∙м, для твердой повышенной прочности, твердой и полутвердой − 0,0283 мкОм∙м, для проволоки, предназначенной для изготовления проводов неизолированных ЛЭП, − 0,028264 мкОм∙м.

3.6.2. Токопроводящие жилы

Медные (М) и алюминиевые (А) токопроводящие жилы, используемые при изготовлении кабельной продукции, стандартизованы в соответствии с ГОСТ 22483-77 и полностью соответствуют рекомендациям МЭК. Жилы разделяются на 6 классов и могут иметь от одной до нескольких десятков проволок. Для кабельных изделий стационарной прокладки используются жилы 1 и 2 классов, жилы 3−5 классов используются для кабельных изделий повышенной гибкости. Жилы могут быть круглыми или фасонными (К или Ф), уплотненными и неуплотненными, а алюминиевые жилы, кроме того, с металлическим покрытием (МП) или без МП (БМП). Круглые медные жилы имеют сечения до 150 мм2, круглые алюминиевые имеют сечение до 300 мм2. Сведения о жилах 1...3 классов приведены в таблицах 3.9 − 3.11.

Таблица 3.9

Медные и алюминиевые жилы класса 1

Минимальное сечение жилы, мм2

Минимальное число проволок

Электрическое сопротивление постоянному току 1 км жилы при 20 °С, Ом

М

А

М (К или Ф)

А (К или Ф) МП или БМП

нелуженые

луженые

1

2

3

4

5

6

0,50

1

-

36,0

36,7

-

0,75

1

-

24,5

24,8

-

1,0

1

-

18,1

18,2

-

1,5

1

1

12,1

12,2

18,1

2,5

1

1

7,41

7,56

12,1

4,0

1

1

4,61

4,70

7,41

6,0

1

1

3,08

3,11

5,11

10

1

1

1,83

1,84

3,08

16

1

1

1,15

1,16

1,91

25

1

1

0,727

-

1,20

35

1

1

0,524

-

0,868

50

1

1

0,387

-

0,641

70

1

1

0,268

-

0,443

95

1

1

0,193

-

0,320

120

1

1

0,153

-

0,253

150

1

1

0,124

-

0,206

185

35

1

0,099

-

0,164

210

35

1

0,0754

-

0,125

300

35

1

0,0601

-

0,100

400

35

35

0,0470

-

0,0778

500

35

35

0,0366

-

0,0605

1

2

3

4

5

6

625

59

59

0,0283

-

0,0469

800

59

59

0,0221

-

0,0367

1000

59

59

0,0176

-

0,0291

Таблица 3.10.

Медные и алюминиевые жилы класса 2

Номинальное сечение жилы, мм2

Минимальное число проволок

Электрическое сопротивление постоянному току 1 км жилы при 20 0С, Ом

Круглая жила

фасонная жила

М

А

неуплотненная

уплотненная

М

А

М

А

М

А

лужен.

не лужен.

с МП и без МП

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0,50

1.0

1,5

2,5

7

-

-

-

-

-

36,0

18,1

12,1

7,41

36,7

18,2

12,2

7,56

-

-

35,4

22,7

12,4

0,75

7

-

-

-

-

-

24,5

24,8

-

1,0

7

7

6

-

-

-

18,1

18,2

35,4

4,0

7

7

6

-

-

-

4,61

4,70

7,41

6,0

7

7

6

-

-

-

3,08

3,11

5,11

10

7

7

6

-

-

-

1,83

1,84

3,08

16

7

7

6

6

-

-

1.15

1,16

1,91

25

7

7

6

6

6

6

0,727

0,734

1,20

35

7

7

6

6

6

6

0,524

0,529

0,868

50

19

19

6

6

6

6

0,387

0,391

0,641

70

19

19

12

12

12

12

0,268

0,270

0,443

95

19

19

15

15

15

15

0,193

0,195

0,320

120

37

37

18

15

18

15

0,153

0,154

0,253

150

37

37

18

15

18

15

0,124

0,126

0,206

185

37

37

30

30

30

30

0,0991

0,100

0,164

240

61

61

34

30

34

30

0,0754

0,0762

0,125

300

61

61

34

30

34

30

0,0601

0,0607

0,100

400

61

61

53

53

53

53

0,0470

0,0475

0,0778

500

61

61

53

53

53

53

0,0366

0,0369

0,0605

625

91

91

53

53

53

53

0,0283

0,0286

0,0469

630

91

91

53

53

53

53

0,0280

0.0283

0.0462

800

91

91

53

53

-

-

0,0221

0,0284

0,0367

1000

91

91

53

53

-

-

0,0176

0,0177

0.0291

Таблица 3.11.

Медные и алюминиевые жилы класса 3

Номинальное сечение жилы, мм2

Диаметр проволоки, мм, не более

Электрическое сопротивление постоянному току 1 км жилы при 20 0С, Ом

М

нелуженая

М луженая

А без МП или с МП

1

2

3

4

5

0,50

0,33

39,6

40,7

-

0.75

0,38

25,5

26,0

-

1

2

3

4

5

1,00

0,43

21,8

22,3

-

1,2

0,45

17,3

17,6

28,8

1,5

0,53

14,0

14,3

23,4

2,0

0,61

9,71

9,90

16,2

2,5

0,69

7,49

7,63

12,5

3

0.79

5,84

5,95

9,76

4

0,87

4,79

4,88

8,00

5

0,59

3,83

3,91

-

6

0,65

3,11

3,17

5,20

8

0,87

2,40

2,45

-

10

0,82

1,99

2,03

3,33

16

0,65

1,21

1,24

2,02

25

0,82

0,809

0,824

1,35

35

0,69

0,551

0,562

0,921

50

0,69

0,394

0,402

0,658

70

0,69

0,277

0,283

0,470

95

0,82

0,203

0,207

0,338

120

0,79

0,158

0,161

0,264

150

0,87

0,130

0,132

0,211

185

0,87

0,105

0,107

0,175

240

0,87

0,0798

0,0814

0,134

300

0,87

0,0654

0,0665

0,109

400

0,87

0,0499

0,0509

0,0835

500

0,87

0,0393

0,0401

0,0657

Сведения о жилах 4, 5 и 6классов приведены в таблице 3.12.

Таблица 3.12.

Медные жилы классов 4, 5 и 6

Номинальное сечение жилы, мм2

Диаметр проволоки, мм, не более

Электрическое сопротивление постоянному току 1 км жилы при 200С. Ом

нелуженая

луженая

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

4

5

6

4

5

6

4

5

6

4

5

6

0,05

-

-

0,11

-

-

366,6

-

-

383,7

-

-

0,08

-

-

0,13

-

-

247,5

-

-

254,6

-

-

0,12

-

-

0,16

-

-

165,3

-

-

170,3

-

-

4

5

6

4

5

6

4

5

6

4

5

6

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0,20

-

-

0,21

-

-

89,1

-

-

91,7

-

-

0,35

-

-

0,27

-

-

57,0

-

-

58,7

-

-

0,50

0,50

0,50

0,31

0,21

0,16

40,5

39,0

39,0

41,7

40,1

40,1

0,75

0,75

0,75

0,31

0,21

0,16

25,2

26,0

26,0

25,9

26,7

26,7

1,0

1.0

1,0

0,31

0,21

0,16

19,8

19,5

19,5

20,4

20,0

20,0

4

5

6

4

5

6

4

5

6

4

5

6

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1,2

-

-

0,41

-

-

16,0

-

-

16,5

-

-

1,5

1,5

1,5

0,41

0,26

0,16

13,2

13,3

13,3

13,6

13,7

13,7

2,0

-

-

0,43

-

-

9,97

-

-

10,3

-

-

2,5

2,5

2,5

0,43

0,26

0,16

8,05

7,98

7,98

8,20

8,21

8,21

3,0

-

-

0,53

-

-

6,52

-

-

6.65

-

-

4,0

4,0

4,0

0,53

0,31

0,16

4,89

4,95

4,95

4,99

5,09

5,09

5,0

-

-

0,53

-

-

3,82

-

3,90

-

-

6,0

6,0

6,0

0,53

0,31

0,21

3,28

3.30

3,30

3,35

3,39

3,39

8,0

-

-

0,53

-

-

2,45

-

-

2,49

-

-

10

10

10

0,53

0,41

0,21

2,00

1,91

1,91

2,04

1,95

1.95

1С

16

16

0,53

0,41

0,21

1,21

1,21

1,21

1,24

1,24

1,24

25

25

25

0,53

0,41

0,21

0,776

0,78

0,78

0,792

0,795

0,795

35

35

33

0,59

0,41

0,21

0,547

0,554

0,554

0,558

0,565

0,565

50

50

50

0,59

0,41

0,31

0,393

0,386

0,386

0,401

0,393

0,393

70

70

70

0,59

0,51

0,31

0,281

0,272

0,272

0,286

0,277

0,277

95

95

95

0,59

0,51

0,31

0,201

0,206

0,206

0,205

0,210

0,210

120

120

120

0,69

0,51

0,31

0,162

0,161

0,161

0,165

0,164

0,164

150

150

150

0,69

0,51

0,31

0,129

0,129

0,129

0,132

0,132

0,132

185

185

185

0,69

0,51

0,41

0.104

0,106

0,106

0,106

0,108

0,108

240

240

240

0,69

0,51

0,41

0,081

0,080

0,080

0,082

0,082

0,082

300

300

300

0,69

0,51

0,41

0,065

0,064

0,064

0,066

0.065

0,065

400

400

-

0,69

0,51

-

0,048

0,049

-

0,049

0,049

-

-

500

-

-

0,61

-

-

0,038

-

-

0,039

-
                         

3.6.3 Провода для воздушных линий электропередач и линий электрифицированного транспорта

Неизолированные провода

Для воздушных линий электропередач (ЛЭП) при их сооружении используются медные, алюминиевые, сталеалюминиевые, неизолированные и изолированные провода. Для питающих линий электрифицированного транспорта используются медные и бронзовые контактные провода.

Неизолированные провода медные, алюминиевые и сталеалюминевые изготавливаются в соответствии с ГОСТ 839-80 [2]. Сведения об их марках и области применения приведены в таблице 3.13.

Таблица 3.13

Марки, конструкции и преимущественные области применения неизолированных проводов

Марки проводов

Конструкции проводов

Преимущественные области применения

1

2

3

М

Провод, состоящий из одной или нескольких медных проволок

В атмосфере воздуха типов II и III на суше и море всех микроклиматических районов по ГОСТ 15150-69

1

2

3

А

Провод, состоящий из скрученных алюминиевых проволок

В атмосфере воздуха типов II и III, но при условии содержания в атмосфере сернистого газа, дающего осадок не более 150 мг∙Дм/сут, на суше всех микроклиматических районов по ГОСТ 15150-69, кроме районов ТВ и ТС

АЖ

То же, термообработанный

АН

То же, не термообработанный

АКП

Провод марки А, но меж проволочное пространство всего провода, за исключением наружной поверхности, заполненной нейтральной смазкой повышенной термостойкости

На побережьях морей, соленых озер, в промышленных районах и в районах засоленных песков, а также в прилегающих к ним районам с атмосферой воздуха типа II и III, на суше и в море всех макроклиматических районов по ГОСТ 15150-69

АС

Провод, состоящий из сердечника из оцинкованных стальных проволок и повива или повивов из алюминиевых проволок

См. марку А

АСКП

АСКС

Провод марки АС, но пространство стального сердечника, включая его наружную поверхность, заполнено нейтральной смазкой повышенной термостойкости

На побережьях морей, соленых озер, в промышленных районах и в районах песков, а также в прилегающих к ним районах с атмосферой воздуха типов 2 и 3, но при условии содержания в атмосфере сернистого газа, дающего осадок не более 200 мг/(м2 сут), на суше всех макроклиматических районов по ГОСТ 15150-69, кроме районов ТВ

ПА ПМ

Провод медный  полый. Провод алюминиевый полый

ТУ 16.505.397-72. На подстанциях и распределительных устройствах
       

Примечание. Типы атмосфер зависят от содержания коррозионно-активных агентов. Тип 1 соответствует атмосфере сельской, горной местности вдали от промышленных объектов,2 − атмосфере промышленных районов, 3 − морской атмосфере.

3.6.4. Медные и бронзовые фасонные контактные и полые провода

Контактные провода предназначены для обеспечения электрической энергией электрифицированного транспорта. Основная часть контактных проводов изготовляется из низколегированной меди и бронз. Фасонное исполнение проводов обеспечивает их подвешивание и присоединение питающих кабелей при беспрепятственном скользящем токосъеме при контакте с пантографом электровоза, трамвая или троллейбуса.

Полые медные и алюминиевые провода используются для воздушных ЛЭП, открытых подстанций. Полые провода состоят из медных (алюминиевых) проволок фасонного сечения, которые образуют один повив (слой) и соединены друг с другом в замок без поддерживающего каркаса. Выпускаются строительной длиной 600 м. Алюминиевые полые провода имеют сечение 500 и 640 мм2, медные − 200 и 300 мм2.

Сведения о медных и бронзовых круглых и фасонных контактных, а также полых медных проводах представлены в таблице 3.16.

Таблица 3.16

Медные, бронзовые фасонные контактные и полые провода

Марка провода

Наименование провода

Сечение провода, мм2

ГОСТ, ТУ

Б

Провод бронзовый, круглый

50,70, 90, 95, 120 150, 185, 240, 300

ТУ 16.501.017-74

БС

То же, сталебронзовый

185,240, 300, 400

ТУ 16.501.017-74

Брф

То же, контактный, фасонный

65, 85, 100,120, 150

ГОСТ 2584-86

БрфО

То же, овальный

30, 40,50, 65,85, 100, 120, 150

ГОСТ 2584-86

МК

То же, медный, контактный

30, 40, 50, 65, 85, 100

ГОСТ 2584-86

МФ

То же, фасонный

65, 85, 100,120, 150

ГОСТ 2584-86

МФО

То же, фасонный, овальный

30, 40, 50, 65, 85, 100,120, 150

ГОСТ 2584-86

НЛФ

То же, низколегированный, фасонный

65, 85, 100,120, 150

ГОСТ 2584-86

НЛФО

То же, овальный

100, 120, 150

ГОСТ 2584-86

3.6.5. Сталеалюминевые провода

Сталеалюминевые провода находят наиболее широкое применение для сооружения высоковольтных ЛЭП с большими пролетами, сложными климатическими условиями (гололед, снеговые нагрузки, ветер).

Провода АС, АСК и другие марки конструктивно состоят из стальных жил или тросов, оплетенных алюминиевыми жилами. В табл. 3.17 приведены основные расчетные характеристики сталеалюминиевых проводов АС, АСКС, АСКП, АСК.

3.6.6. Допустимые длительные токовые нагрузки на неизолированные провода

Допустимые длительные токовые нагрузки на неизолированные провода зависят от условий их эксплуатации, места их прокладки и т. д. Они определены ГОСТом 839-80 и регламентируются ПУЭ [4]. Примечание. Длительные токовые нагрузки одинаковы для проводов марок – АС, АСКС, АСК и АСКП.

3.6.7. Изолированные провода для воздушных ЛЭП

В целях повышения надежности электроснабжения при передаче и распределении электроэнергии в силовых и осветительных сетях используются изолированные алюминиевые провода со стальной несущей жилой или без нее.

Самонесущие изолированные провода (СИП) применяют для ЛЭП с рабочими напряжениями 0,6/1 кВ, 10 кВ и 20 кВ 50 Гц при температуре от -50 до +50 0С.

Они обеспечивают работу линии даже при схлестывании проводов или падении на них деревьев. При применении СИП снижаются реальные эксплуатационные расходы до 80%, отсутствует гололедообразование на проводах, уменьшается ширина просеки.

Провода марок САПт, САПсш, САСПсш используются для сетей 380 В, 50 Гц. Следует отметить, что допустимые токовые нагрузки проводов с изоляцией из светостабилизированного термопластичного или сшитого полиэтилена зависят от солнечной радиации и температуры воздуха.

3.6.8. Неизолированные гибкие провода

К ним относятся медные нелуженые и луженые многопроволочные провода для электрических соединений, которые требуют повышенной  гибкости. Число проволок в этих проводах изменяется от 7 до 798, а их диаметр − от 0,05 до 0,68 мм.

3.6.9. Провода повышенного сопротивления

Провода повышенного сопротивления (ППС) предназначены для использования в электрических аппаратах и приборах, в том числе в качестве обмоточных. Токопроводящие жилы ППС изготовляются из сплавов с повышенным сопротивлением – манганина, константана и нихрома. ППС имеют, как правило, эмалевую, эмалево-волокнистую и волокнистую изоляцию.

3.6.10. Нихромовые провода

Нихромовые провода марок ПЭВНХ-1, ПЭВНХ-2, ПЭНХ, ПЭТВНХ, ПОЖ-НХ. ПЭТНХ-155 изготавливаются из проволоки из хромоникелевого сплава Х20Н80 с эмалевой и стекловолокнистой изоляцией. Изоляция провода ПОЖ-НХ после выдержки 24 часа при температуре (500±15) °С выдерживает пробивное напряжение 600 В, а при (600±15) °С – 350 В.

3.6.11. Манганиновые провода

Манганиновые провода изготовляют из манганиновой проволоки с эмалевой и эмалево-волокнистой изоляцией. Провода с эмалево-волокнистой изоляцией изолируют масляно-смоляным или полиэфирным лаком с однослойной обмоткой натуральным шелком. Провода обладают весьма малым температурным коэффициентом сопротивления.

3.6.12. Провода константановые

Обмоточные константановые провода изготовляют из константановой твердой или мягкой проволоки с эмалевой, эмалево-волокнистой и  волокнистой изоляцией. Некоторые сведения о константановых проводах приведены в таблицах 2.28, 2.29 [2].

3.6.13. Обмоточные провода

Обмоточные провода предназначены для изготовления обмоток электрических машин, трансформаторов, реле, контакторов и других электротехнических устройств. Жилы обмоточных проводов изготовляются из меди, алюминия круглого или прямоугольного сечения, а также из сплавов с повышенным сопротивлением – нихрома, константана, манганина.

Классификацию обмоточных проводов связывают с классами нагревостойкости изоляции или температурным индексом (ТИ), т. е. температурой в 0С, при которой изоляция проводов сохраняет свои свойства в течение базового ресурса времени 20000 часов, а также с типом изоляции. В соответствии с этим различают:

- обмоточные провода с эмалевой изоляцией;

- обмоточные провода с волокнистой и эмалевоволокнистой изоляцией;

- обмоточные провода с пластмассовой изоляцией;

- обмоточные провода с изоляцией из бумаги. Кроме того, по назначению и конструктивным признакам обмоточные провода подразделяют на:

- транспонированные и подразделенные;

- нагревостойкие обмоточные провода;

- гибкие прямоугольные обмоточные провода;

- высокочастотные обмоточные провода.

Обмоточные медные провода с эмалевой изоляцией

Обмоточные круглые медные провода с эмалевой изоляцией с ТИ 105 0С выпускаются с изоляцией на основе масляных лаков (провода марки ПЭЛ) и на основе синтетических лаков – поливинилацеталевых смол ПЭВ-1 и ПЭВ-2, эмалированные лаком «винифлекс». Пробивное напряжение проводов марки ПЭЛ зависит от диаметра и изменяется в пределах от 200 В, (Ш 0,02 мм) до 1600 В (Ш 2,5 мм), ПЭВ-1 – от 100 до 1700 В, ПЭВ-2 – от 400 до 2300 В при тех же диаметрах ТИ 120 °С соответствуют эмалированные провода марок ПЭВЛ, ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2, ПЭВТЛ с изоляцией на основе полиуретанового лака. Провода обслуживаются без зачистки изоляции. Такую же изоляцию имеют лудящиеся немагнитные провода марок ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2. Пробивное напряжение проводов зависит от диаметра и изменяется в пределах от 350 В (Ш 0,05 мм) до1700 В (Ш 2,5 мм) для ПЭВТЛ-1 и 2300 В для ПЭВТЛ-2.

Для рабочих температур 130 0С используются провода марок ПЭТВ-1, ПЭТВ-2 с изоляцией на основе полиэфирных лаков. Провода марки ПТВМ предназначены для механической намотки катушек электродвигателей. Пробивное напряжение этих марок проводов зависит от диаметра и изменяется в пределах от 650 В (Ш 0,06 мм) до 2800 В (Ш 2,5 мм).

Провода марки ПЭТ-155 изолированы лаком на полиэфиримидной основе, имеют ТИ 155 0С (или класс нагревостойкости Р) и предназначены для массового применения в электромашиностроении. Пробивное напряжение от 700 до 3000 В.

Для рабочих температур 200 0С используются провода типа ПЭТ-200, имеющие изоляцию на основе полиамидимидных смол. Для температур до 240 0С рекомендуются провода марки ПНЭТ-имид, имеющие биметаллическую жилу (медь, покрытая никелем), изолированную полиамидным лаком. Пробивное напряжение от 2800 до 4400 В.

Прямоугольные обмоточные медные эмалированные провода имеют сечение жил от 3,5 до 30 мм2. Провода марки ПЭМП изолируются поливинилацеталевыми лаками, ПЭТВП − полиэфирными, ПЭТП-155 и ПЭЭИП-155 − полиэфиримидными, ПЭТП-200 − полиамидимидными, ПНЭТП − полиамидными.

Прямоугольные обмоточные провода используются для обмоток электрических машин и трансформаторов, в том числе из транспонированных проводов. Обмоточные алюминиевые эмалированные провода

Обмоточные алюминиевые эмалированные провода выпускаются круглого сечения. Марки проводов ПЭВА, ПЭСА и ПЭТВА изготовляют из отожженной, а ПЭВАт − из неотожженой алюминиевой проволоки.

Провода ПЭВА имеют изоляцию из винифлекса, ПЭСА − из поливинилформалевого лака, ПЭТВА − из полиэфирного лака.

Пробивное напряжение проводов ПЭВА, ПЭВАт, ПЭСА зависит от диаметра проводов и изменяется в пределах от 500 В (Ш 0,08...0,14 мм ) до 2000 В (Ш 1,40...2,44 мм).

Пробивное напряжение проводов ПЭТВА изменяется в пределах от 500 В (Ш 0,14...0,20 мм ) до 2000 В (Ш 1,40...2,44 мм).

Сведения об обмоточных алюминиевых эмалированных проводах представлены в таблице 3.33.

Обмоточные провода с бумажной изоляцией

Для изоляции проводов используют кабельную бумагу неуплотненную и уплотненную, бумагу уплотненную высоковольтную (буква У в марке провода). Прямоугольные и круглые провода марки АПБ, ПБ и их модификации АПБ-М и ПБ-М обмотаны кабельной бумагой толщиной не более 0,12 мм или телефонной толщиной не более 0,12 мм. Диаметр жил ПБ от 1,2 до 5,2 мм, АПБ от 1.35 до 8,0 мм. Провода АПБУ и ПБУ обмотаны уплотненной высоковольтной бумагой, поверх которой накладывают ленту неуплотненной кабельной бумаги.

Подразделенные обмоточные провода с бумажной изоляцией типа ПБП и ПБПУ используют для обмоток высоковольтных трансформаторов и реакторов. ПБП и ПБПУ состоят из отдельных (или элементарных) проводов, изготовляемых из прямоугольной мягкой медной проволоки марки ПММ и изолированных бумажной изоляцией. Два или три таких провода укладываются в пакет и обматываются лентами кабельной бумаги общей толщиной 2,96 мм.

Транспонированные провода марок ПТБ и ПТБУ также предназначены для изготовления обмоток высоковольтных масляных трансформаторов и реакторов. Их изготовляют из прямоугольных медных проводов марки ПЭМП, скрученных с укладкой в два вертикальных столбца, с круговой перестановкой по прямоугольному контуру с постоянным шагом от 40 до 250 мм. Между столбцами прокладывают ленту из кабельной бумаги толщиной 0,24 мм, а транспонированный провод также обматывают кабельной бумагой шириной не более 36 мм в несколько слоев толщиной до 1,92 мм для провода ПТБ и до 3,6 мм для ПТБУ.

Обмоточные провода с волокнистой и эмалево-волокнистой изоляцией

Провода с волокнистой и эмалево-волокнистой изоляцией с медными и реже с алюминиевыми жилами применяются для изготовления обмоток электрических машин, трансформаторов и других электротехнических изделий, в которых имеется повышенная нагрузка на провод в процессе изготовления и эксплуатации.

Провода с эмалево-волокнистой изоляцией изготовляют на основе проводов с эмалевой изоляцией, они обладают большей устойчивостью к повышенным нагрузкам, истиранию, связанным с электродинамическими усилиями. Применяют провода для изготовления обмоток электрических машин, трансформаторов и других электротехнических устройств.

Для изоляции проводов используют хлопчатобумажные волокна (буква Б), натуральные шелковые волокна (Ш), волокно из капрона и лавсана (Л и К). Дополнительную волокнистую изоляцию на эмалированный провод накладывают способом обмотки без утолщений и оголений.

Нагревостойкие обмоточные провода

Нагревостойкие обмоточные провода изготовляют из меди, реже из алюминия (АПСД и АПСДЛ). Медную жилу проводов ПСД, Л, ПСДТ, ПСДП, ПСДКТ, ПСДКТЛ, ПЭТКСТЛ, ПЭТКВСД, или алюминиевую жилу проводов АПСД, АПСДЛ обматывают двумя встречно намотанными слоями стекловолокна, наложенного ровными рядами.

Изоляцию проводов ПСД, ПСДЛ, АПСДЛ, ПСДТ, ПСДТЛ, ПНСД пропитывают нагревостойким глифталевым лаком, а провода с ПСДК, ПСДКТ, ПСДКЛ, ПСОТ − кремнийорганическим лаком.

Для обмоток устройств, работающих при температуре до 600 0С, используют жаростойкие обмоточные провода марки ПОЖ, до 700 °С − ПОЖ-700, ПЭЖБ-700 с биметаллической жилой и неорганическими покрытиями, например стеклоэмалью.

Обмоточные провода с пленочной и пластмассовой изоляцией

Обмоточные провода с пленочной и пластмассовой изоляцией изготовляют из медных проводов, в том числе эмалированных, путем покрытия их изоляцией из лавсана (пленки или нити), полиэтилена, ПВХ пластиката, фторопласта и др. Провода отличаются высокой электрической прочностью: в зависимости от типа провода их испытывают пробивным напряжением от 3,5 до 9 кВ. Провода с пластмассовой изоляцией преимущественно используют для обмоток погружных электродвигателей.

Сведения о некоторых обмоточных проводах с пленочной и пластмассовой изоляцией приведены в таблицах 3.40 − 3.44.

Сопротивление изоляции проводов с пластмассовой изоляцией марки ППВЛ после пребывания в воде в течение 3 часов при температуре 20 ± 5 0С должно быть не менее 100 МОм∙км. Готовый провод после выдержки в воде в течение 3 часов испытывают напряжением 9 кВ в течение 1 мин.

Сопротивление изоляции проводов ПЭПВ и ПЭПВВП для тех же условий соответственно 100 МОм∙км и 8 МОм∙км. Готовый провод после выдержки в воде в течение 3 часов испытывают напряжением 3,5 кВ в течение 1 мин.

Сопротивление изоляции проводов ППФИ после пребывания в воде в течение 24 часов при температуре 20±5 0С должно быть не менее 104 Ом∙км. Готовый провод после выдержки в воде в течение 24 часов испытывают напряжением 3,5 кВ в течение 1 мин.

В качестве выводных проводов для погружных электродвигателей используются провода марок ПФВР, ПДПВ и ПДПВМ с многопроволочной медной жилой.

3.6.14. Провода установочные, соединительные, монтажные

Установочные и силовые провода

Установочные и силовые провода предназначены для распределения электроэнергии в силовых и осветительных установках при неподвижной прокладке их на открытом воздухе, внутри помещений, в трубах, под штукатуркой, а также в качестве гибких выводных концов для электрических машин.

Установочные и силовые провода выпускаются с резиновой и пластмассовой изоляцией на напряжения 380, 660, 3000 В, 50 Гц. Монтаж проводов допускается при температуре не ниже 15 0С.

Провода с пластмассовой изоляцией допускают длительный нагрев жил до 70 0С, с резиновой изоляцией − до 65 0С, с теплостойкой резиной  − до 85 0С, с кремнийорганической резиновой изоляцией − до 180 0С.

Соединительные шнуры

Соединительные шнуры используются для присоединения к сети напряжением до 660 В бытовых приборов и электрических машин, телевизоров, радиоаппаратуры. Шнуры изготавливают с резиновой изоляцией, изоляцией из поливинилхлоридной пластмассы (ПВХП), кремнийорганической резины.

3.7. Сверхпроводники и криопроводники

У многих материалов при понижении температуры удельное электрическое сопротивление imageуменьшается, а при приближении к абсолютному нулю (0 0К), практически исчезает. Это явление называется сверхпроводимостью. К материалам, обладающим этим свойством, относятся чистые металлы, сплавы, интерметаллические соединения.

Сверхпроводники

При понижении температуры удельное электрическое сопротивление металлов уменьшается, а при низких (криогенных) температурах его значение приближается к нулю.

В 1911 г. при охлаждении кольца из замороженной ртути до температуры 4,2 0К голландский ученый Г. Каммерлинг-Оннес обнаружил, что электрическое сопротивление r кольца внезапно падает до очень малого значения, которое невозможно измерить. Такое исчезновение электрического сопротивления, т.е. появление бесконечной удельной проводимости у материала, было названо сверхпроводимостью. Материалы, обладающие способностью переходить в сверхпроводимое состояние при их охлаждении до достаточно низкой температуры, стали называть сверхпроводниками. Критическая температура охлаждения, при которой происходит переход вещества в сверхпроводящее состояние, называют температурой сверхпроводимого перехода или критической температурой перехода Ткр. Переход в сверхпроводимое состояние является обратимым. При повышении температуры до Ткр материал возвращается в нормальное состояние.

В 1933 г. немецкие физики В.Майснер и Р.Оксенфельд обнаружили, что сверхпроводники при переходе в сверхпроводящее стояние становятся идеальными диамагнентикалш, т.е. их магнитная проницаемость и скачком падает от μ= 1 до μ= 0. Поэтому внешнее магнитное поле не проникает в сверхпроводящее тело. Если переход материала в сверхпроводящее состояние происходит в  магнитном поле, то поле «выталкивается» из сверхпроводника.

Известные сверхпроводники имеют весьма низкие критические температуры перехода Ткр. Поэтому устройства, в которых образуются сверхпроводники, должны работать в условиях охлаждения жидким гелием (температура сжижения гелия при нормальном давлении примерно 4,2 К). Это усложняет и удорожает произвол эксплуатацию сверхпроводниковых материалов.

Кроме ртути сверхпроводимость присуща и другим чистым металлам (химическим элементам) и различным сплавам и химическим соединениям.

Возможности использования явления сверхпроводимости определяются значениями температуры перехода в сверхпроводящее состояние Ткр и критической напряженности магнитного поля.

По технологическим свойствам твердые сверхпроводники делят на следующие виды: сравнительно легко деформируемые, из которых можно изготавливать проволоку и ленты (ниобий, сплавы ниобий-титан Nb-Ti, ванадий-галлий V-Ga).

Часто сверхпроводниковые провода покрывают «стабилизирующей» оболочкой из меди или другого хорошо проводящего электрический ток и тепло металла, что дает возможность избежать повреждения основного материала сверхпроводника при случайном повышении температуры. В ряде случаев применяют композитные сверхпроводниковые провода, в которых большое число тонких нитевидных сверхпроводников заключено в массивную оболочку из меди или другого несверхпродникового материала.

Пленки сверхпроводниковых материалов имеют особые свойства: критическая температура перехода Ткр в ряде случаев значительно превышает Ткр объемных материалов; большие значения предельных токов, пропускаемых через сверхпроводник; меньший температурный интервал перехода в сверхпроводящее состояние.

Сверхпроводники используют при создании: электрических машин и трансформаторов с малыми массой и размерами, с высоким коэффициентом полезного действия. Для изготовления кабельных линий для передачи энергии большой мощности на большие расстояния; волноводов с особо малым затуханием; накопителей энергии и устройств памяти.

Свойства некоторых сверхпроводниковых материалов приведены в таблице 3.45 [2].

Таблица 3.45.

Основные свойства некоторых сверхпроводниковых материалов

Параметр

Мягкие сверхпроводники

Твердые сверхпроводники

Алюминий

Ртуть

Свинец

Ниобий

Сплав Ниобий - Титан

Сплав Ниобий - Цирконий

Станнит Ниобия

Наибольшее значение температуры перехода Ткр, 0К

1,2

42

7,2

9,4

8,7

9,5

18

Наибольшее значение магнитной индукции перехода Вкр0, Тл

0,010

0,041

0,080

0,195

12

11

22
                 

Криопроводники

Удельное электрическое сопротивление ρ некоторых металлов при низких (криогенных) температурах весьма мало. Это значение в сотни и тысячи раз меньше удельного электрического сопротивления при нормальной температуре. Материалы, обладающие такими свойствами, называют криопроводниками.

Малое удельное электрическое сопротивление ρ, обуславливает высокую плотность тока в криопроводниках при рабочих температурах, что определяет их использование в сильноточных электротехнических устройствах, к которым предъявляются высокие требования по надежности и взрывобезопасности.

Применение криопроводников в электротехнических устройствах имеет существенное преимущество по сравнению со сверхпроводниками. Если в сверхпроводниковых устройствах в качестве охлаждающего агента применяют жидкий гелий, работа криопроводников обеспечивается благодаря более высококипящим и дешевым  хладагентам – жидкому водороду или даже жидкому азоту. Это упрощает и удешевляет производство и эксплуатацию устройства. Однако необходимо учитывать технические трудности, которые возникают при использовании жидкого водорода, образующего при определенном соотношении компонентов взрывоопасную смесь с воздухом.

В качестве криопроводников используют медь, алюминий, серебро, золото.

3.8. Неметаллические проводниковые материалы

Неметаллическими материалами, обладающими свойствами проводников и используемыми в качестве проводниковых материалов являются природный графит, сажа, пиролитический углерод, бороуглеродистые пленки.

Материалы из электроугольных изделий

К электротехническим угольным изделиям (сокращенно электроугольные изделия) относятся щетки электрических машин, электроды для прожекторов и электролитических ванн, аноды гальванических элементов, микрофоны, содержащие угольный порошок, угольные высокоомные резисторы, разрядники для телефонных сетей.

Исходным сырьем для производства электроугольных изделий являются графит, сажа и антрацит.

Особенностью угольных изделий является то, что они имеют отрицательный температурный коэффициент удельного кого сопротивления image.

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Общее назначение кабельных изделий — передача электроэнергии на расстояние. В эту группу входят про­вода, шнуры, шины, ленты и кабели. Необходимо твердо знать их терминологию.

Проводом называют любой одно- или многопроволоч­ный, одно- или многожильный голый или изолирован­ный металлический проводник тока, жилой — одну или несколько скрученных вместе проволок в общей изо­ляции.

Шнур представляет собой две или несколько скручен­ных вместе гибких (многопроволочных) жил, иногда в общей  оплетке или шланге.

Шиной называют голый металлический проводник в виде стержня любого профиля  сечения.

Лента — шина прямоугольного сечения с отношением сторон не менее 10 : 1 и толщиной до 4 мм.

Кабель — одна или несколько скрученных вместе жил, имеющих общую дополнительную изоляцию и гер­метическую оболочку (свинцовую, алюминиевую, рези­новую или винилитовую). Кабели высокого напряжения (от 10 кВ и выше) изготовляют с отдельно герметизиро­ванными  жилами.

Провода по их назначению делят на установочные, монтажные и обмоточные. Установочные провода применяют для выполнения электрических сетей (рас­пределительных и линий электропередач); монтажные — для внутреннего монтажа электрических машин, аппаратов, приборов, распределительных устройств и других установок.

Сечение жил установочных и монтажных проводов стандартизировано в квадратных миллиметрах (ГОСТ 1956—64) и ГОСТ 12137—66):

imageimage0,5         0,75        1,0         1.5        2,5       4,0

6        10           16         25        35             50

70         95       120        150     185         240

300      400        500       600      800        1000

Из них первые два сечения допускаются только для зарядки осветительной арматуры, последние четыре вы­пускают по спецзаказу (жилы силовых кабелей имеют те же стандартные сечения). Монтажные провода, при­меняемые в приборостроении и технике связи, имеют стандартные сечения и менее 0,5 мм2 — 0,05; 0,07; 0,10; 0,20; 0,35 мм2.

Обмоточные провода применяют для выпол­нения обмоток электрических машин, аппаратов и при­боров. Промышленность выпускает обмоточные провода круглого и прямоугольного сечения. Обмоточные прово­да имеют стандартизированные сечения, но для круглого провода градация дается по диаметру — от 0,03 мм, а для прямоугольного — по размерам сторон прямоуголь­ника.

Основными материалами для изготовления токопроводящих жил кабельных изделий служат электротехни­ческая медь и алюминий, в некоторых случаях применя­ют латунь, бронзу и малоуглеродистую сталь.

Установочные и монтажные провода по своему ис­полнению могут быть выполнены одно- или многопрово­лочными, одно- или многожильными, голыми (неизоли­рованными), изолированными и защищенными.

В качестве изоляции проводов применяют резину и полихлорвиниловый пластикат. Так как обычная резина, содержащая серу, вызывает образование сернистой меди на поверхности медных проводников, то часто медную жилу выполняют из луженой проволоки или же на жилу наматывают слой хлопчатобумажной пряжи, а на нее уже накладывают резиновую изоляцию. Полихлорвини­ловая изоляция проводов не производит химического воздействия на материал жилы провода и имеет высо­кую водо- и  маслостойкость.

В последние годы электротехническая промышлен­ность начала изготовлять монтажные провода с изоля­цией из полиэтилена, стирофлекса,   капрона, фторлона (фторопласта).

Изоляция обмоточных проводов может быть выпол­нена в виде обмотки хлопчатобумажной или шелковой пряжей или кабельной бумагой. Иногда на токонесущую жилу наносят слой изоляционного лака. Часто изоля­ция выполняется комбинированной — слой лака и об­мотка. Поверх резиновой изоляции проводов обычно на­ложена оплетка из хлопчатобумажной или шелковой пряжи, первая иногда бывает пропитана антисептиче­ским битумным составом. Для некоторых марок проводов оплетку пропитывают и покрывают сплошным слоем масло- и водостойкого лака.

Поверх изоляции защищенных проводов наложена оплетка или обмотка прорезиненной хлопчатобумажной лентой, а на нее — легкая металлическая броня в виде оплетки из проволоки или же тонкой металлической трубки (из алюминиевого сплава АМц или латуни).

image

Силовые кабели имеют изоляцию каждой жилы (фазную изоляцию), выполненную из резины или про­питанных кабельным маслом лент кабельной бумаги. Изолированные жилы скручены вместе и на них наложе­на общая — корпусная — изоляция из тех же материа­лов, что и фазная. Если сечение жил   кабеля  (рис. 31)

image

Рис. 31. Сечения многопроволочных жил кабелей:

а — круглая неуплотненная жила, б—круглаяуплотненная жила, в — секторная уплотненная

жила, г — сегментная уплотненная жила

круглое, то пустоты между жилами заполняют вклады­шами из того же изоляционного материала. На корпус­ную изоляцию накладывают герметическую оболочку, поверх которой кабели могут  иметь еще джутовую оп­летку, пропитанную водостойким и антисептическим со­ставом.

Бронированные кабели имеют поверх этой оплетки металлическую броню из навитых на кабель стальных лент, сплющенной или круглой стальной про­волоки. Материал брони покрыт водостойким лаком или оцинкован—если поверх нее не наложена вторая про­питанная джутовая оплетка. Если кабель поверх герме­тической оболочки (или поверх брони) не имеет покры­тий, то его принято называть голым кабелем (или, соответственно, бронированным голым).

МАРКИ КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Голые провода предназначены для выполнения воз­душных линий передачи электроэнергии. По применяе­мым материалам и конструкции жил эти провода под­разделяют на:

медные — марки М (ГОСТ 839—59)—из твердо-тянутой меди, одножильные, сечением от 4 до 400 мм2 (до 10 мм2— однопроволочные); марки МГГ (ГОСТ 5991—68) — особогибкие сечением от 10 до 500 мм2, скрученные из большого числа тонких проволочек; марки ПАМ и ПАМГ(особогибкие) — антенные сечением от 1,5 до 10 мм2(ГОСТ 5990—51). Для изготовления этих проводов применяют медную проволоку марки МТ (твердую) и марки ММ (отожженную мягкую) по ГОСТ 2П2—162.

бронзовые — марки ПАБ и ПАБГ — антенные, тех же сечений, что и соответствующие медные провода;

алюминиевые — марки А (ГОСТ 839—59) — из твердотянутого алюминия, многопроволочные сечением от 16 до 185 мм2; сталеалюминиевые — со стальной серд­цевиной, скрученной из нескольких оцинкованных про­волок, на которую навита многопроволочная алюминие­вая жила. В электрический расчет принимают и в марке провода указывают только сечение алюминия. Выпуска­ют марки АС, АСУ — с усиленной стальной сердцевиной и АСО — с облегченной сердцевиной (ГОСТ 839—59). Алюминиевую проволоку для этих проводов выпускают по ГОСТ 6132—63 марок   AT — твердую,   АПТ — полу­твердую и AM — мягкую   (отожженную);

стальные — марки ПСО (ГОСТ 8053—56) — одно-проволочные оцинкованные, диаметром от 3 до 5 мм и марки ПС и ПМС (из медистой стали) по ГОСТ 58—51 —многопроволочные, свитые из стальных оцинко­ванных проволок. Сечение их от 24,6 до 94,0 мм2;

специальные голые контактные (трол­лейные) — ГОСТ 2584—63 — из твердотянутой меди марки МК (круглые) — сечением 30, 40, 50, 65, 85 и 100 мм2 и МФ (фасонные) — сечением 65, 85, 100, 120 и   150 мм2;

гибкие голые (скрученные из тонких проволок и отожженные) применяют для соединения электроуголь­ных щеток со щеткодержателями. ГОСТ 9125—59 пре­дусматривает марки: ПЩ — сечением от 0,05 до 10 мм2; ПЩО — такой же, но с дополнительной изоляцией — оплеткой из хлопчатобумажной пряжи; ПЩС и ПШСО — особо гибкие, сплетенные из прядей (стренг), скрученных из тонкой проволоки сечением от 0,3 до 10 мм2.

Изоляцию установочных проводов выполняют из ре­зины и ряда искусственных материалов — полихлорви­нила, полиэтилена, стирофлекса, капрона, фторопласта. Поверх резиновой изоляции на провода обычно накла­дывают хлопчатобумажную оплетку, белую или цветную, непропитанную или же пропитанную лаком или антисеп­тической  битумной   массой.

Изолированные провода изготовляют:

-с медной жилой и резиновой изоляцией марки по ГОСТ 1977—54 ПР, ПРГ (гибкий);

imageс медной жилой   и полихлорвиниловой   изоляцией -ГОСТ 6323—62 —марки ПВ, ПГВ (гибкий), ППВ (плос­кий  двух- и   трехжильный   сечением  1,5 и 2,5 мм2

с  алюминиевой  жилой  и  резиновой  изо­ляцией—АПВ   (ГОСТ 6323—62).

Специальные провода марок ПРТО-500 и ПРТО-2000 применяют для прокладки в трубах. У этих проводов бывает от одной до 37 медных гибких жил в резиновой изоляции, скрученных вместе и имеющих общую пропи­танную хлопчатобумажную оплетку (ВТУЭ 128—43). Сечение жил четырехжильного провода — 1—120 мм2; 12-жильного — 4—10 мм2; 37-жильного — 1—2,5 мм2.

Шнуры имеют многопроволочные медные жилы с ре­зиновой изоляцией, наиболее употребительные марки их  следующие:

марки ПРД — двухжильные, каждая жила в от­дельной некрашенной хлопчатобумажной оплетке, сече­ние от 0,75 до 70 мм2 (ГОСТ1977—68);

марки ШВРО (ГОСТ 7399—55) — двухжильный, се­чение жил 0,5 мм2, в общей окрашенной хлопчатобу­мажной оплетке (шпуры бытовых электроприборов).

Отечественная промышленность выпускает значитель­ный ассортимент шнуров в резиновом или винилитовом шланге, предназначенных для использования в специаль­ных целях — в шахтах, для переносного инструмента и осветительных ламп,  в  радиотехнике и др.

Провода    в    защитных     металлических    оболочках (ГОСТ  1843—69):

ПРП — панцирный — от одной до тридцати медных жил с резиновой изоляцией, скрученных вместе и опле­тенных в общую пропитанную хлопчатобумажную оплет­ку, поверх которой наложена оплетка из стальной оцин­кованной   проволоки;

ПРРП — такой же панцирный, только вместо общей хлопчатобумажной оплетки жилы заключены в резино­вый  шланг;

ПРФ — от одной до трех медных однопроволочных жил с резиновой изоляцией, скрученных вместе и обмо­танных сухой кабельной бумагой, поверх которой на­ложена тонкая оболочка из сплава АМц с продольным негерметическим  швом;

АПРФ — конструктивно такой же провод, но с алю­миниевыми  жилами;

ПРФЛ — с медными жилами в оболочке из латуни.

Монтажные провода находят большое применение в различных отраслях электротехники. Промышленность выпускает широкий ассортимент   монтажных   проводов.

На железнодорожном подвижном составе находят применение монтажные провода повышенной тепло- и маслостойкости,  как  например:

марок БПВЛ и БПВЛЭ (экранированный) — одно­жильные провода с гибкой медной жилой и винилитовой изоляцией, поверх которой наложена сплошная оплетка, пропитанная и сплошь покрытая маслобензостойким ла­ком   (ВТУ МЭП  243—51);

марки ПТВП (ТУ.017.149—65) — одножильные, сече­нием от 1,5 до 4 мм2, с медной жилой и полихлорвини­ловой изоляцией, поверх которой наложена оплетка из пропитанного лаком стекловолокна.

Кроме этих марок, довольно широко употребимы та­кие провода  с  медной жилой:

ЛПРГС и ЛПРГСЭ (экранированные) — в резино­вой изоляции и лакированной оплетке (ГОСТ 2262—50);

высоковольтные в лакированной оплетке (магнето) марок ПВЛ и ПВЛЭ (экранированные) — ГОСТ 3923—47;

радиомонтажные с луженой жилой марок MP, МРП, МРЛ (лакированная оплетка), МРГ (гибкий), МРП (оплетка пропитана парафином), МРГП, МРГПЭ (экра­нированный)   по  ВТУ  НКЭП   138—45;

с полихлорвиниловой изоляцией для монтажа слабо­точной аппаратуры и приборов — марок МГВ, МГВЛ (вimageлакированной хлопчатобумажной оплетке поверх изоля­ции), МГВСЛ (в лакированной оплетке из стекловолок­на)   и др.

Обмоточные провода в отечественном электромаши­ностроении применяют главным образом с медной жи­лой. Наиболее употребительны следующие типы обмо­точных проводов:

с   волокнистой    изоляцией — изолированные обмоткой из хлопчатобумажной пряжи, круглого и пря­моугольного сечения марок: ПБО— с одним слоем пря­жи, ПБД — с двумя  слоями,  ПБТ — с тремя   слоями; ряд марок проводов имеет волокнистую изоляцию в виде бумаги, шелковой пряжи или же комбинации из этих ви­дов изоляции, например ПБ — с одним слоем обмотки и оплеткой  из   хлопчатобумажной   пряжи,  ПББО — с не­сколькими   слоями   бумаги   и несплошной   оплеткой из хлопчатобумажной   пряжи,   ПШД — с  двумя   слоями шелковой пряжи, ЛВОО и ЛВОД — гибкие вальцован­ные   (литцованные)   обмоточные   провода,   изолирован­ные одним и соответственно двумя слоями хлопчатобу­мажной оплеткой   (литцендрат);

с эмалевой изоляцией — марок: ПЭЛ (ГОСТ 2773—51) — изолированные лакостойкой эмалью, ПЭЛУ —' с утолщенной эмалью, ПЭТ — изолированные теплостойкой эмалью, в настоящее время вытесняются проводами ПЭВ (ГОСТ 7262—54); ПЭВ-1 —высокопроч­ный провод с изоляцией винифлексовым лаком в один слой, ПЭВ-2 — то же самое, в два слоя и с изоляцией металвиновым лаком; марок ПЭМ-1 и ПЭМ-2 — с тон­ким и усиленным слоем изоляции (ГОСТ 10288—62);

с двойной эмалевой и волокнистой изо­ляцией (изоляция лакостойкой эмалью и одним сло­ем пряжи) марок: ПЭЛБО — с хлопчатобумажной изо­ляцией, ПЭЛШО — с шелковой изоляцией, ПЭЛШКО — с капроновой изоляцией, ПЭЛБД и ПЭЛШД — с эмале­вой изоляцией и соответственно двумя слоями хлопчато­бумажной или шелковой пряжи (ГОСТ 6324—52);

с теплостойкой специальной изоля­цией, допускающей нагрев до 130° С, марок: ПДА — с дельта-асбестовой изоляцией, ПСД —с двумя слоями обмотки из стекловолокна на глифталевом лаке (ГОСТ

7019—60).

Выпускаются также обмоточные провода из сплавов высокого     сопротивления:      константана  —  ПЭШОК, ПЭБОК и др. и манганина ПЭШОМТ, ПЭШОММ и др.   (ГОСТ 6225—52).

Алюминиевые обмоточные провода, имеющие пока еще ограниченное применение в промышленном электороборудовании и неприменяющиеся на железнодорожном подвижном составе, согласно ГОСТ 9761—61 имеют марки АПБ, АПБД, АПББО, выпускаются круглого и прямоугольного  сечения.

Кабели по их назначению подразделяют на: силовые для передачи больших количеств электроэнергии; кон­трольные для измерения и сигнализации на расстоянии; связи  (телефонной, телеграфной и телевидения).

Силовые кабели могут иметь бумажную и рези­новую изоляцию. Например, кабели в свинцовой оболоч­ке с медными жилами, изолированными пропитанной маслом кабельной бумагой, имеют марки (ГОСТ 340—59):

СГТ— голый кабель, не имеющий поверх свинца ни­каких покрытий, —для прокладки в трубах, блоках, каналах;

СБ, СП и СК — бронированные, имеющие поверх свинца пропитанную антисептической и гидроизолирую­щей асфальтовой массой подложку из джута, бумаги или грубой ткани. На нее навита броня: Б — две сталь­ные ленты, П — сплющенная стальная проволока или К— круглая стальная проволока. Поверх брони накла­дывают пропитанную джутовую оплетку (рис. 34);

СБГ и СПГ — бронированные голые, не имеющие по­верх брони никаких покрытий, кроме лака или оцин­ковки;

ОСБ, ОСБГ и ОСК — бронированные высоковольт­ные (на 20 и 35 кв) с отдельно освинцованными жилами.

СБВ, СБГВ, СПВ, СПГВ, СКВ, ОСБВ и ОСБГВ — имеют соответственно такую же конструкцию, что и ка­бели без буквы В в марке, но бумажная изоляция у них — обедненно-пропитанная. Эти кабели предназначе­ны для вертикальной прокладки, причем марок ОСБВ и ОСБТВ на высоту до 300 м, а остальных — до 100 м.

Кабели со свинцовой оболочкой и алюминиевыми жи­лами и бумажной изоляцией выпускают тех же марок, что и вышеперечисленные, но в маркировке впереди до­бавляют букву А, например АСБ, АСПГ и т. д. (ГОСТ 340—59).

Кабели с медными жилами и резиновой изоляцией (ГОСТ 433—58) выпускают тех же типов, что и кабели с бумажной изоляцией, за исключением бронированных круглой проволокой и кабелей для вертикальной про­кладки. В маркировке этих кабелей соответственно до­бавляют букву Р, например СРГ — голый (рис. 36), СРБ — бронированный двумя стальными лентами и т. д.

Кабели в алюминиевой оболочке (ГОСТ 6515—55) изготовляют с медными и алюминиевыми жилами и бу­мажной изоляцией. Кабели с медными жилами имеют те же марки, что и аналогичные кабели в свинцовой оболочке. При этом в маркировке вместо буквы С ста­вят букву А, например АГ, АБ, АПГ, АПГВ и т. д. Кабели с алюминиевыми жилами имеют те же марки, что и вышеуказанные, но с добавлением впереди еще одной буквы А, например, ААГ, ААБ, ААПГВ и т. д. Выпуска­ют также кабели в алюминиевой оболочке с продольным холодносварным швом. Эти кабели имеют марки: ААШБ, ААШБГ (ТУК ОММ 505.011—55) и рассчитаны на работу в сетях с напряжением не выше 1000 в.

Кабели в резиновой оболочке имеют многопроволоч­ные гибкие медные жилы с изоляцией из мягкой резины. Жилы скручены вокруг профилированного резинового сердечника и залиты в толстый шланг особо прочной ре­зины. Наиболее распространенными являются кабели марок:

КРПТ, КРПТН, КРПГ — от 1 до 4 жил сечением от 2,5 до 120 мм2 изоляция —на 500 в (ГОСТ 13497—68);

шахтные ГРШ и ГРШН (в шланге из негорючей рези­ны) — от 3 до 6 жил сечением от 1,5 до 70 мм2.

В цепях радиосвязи и АЛСН на локомотивах находит применение гибкий многожильный кабель в маслостойкой негорючей резиновой оболочке — судовой кабель марки НРШМ (ГОСТ 7866—67), имеющий от 1 до 37  жил  сечением   1—2,5  мм2;

КШВГ, КШВ.ГЛ и КШВГД (ГОСТ 9388—60) — гибкие шланговые высоковольтные кабели трех- и четырехжильные с экранированными жилами, рассчитанные на напряжение 3 и 6 кв, сечение жил (основных)—от 10 до 150 мм2— для землеройных и горнодобывающих машин.

Кабели в полихлорвиниловой оболочке имеют резино­вую изоляцию, скручены вместе и взяты в винилитовый шланг. Наиболее употребительны из них марки:

imageimageimageВРГ — голый  кабель;

ВРБ — бронированный двумя стальными лентами, по­верх которых наложен пропитанный волокнистый по­кров;

ВРБГ — бронированный  голый.

Специальные провода для электропод­вижного состава. Эти провода с медными много­проволочными жилами в резиновой изоляции предназна­чены для внутренних и наружных соединений всех видов электрического  транспорта.   Основные   из   них   (ГОСТ 6598—53);

ПС — одножильный, имеет поверх резины обмотку из прорезиненной ленты и пропитанную хлопчатобумаж­ную оплетку; сечение жилы — от 1 до 300 мм2. Изоля­ция рассчитана на 1000, 3000 и 4000 в;

ПСШ— такой же провод, но в резиновом шланге. Сечение жилы от 1,5 до 350 мм2, напряжение 3000 и 4000 в (предназначены для наружной прокладки и меж­дуэлектровозных высоковольтных соединений);

ПМУ — похож на ПС, но с усиленной резиновой изо­ляцией. Сечение от 4 до 1200 мм2, предназначен для подвода к тяговым машинам напряжением до 4000 в;

ПСЭО — 16-жильный соединительный провод в об­щей пропитанной хлопчатобумажной оплетке, сечение жил 2,5 мм2 для внутренних соединений цепей управле­ния ЭПС; рассчитан на рабочее напряжение от 1000 до

2000  В;

ПСЭШ— такой же многожильный провод, но в ре­зиновом шланге; предназначен для наружных соедине­ний цепей управления ЭПС.

Для выполнения обмоток тяговых электрических ма­шин применяют медные шины и ленты разных сечений (ГОСТ 434—53), а также медный обмоточный провод марок ПВО и ПБД. Коллекторные пластины изготовля­ют из шины трапециевидного сечения — так называемой твердотянутой коллекторной меди (ГОСТ 3568—47) и коллекторной кадмиевой меди (ГОСТ 4134—48).


Ұқсас жұмыстар
Жоғарғы оқу орнындағы лекция және оқу жұмысын ұйымдастырудың басқа формалары мен әдістері
Жоғарғы оқу орнындағы лекция. Ағымдағы лекция
Сабақ кестесі
Тіл білімінің өзекті мәселелері пәнінің оқу -әдістемелік кешені
Информатика пәні бойынша сыртқы бөлімге арналған тапсырмалар жинағы
Жоо-дағы оқу процесін ұйымдастыру формалары
ӘДЕБИЕТТАНУДЫҢ ЖАҢА БАҒЫТТАРЫ
Бастауыш сыныпта дүниетануды оқыту әдістемесі
Психологиялық білімді меңгерудің ерекшелігі
Математикалық сауаттылық есептері тақырыбындағы 5 сыныптарға арналған элективті курс