Електротехнически материали: учебник за II степен на ЕСПУ за всички електротехнически процесии - Тодорова А.К., Дюстабанов Г.И.

Автор: Тодорова А.К. Дюстабанов Г.И.

Теги: радиотехника електротехника инженерство електроника радиоелектроника

Год: 1988

Похожие

Електронни полупроводникови прибори: учебник за техникумите по електротехника

Справочна серия за радиочасти и материали. Част ІІ

Наръчник на радиолюбителя. Част ІІ

УКВ техника за радиолюбители

Текст

А ТОДОРОВА Г.ДЮСТАБАНОВ
ЕЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИ
МАТЕРИАЛИ
УЧЕБНИК ЗА 11 СТЕПЕЙ НА ЕСПУ
ЗА ВСИЧКИ ЕЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИ ПРОФЕСИИ
ИЗДАТЕЛСТВО ТЕХНИКА
К. т. н. инж. АНТОАНЕТА К. ТОДОРОВА
Инж. ГЕОРГИ И. ДЮСТАБАНОВ
ЕЛЕКТРОГЕХНИЧЕСКИ
МАТЕРИАЛИ
УЧЕБНИК
ЗА 11 СТЕПЕЙ НА ЕСПУ
ЗА ВСИЧКИ
ЕЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИ ПРОФЕСИИ
KN34PC, 30 април 2008 година
ДЪРЖАВНО ИЗДАТЕЛСТВО „ТЕХНИКА*
СОФИЯ, 1988
УДК 621.315.2/6(075,3)
Учебннкът е предназначен за учеппците от 11 степен
на ЕСПУ за веники слсктротехшшески професип. Одобрен
с от МНП по предложение па комнеця в еъстав:
Прелседател: проф.«. т. и. инж. Петьр Тошев
Рецензента: 1) к. п. и. инж. Анастасия Града-
нарова
2) ст. и. с. к. т. н. инж. Недялко
Тенев
Научен редактор: инж. Веселая Шопов
Членове: ннж. Снежана Георгиева, предста-
вится на МНП
2) инж. Богдана Симеонова, зав. ре-
дакция
С Антоанета Константинова Тодорова
Георги Иванов Дюстабаиов, 1983
с/о Jusautor, Sofia
373 (073)
УВОД
Електротехническите материали са голяма трупа вещества, кон-
то имат определени свойства при взанмодействието им с електро-
магнитно поле. Поради тези си свойства те намнрат широко при-
ложение в техниката. Електротехническите материали се делят на:
проводникови, полупроводникови, електроизолационни (диелектри-
ци) и магнитни материали.
. Както е известно, веществото е изградено от атоми, молекули
и йони. В никои материали, наречени неполярни, молекулите са
електронеутрални. В тях центровете на положителните и отрица-
телиите електрически заряди съвпадат.
Други материали, наречени поляр ни, са съставени от полярни
иолекуЛи или диполи. Всеки дипол е изграден от положителни и
отрицателни заряди. Центровете на противоположните по знак
заряди не съвпадат и диполът имй електрически момент, различен
от нула.
Заредени частици, конто са свързани в молекулата или в
кристалната решетка на веществото и под действие на външно
електрическо поле могат да се преместват само на ограничено
разстояние, ще бъдат наричани свързани заряди. Такива заряди
са електроните в атомите, ионите в диполите, Йоните в кристал-
ната решетка и др.
Някои видове заредени частици (електрони, йонн и др.) не са
свързани с определени молекули или атоми на веществото. Под
действието на външно електрическо поле те могат да се премест-
ват във веществото на разстояния, по-голел!и от размерите на мо-
лекучите и .междумолекулните разстояния. В резултат на това
протича електрически ток, наречен ток на електропроводимостта.
Тези заряди ще бъдат наричани свободни заряди или токоноснтели.
Физичната характеристика на веществото, която количествено
определи способността му да провежда електрически ток, се на-
рича специфична електропроводимост у, S/m.
На практика се работи и със специфичного електрическо съ-
противление р, Q.m, което се определи с реципрочната стойност на
специфнчната проводимост.
Електротехническите материали се различават по специфично-
го си съпротивление (фиг. 1). По свойството си електропроводи-
мост се делят на три основни групи. В табл. 1 са дадени основни-
те характеристики на трите групн.
Само по стойността на специфичного си съпротивление (съот-
ветно специфична проводимост) даден материал не може да се от-
несе към една от изброените по-горе групи. Определящо значе-
3
ние им фнзичната природа на електропроводимостта, т, е. видът
на токоносигелите, наличието на примеси и др. Разликата между
проводниковите, полупроводниковите и електроизолационните ма-
териали може по-добре да се обясни с помощта на зонната теория
на твърдото тяло.
&,Ят
юг0
10 ю
10№
10”
10»
10s
— силииий , селен
«•
Ю'г
— Германий
10
1(Г6
СплаВи - нихром .константан ~
Чисти метали - мео, срерро, злато, длуминий
♦иг. I. Стойкости на. специфичного съпроти’ление ри за различии групи елек-
тротехиически материали
Таблица 1
Специфично сопротивление на електротехввческите материали
но групи при 20*С и яри постонниз наарежеине
Вид на материала по грум Специфично сытротив- М1Ш0 р. Q. га Вид ш Флактропроводи* мост • матеркам
Проеодникоеи материала Полупроводинкови материали Електроизолацпоннн материали 10-е—10-» ю-»-ю» 107—10» електрояна електронна йон на я елеятроияа
4
Молекулите в газа (при големи междумолекулни разстояния)
се разглеждат кат о изолирани и невзаимодействуващи помежду
си. Електроните, принадлежащи на даден атом, могат да заемат
само определена енергийни нива. На някои от тях (фиг. 2 — ниво
7) електроните се намират в
устойчиво състояние при нор-
мално (невъзбудено) състоя-
ние на атома. Преминаването
на електрони на по-външни
спрямо ядрото нива може да
стане само под външно енер-
гийно действие (ниво 3). Ато-
мът преминава в т. н. възбу-
дено състояние. Връщането
на атома в устойчивото му
състояние е съпроводено с
отделяне на предадената му
за възбуждане енергия.
В твърдо тяло с криста-
лен строеж атомите са раз-
положени близо един до друг
и си влияят взаимно. При това
енергийните нива на отделяй-
те атоми се приближават по-
между си, като се образуват-
зони на енергийните нива. На
Фиг. 2. Енергийни нива на атом н енер-
гийни зони на твърдо тяло (енергийиа
днаграма)
1—иормални енергийни нива на атома, 2— за.
пълнена с електрони зона. 3—инво на възбуаеи
атом, У—забранена вона (Д UZ — тирозина на за-
бранената зона), S—свободна вона (зона на прово-
днмостта)
фиг. 3 е показано различието в енергийните диаграми на провод-
никови, електроизолационни и полупроводникови материали. От
казаното дотук следва, че:
1. Проводниковите материали имат голяма електронна проводи-
мост. При тях запълнеиата зона плътно допира зоната на свобод-
ните енергийни нива (фиг. За). В някои случаи двете зони могат
да се припокриват. В резултат на това в метала има свободни
електрони. Те премиыават от нива в запълнеиата зона към незаети
нива в свободната зона дори при слабо електрическо поле. Това
именно обуславя и голямата проводимост на проводниковите ма-
териали. Проводниковите материали се използват в електротехни-
ческнте уреди и уредби за провеждане на електрическия ток. От
тях се изработват: намотки на електрически машини и апарати,
контакти, проводници и кабели за пренасяне на електрйческа енер-
гия, проводници и кабели в съобщителната техника и др.
2. Електроизолационните материали (диелектрици) имат голямо
електрическо съпротивление. Те имат широка забранена зона
(фиг. 3 б). В нормални условия електронна проводимост при тях
практически не се наблюдава. За преодоляване на забранената зона
е необходимо значително външно въздействие. Диелектриците се
използват за изолнране на различии токопроводящи части помеж-
5
ду им и спрямо згмята, както и за създаване на електрически
капацитет в кондензаторите.
3. Полупроводниците имат по-тясна забранена зона (фиг. Зв).
Тя може да се преодолее под влияние на нормални за експлоа-»
тацията външни енер-
гийни действия. По спо-
собността си да провеж-
дат електрически ток те
заемат междинно поло-
жение между проводни-
ците и диелектрицчте.
Полупроводниците се
използват широко в
електротехниката: във
високочестотната и съ-
Фиг. 3. Еиергийии диаграмм на проводници (а),
диелектриии (tf). полупроводники (а)
/—мгмнема с елыстронн мы, 2—забранена зона; б—эона
на проводимост
общителната техника, в
силовата електротехни-
ка за производство на
изправители, усилвате-
ли, фотоелементи и др.
Според поведението им в магнитно поле електротехнически-
те материали се делят на немагнитни и магнитни. Магнитните ма-
териали притежават способността да се намагиитват. Те се иэ-
ползват за иаправата на магнитопроводи за електрически машини,
траясформатори, апарати, за постоянни магнити и др.
Направената класификация на електротехническите материали
не изчерпва различията между тях. Вътре във всяка от тези ос-
новни групи може да се направи по-подробна класификация.
6
РАЗДЕЛ ПЪРВИ
ЛРОВОДНИКОВИ МАТЕРИАЛИ
ГЛАВА 1
ОСНОВНИ СВОЙСТВА НА ПРОВОДНИКОВИТЕ
МАТЕРИАЛИ
1 1. КЛАССИФИКАЦИЯ НА ПРОВОДНИКОВИТЕ МАТЕРИАЛИ
В електротехниката се изпоЛзват твърди и течки проводницу.
Твърди проводници са металите и техиите сплави Течии провод-
ници са различимте електролити и разтопени метали. При стайна
температура само живакът е течек проводник (темлературата на
топене на живака е —39°С). Осганалите метали са течня про-
водници .при много високи температури.
По механизма на електропровод;имостта проводницнте биват от
I и П род. Проводници от I род са металите и техиите сплави. Те
имат електронна проводимост. Тя: се дължи на движението на
свободните електрони в проводнике!. При протичането иа електри-
чески ток през проводника не се наблюдава отделяие иа вещество
върху ележтродите. Проводници от II род са разтопени кристадин
вещества или електролити (разтворн на- киселиии, основи или со-
ли). Тяхната проводимост е йонна ш се дължи на движението на
свободни йони. Протичането на еле> прически ток през проводника
е съпроводено с от деляне иа вещество на електродите. Съставът
на электролита постепенно се измешя.
Според предназначението си проводниковите материали се де-
лят на няколко групи:
а. Проводникови материали с голяма проводимост. Те се из-
ползват 321 направата на проводница., кабели, намотки за транс-
форматора електрически машини, апарати и др.
б. Про водникови материали с голямо съпротивление. Това са
метали и сплави с голямо съпротивление. Употребяват се за на-
права на различии сопротивления, електронагревателни уреди, тер-
модвойки., лампи и др.
в. Про1водникови материали със стециалио предназначение. То-
ва са някои метали (олово, калай, волфрам), електротехнически
въглен, припои и др.
г. Проводникови материали за електрически контакта. За из-
работване на електрически контакта се използват мед, сребро^
злато, платина, волфрам и др.
7
1.2. ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА НА МЕТАЛИТЕ
Физичните свойства на металите определят поведението им в
електрическо, магнитно, топлинно и механично поле. Всички мета-
ли провеждат електрически ток под действие на електрическо
поле. Никои от тях проявяват способност към намагнитване в
магнитно поле (желязо, кобалт, никел). Други метали (мед, алу-
миний) не се намагнитват. Под действие на топлината металите
се разширяват или свиват. Под действие на механично поле в
металите настъпват различии деформации и т. н.
Физичните свойства иа металите се определят количествено
чрез съответни характеристики, като електропроводимост, топло-
проводицост, механична якост и др.
1.2.1. Електропроводимост на метален проводник
Електропроводимостта е свойство на проводниковия материал
да провежда неизменен във времето електрически ток под дей-
ствие на постоянно електрическо поле.
Както е известно, металите са вещества с кристален строеж и
електронна проводимост. Свободните йони извършват топлинно
хаотично движение със скорост vT. Разпределението н а скоростта
Vt на електроиите е равновероятно по всички посоки в проводника.
Геометричната сума от тези скорости за дадеи обей от провод-
ника във всеки момент от времето е равна на нула. Поради това
през металния Проводник ток не тече.
Ако към двата края на такъв проводник приложим напрежеийе, то в него
се съэдава електрическо поле с интензитет Е. На всеки електрон от проводника
феЯствува сила, пропорционална на интеизитета на попето. Тази сила създава
асочена съставяща vt иа скоростта на движение иа електроиа по посока на по-
лето. Скоростта vt се нэмеия във времето.' Пълната скорост на движение на
електрона е геометрична сума от дзете съставящи от и (v( е средната стой-
ост на съставящата иа скоростта по посока на електрическото поле). В провод-
ника възииква иасочеио движение иа заряди по посока на полето, т. е. протичв
електрически ток.
Специфична проводимост. Тя е фнзична характеристика, коя-
то определя количествено способността на проводниковия мате-
риал да провежда електрически ток.
Специфичиата проводимост у, S/ш, е коефнциент на пропорпионалиост меж-
ду плътиостта на тока J, А/ш*, през проводника и интеизитета на електричес-
кото поле Е. V/ш, обуславящо този ток:
J-fE. (|.1>
Плътиостта на тока J се определя с количество™ електричество, което
преминава за единица време през метален проводник с единица напречио се-
чение: _
J—nevt< (1.2>
8
(1.3>,
(l-4>
гьдето п е броят на електроните в единица обем;
е -3 зарядът на електроиа;
t'e — средната стойност на съставящата на скоростта по посоха н»
полете.
Ако приравняй (1.1) с (1.2) и вземем предвид, че ve—kE (к е коефиииеит
иа пропорционадност и се нарнча подвижност на електроните), то за спецнфич-
вата проводимост у получаваме
Y =—
От (1.3) се вижда, че спепифичната проводимост завися от вида на проводнико-
вия материал (чрез л и k), ио не и .от геометричните раэмери на проводника.
Специфично съпротивление. Характеристиката р, Q.m, ксято
е реципрочна стойност на специфичната проводимост у, се нарича
специфично електрическо съпротивление. Колкото стойността на
р за дЬден материал е по-малка, толкова той е по-добър като про-
водник на електрическия ток.
На практика се измерва съпротивлението /?, съответно прово-
димостта G. За проводник с произволни геометрични размера те
(фиг. 1.1) се определят С познатите зависимости
G=y4 S; R = ? 4.
» 0
където у е специфичната проводимост, S/m;
р — специфично™ съпротивление, Q.m;
I — дъЛжнната на проводника, т;
5— напречното сечение на проводника, tn’.
Величините G и R не могат да характеризират свойствата наг
самия проводников материал, тъй като зависят от геометричните:
размери.
Зависимост на специфич-
ного съпротивление от темпе-
ратурата. Съпротивлението на
металните проводници нараства
с повишаване на.температурата
и обратно. В областта на абсо-
лютната нула голяма трупа ме-
тали преминават в състояние на
свръхпроводимост.
При повишаване на температурата на проводника нараства
т плинната енергия на Йоните. В резултат се усилва колебанието
на Йоните във възлите на решетката коло равновесното’ им по-
ложение. Това затруднява движението на електроните. Те по-че-
сто се „сблъскват" с Йоните и все по-малък брой от тях участ-
вува в създаването на електрическия ток през проводника. Сле-
доват^лно с повишаване на темпёратурата намалява протичащият
през проводника ток, независимо че напрежението не се измени»,
т. е. съпротивлението на проводника нараства.
Зависимостта на специфично™ съпротивление р на провод-
Фиг. l.l. Метален проводник с дължи—
на I и иапречио сечение S
9
шикоь материал от температурата в широк температурен интер-
вал в най-общ вид е показана на фиг. 1.2. От фигурата се вижда,
че в областта / съпротивлението практически ие завис и от
температурата. Тук влияние оказват само
примесите. Макар н в
малко количество, те
определят големината
на специфичного съ-
противление на ма-
териала. Колкото ме-
талът е по-чист, тол-
кова е по-малко р в
тази облает. Пункти-
ры в графиката на
фиг. 1.2 означава пре-
хода на метала в съ-
стояние на свръхпро-
водимост.
В областта //
специфичного съпро-
тивление на метала
нараства с темпера-
турата. При темпера-
<Фнг. 1.2. Изменевне на специфичного съпротивление
аа метал в широк температурен интервал
турата на топене на
метала Г топ съпротивлението се увеличава със скок.
Областта JII съответствува на преминаване на метала в теч-
яо състояние. На практика е прието за малки температурни ин-
тервали зависимостта p—J(t) да се линеализира. Тогава специ-
фичного съпротивление pt в края на температурная интервал е
Р,-Ро[ I+«₽(*“ *о)]»
(1-5)
асьдето pt е специфичного съпротивление при температура £
р0 — специфичного съпротивление при дадената началиа
температура
— температурен коефициент на специфичного съПротив-
леиие при температура t0.
Температурният коефициеит л„ определи с колко нараства
специфичного съпротивление при изменение на температурата с
един градус:
_ _ Pt—Ро TZ—1
Температурният коефициент л„ ие е постоянна величина> а
зависи от температурата. Стойността на ар се; дава за определе-
на началиа температура.
С повишаване на температурата специфичного съпротивлеиие
на проводника нараства, т. е. температурният коефициент ocq е
10
положителен. Стойностите на а? за чистите металл са дадеии в
приложен че 4.
В технлката широко се използват както чистл метали, така и
сплаал. Всяка сплав представляаа ил л мекшччнл смес между два
метала, или твърд разтвор на изходнлте материала, ила химлчно
съедчнгнче между металнте. Важно е, че сълрогизлен чето на по-
лучената сплав се разллчава от съпротявлението на изграждащате
я метали.
1.2.2. Свръхпроводимост
Сзръхпроводимогтта на металите е явление, при което про-
водимостта им нараства практически до безкрайност при много
«леки, близки до абсолютната нула температури. Металът се ох-
лажда с помощта на течен хелчй до температура ГС1Р наречена
температура на свръхпроводимия преход. Преходът в състояние
на свръхпроводимост е обратим процес. При повишаване на тем-
пературата над Гсп свръхпроводимостта изчезва и металът въэ-
станозява нормалната си проводимост. Температурата на прехода
за металите е в граничите от 0,7 до 10 К.
Интерес за техниката представляват ’ и криопроводниците.
При тях проводимостта рязко нараства при много ниски (крио*
гении) температури (ио без преход в състояние на свръхпроводи*
мост). Криопроводимостта е частей случай на нормалната електро*
проводимост на металите в условията на криогеннл температуря.
Не всички метали могат да поеминат в състояние на свръх-
проводимост. Известии са около 35 свръхпроводникови елементи
(чисти метали), като алуминий, живак, ниобий, тантал и над хи-
ляда свръхпроводникови сплави и химични съединения На различ-
ии метали. Металите сребро и мед дори при най-ииските до днес
достигнати температури не са преминали в състояние на свръх-
проводимост, независимо че имат най-голяма проводимост при
нормална температура.
Свръхпроводниците се използват за направа на намотки иа
електромагнити, създаващи изключително силни магнчтии полета,
за свръхпроводящи кабели, за иамотки на електрически машини,
трансформатори и други уредби с голям коефициент на полезно
действие.
1.2.3. Топлинии свойства на проводииковите материали
Топлопроводимост. Топлопроводимостта е способността на
проводника да провежда топлинен поток при наличие на темпе-
ратурна разлика в двата му края (от по-нагрятата част към по-
слабо нагрятата). Топлопроводимостта на металния проводник е
евързана с неговата електропроводимост.
Температурен коефициент на линейно удължение. Коефлциен-
11
тът на линейното топлинно удължение«; определи относнтелното
нарастване на дължииата I на даден проводник спрямо началната
му дължина 10 при изменение иа температурата му с 1°С:
Z=/0[l+aX^0)]> (1.6)
където I е достигнатата дължина на проводника при температура t;
10— началната дължина на проводника при начална темпе-
ратура
az— температурнчят когфициент иа линейно удължение.
Коефициентът az е важна характеристика на металните про-
водници и характеризира възможността им за съвместна работа
с други материали в дадена конструкция. Детайли, изработени
от метали с малък температурен коефициент ez, слабо изменят
при нагряване размерите си. Метали с голям температурен кое-
фициент на линейно удължаване се използват в регулаторите на
температура (при определена температура се осъществява съе-
диияване или прекъсваие на електрически контакти).
1.2.4. Термоелектродвижещо иапрежение
Ако по дължииата на свободен в двата края проводник има
температурка разлика, то между две кои да са точки по дължи-
ната му възниква потенциалиа разлика, наречена термоелектро-
движещо иапрежение. То има различии стойкости за отделяйте
метали.
При допир на два различии метала с еднаква температура
между тях възниква т. и. контактна потенциалиа разлика. Тя за
Фиг. 1.3. Схема иа верига с термодвойка
виси от вида на металите и от температурата им. Контактната
потенциалиа разлика е различна за отделните двойки метали и се
движи в граничите от миливолти до няколко волта.
Нека образуваме затворена верига от два метални проводника
А и В (фиг. 1.3). При еднаква температура на дзете места иа
допир между металите (наречени спойки) сумата от двете кон-
тактии пот<енциални разлики е нула. Ако едната спойка има темпе-
ратура Гр а другата — Г» възниква термоелектродвижещо напре-
жение, пропорционално по големина на температурната разлика
12
Tt—Г». Това свойство се използва за измерване на температури
по големината на възнчкващото термоелектродвижещо напреже-
ние. За целта се изработват т. н. термодвойки. Те са комбинация
на различии метали с голямо термоелектродвижещо напрежение,
като едната спойка се поставя в мястото на измерване на тем-
пературата. В приложение 1 са даден i сведенлята за някои тер-
модвойки.
1.2.5. Механични свойства на металите
Металите п сплавите имат определени механични свойства,
като якост на оиън. относително удължение при скъсване, твър-
дост, крехкост и др. Тези свойства зависят от физико-химичния
състав, от топлинната и механичната обработка на метал.1те, от
нали'.ието на примеси в метала и др. Механичннте свойства по-
степенно се променят в проиеса на експлоатация под действие на
температурата, механична действия и други фактори, т. е. в ме-
талите настъпва умора.
Механичннте натоварвания на металите могат да бъдат:
а) статична — външни натоварвания, с продт^гжително дей-
ствие, предизвикващи в метала напрежения на олън, натиск, огъ-
ване, срязване или усукване;
б) динамични — краткограйни действия, възникващи при удар;
в) променливи—системно повтарящи се натоварвания. Те се
менят както по големина, така и по посока.
При механични натоварвания в металите настъпват деформа-
ции, конто могат да бъдат:
а) еластичн i — те изчезват напълно след снемане на натовар-
ването, като материалът възвръща първоначалната си форма;
б) п.частични— деформациите в метала се запазват и след сне-
мане на натоварването.
Някои деформации могат да доведат до разрушаване на ма-
териала. За определяне на големината на разрушаващите сили в
метала при едно или друго механично действие се провеждат
механични изпитваиия, предписана от съответни стандартни до-
кументи (БДС). В стандарта се определят: броят, формата и раз-
мерите на образците, изработени от изпитвання материал, конто
се подлагат на механично натоварваие; условията и методите за
ировеждане на изпитваието; крчтерият, по който се определи да-
ли металът е издържал изпитваието или не.
13
ГЛАВА II
ВИДОВЕ ПРОВОДНИКОВИ МАТЕРИАЛИ
И ТЯХНОТО ПРИЛОЖЕНИЕ В ЕЛЕКТРОТЕХНИКАТА
2.1. ПРОВОДНИКОВИ МАТЕРИАЛИ С ГОЛЯМА ПРОВОДИМОСТ
Най-широко приложение намират медта и алуминият.
Проводиикова мед. Получава се чрез преработване на сулфид-
на руда. Медта, предназначена за електротехнически цели, до-
пълнително се подлага на електролитно почистване за отстрани-
ване на примесите.
Основните предимства на медта като проводников материал,
в сравнение с другите материали са: малко специфично съпро-
тивление; голима механична икост; устойчивост на корозии в нор-
мална атмосфера (медните прсводници се окисливат бавно на
въздуха, като се пркриват с тънък слой медей акис, устойчив на
корозии); добра обработва^мост и пластичност (медта се изтегл®
на ленти, Листове, проводници с диаметър до хилидни от мили-
метъра), относително леко се заварива и споява.
Чистата мед (без съдържание на примеси) се нарича стандарт-
на мед. Ти има специфично' съпротивление р= 1,724.10“8 2.ш пр»
20° С. При наличие на примеси специфичната й проводимост иа-
малива.
В зависимост от технологиита на произв дство се получава
твърда и мека мед.
Твьрдата мед има добри мехаиични свс йства. От ней се пра-
вят неизолирани проводници, като контактии проводници, шини
на разпределителни уредби и електрически апарати, колекторни
пластики за електрически машини. В тези случаи е необходима
голяма механична якост, твърдост и голямо съпротивление на из-
триване на нзползвания материал.
Меката мед е пластична и с малка твърдост. Тя се използва
за направата на изояиранн проводници с кръгло и правоъгълно-
сечение.
Медям сплави. Най-широко приложение в електротехниката
намират медните сплави бронз и месинг.
Бронзът е сплав на мед с алуминий, фосфор, берилий, кад-
мий, калай, силиций и други метали. При правилно подбраи* съот-
ношение на компонентите сплавта е с по-голяма еластичност,.
механична твърдост и специфично съпротивление в сравнение с
медта. Сплавта е устойчива на изтриване и корозия. Най-широко>
приложение намират кадмиевият и кадмиево-калаеният бронз^
чиято проводимост е най-близка до таэи на медта. От кадмиев
бронз се изработват контактни проводници за електрически»
транспорт и колекторни пластики с особенс важно предназначе-
И
ние. В машиностроенето бронзът се използва за направа на пру-
жиня, втулки и други детайли.
Месингът е сплав на мед с циик (70% мед и 30% цинк). В*
технологично отношение той е по-добър от медта, защото може-
да се обработва лесно чрез дълбоко изтегляне и щанцоване. Ме-
сингът се използва за направата на различии тоководещи детайли.
Алуминий. Алуминият по значение е на второ място след
медта. Той е около 3,5 пъти по-лек от медта. Има сравнително-
добра проводимост и е устойчив на атмосферна корозия. Недо-
статък е малката му механ 1чна якост и твърдост. Някои физзчни
характеристики на алуминия са дадени в приложение 2.
Алуминият има по-лоши механична и електрически характери-
стики в сравнение с медта. Съпротивлението на алуминиев про-
водник е около 1,68 пъти по-голямоот съпротивлението на меден.
проводник при еднакви геометричии размери (сечение и дължина
на проводника). В приложение 2 е направено сравнение по някои'
физични характеристики на медта и алуминия (съответно за мека
и твърда мед, мек и твърд алуминий).
Алуминиевият проводник се окислява активно във въздушиа
среда. Повърхността му се покрива с тънък оксиден (от AUOg)
изолационен слой. Той има голяма механична якост
тойчивост, но малка гъвкавост и не е устойчив на
и топлоус-
химически
активни веществ а и влага. Този слой предпазва метала от проник-
ване на окислителния процес в по-долен слой.
По електрохимичен път е възможно алуминиев проводник да
бъде покрит с оксиден изолационен слой с определена дебелина^
От оксидиран проводник се изработват различии бобини без до-
пълнителна междунавивкова и междуслойна изолация.
При овлажняване на мястсто иа механичния контакт (болтови
съединения) на алуминия с други метали като мед и желязо е
възможна галваничиа корозия. Алуминиевият проводник се износва
значително. Необходимо е контактните съедииения на алуминия с
медта да се пазят от свлажняване или да се правят със спе-
циални клеми.
В електротехниката се използва сравнително чист алуминий.
Колкото металът е по-чист, толкова е
От най-чист алуминий (с не повече от
работват алуминиево фолио и електроди
затори. От алуминий с 0,5% примеси се
Вите изделия (проводници, шини и др.).
Алуминидт е по-малко дефицитен от медта. За проводници на*
електропроводи високо иапрежение се използва комбинация на.
алуминий и стомана— т. нар. стоманено-алуминиеви проводници. На
фиг. 2.1 е показано напречното сечение на такъв проводник. Стома-
неното въже има* голяма механична якост, поради което е използ-
вано като ядро. Около неГо се обвиват алуминиевите жички. Алу-
миният осигурява висока специфична проводимост и защищаваа
допълнителио стоманата от корозия.
1S
по-устойчив на корозия.
0,03% примеси) се из-
за електролитни конден-
изработват проводнико-
Алуминиеви сплави. Алуминзевите сплави имат п вчшена ме-
ханична якост в сравнение с чистая алуминий. Най-широко при-
ложение от тях намира сплавта алдрай (алуминий с магнезий,
•силиций и желязо), Високите механични качества на сплавта се
Фиг. 2.1. Напречно сечение
на стоманено-алуминиев про-
водник
/—алуминиеви жички, 2—стомане-
>км жичкн
получават след специалното й обработ-
ване. Сплавта алдрай е лек материал
както чистия алуминий и има близка до
неговата специфична проводимост. По
механична якост сплавта се приблчжава
до твърдата мед. Сплавта алдрай се
използва за проводници на въздушните
електропроводи.
Стомаяа. Прозодниковата стомана е
езтин, достъпен материал с голяма ме-
хатчна якост, но малка устойчивост на
корозия. Стоманата има по-голямо спе-
циф 1чно съпротивлен ie от това на мед-
та и алуминия — р=(13ч- 14).10-8flm. За
направата на проводници се използва
т. н. мека стомана (с около 0,1% съдържание.на въглерод), като
проводниците се защищават срещу короззяс тънко пэкритие от
мед или цинк (фиг. 2.1). От стомана се изработват шини, трам-
вайни релси и др.
Натрий. Натрият се разглежда като перспективен проводни-
ков материал. Той може да се получ i в неогран 1чецо количество
чрез електролиза на разтопен натриев хлорид (NaCl).
Специфичного съпротивление на натрия е около 2,8 пъти по-
голямо от тсва на медта и 1,7 пъти по-голямо от това на алуми-
.ния. Натрият е химически особено активен (интензивно се окисля-
ва във въЗдуха и реагира с во дата). Това налага проводникът от
натрий да има защитна херметична обвивка с определена механич-
на якост.
Засега натриеви проводници и кабел и са произвеждат в пласт-
масови (полиетилеиови) обвивки. Теза обвивк! осигуряват необ-
ходимата херметизация, механична якост и електрическа изо-
.лация.
2.2. ПРОВОДНИКОВИ МАТЕРИАЛИ
С ГОЛЯМО СЪПРОТИВЛЕНИЕ
За направата на еталонни съпротивления, реостати, електро-
гнагревателни уреди и др. са необходими материали с голямо спе-
цифично съпротивление. Такива материали са различии виДове
-сплави, като манганин, константан, кантал и др. В приложение 3
,е направено сравнение по някои физичии характеристики иа често
използваните в електротехниката сплави с голям« специфично
съпротивление.
il6
Сплавите, използванп за направата на точни електроизмери-
телнн уреди и образцов,! съпротивления, трябва да имат го лям о
специфично съпротивление. То не трябва да сепроменя с течение
на времето (материалът не трябва да старее) и при температурим
колебания (т. е. ар да бъде малък). Освен това термоелектро-
движещото напрежение при допир на дадената сплав с медта
трябва да бъде малко.
Сплавите, използуваии за изработване на електронагревателни
елементи, трябва да могат да работят продължително време във
въздушна среда при высоки температури, да се обработват лес-
но и да бъдат устойчива на чести комутации (често включване и
изключване на нагревателиите елементи).
Манганин. Мангаиинът (сплав на мед с манган н никел) е
основна сплав за изработване на еталонни съпротивления. Той се
подлага предварително на специално термично обработване за
стабилизация на електрическите му свойства във времето и за
намаляване на ав. Специфичного съпротивление на манганина
слабо зависи от температурата, което е особено важно за топ-
ните електроизмервателни уреди. Манганинът има ниско термоелек-
тродвижещо напрежен!е при контакт с медта. Най-високата му
работна температура е 200° С. Манган чиът сеобработва добре. Диа-
метърът на изтегляните от него проводитци достига 0,02 mm.
Константан. Това е сплав на мед с никел и манган. Съотно-
шението на компонентите на сплавта се подбира така, че да се
получи достаточно голямо специфично съпротивление р и малък
температурен коефициент ае. Това означава, че специфичного съ-
противление не се променя практически с изменение на темпе-
ратурата.
Константанът също се обработва .добре и ичтегля в тонки Про-
во днчци и 'енти. Повъпхносг-^а на про юдници от константан се
окисллва пр ’ нагря «ането им до высоки темпе .атури. Получава
се сл' . охснд’га ц слап. <я. Константанов проводнике такта
изолащ.я меже да се навива п.и.гно, лазг_,ка до пав.Н’К.'’, без
специална изоляция (при напрежение, не по-високо or 1 V между
съседнчте навиьки). За получ .в ше на окскден слай по псьърх-
ността на константачови прою.ници те се наг^ лиат Д( ампера-
тура около 900°С, след което се охлзждаа във въздуш .а среда.
От константан се изработва г реос гати и елг ктр лигревате шл
елементи за работни тедперггурч до 400- ч50 С. Пра. т се и
термодвойки за измерва-е на температуря ,о нгко.. <ост< гач гра-
дуса, на»-често в комг' .ация с мед. 1 гзч те, м да йк t ,» -т вл-
соко тер /оелектродви кещо Н1грежение.
При к »ргоотване на лагрег а тлни еле» ев । "е и. .о ,зват .пла-
вите на хром с никел- н,|\р,м.|, и на ; ел чо ; хр»м и а.* ми-
ьий - фехрали.
Нчхроми. . ром-j'. ,ел >вите (плав I и tar iOJd».t топлоу гой-
чив >ст. Тя с'. Д1Л.ки > п х стой (ивьстаа им ..ъм < i тсляване във
2 Електри ми Иски ме ерями
17
въздушиа среда при високи температуря. Нихромите се из-
ползват за напрдвата на нагревателии елементн, за електрическч
печки, за поялници и други уреди. От нихромите се изработват
проводници с диаметър над 0,02 mm и леити със сечение над
0,1X1 mm.
Фехрали. Това са сплави на желязото с хром, никел, манган
и алуминий. Имат голяма топлоустойчивост и механична якост.
Те са по-твърди и по-крехки в сравнение с нихромите.
От фехрали се правят проводници и ленти с по-големи сече-
ния в сравнение с проводниците, изработени от нлхроми. От фех-
ралите се изработват нагревателии елементн за електронагрева-
телни уредч с голяма мощност.
Кантал. Сплавите кантал (желязо, хром, алуминий и кобалт)
са топлоустойчивн и имат по-голямо специфично съпротивление
в сравнение с хром-нлкелов.ите сплави. От кантал се изработват
нагреватели! и съпротивителни елементн за промишлеността,
регулируема съпротивлен.ия за електрическч двигатели и др.
2.3. МЕТАЛИ И СПЛАВИ
СЪС СПЕЦИАЛНО ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ
Последователно са разгледана най-често лзползваните метали
и сплави със спецчално предназначение. В приложение 4 са да-
деил някои по-важни техн i физлчни характеристики.
Олово. Оловото е мек материал, пластичен, устойчив на коро-
зия. Металът не издържа на вибрации, особеио при повишена
температура. Оловото, парите на разтопеното олово и различии
оловни съедчнения са отровни. От олово и оловните сплави се
изработват защитни обвивки (маития) на електрическите кабели.
Херметичната оловна обвивка предпазва кабелната изолация от
проникване на влага. От олово се изработват пластините на олов-
ните акумулатори и се правят защитни екраич в ренгеновите уредби,
тъй като оловото има способността да поглъща ренгеновите лъчи.
Калай. Калаят е мек материал и се топи при ниска темпера-
тура. Той не се окислява при нормадни условия. Калаят се из-
ползва за защитно пскритие иа металите. Съставна част е на спла-
вите на медтй (бронз) и на сплавите заспояване — припоите. Тънко
калаено фолио се използва при произволетвото на някои видове
хартиенз кондензатори. Оловно-калаено фолио се употребява и за
направа на електроди в с люден и кондензатори.
Волфрам. Вслфрамът е тежък, твърд метал с най-висока тем-
пература на топене в сравнение с другите метали (3380° С). Той
има приложение главно във вакуумната техника за направа на:
нагревателии жичкл залампи; електроди; различии елементн в елек-
тронните лампи; в ренгеновите тръби и др.
От волфрам се изработват контакта за електрически апаратя.
18
Те са устойчиви на електрическа дъга и се износват сравнително
слабо. За електрически контакта, прекъсващи голям ток в мощ-
ни електрически вериги, се използуват металокерамични мате-
риали на базата иа волфрам.
Молибден. Молибдены има по-ниска температура на топене
и по-малка твърдост от волфрама. Най-широко приложение на-
мира в- електровакуумната техника, но сё използва при по-ниски
работай температуря в сравнение с волфрама.
Платина. Тя спада към групата на благородните метали. Ус-
тойчива е на химични реагента, практически не се окислява и е
по-тежка от медта. Платината много леко се поддава на механич-
но обработване и се изтегля на тънки нишки и ленти. Тя се из-
ползва за направа на термодвойки с работна температура до
1600° С. В комбинация с родий и иридий участвува в различии
контактни сплави (изработват се контакта, конто работят в елек-
трически вериги с малка мощност).
Сребра Среброто е благороден метал с най-малко специфично
съпротивление (р= 1,6.10-^Олп). То се окислява във въздушна
среда при температури над 250° G Среброто е много пластично.
От него се изработва тънко фолио и проводници с диаметър до
0,01 mm. В чист вид или в сплав с кадмий или мед се използва
като материал за направа на контакта за електрически апарата.
От сребро се изработват и електродите на някои керамични и
слюдени кондензатори.
Живак. Той е единственият течен метал при стайва темпера-
тура. Живакът иамира приложение като катод в живачни токо-
изправители и живачни лампи, в живачни контакта на релета и
др. Живачните лари са особено вредни за здравето на човека.
Никел. Никелът е съставна компонента на «много магнитни и
проводиикови сплави. В чист вид той се използува във вакуум-<
ната техника и за защитни покрития срещу корозня на изделия,
изработени от желязо.
Цинк. Цинкът служи за защитно Покритие на железни
детайли. Той е съставна част на месинга. Употребява се за на-
права иа електроди за галванични елемеита. С цинк се метализира
хартията при изработване иа малогабаритни металохартиени кон-
деизатори (металният слой цинк се нанася върху хартията чрез
изпарение във вакуум при температура 600° С). Използва се и за
инертни стопяеми вложки на предпазителите.
Припои. Припоите саспециални сплави, използувани при спо-
яване на проводиикови метални части. При спсяване се нМгряват
металните части и припоят в мястото на съединяваие. Припоят се
разтопява, тъй като има значително по-ииска температура на
топене от спояваните метали. Те оставят в твърдо състояние. На
границатана допир на разтопения припой и твърдия метал се из-
вършват сложни физико-химични процеси. Разтопеният припой
запълва пространство™ между съединяваните метални части и
19
дифундира в тях. При застиване в мястото на съединяването се
получава механически здрав и херметичен шев с малко преходно
съпротивление.
По температурата на топене прппоите се делят на две групи:
меки и твърди.
Меките припои, са сплави на различии метали (Налай, олово,
кадмий, цинк и др.) с температура на топеие до 450° С. Меките
припои имат по-малка механична якост в сравнение с твърдите.
Към някои меки припои се прибавя алуминий и сребро за пови-
шаване на здравината на съедииението.
Твърдите припои имат температура на топене над 450°С и
са сплави на: мед и цинк; мед, сребро и цинк; алуминий, мед и
силиций и др. Изборът на конкретиия вид припой се определи
от вида на спояваните метали, от необходнмата механична якост
и корозоустойчивост на получаваната спойка и др.
За по-добра спойка между съединяваните части се използват
помощни вещества, наречени флюса. Те разтварят и премахват
окисите и замърсяванията цт повърхността на спояваните мета-
ли; защищават повърхността иа метала и разгопеиия припой от
окисляване в процеса на спояване; подобряват течливостта на
припоя и създават контакт между съединяваните повърхности.
Електротехиическн въглбн. Електротехническият въглен се
използува за изработване на: четки за електрически машини;
електроди за електрически пещи; контакти; високоомни съпротив-
ления и други изделия.
Електротехническият въглен е смес иа прах от въглеродни
материали (естествен графит, иефтен кокс, сажди, антрацит) със
свързващи и пластифициращи вещества. Като свързващи вещест-
ва се използват каменовъглеии смоли или синтетични полимери,
като фенолформалдехидни, силициевоорганични и др. Към състава
на електротехническия въглен, използван за изработване на четки
и контакти за голяма плътност на тока, се прибавя и метален
прах, например меден, калаен или олозен.
Изделия от електротехиическн въглен, съдържащи сажди.
кокс и други неграфитни компонзнти, се подлагат на допълни-
телцо термично обработване (при 2400—2800° С), наречено графи-
тиз ipa.ie. При него неграфитните компонеяти се пресръщат в гра-
фит, а голяма част от примесите се изпаряват. След графит изира-
ието изделията стават по-меки, вямалява се корфициентът на
триенз и специфшното им електрическо съпротивление.
От елгктг отехнигески въглен се изработват четки за елек-
тричесчиге машини Гзполззаните в електротехниката чеши се
делят па четири ознсььл групи в завпгимост от изходи<я състав
и тех юл' п я 1 а прои зодст >ото: граф :тни, въ. леио. рафит. и, ме-
тало: рафъ’ч и и е/1ект| ографлтизи >ани четки.
Говърхнос на на ;.якои видоге ч« тки частично се п< крива
с тъ.пк слой мед за да се полуш <о?ьр етек^риче ки кентакт
20
между тялото иа четката и четкодържателя в електрическата
машина.
Графитни четки. Изработват се от естествен графит. Те са
меки, при работа предизвикват незначителен шум и се употребя-
ват в турбогенератори и асиихронни двигатели.
Въгленографитни четки. Изработват се от графит с прибав-
ка на въглеродни материала (сажди, кокс) и свързващи вещества.
Те имат увеличена твърдост и механична якост в сравнение с
графитните четки. Използват се в генератори и двигатели със
средня мощност.
Металографитни четки. Изработват се най-често чрез смес-
ване на графитен и медей прах (в някои случаи се прибавя оло-
вен, калаеи или сребърен прах). С увеличаване на процентного
съдържание на медта в изходната смес се намглява специфич-
ного съпротивление на четките. Металографитните четки намират
приложение в автомобилям и авиацчонни генератори и елек-
тродвигатели; в тягови електродвигатели, работещи с понижено
напрежение, но при голям ток, и др.
Електрографитизирана четки. Изработват се от графитен прах,
кокс, сажди и свързващо вещество. Четките се подлагат на гра-
фитизиране. Те имат голяма механична якост и намалено специ-
фично съпротивление. Тези четки се използват в електрически
машини със средна и голяма мощност, в електрически машини с
променливо натоварване и при тежки условия на комутация на
електрическия ток.
2.4. МАТЕРИАЛИ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ КОНТАКТИ
Всяка.'електрическа верига съдържа голям брой контакти. По
своето конструктивно изпълнение те биват: неподвижни (напр,
болтови съединения), плъзгащи и подвижни (комутиращи) контак-
ти. С подвижните контакти се извършва включване или изключва-
не (комутация) на дадена електрическа верига. Процесът на ко-
мутация,' свързан с образуването иа електрическа дъга между
контактите, иалага по-специални изискваиия към използваните
контактам материали. Под действието на дъгата материалът се
топи и окислява, което води до износването му. Честотата на ко-
мутацията ускорява процеса уа изиосване на материала.
Материалите за контакти трябва да имат: голяма електро-
и топлопроводимост; устойчивост иа корозия във въздушна среда
и други газове; устойчивост срещу образуване на повърхностен оки-
сен слой с голямо специфично съпротивление; ниска степей иа ерозия;
голяма устойчивост на износване при висока честота на комута-
Циите; голяма дъгоустойчивост и висока температура на топеие и др.
В електротехниката като контактам материали се гзползьат:
ме^сребро, волфрам, електротехнически въглен, платина, метало-
Керамика и др.
21
Мед. От мед се изработват контактите на апарати за високо
напрежение (маслени прекъсвачи с голям номинален ток и др.).
Недостатък иа медта в случая е, че при работа във въздуш-
на среда повърхността на контакта се покрива със слой медни
окиси, който има голямо електрическо съпротивление. При про-
дължителна работа дебелината на слоя нараства и е възможно
да се прекъсне електрическата верига.
Сребро. Като материал за контакти среброто има по-добри
физически свойства от медта. Употребата му се ограничава от
високата цена. От сребро се изработват контакти на релета и
контакти за ток до 20 А. Обикновено тялото на контакта се из-
работва от мед, а по повърхността се нанася слой сребро.
Волфрам. За изработване на контакти с малък ток и голяма
честота на комутация се използва волфрам или сплавите му:
волфрам — молибден; волфрам — платина; волфрам — платина —
иридий и др. От волфрам се изработват и дъгогасителни котакти
с ток на изключваие до 100 кА, тъй като материалът има голя-
ма твърдост и дъгоустойчивост.
Електротехнически въглен. Контакти от електротехнически
въглен се изработват от медно-графитни и сребърно-графитни
маси. Те имат малко специфично съпротивление (2Ч-5.10-®Q. m)
и в процеса на работа не се заваряват помежду си.
Металокерамични материали. Металокерамичните материали
са сплави (механична смес) на два метала, получени чрез изпича-
не на смеси от техни прахове. Съчетават се два метала, единият
от конто има голяма електро- и топлопроводимост, а другият—го-
ляма механична якост и дъгоустойчивост. Металокерамиката има
свойствата на образуващите я метали. Най-разпространени компо-
зиции металокерамикерамични материали са: сребро — волфрам;
сребро — молибден; сребро — никел; сребро — кадмиев окис; среб-
ро — графят; сребро — графит — никел; мед — волфрам и др. От
тях се изработват дъгогасителни контакти при номинални токове
до 600 А и др.
Използването на металокерамичните материали за изработва-
не на кбитакти за електрически апарати увеличрва стойността им,
но повишава надеждността на оабота на съоръжението и експлоа-
тационния му срок.
2Д. ВЪПРОСИ И ЗАДАЧИ
1. Кои метали имат най-малко специфично съпротивление и
каква е областта на приложението им?
2. Защо металите имат положителен температурен коефициент
на специфично съпротивление? Кои метали имат най-малко из-
менение на специфичного си съпротивление с изменение на тем-
пературата?
22
3. Какво представлява стоманеио-алуминиевият проводник, из*
ползуван в електропроводите за високо иапрежение?
4. Нагревателен елемент с дължина / = 10 m е изработен от
нихром, съответно от фехрал. С колко ще бъде по-голямо съпро-
тивлението на нагревателния елемент с нарречно сечение .5=0,5 mtn’
от нихром в сравнение със съпротивлението на същия елемент от
фехрал при температура 800° С?
5. Какво представляват сплавите кантал и какво приложение
намират.
6. От какви проводник ви материали могат да се изработят
термодвойки за измерване на температури до 350° С?
7. От какви сплави се изработват еталонни съпротивления?
8. Какви припои могат да се използват за спояване на еле-
менти в съоръжение с работна температура до 700° С? Какво е
предназначението на флюенте?
23
РАЗДЕЛ В ТОР Л
ЕЛЕКТРОИЗОЛАШЮННИ МАТЕРИАЛИ
ГЛАВА!!!
ОСНОВНИ СВОЙСТВА
НА ЕЛЕКТРОИЗОЛАЦИОННИТЕ МАТЕРИАЛИ
3.1 . ЕЛВКТРОПРОВОДИМОСТ
3.1.1. Осиовни положения
Идеалният изолационен материал не трябва да провежда елек-
трически ток. На практика през всеки изолационен материал, по-
ставен между електроди, конто се намират под постоянно на-
прежение, протича електрически ток. Този ток се нарича ток на
проводимостта и има твърде малка стойност. Той се дължи на
свободни йони в обема на изолационния материал. Тези йони мо-
гат да се отделят от кристалната решетка на матерналите с
йонен строеж или да се получат в резултат на разкъсване (дисо-
циация) на полярни молекули. Освободилите се йони могат да
бъдат йони на основния материал (собствени йони) и йони на при-
месите.
На фиг. 3.1 а е показан образец от изолационен материал е
форма на куб. Към две от срещуположните му стена са поставе-
ни електродите. Площта на електродите е означена с S, а раз-
стоянието между тях с h.
Както е известно от физнката, проводимостта на образеца G
и съпротивлението му R независимо от материала — проводников
или изолационен, се определят по закона на Ом
0=4» S, (3.1)
R=~, Й. (3.2)
където U е приложеното напрежение, V;
/ — протеклият през образеца ток, А.
Проводимостта G и съпротивлението R са реципрочни величини:
• (3-3)
24
На фиг. 3.! б е показано сечение на образеца от фиг. 3.1 а
с вертикална равнина, минаваща през центъра на куба. През обе'
ма на материала протича ток, който се нарича обсмен ток и се
означава с Iv, а по повърхността
щият ток I е сума от обемнчя
и ni върхностния ток:
/=/и+// (3.4)
3.1.2. Специфични
съпротивления
Свойствата на електроизола-
ционните материали по отноше-
ние на проводимостта се опре-
делят от специфичното обемно и
специфичното повърхностно съ-
противление.
Специфично обемно съпро-
тивление рк се нарича съпро-
тивлението на куб от чзследва-
нчя материал със страна 1 ш.
За образец с постоянно сечение
при успоредни електроди
Pv~Rv~h~, '3.3)
му — повърхностен ток ls. Об-
Л
където Rv е обемното съпро-
тивлен ie ни обра-
зеца 2;
S — площта на елек-
тродпте, т2;
А — разстоянието меж-
ду електродите,
т.
Когато 5=1 т2 и А = 1 ш,
?V~Ry.
Специфичното обемно съпро-
тивление ри се измерва в 2. т.
Реципрочната величина на рг се
нарича специфична обемна про-
водимост и се измерва в S/m.
Специфично повърхностнЬ
съпротивление р5 се нарича съп-
Фгг. 3.1. Образец на изолационен ма-
териал с електроди за определяне на
проводимостта му
а—обща проводимост на диелектрика; б—
обемна и поверхностна проводимост; ч—обра-
зец за определяне на повърхностната прово-
димост;
/—електроди, 5—-плот иа електродите, h—
разстояиие между електродите, /—дължина
иа електродите
ротивлението на повърхност от изследвания матернач с форма на
квадрат. За повърхност с правоъгълна форма
(3.6)
25
където е повърхностното съпротивление на изпитвания обект;
I и h — линейните му размера съгласно фиг. 3.1 в.
Когато l = h, ?S=RS.
Специфичного повърхностно съпротивление р5 се измерва в Q.
Реципрочната величина на се нарича специфична повърхностна
проводимост fs и се измерва в S.
Специфичного обемно ри и повърхностнс р$ съпротивление са
едни от основните характеристики на електроизолационните ма-
териали. Колкото pv и ps са по-големи, толкова материалът е no-
качествен като електрическа изолация.
Изолационните материали имат извънредно голямо специфично
съпротивление. При газовете ри достига до 1020 Qm. В приложение
5, 6 и 7 са дадени стойности на ри за някои често употребявани
диелектрици.
3.1.3. Зависимост на проводимостта
от температурата
При повишаване на температурата нараства топлинното коле-
бателно движение на частиците (Йоните). Нараства» и енергията
им. При това се увеличава вероятността да се разкъсват връзки-
50 100 200 300 «00 С, °C
Фиг. 3.2. Зависимост иа специфич-
ного . сопротивление ру на слюда
от температурата
Фиг. 3 3. Зависимост на специфич-
ного съпротивление иа поливи-
нилхлорид от температурата
те на йон в кристалната решетка. Увеличава се и вероятността
някои от полярните молекули да се разкъсат (дисоцират) на по-
ложителни и отрицателни йони. С повишаване на температурата
се увеличава броят на освободилите се йони в единица обем от
материала. В резултат на това нараства електр проводимосттд
му. Температурния коефициент на изменение иа съпротивлението
на изолационните материали е отрицателен.
26
На фигури 3.2 и 3.3 е показана зависимостта на специфично-
го съпротивление на слюдата и на поливинилхлорида от тем-
пературата.
Установено е, че зависимостта на специфичйата обемна проводимост от
температурата за повечето материали може да се изрази с уравнението
(3-7)

където Т е абсолютната температура. К;
Айа — характернн за различните материали константи;
е—2,73 ... — неперовото число.
При някои материали зависимостта се описва по-добре с уравнението
Г = Гое“'> (3.8)
където t е температурата, «С;
То и а—характерни за различните материали константи.
Величииите Айа, съответно у0 и а, за разлика от а? на металите не се
дават в справочннците. За всеки вид изолация се правят няколко измервания на
при различи и температури и се проверява графикага In илн In у=
у=/ (t). Те дават възможност на бъде пресметнато съпротивлението на изо-
лацията за температура, различна от тази, при която то е измерено или дадено
в справочник. Тези уравнения иамират широко приложеине в практиката за при-
веждане на резултатите от измерването към нормални условия (20° С).
След такова привеждане резултатите, получен» от изме рвания при раз-
лична температура, могат да бъдат сравнявани помежду си.
3.1.4. Измерване на съпротивлението
на изолационните материали
Съпротивлението на изолационните материали К се определи
по закона на Ом, като се измери токът /, който протича през
материала под действие на приложеното напрежение U.
За измерване на съпротивлението на изолационните материали
се използуват електроди, показами на фиг. 3.4.
На фиг. 3.4 б е показана схемата за измерване на обемното
съпротивление. Към измерителния електрод 4 е свързан галвано-
метър, който измерва обемния ток. Повърхностният ток се от-
вежда от пръстеновидния електрод 3, без да се измерва.
На фиг. 3.4 в е показана схема за измерване на повърхност-
ното съпротивление. Галванометърът измерва тока, протекъл по
повърхността на изолационния материал между електродите 3 и 4.
Обемният ток се отвежда от електрода 2, без да се измерва.
За измерване на съпротивлението на изолационните материали
се използват още и електронни (лампови) измерителни уреди, на-
речен» тераомметри.
27
1
Фнг. 3.4. Изменение на обемното и повърхностното съпротивление на изолацив*
йен материал
л—образец с електроди; б—схема за измерване на обемното съпротивление: а—схема за иа-
мерване на повърхностното съпротивление; /— изпнтван материал, 2— голям електрол, 3— пръ-
стеновиден електрод, 4—измерителен елсктрод
3.2 ПОЛЯРИЗАЦИЯ
3.2.1. Механизъм на явлението поляризация
Поляризация се нарича процесът на преместване на взаимно-
свързаните електрически заряди в диелектрика на ограничено
разстояние под действие на силите на електрическото поле. В ре-
зултат на поляризацията на повърхността на диелектрика се
натрупват електрически заряди, наречени поляризационни (свър-
зани) заряди. Всеки диелектрик, поставен в електрическо поле, се
поляризира. Поляризацията е специфично явление, присъщо само
на електроизолационните материали, и се обуславя от тяхната
структура.
Нека поставим пластина от полярен диелектрик с дебелина
h между два метални електрода с площ S. Образува се ковден-
затор с капацитет С (фиг. 3.5). Полярният диелектрик съдържа
диполни молекули. Всеки дипол (фиг. 3.6) има електрически мо-
мент |i=ql (I е разстоянието между зарядите). Диполите иэвърш-
ват топлинно хаотично движение и са ориентирани произвели»
28
в простраиството (фиг. 3.7 а). Във всеки момент от време сумата
от електрическите им моменти в даден обем от диелектрика е
равна на нула.
При подаване на
Фиг. 3.5. Днелектрик,
поставен между елек-
тродите на кондензатор
с капацитет С
/—дн«л«ктрик с дебелииа
Л* 2 —електроди с ллощ 5
иапрежение на- електродите на кондензатора
(фиг. 3.7 б) в диелектрика се създава
електрическо поле с интензитет Е, V/m.
Под действие на полето диполите за-
почват да се ориентират по направле-
нието му. Сумата от елементарните им
електрически момента е вече различна
п
от нула, т. е. М = Диелектри-
i = i
кът се поляриз ipa.
Фиг. 3.6, Схема на електри-
чески ди пол
Фиг. 3.7. Поляризация на полярен диелек-
трик в електрическо поле
л—•диелектрикът не е поляризирян (£-0); б— днелек-
трикът е поляризиран
По..ярязацията к, личественс се c.ipe.n ..я с физична хаоакте-
ристика Р, наречена степей на поляризация или поляртованост.
Тя дава изменението на електрическия момент М .»а единица обем
от диелектрика. С процеса га поляризация е св .рзана една от
наГ-важн <те характеристики на диелектрика — jc ire лиата ди-
електричьа проницае лост ег.
3.2.2. Видове .юлмризация
Поляри ацията в диелеы г>ика се извъ, шва за определено време Спор, 1 про-
дължителността на ipoueca поляр изг цинге се делят на две групи: бързи. нзвърш-
ваяи се за ьоеме. ;о-м лко от 10’1;' а, и забавен.! (релакса^иои-пг*) — повече
* Релаксашя е шкп-чыно възвр шане в изходьо съ.тояниг след ,р< iaxaa-
не на действу! зщия фаа’ор.
29
от IO-10 s. Забзвените поляризации са съпроводени с отделяне на енергня във
вид на топлина за сметка на действувашото електрическо поле.
В зависимост от структура™ на диелектрика се различават следните видове
поляризации: електронна, диполно-релаксацюниа, миграциониа, спонтанна и др.
Електронната поляризация е бърза, а останалите са забавени '^поляризации.
Фиг. 3.9. Миграциониа п о-
ляризацня в диелектрик
ФЬг. 3.8. Схема за образу-
ване на .еластичен* днпол
1—електронна обвивка (2Г=0);2—
екектронна обвивке, иэместена
от силите не електрнчеекото поле
Електронна поляризация. Нека между елекродите на кондензатора от
фиг. 3.7 б поставим платина от неполярен диелектрик с дебелина h. Под дейст-
вие на силите на полето електроните на а томите и молекулите се преместваг
спрямо положението на ядрото по направление на полето. Така изместените
електрони образуват с положителните заряди на ядрото на атома диполи с момент
(фиг. 3.8). След премахване на полето тези диполи изчезват. Те се наричат
още „еластични* диполи. Образуването на днполите в диелектрика става прак-
тически мигновенио (за време около 10"15s), т. е. електронната поляризация е
бърза. Такава поляризация има във всички днелектрици. Неполярннте матери-
али, като нефтени масла, полиетилен, полистирол н др., нмат само електронна
поляризация.
Диполно-релаксационна поляризация. Пр.'явява се в полярни материали и
ее дължи на ориентиране на днполите на диелектрика по посока на полето
(фнг. 3.7). Топлинните колебания иа диполите и влиянието иа междумолекулиите
сили затрудни зат подреждането нм по посока иа полето. Оттук следва, че дипол-
но-релаксационната поляризация се извършва по-бавно (за време 10-8—10~* з)
и завися от температурата. За нзвършваието й се жзразходва необратимо енер-
гия за сметка на приложеното електрическо поле. Тази енергня се превръша в
топлина. Диполно-релаксационната поляризация е съпроводена вннаги с електрон-
на поляризация. Среща се в целулозата, бакелита, водата и други материали.
Миграциониа поляризация. Тя е характерна за днелектрици с нееднород-
на структура. Нееднородността може да се дължи на макроскопмни дефекта в
материала или на отделим слоеве в диелектрика (многослоест материал). Под дей-
ствие на въишното електрическо поле свободните йони в диелектрика се премест-
ват. Структурниге (макроскопични) дефекта на материала или граничните повърх-
ностн на отделннте слоеве в многослойния диелектрик спират движението на
свободннте йони. На повърхността на диелектрика се натрупват електрически
заряди (фиг. 3.9.) Мнграционната поляризация е много бавна (за време JO"2—102 s).
Спонтанна поляризация. Проявяна се в трупа днелектрици, нареченн сег-
нетоднелектрици, като сегнетовата сол н бариевия титанат. Те са полярин мате-
риала и са нзградини от диполи. Днполите в дадена облает са ориевтирани ед-
нопосочно. Такава облает се нарича дожги. Тя яма електрически момент» разли-
чен от нула дори при отсъствие на електрическо поле. Днполите от един домен
могат да бъдат иасочени перпендикулярно на диполите от друг домен (фиг. 3.10 а)
или противоположно (фнг. 3.10 б). Сумаржият електрически момент за венчки
домени (за целия диелектрик) е равен жа иула.
При поставяне на сегие'одиелектрика в електрическо поле нарастит тези
домена, чинто моменте са успоредии на полето. Постепенно се преорпентират
н диполнте в съседиите домени. Поляризацията може да се щвърши н при
сравнително ниско напрежение. Днелектрнкът е поляризиран (фиг. 3 10 а). Поля-
ризацията се нарнча спонтанна и спада към групата иа аабавените поляризации.
£
Фиг. 3.10. Домени н сегнетоднелектрик и ориентация
на диполнте в тях
а—диполнте съседннте домени са насочеян взаимноперпвнди-
кудярио; б—диполнте в дм съседяи доменн са орнеитнрави
противопосочно; »—сегнетоднелектрнкът е подярианран; М—емк-
трически момент на домена
3.2.3. Относителна днелектрична проницаемост
Относнтелната днелектрична проницаемост ег е важна харак-
теристика на диелектрика, конто определя способността му да
се поляризира. При постоянно електрическо поле тя се дефинира
с отношението на капацитета С на кондензатор от изследвания
диелектрик към капацитета Со на вакуумен кондензатор със съ-
щнте геометрични размеси:
»,-£• (3.9)
Ч)
Относнтелната днелектрична проницаемост е число без Димеи-
сия и показва колко пъти С е по-голям от Со.
Капацитетът Со се нарича геометричен капацнтет, тъй като
завнси само от геометричните размерила кондензатора. За раз-
глеждания плосък кондензатор (фиг. 3.5) Со се определя от фор-
мулата
C0=e0/.F. (3.10)
където «о^в.вб.Ю-12 F/m е диелектричната константа;
5, т8 — площта на електродите;
A, m — разстоянието между тях.
Ако включим вакуумния кондензатор с капацитет Со към из-
точник на постоянно напрежение, във външната верига протича
краткотраен (капацитивен) ток. Върху електродите се натрупват
електрически заряди Qo (фиг. 3.11 а). Те създават електрическото
поле в кондензатора и са пропорционални иа приложеиото на-
режем не
Qo=Cof/. (3.11)
31
Между електродите на вакуумния кондензатор поставяме ди-
електрик с дебелпна h и включваме източника на постоянно на-
прежение. Диелектрикът се поляризира. На повърхността му се
образузат полярнзацчонни заряди (фиг. 3.11 б). Във външната ве-
Фиг. 3.11. Електрически заряд върху електродиге на кондеи-
затора и повърхността на полярихирян диелектрик
а—вакуумен кондензатор; б-кондензатор е реален диелектрик
рига протича допълнителен ток, наречен поляризационен. Върху
електродите на кондензатора се натрупва допълннтелно коли-
чество заряди Qt за свързване на поляризационните заряди (до-
пълнителните заряди имат противоположен знак на поляризацион-
ните заряди— фнг. 3.115). Общото количество заряди Qc върху
електродите на кондензатора става
Ос = <2о+3л- (3.12)
Нарастиането на заричиге о> Qo до Qc чри постоянна сойнос
на при; ккеното напрежение води до пар 'ства »е и на ка: цйтета
на кондензатора от Со до С:
Q =CU. (3.13)
Отн сите it ата диелектричн« прон кием »ст по (3.9) може да
се определи и посредством зарядите:
с QJU Оо+Сд 0^ (3.14)
-о QJU" Qc ’’Qo
От (3.14) следва, че е, с чи.ло, ви«аги по-голя .о от 1 и не
зависи от ге> метричнитс размерь на диелек рика, а само '*т вида
му. Колкого по-силио се полярижра диел-ктрикът. толкова Qt
е по-гслям;. Оттам нара’тва и i апа^итетот на к<<нте .затора и
СЪОТВс'иЮ gr.
32
Ако се знае е, за даден диелектрик, може да се определи кт-
пацитетът С на кондензатора с дадения диелектрик:
С 0
6;=E,C0-el)er /i=ea F, (3 15)
където ея = еое,,
F/m о абсолютната диелектрична проницаемост.
Диелектричната прлнииа<мост ег за
неполярните материа-
ли е средно около 2.
При полярйите мате-
риали ег се измена в
по-широки границн
(от 3 до 10). По-под-
робни сведения са да-
дени в прнл. 5 и 7
Сегнетодиелектрици-
те имат големи стон
ности на ег (сегнетова
сол 500—600. барие.1'
титанат — 1500 -
2000). От тези мате-
риали се изработват
керамични конденза-
тори с малки размери,
но голям капацитет.
Диелектричната проницаемост при промеиливо синусоидално
близка до ]. За

£гар
^АР
Фиг. о ;2. иаиьсимкт на диелектричната проняцае-
мост е от честотата на електрическото поле
1— непо.-ярен диелектрик, 2—полярен диелектрик
електрическо поле има две съставящи и се определи с тяхната
геометрична сума. Първата съставяща е относителната диелект-
рнчна проницаемост определена при постоянно поле. Втората
съставяща се въвежда условно. Тя отразява загубата на енергия
в диелектрика във вид на топлина при извършване на забавени-
те поляризации.
Зависимост на относителната днелектрична проницаемост
от честотата. При променливо електрическо поле диелектричната
проницаемост зависн от честотата на полето «. На фиг. 3.12 е
показано изменението на е, от честотата о> за неполярен и поля-
рен диелектрик. Неполярният диелектрик има само електронна
поляризация. Тя се извършва практически мигновено и е, не за-
вися от честотата на електрическото поле (графика 7).
В полярните диелектрици преобладава влиянието на дипол-
но-релаксационната поляризация. Тя се извършва за определено
време. Диполите на диелектрика имат собствена честота на коле-
бание. означена с и>одр (тя се изменя в граничите от 10е—108Hz
в завпсимост от вида на диелектрика).
За честоти на външното поле, по-ниски от собственага често-
та на колебание на диполите, s, не завпси от честотата (графи-
ка 2). За времето на един полуиериод на електрическото поле
3 Глектротехннческя материали
33
диполнте успяват напълно да се ориентирах по посока на полето.
При впсоки честоти на електрическото поле (и>>и>одр), моле-
кулите на диелектрика поради голямата си маса не могат да
следват напълно измепението на елсктрическото поле. Тяхната
Фиг. 3.13. Зависимост на диелектричиата про-
ницаемост от температурата на диелектрика
1—непол«рен диелектрик, 5 -полярен диелектрик
ориентация постепенно
намалява. Диелектрич-
ната проницаемост на-
малява, като стойността
и се определя само от
електронната поляриза-
ция (£, = £,е).
Зависимост на от-
носителната диелек-
трична проницаемост
от температурата. За
неполярен диелектрик ег
слабо намалява с пови-
шаване на температура-
та (фиг. 3.13, крива /),
тъй като се измени
плътиостта на материа-
ла. Оттам намалява бро-
Фиг. 3.J4. Зависимост иа диел ктричната проницаемост
tr от температурата за полярната течност совол при
различии честоти
/ при 50 Hz, 2— при ТОЭ Hz, Л—при 1000 Hz
ят на молекулите в единица обем от диелектрика и съответно sr.
При полярните диелектрици £, се измени забележимо с по-
вишаваие на температурата (фиг. 3.13, крива 2). При ниски тем'
ператури ориентацията на диполите по посока на полето се за-
труднява от мсждумолекулняте сили на взаимодействие. До тем'
34
псратура er се определи предимно от електронната поляризация.
С нарастване на температурата на диелектрика постоянно нама-
ляват силите на взаимодействие. Възможността за ориентация
на диполите по посока на полето нарастна. а оттам и е.. При
температури над значително па-
раства топлинната енергия на ди-
полите и тяхното ориентиране по
посока на полето се затруднява от
засиленото топлинно хаотично дви-
жение— £г започва да намалява,
Па фиг. 3.14 за примере показано
изменението на ег от температура-
та на полярната течност совол при
различии честоти.
На фиг. 3.15 е показано измене-
нието на ег от температурата за
сегнетодиелектрик. При темпера-
тура 4, наречена точка на Кюри,
е, достига максимална стойност,
след което рязко намалява. Този
Фиг. 3 15. Зависимост на диелек-
тричната проницаемост е, от тем-
пературата за сегнетодиелектрик
характер на изменение на ег от температурата се дължи на осо-
бената структура на сегнетодиелектриците.
3.2.4. Токове през диелектрик, поставен
в електрическо поле
За определяне на токовете, конто протичат през един диелектрик, удобно
е да се използува електрическата му заместваша схема. На фиг. 3.16 е показана
замествашата схема на диелектрик, поставеи в електрическо поле. Приемаме, че в
диелектрика се извършват всички видове поляризации (без спонтанната).
Към източняка на напрежение (фнг. 3.166) са включени пет паралелни кло-
на. Клон 1 дава геометричния капацитег Со, определен по (3.10). Клон 2 пред-
ставя електронната поляризация чрез допълнителния капаиитет ДСе . Той се
дължи на допълнителните заряди от електронната п >ляризация. Клонове 3 и 4
представят съответно двете бавни поляризации: диполно-релаксационна и мигра-
ционна поляризация. Допълнителните капацитети ДСдр и ДСМ се дължат на до*
тълнителннте заряди от двете поляризации. Последователно включените към
кондензаторите активни съпротивления отразяват забавянсто на полярнзацнята и
загубите на енергия в диелектрика при осъществяването й. Клон 5 представя
електропроводимостта на диелектрика.
На практика в реалннте днелектрици се проявява електронна и обикновено
една релаксационна поляризация (най-често диполно-релаксационна). В този слу-
чай се р':боти с опростена заместваша схема, показана на фиг. 3.17.
За количествена оценка на характеристиките на реален диелектрик се използ-
ват и заместващите схеми, показани на фиг. 3.18. Кондензатор без загуби се
евързва паралелно с активно съпротивление — паралелиа схема (фиг. 3.18 о) или
посЛедователно—последователна схема (фиг. 3.18 6). Чрез активно съпротивле-
ние се представят загубите в диелектрика.
Под денствнето на постоянно електрическо поле в диелектрика протичат то-
ковете /1, 1г и /3, като
/1+/2+Z3. (3.16)
: 5
гьдето ?! ее дължи на геочетричтптя капацит»г и на елекгр•чшлта поляризация
и затих па много бързо;
1г се дължи па бавниге поляризации 3.1 г тхв.т срав.ыт.щц ? бзвно и се
нарича абсорбционея гик;
/.I — ток на електропроводимостта.
Фнг. 3.16. Пълна заместваща схеч.а и. :.:р ,v
с различии видове поляризации
а—кондензатор с изгледвзиия диелектрик; б—замест««Ща схеме
на реалння диелектрик; 1— днетекгрнк, 2—е.тектроди
Фиг. 3.17. Заместваща схема
на диелектрик с елекгроина
к диполно-релаксацидниа по-
ляризиция
Ct=C0+ACe; С1—АСдр;
П^др; #з=«/?и,
Фиг. 3.18. Парллелна {а) и пзетедователна (Д)
заместваща схема на реален диелектр ик
Ср, кондензатор и активно сълр т гивлеиме при
парыыка занесших* схема; Cs , л—кондензатор и
сьпротиаленне при последпвателна схема
На фиг. 3.19 е показано изменението иа общтя ток / в зависим >ст ог прз-
дължителиостта на действието иа постоянно електрическо поле. В нзчалото то-
гьт е голям. След известно време затихват поляри тацнонниге токов». През дие-
лектрика протича само токът на проводимостта. По него се определя и съпро-
тивлението на изолацията
(3.0)
Следователи.) съпрэгчвленнето на изолацията трябва дт се niM.-рза след.загих-
ване на поляоизачионинте токове.
Нека диелекгзикьг бъде поставен в променялоз ет. ч >р не -ко 'in;. На
фиг. 3.20 е дадена векторнага диаграча на токояете, прикипи през диелек-
трика. Напрежението и токовеге са представени с нгкгорн. Вехторъг из нтпре-
36
жението е нанесен успоредно на абснисната ос. Токът Ц (капацитивният ток
от клона 1 иа фиг. 3.16) се нредстагя с вектор, перпендикулярен на векторе
на напрежението (Л изпреварва напрежението с ъгъл Токът /2 е вектор
п
който изпреварва вектора на напрежението с ъгъл. по-малък от • Този ток съ-
Фиг. 3.19. Изменен, е на тока
през диелектрик в зависимост
от времето на действие на по-
стоянно електрическо поле
Фш. 4.20. Вскторна диаграма на то-
ковете през диелектрик в електри-
ческо поле
ответства на абсорбнионния ток в диелектрика от фиг. 3.19. Токът на слектро-
проводимостта /3 съвнада с вектора на напрежението.
По правилом за геометричното сумиране на векторите определяме общия
ток 1 през диелектрика (фнг. 3.20). Ъгълът между вектора на общия ток и
вектора на напрежението се бележи с ? и се нарича фааова разлика. Ъгълът,
допълващ ф до 90°, се нарича ъгъл на диелектричните загуби и се беле-
жи с 8.
За да сс изясни физичният смисъл на въведения ъгъл 8, разлагаме вектора
иа тока /2 на две съставяши: активна /2а и капанитивна /-с. Обшият ток през
диелектрика също има две съставяши. Активиата съставяща на общия ток
/.= 4а+4. (3.18)
Капацитнвната съставяща на общия ток е сума от два тока
^с=^с+^«с- (3.19)
От векторната диаграма за токовете през диелектрика се определя тан-
генсът от ъгъла 8
tgS—(3.20)
‘с
Ъгълът 8 и 1g 8 са качествена характеристика на материала.
37
3.3. ДИЕЛЕКТРИЧНИ ЗАГУБИ
3.3.1. Основни зависимости
Диелектричните загуби. Р са активната електрическа енер-
гия, която се отдели в диелектрика за единица време под дей-
ствие на приложеното към него напрежение U и се превръща в
топлина. Диелектричните загуби се измерват във W.
Специфичните диелектрични загуби р представляват загубите
за 1 т3 от материала
(3.21)
където V е обемът на материала, т3.
Когато И= 1 т3, р—Р.
Специфичните диелектрични загуби се измерват във W/m3.
Диелектричните загуби се дължат па явленията проводимост
и поляризация.
Ако към образец от диелектрик бъде приложено постоянно
напрежение, загубите на мощност в него са
Р=и1=^=-иЮ, (3.22)
където R е активного съпротивление на обекта, Q;
G — активната проводимост, S;
U — приложеното напрежение, V;
I — протеклият през обекта ток, А.
Специфичните диелектрични загуби в този случай са
^=Е2Г, (3.23)
където Е е. интензитетът на полето, V/tn;
Y—специфичната проводимост, S/tn.
Ако към същия образец бъде приложено променливо синусои-
дално напрежение, загубите на активна мощност в него се дават
с формулата
P—Ul cos <р.
След преобразуването й се получава
P = t/2a>Ctg8, (3.24)
където U е приложеното напрежение, V;
<о — ъгловата честота;
С — капацитетът на обекта, F;
tg 8 — тангенсът от ъгъла на диелектричните загуби.
Специфичните диелектрични загуби при прэменливо електри-
ческо поле са
38
р=E2to8oe,tg 5. (3.25)
От уравнението се вижда, че загубите за единица обем от мате-
риала зависят от характеристиките му s, и tg 8, от интензитета Е
и честотата о> на електрическото поле.
Загубите в диелектрик при променливо иапрежение имат две
съставящи: рх и р2, т. е. p^Pi+p* Първата от тях се дължи на
проводимостта на материала и е еднаква при постоянно и при
променливо иапрежение. Втората съставяща се дължи на поляри-
зациите със загуби и съществува само при променливо напре-
жение.
По аналогичен начин tg 8 се разглежда като съставен от две
компоненти: tg 8 = tg 8x4-tg 8а.
3.3.2. Зависимост на tg8 и загубите от температурата
и от честотата на електрическото поле
Първата съставяща на tg 8 се измени при промяна на темпе-
ратурата така, както се измени у. При увеличаване на температу-
рата ти нараства. Втората съставяща на tg8 има максимум при
температура, при конто собствената честота на колебание на ди-
полите ш0 съвпада с честотата на приложеното електрическо по-
ле ш.
Първата съставяща на загуби-
те нараства с повишаване на тем-
пературата, аналогично на tg 8t.
Втората съставяща на загубите
има максимум едновременно с tg 82.
На фиг. 3.21 е показана зави-
симостта на tg 8 от температурата
на слюда—неполярен материал. С
повишаване на температурата tg 8
нараства.
На фиг. 3.22 е показана зави-
симостта на tg 8 от температурата
за поливинилхлорид — полярен
материал. Кривата има максимум,
а при по-внсоки температури tg 8
нараства поради нарастването на у.
При повишаване на честотата
малява обратно пропорционално на
Фиг. 3.21. Зависимое? на tg 8 от
температурата t за слюда
първата съставяща на tg 8 Ha-
ш. Втората съставяща на tg8
има макс чмум, когато честотата на въишното поле ш съвпада със
собствената честота ш0 на колебание на полярните частици.
Първата съставяща на загубите ие зависи от честотата. Вто«
рата съставяща на загубите при ниски честоти нараства с пови-
тав не на чгстотата. При много високи честоти, значително по-
вчсоки от ш0, загубите остават постоянни и не зашсят от често-
та га.
39
Фиг. 3.22. Зависимост иа tgo от температурата t за
пластифицирай поливинилхлорид. предназначен за ка-
белва изолацня. Иэмерванията са при различии честоти
Фиг. 3.23. Эависимост на tg 3 от чес- Фиг. 3.24. Зависимост на tg а от че-
топ / иа слюда. предназначена аа стотата / аа бааелит
каолация на коидеизатори
40
На фиг. 3.23 е показана зависимостта па tgo от чсстотата за
слюда. С увсличаванс на чсстотата tg 2 намалява.
На фиг. 3.24 е показана зависимостта на tg о от честотата за
бакелит — полярен материал.
Големината на tg 2 зависи от вида па материала. За въздуха
и повечето газове tg ЗаЛО-7. Приема се, че tg2 = O.
За неполярнмте твърди органичны днелектрици tg 2 е много
малка величина: tg 2<<. 0,0005. За полярните твърди органичны
днелектрици tg 2 = 0,1 ч-0,001. При течните днелектрици tg 2 мно-
го силно зависи от замърсяванията.
Стойиости на tg 2 за характерны днелектрици са дадени в
приложения 5, 6 и 7.
3.3.3. Измерване на е, и tg 2
Диелектричната проницаемост е, на изолационен материал се
определи по (3.9), като се измори капацитетът Сх на конденза-
тора, образуван от изпитвания диелектрик. Най-често се изпол-
зува плосък кондензатор с геометричен капацитет по (3.10)
(фиг. 3.5).
Я
Фи:. O| i: i г\емл н.1 мог: । проментив JiupwiivB м
Сх — кондензатор « кзпнтнания диелектрик, Сдг еталонеи конденз^т°Р* А’в— применяй» pei у-
ларувм резистор, -пкгиялен резистор, С4—регулируем кондензатор, ВГ—вибрапионен гад-
•аиометър, ГР—трансформатор да високо напрежение
Капацитетът Сх се измерва с мост за променлив ток, например с моста на
Шеринг (фиг. 3.25). Към моста се подава променливо синусондално напрежение
(50 Hz). Изпнтваният образец Сх се включва в клона 1—2 па моста, а в клона
1—4 се включва въздушен кондензатор Сл..
Работата с моста се свежда до избиране на такова съпротивление на ре-
гулируемня резистор Rx и такъв капацитет ня регулируемня кондензатор С4,
при конто мостьт се уравновееява. При равновесие на моста през внбрационння
галванометър ВГ, включен в днагонала 2—4, не тече ток (изравнени са потен*
цналите на точките 2 и 4).
41
При равновесие на моста капацнтетът Сх се определя от
(3.26)
10*
където == - е еталонно съпротнвленне.
По измерената стойност на Сх се определя и ел:
С, Л
‘'=сЧ"$ ’ С- (3-27)
За мост по схемата па Шеринг (фиг. 3.25)
tg 3 = С4, (3.28)
където капацнтетът на кондензатора С4 е в pF.
3.4. ЕЛЕКТРИЧЕСКА ЯКОСТ
Електрически пробив е явление, при което твърдият изола-
циоиеп материал, работсщ като диелектрик в дадено електросъо-
ръжепие, се разрушава от силите на електрическото поле. Про-
бивът е необратим процес.
Електрически разред е явление, при което газообразните и
течните изолационни материали загубват за известно време под
действие на електрическо поле изолационните си свойства. След
изключване на приложеното иапрежение те се възстановяват
като диелектрици.
Електрическата якост е важна характеристика иа нзолацион-
ния материал. Тя определя количествеио способиостта му да из-
държа висюко иапрежение.
Електрическата якост се дефинира с напрежението, при което
е настъпил пробивът (разрядът), за единица дебелина А от дне-
лектрика в мястото на пробива (разряда):
Е — ^пр'
СПр--у->
V/in, (3.29)
където иПр е пробивното иапрежение на твърдия диелектрик;
ир — разрядиото иапрежение на газообразния или течиая
диелектрик;
А— дебелианта на диелектрика.
Електрическата якост на твърдите и течните диелектрици е
винаги по-голяма от тази иа газовете. Електрическата якост при
твърдите диелектрици се разглежда като кратковремеина и про-
дължителна.
При кратковременна електрическа якост топлинната енергия
42
не влияе върху формирането на електрическия пробив. При про
дължителната електрическа якост електрическата, топлинната и
мехаиичната енергия нлияят върху формнр.ни к> на електричес-
кия пробив.
Електрическа якост
на газове. Газовете
имат сравнително малка
електрическа якост.
Развитието на разряда
под действие на елек-
трическото поле се дт>л-
жи на ударна йонизация.
Процесът на разряда
завършва с образуване
на проводим канал меж-
ду двата електрода.
Електрическата якост
на газовете зависи от: Фнг. 3.26. Зазисимост на разрядного напреже-
разстояпието между
електродите; конфигура-
цията на полето (рав-
ине на газа от произведението между наля-
гането р и разстоянието между електродите h
номерио, неравномерено); налягането и температурата иа газа;
влажността и други фактори. За равномерно поле е валиден за-
конът на Пашен ’
Ц>=/(М), (3.30)
където £7Р е разрядного напрежение на слоя газ с дебелина А;
р—налягането на газа.
На фиг. 3.26 е показано изменението по закона на Пашен на
разрядного напрежение от произведението p.fi. От фигурата се
вижда, че с увеличаване на налягането на газа, съответно раз-
стоянието между електродите (десния клон на графиката), разряд-
ного .напрежение нараства. Това важно свойство се използва в
практиката за увеличаване на електрическата якост на газовете.
Например използваните в кабели и коидензатори газове като
азот, въглероден двуокис и др. работят с повишеио налягане;
във въздушните електропроводи разстоянията между фазите
(или фаза и земя) се избират така, че да се получи желаното
разрядно напрежение за въздуха; гасенето иа електрическата дъ-
га в маслените прекъсвачи става при повишеио налягане.
Електрическа якост. на течни диелектрици. ТечниТе диелек-
трици имат около 10 пъти no-гол яма електрическа якост в срав-
нение с газовете.
Освен от изброените по-горе фактори електрическата якост
на течните диелектрици зависи и от вида и концентрацията на
примесите в тях. В практиката се работа с технически чисти
течности.
43
На фиг. 3.27 е показано изменението на електрическата якост
при две температури за нефтено масло в зависимост от-' съдър-
жанието на вода в него. При температури около 20° С (крива 1)
водата е във вид на емулсия. Образуват се малки дребни кап-
Фиг. 3.27. ЗавмеимОст н* електрическата
якост на тран.форматорно масло от съдържа-
ннето на вода в него при различии темпера-
тури: 7-25° С: 2-65° С
Фиг. 3.28. Зависимост на продължителната
електрическа якост на диелектрик от темпе-
ратурата
чици, разпределеии по це-
лия обем на течността.
Електрическата якост на
маслото е малка. При по-
високи температури — око-
ло 60° С (крива 2), водата
преминава в молёкулен
разтвор. Електрическата
якост на маслото се уве-
личава.
Електрическа якост на
твър ди диелектрици. Елек-
трическият пробив се дъл-
жи на бързо нарастване
на броя на свободните
електрони в диелектрика в
резултат на ударна иони-
зация при повишаване на
напрежението. Между
електродите се образува
проводимост и диелектри-
кът загубва изолациоините
си свойства. Това е крат-
ковременната електричес-
ка якост, която е харак-
теристика на самия изола-
ционен материал. При про-
дължителио действие на
електрическо поле върху
механизма иа пробива в
твърдия диэлектрик влия-
ние оказват електрическа-
та, механичната и топлин-
ната енергия. Те предиз-
зикват нарастване на струк-
турните нееднородности в
материала и улесняват
развитието на пробива. Следователи© така определената продъл-
жителна електрическа якост зависи от времето иа действието на
електрческото поле и от температурата на диелетрика. На фиг.
3.28 е показано изменението на продължителиа електрическа
якост от температурата.
Зависимостта на електрическата якост на диелектрика от вре-
44
мето за пробив се нарича .крива на живота*. Графично тя е по-
казана на фиг. 3.29. С нарастване на времето на действие на иа-
прежението електрическата якост на диелектрика намалява. По
графиката от фиг. 3.29 може да се определи дълготрпйността на
изолациоиния мате-
риал при дадена
стойност на интензи
тета на полето.
На фиг. 3.30 г
показано изменение -
то на електрическата
якост на даден ди
електрик в зависи-
мост от температура-
та му, като са дадени
областите на кратко-
временната и продъл
жителната електри-
ческа якост.
Опитно опреде
ляне на електричес
ката якост на ди
електрици.
Електрическата
якост иа изолацион
ния материал може
да се определи опит-
но с помощта на
схемата, показана на
фиг. 3.31. Обектът
на изпитване (диелек-
трикът с електроди-
те) се включва към
изпитвателиия' транс-
форматор. Напреже-
нието плавно се по-
вишава. Момеитът на
пробива (разряда) се
Фиг. 3.59. Зависимост на електричеткага якост иа
диелектрика от времето на действие на електри-
«гкотп наппеженче — .крива на живота”
краткотрай-*
на ел. я каст' Продьлжителна електри-
I ческа якост
Фи(. J.30. Зависимост на електрическата якост на
диелектрик от температурата
съпровожда със спа-
дане на напрежението (отчетено по волтметъра) и бързо нара-
стване на тока (отчетен по амперметъра).
За определяне на пробивното напрежение йри твърдите дие-
лектрици се иЬползуват електроди, показани на фиг. 3.32 а. Ко-
гато диелектрикът има дебелина над 3 тш или е от керамичен
материал, използва се електрод във вид на отрез от сфера
(фиг. 3.32 б) (вюрият електрод може да бъде плосък или част
от сфера). В този случай се създава однородно поле в най-тън-
ката част на изпитвания образец.
45
Течният диелектрик се поставя в специален разрядник. Раз-
рядникът е порцеланов съд с два електрода със сферичиа фор-
ма на разстояние 2,5 mm. Разряды настъпва в слой от течност-
та с дебелина й=2,5 mm (фиг. 3.33), намираща се между два-
Фиг. 3.31. Схема на изпитвателна уредба за определяне на електрическата
якост на изолационните материали
Фиг. 3.33. Схема на електродн за
определяне на електрическата якост
на течен диелектрик
Фиг. 3.32. Схема на електродн за опре-
деляне на електрическата якост на
твърд диелектрик
с-IM опиши обраэци с малка дебелина (лист
или фолио); б—за опитяи образци с дебе-
лина над J mm или за керамиуни материала;
7—електродн, 2—диелектрик
та електрода, чиито оси съвпадат. Разрядникът се включза към
схемата, дадена на фиг. 3.31. Моменты на разряда се отчита по
амперметъра. За течния образец се правят по 6 опита. След
46
всеки опит течността се разбърква. Електрическата якост се
определя като средпоаритметично от измерените 6 стоимости на
разрядного напрежение.
3.5. ТОПЛОУСТОЙЧИВОСТ
Твплоустойчивостта определя способността на изолационния
материал (или електроизолационната конструкция) да издържа
действието на повишена температура както краткотрайно, така и
продължително време (сравнимо с експлоатационния срок) без
повреда или съществено влошаване на практически важните му
свойства.
По стандарт електроизолационните материали, използвани за
изолация на електрически съоръжения с общо предназначение
(машини. трансформатора, кабели, апарати), се разпределят в 7
групи (класове) по топлоустойчивост: У, А, Е, В, F, Н, С. За
всеки клас се дава най-голямата допустима работна температура
за продължителна работа (20 000 h) на изолацията в електро-
съоръжението.
В таблица 3.1 е дадено разпределението на най-често използва-
ните в техниката изолационни материали в класовете на топло-
устойчивост. Материалите са цитирани с химичното или с фир-
меното им название. Подробна сведения за свойствата им са да-
дени в т. 4.3.
Към ниските класове на топлоустойчивост (У, А, Е) спадат
главно чистите органични електроизолационни материали. В по-
високите класове (В, F, Н и С) влизат предимно материали с по-
голяма неорганична съставна част. Това деление е условно, тъй
като днес се използват синтетични органични материали от всич-
ки класове на топлоустойчивост.
В клас У са предимно влакнести материали на целулозна или
копринена основа (тъкани, ленти, хартия, картон, дървесина),
ако не са импрегнирани или потопенч в течем диелектрик.
В клас А влизат пзброените в клас У материали, когато те
са в импрегнирано състояние или са потопепи в течем диелек-
трик. Така те са защитени от непосредствен допир с кислорода
от въздуха, с което се забавя процесът на топлинното им ста-
реене.
В клас Е влизат слоести пластмаси с органични пълнителл
и топлоустойчиви евързващи вещества (феполформалдехидна смо-
ла и др.).
Основната компонента на изолационните материали от кла-
совете В, F, Н и С е от неорганичен материал (слюда,-стъклени
влакна, азбест и др.). Свързващите или имнрегниращите вещества
имат органичен произход.
В клас В органичните евързващи вещества са с по-малка
топлоустойчивост.
47
'аблица 3.1
1аблица за топлоустойчивост
1/Иаксимялня до-1
t к,ла- I пустима ра- Изолаиновни материали, принадлежали към
> ,6oiim темпера- । дадения клас
i т-ра, “С |
У 90 целулоза, памучни и копринеин тъкани, лентн; хартия; картон; синтетични материали, като полиети- лен, поливинилхлорид, плексиглас
; а 105 лакотъкани; хартия, импрегиирана с нефтено масло; по- лиамиди; пластифнциран поливинилхлорид и др.
Е 120 гетинакс; текстолит; полиетилеитерефталат; полиестерни и полиуретановя смоли; изолация иа емайлирани проводници с полиуретановя и епоксидни лакове
В 130 миканити, стеклотекстолит с фенолформалдехидни и епоксидни смоли; епоксидни смоли с неорганичен пълнител
F 155 миканити и стъклотенстолвти с полиестерни сгьрзижн вещества; епоксидни смоли и иеоргнничнн пълнители; емайлирани проводници с полиестер-имндеи лак
н 100 миканити и стеклотекстолита със силициевоорганични материали; снликони
С над 180 слюда, азбест, стъкло, керамика, полиамиди, флуоро- пласт 4
В клас F се използуват органична свързващи вещества с по-
голяма топлоустойчивост — епоксидни, полиестерни, силициевоорга-
начни и др.
При използуване иа силициевоорганични свързващи вещества
с особено голяма топлоустойчивост изолационните материали са
от клас Н.
В клас С са чисто неорганични материали без свързващо ве-
щество, като слюда, стъкло, кварц, азбест, керамика и др.
48
ГЛ АВА IV
ВИДОВЕ ЕЛЕКТРОИЗОЛАЦИОННИ МАТЕРИАЛИ
И ТЯХНОТО ПРИЛОЖЕНИЕ В ЕЛЕКТРОТЕХНИКАТА
Ще бъдат разгледаии електроизолационни материали, намери-
ли широко приложение в техниката. По-подробни сведения мо-
гат да бъдат намерени в справочииците.
4.1. ГАЗООБРАЗНИ ЕЛЕКТРОИЗОЛАЦИОННИ МАТЕРИАЛИ
Въздух. Въздухът е смес от азот (78%), кислород (21%) и
малки количества други газове (СО2, Н2 Не и др.). За въздуха
ег«з], a tg2«O (при нормални условия ег = 1,00058 и tg5<10~e).
Във въздуха разряд се получава при малък иятензитет иа по»
лето. При равномерно поле £‘p=3MV/m. При неравномерно поле
£р намалява и може да досгигне до 0,3 MV/m.
Въздухът съдържа кислород, който влиза в реакция с много
от органичните изолационии материали, особено при повишенн
работни температури. В резултат на окисляването се променя хи-
мичният състав на органичната изолация, кояго се иамира в кон»
такт с въздуха. Тази промяна вэди във всички случаи до влоша»
ване на качествата на изолацчята. Процесът е една от формите
на стареенето на изолзцията.
Въздухът е основната изолация на електропроводите за ниско
и високо напрежение и иа неизолирани тоководещи части, ндми-
ращи се под напрежение помежду си и спрямо* земя.
Азот. Има приблизително еднакви електротехнически свойст-
ва с въздуха. Използува се в херметически затворени съоръже-
ния, където трябва да се прзмахне вредного окислително, влияние
на кислорода върху твърдата и течната изолация, Например с
азот се запълва пространството над трансформаторного масло в
някои трансформатори с голяма мощиогт за високо напрежение.
Водород. Пробивного напрежение на водорода е 60% от то-
ва иа въздуха. Топлопрозодимостта му е около 7 пъти по-голя-
ма, отколкото на въздуха. Водородът е газ с малка плътност.
Движещите се части на електрически машини изпитват по-малко
механично съпротивление в среда от водород, отколкото във. въэ-
дух. Ето защо водородът се използва за охлаждане иа- мощнв
електрически генератори. Външният кожух на машииатае херме-
тически затворен и пространство го вътре е запълнеио с водород.
Недосгатък на водорода е, че с кислорода (или въздуха) об»
разува взривоопасна смес. Необходими са много строги мерки,
за да се предотврати смесваие иа водорода с въздух.
Елегаз. Елегазът (SFe) има по-голяма електрическа якост в
сравнение с въздуха. Може да работа при високо иалягане, без да
се втечнява, което дава възможност електрическата му якост да
бъде увеличена още повече.
Вмкжрогштааа urrtpiua 49
слегазът се язползва в капселовани разпределителни уредби
за високо напрежение. Капселованата разпределителна уредба е
подстанция за високо напрежение, в конто прекъсвачите, разеди-
нителите и свързващите ги шипи се намират в херметически зат-
ворен кожух, пълен с газ под налягане. Тези уредби имат много
малки външии размери и се използват на територията на градо-
вете, заводите и пр., където трябва да заемат малко място. В Со-
фия има няколко подстанции за ПО kV от този тип.
4.2. ТЕЧНИ ЕЛЕКТРОИЗОЛАЦИОННИ МАТЕРИАЛИ
4.2.1. Нефтёнй масла
Те са продукт на фракционната дестилация на нефта. След
подходящо пречистване се'получава неполярен течей диелектрик
с добри електроизолационни свойства.
В електротехниката са намерили приложение следните нефте-
ни масла: трансформаторно, кондензаторно и кабелно масло.
Трансформаторното масло се използува за изоляция и охлаж-
дане при големите трансформатори и като дъгогасяща среда
при някои прекъсвачи. Кондензатор ното масло се използва за
импрегниране на кондензатори с хартиена изолация. То е много
добре почистено трансформаторно масло. Кабелното масло се-
използва за импрегниране на кабели с хартиена изолация. Това
масдо има две разновидности: 1) за кабели за напрежение 110 kV
и повече и 2) за кабели за напрежение до 35 kV. Първата раз-
новидност не се различава от кондензаторното масло. При втора-
та разновидност е прибавен колофон за повишаване на вискози-
тета. Следователно в повечето случаи маслото участвува като
съставна част на комбинирана хартиено-маслена изолация.
Основннте електротехнически свойства на нефтените масла са
показами в приложение 5.
Нефтените масла са хигроскопични и частично разтварят в се-
бе си вода. Нищожно малки количества влага силно влошаваг
електроизолационите им свойства Например по-малко от 1 % вода
в маслото понижава разрядного му напрежение повече от 10 пъ-
ти. Ето защо всички съоръжения, в конто има нефтени масла»
имат херметизираща, най-често метална обвивка. При наливане на
масло в тях трябва да се вземат мерки то да не се навлажни. Неф-
теиите масла горят и са пожароопасни.
Под влияние на повишената температура, електрическо поле»
кислорода от въздуха, влагата и други фактори нефтените масла
променят химичния си състав, т. е. стареят. При стареенето те
силно влошават електроизолационните си свойства. Трансформа-
торното масло може да бъде възстановено (регенернрано). Регене-
рацйята нредставлява отстраняване по химичен и механичен път
ив продуктите на стареенето.
50
4*2.2. Сшггетячни темни диелектрици
Приложение са получили хлорираиите дчфенили. Те имат най-
различни фирменн наименования: совол—СССР, клофен—Германия*
аксарел — САЩ и много други. Полярни са и имат голяма отно-
сителна диелектрична проннцаемост ег=4,5-т-6. Основните им елек*
аротехнически свойства са показани в приложение 5. Използват се
за импрегниране на кондензатори с хартиено-маслена изолация по*
ради голямата си относителна диелектрична проницаемост. Хлори-
раните дифенили са отровни. По тази причина напоследък употре-
бата им е ограничена.
4Д ТВЪРДИ ЕЛЕКТРОИЗОЛАЦИОННИ МАТЕРИАЛИ
Твърдите електроизолационни материали са неорганични и
органичии.
4.3.1. Неорганични твърди електроизолационни материала
Неорганичните твърди електроизолационни материали имат
голяма твърдост и топлоустойчивост. Технологията за направа на
изделия от тях е по-сложна н скъпа, което ограничава областта
иа приложение™ нм. Ще бъдат разгледани получилите най-голи-
мо приложение материали.
Стъкло. Стъклото е аморфен, термопластичен, прозрачен ма-
териал. То е сложна смес от SiO, и други метални окиси. Стък-
лото е твърдо и крехко.
Чистото кварцово стъкло (топен SiO») нма извънредно добри елек-
трически и механични свойства (вж. приложение 6). Ра^меква се
при температура над 1700° С, което оскъпява производство™ на
изделия от него. Използува се изолация в нзмервателни уреди за
много висока температура, напр. в лаборатории пещи. Пропуска
ултравнолетови лъчи и от него се изработват кварцовите лампи.
Температурата'на размекване на стъклото силно се понижава
при добавяне на натриеви и калиевн окиси към SiOt. Тези добав-
ки обаче рязко влошават добрнте електротехиическн свойства на
кварцовото съкло. Вредното действие на окисите на алкалните
метали до известна степей се неутрализира, ако стъклото в съста-
ва си съдържа скиси на тежки метали: РЬО, ВаО (вж. приложе-
ние 6). Понякога дс бавят още калцнев, цинков, алуминиев, магне-
зиев и други окиси, конто влняят върху електрическите и меха-
ничните свойства на стъклата.
Стъклото е водо- и газонепроницаемо. От стъкло се изработ-
ват балони на електрическите лампн. Използваните стъкла имат
коефициент на топлинно разшнренне, еднакъв с този на металите,
използвани за направа на въводнте. От стъкло се изработват про-
51
ходни изолатори за херметизирани кондензатори за ниско напре-
жение.
Леснотопими стъкла се използват за стъклоемайли — тънък
изолационен слой върху метални и други повърхности.
Стъкла с малко съдържание на алкални окиси се използват
ва изработване на изолатори за високо напрежение. От стъкло,
съдържащо не повече от 0,5% алкални <киси, се произвеждат
стъклени влакна с дебелина 3—6 рш, конто са гъвкави и имат го-
ляма механична якост. От тях може да се изработи прежда, от
която се тъче стъклено платно. Със стъклени: влакна или тъкани
се армират някои пластмаси, най-често с основа епоксидна смола.
Получаватсе изделия (някои от конто ще бъдат разгледани в т. 4.4)
с много голяма механична якост.,
Електротехническа керамика. Керамиката е неорганичен ма-
териал, получен при изпичане на минерална маса с определен съ-
став. Последователно ще бъдат разгледани получилите* най-широ-
ко приложение керамични електроизолационни материали.
Електротехническа порцелан. Порцеланът се изработва от
сурова пластична маса, съдържаща около 50% каолин, а остана-
лото кварц и фелдшпат. От суровата маса се формират изделия,
конто се изпичат при висока температура. След изпичането твър-
дата маса има състав 3Al2Ol.2SiO1. При изпичането се получават
промени в размерите, а пондкога и значителни деформации на иэ-
делието. Повърхността на изделието се покрива с глазура — тъ-
нък стъкловиден слой, който прави повърхността гладка.
Пооцеланът има голяма механична якост и топлоустойчивост,
сравнително добри електротехнически свойства и след глазиране
е устойчив на влага. Основннте електротехнически свойства на
порцелана са ’дадени в приложение 6. От порцелан се правят елек-
тропроводни, подпорни, проходни и други изолатори за всички
видове напрежения, включително и най-високите. У нас изделия
от електротехнически порцелан се произвеждат в ЗЕП .Ленин"—
гр. Николаево.
Стеатитова керамика. Стеатитовата керамика съдържа в съ-
става си талк. В сравнение с порцелана тя има по-голяма меха-*
нична якост. Изделията от стеатитова керамика се деформират
при изпичане по-малко, отколкото изделията от порцелан. Основ-
ните електротехнически свойства на стеатитовата керамика за ви-
соко напрежение са дадени в приложение 6.
Високочестотна керамика. Изработва се от особено чисти из-
ходни материали. Основните съставни части на суровата маса са
както при електротехническня порцелан, но понякога се добавят,
и други съставки. Този тип керамика има твърде добри електро-
технически свойства. От такава керамика се изработват: иэолато-
ри за радиотехнически устройства (напр. антени на радиопредава-
тели); керами ши кондензатори за високи честоти; креп еж ни еле-
менти в радиотехниката — цокли за радиолампу носещи части за
високочестотни бобини и др.
52
Керамика с голяма диелектрична проницаемост. Ако към
керамичната мас'а се добавят сегнетодярлектрицн, получава се ма-
териал с много голяма относятелна диелектрична проницаемост.
Като сегнетоматериал най-често се използват съединения, съдър-
хсащи Ва и Ti. Мате риал ът има понижени електротехнически ка-
чества и свойствата му силно" зависят от температурата и често-
тата. Употребява се при изработване на керамични кондензатори.
Слюда. Слюдата е минерал (неполярен материал) с кристален
строеж. Слюденият кристал представлява тънка гъвкава пластина
с дебелина 0,005—0,01 mm.
Съществуват различии видове слюда, конто се различават по
механичен състав и чистота на кристала, а оттам по механични-
те и електротехническите си свойства (вж. приложение 6). Не-
достатък на слюдата е, че много малки количества (74-8%) от
изкопаемия минерал съдържа кристали с достатъчно големи раз-
мери, конто могат да се използват в електротехниката. Слюда се
получава и по синтетичен- път. Слюдата се използва за направа
на кондензатори и за изработване на миканит, който ще бъде
разгледан в т. 4.4.
4.3.2. Органични твърди електроизолационни материали
Органичните електроизолационни материали имат изобщо малка
топлоустойчивост. Разделят се на естествени и синтетична.
Естествеиите органични материали (парафин, шеллак, кехлибар)
имат твърде ограничено приложение. В съвременната електротех-
ника те до голяма стелен са изместени от синтетичннте високо-
молекулярни (полимерии) материали.
Синтетичннте полимери се получават от нискожолекулярни
продукти чрез реакциите полимеризация или поликондензация.
При. полимеризацията молекулите иа изходния продукт се свърз-
ват помежду си, без да се отдели страницей продукт. При поли-
кондензацията молекулите иа изходния продукт реагират помеж-
ду си, при което се отделя страницей продукт.
В миналото синтетичннте високомолекулярни органични електро-
изолационни материали бяха наречени смоли. Сега това се смята
за остаряло схващане. Все пак в наименование™ на някои мате-
риали (напр. епоксидни смоли) е останала думата смола.
Основните електротехнически свойства на някои материали са
дадеии в приложение 7.
Полиетвлен. Полиетиленът се получава при полимеризация иа
етилен:
НН Н Н Н Н
—Ku "—*• • • Ku““Ки^—С,—V,— t . ф
I 1 1111
НН Н Н Н н
53
Полимеризацията може да се извърши при висока температу-
ра и високо налягане или при ниска температура и ииско наляга*
не в присъствието на катализатори. В първия случай материалы
се нарича ^полиетилен високо налягане* и има по-малко моле*
кулно тегло, по-малка плътност и много добри електроизолацион-
ни свойства. Във втория случай материалы се нарича „полиета-
лен ниско налягане? и има по-голямо молекулно тегло, по-голя-
ма плътиост, механична якост и топлоустойчивост, но по-лоши елек-
троизолационни свойства поради налччието на следи от катализатора.
От структурната формула иа полиетилена се вижда, че той
има симетрична молекула. Поради тази симетрия молекулата на
полиетилена няма собствен електрически диполен момент и по-
лиетиленът е неполярен материал. Той има а, «2,2; tg8=0,0003;
ри«101в Qm. Молекулата на полиетилена има линеен строеж. То-
ва обуславя механичннте свойства на материала: полиетилены
е мек, еластичеи, термопластичен*. Той не е теплоустойчив (70°С).
От полиетилен се изработва изолацията на кабели и провод-
ници за висока честота (радйотехниката, телёвизията) и изодация-
та на кабели за високо иапрежение: от 10 до 400 kV вкл. В елек-
тротехниката се използва предимно полиетилен високо налягане.
В резултат от действиетона специални химично активни веще-
ства или иа елементарни частици с голяма енергия отделимте мо-
лекули на полиетилена се свързват помежду си с напречни връз-
ки. Образува се сложна пространствена структура. Полиетилены
силно повишава топлоустойчивостта си и престава да бъде термо-
пластичен. Материалы се нарича омрежен полиетилен. Памира
приложение за изработване на изолация на проводници и кабели.
В Нефтохимичния комбинат—гр. Бургас, се пронзвежда поли-
етилен високо налягане с наименование ропотен и полиетилен ни-
ско налягане — булен. В Кабелния завод—гр. Бургас, се произвеж-
дат кабели за иапрежение 10 и 20 kV с изолация от полиетилен.
Полипропилен. Получава се при полимеризация на пропчлен.
Той е неполярен термопластичен материал с електрически свойства,
аналогични на тези на полиетилена. Полипропилены има по-голя-
ма твърдост от полиетилена От полипропиленов о фолио (тънък
лист) се изработват висококачественя кондензатори, конто се иэ-
ползват в измервателната и високочестотната техника. Полипропилен
в комбинация с полиетилен служи за изолация на кабели за ви-
соко иапрежение.
Поливинилхлорид. Поливинилхлориды има химична формула
Н Н
I I
... .—С С-. ..
I I
С1 н
* Термопластичните материали при загряване се раэмекват. прм нзстудпаяе се
втрдяват, при повторно загряване отяово се размекмт i. и.
54
Молекулата на поливинилхлорида е несиметричиа (част от во-
дородните атоми са заменени с атоми на хлора). Следователно по-
ливинилхлоридът е полярен материал.Той се характеризнра се,»
«4—5 и по-лоши други електротехнически свойства (вж. прило-
жение 7).
Молекулата на поливинилхлорида има линеен строеж. Следо-
вателно поливинилхлориды е еластичен термопластичен материал.
Чистият поливинилхлорид е твърд при стайна температура и при
загряване започва да се разлага, преди да се е размекиал. Ето
защо към поливинилхлорида се прибавят пластификатори, конто
понижават температурата на размекването му. Пластифицираният
поливинилхлорид при загряване става пластичен и може да му се
придаде желаната форма, а при стайна температура е мек, ела-
стичен, подходящ за изолация иа проводници. Поливинилхлоридът
има малка топлоустойчивост: 70—80° С. Той е химически устой-
чив материал.
В електротехниката пластифцциран поливинилхлорид се изполэ-
ваТза изолация на проводници и кабели, предиазначени за ниско
напрежение (до 1000 V) и ниски честоти (50 Hz), за изолация на
силови кабели за напрежение до 10 kV, за изолация на проводни-
цн и кабели за акустични уредби и в телефонната техника. От
сыция материал се изработват външни предпазни обвивки на си-
лови и съобщителнн кабели, кутии за акумулатори и др.
Поливинилхлориды се произвежда у нас, евтин е и е намерил
много широко приложение.
Политетрафлуоретилен. Материалы има химична формула
F F
I» к
Известей е още с търговски наименования флуоропласт. 4
(СССР) или тефлон (САЩ, Западна Европа). У нас се използват
и двете.
Фулоропласт 4 има симетрлчна молекула и следователно е не-
полярен материал. Има превъзходни електроизолационни свойства:
«,—2,2; pr=1017Qm; tg8«(X0003. Той е един от най-топлоусгойчи-
вите органични материали, известии досега. Допустимата му ра-
ботна температура за продължително време е 280° С. Термопла-
стичен е. Не се мокра от вода и има много голямо специфично
повърхиостио съпротивление рг
Тефлоны се използва за изолация в електроизмервателни уре-
ди, за изолация на кабели, проводници и кондензатори, конто ще
работят при високи темперагури и много висока честота.
Полистирол. Полистиролы е неполярен материал. Електриче-
ските му свойства са аналогични на свойствата на полиетилена.
Той е твърд, термопластичен прозрачен материал.
s55
От полистирол се изработва тънко фолио (стирофлекс\ което
се употребява при производството на кондензатори. Стирофлекс-
нйте кондензатори подобно на полипропиленовите имат много доб-
ри качества и се използват в измервателната и високочестотна-
та техника. Произведеният в НХК —гр. Бургас, полистирол има
наименование бустрен.
Плексиглас. Плексигласът (полиметилметакрилат) е полярен
материал. Той е твърд, прозрачен, термопластичен. Има добра ме-
ханична якост и се обработва много добре, но електрическите му
свойства отстъпват на тези на полистирола. От плексиглас се из-
работват крепежни елементи за електротехниката.
Фенол-формалдёхидни смоли. Получават се при поликон-
дензация на фенол и формалдехид. В зависимост от съотношение-
то на двете съставящи се получават различии материали с различ-
ии механични свойства. Най-широко приложение е намерил бакели-
тът. Той е полярен, термореактивен материал*.
Бакелитът е първият синтетичен материал, нзползван за електро-
из лационни цели. Бакелитът се овъглява по повърхността при
прегряване и под действие на електрическа искра или дъга. От
бакелит с добавка на пълнители се произвеждат редица електро-
технически изделия за ниско напрежение: фасунги, щекери, щеп-
сели и др. Бакелитът участвува като съставна част при производ-
ството на гетннакс и текстолит, конто ще бъдат разгледани в
т. 4.4.
Полиамнди. Полиамидите са полярни, термопластични материа-
ли. Известии са под различии фирмени наименования: найлон, си-
лон, капрон, видлон (Българня) и др. Те имат малка топлоустой-
чивост и много голяма износоустойчивост. Полиамиди с добавка
на стъклени влакна и други неорганични пълнители имат подоб-
рена механична якост и голяма устойчнвост на краткотрайни пре-
грявания. В електротехническата промишленост се използват за
изработване на скелети на намотки, конструкционни електроизола-
ционни детайли, части за ръчни електроинструменти (напр. борма-
шнни) и др.
Епоксидни смоли. Епоксидните смоли се продават като две
отделни, сравнително нискомолекулярни съставящи: смола и втвър-
дител. Смолата най-често е вискозна течност (на външен вид при-
лича на пчелен мед), но ако има по-голямо молекулно тегло, мо-
же да бъде и твърдс тяло. Втвърдителят обикновено е течност
*Термореактявните материали при загряване първоначално се размекват. След
там под влияние ва високата температура в тях протичат допълнителни хвмич-
ни реакции и те се втвържяват. След охлаждане при ново нагряване тези мате-
риали остават твърди и не се размекват. При загряване до по-висока температу-
ра се разлагат и овъгляват. но не се размекват.
56
но също така може да бъде и твърдо тяло. Поотделно смолата?
и втвърдителят могат да се съхраняват продължително време.
След смесване в подходяще съотношение между смолата и
втвърдителя протича химнчна реакция, в резултат на конто се по-
лучава пространствепо евързване на молекулите на смолата в це-
лия й обем и сместа се втвърдява. Епоксидната смола започва
да се втвърдява след около 1/2 час, но придобива необходимите
си качества 24 Часа след смесването на двете съставящи. За да
се втвърди сместа, необходимо е съотношението между двете
компоненти смола—втвърдител да бъде строго спазено. Най-често
това съотношение е около 10:1. За българските епоксидни смоли
АП1 и АП2 това съотношение е 7:1.
Епоксидните смоли съдържат в молекулата си т. н. епоксидна
трупа, конто определя основните им свойства. В зависимост от
строежа на останалата част на молекулата свойствата на мате-
риала могат да бъдат твърде различии, което обуславя и голямо-
то разнообразие в приложението му.
Тъй като при втвърдяването не се отделят странични електро-
проводими продуктн, от епоксидна смола могат да се правят
отливки с голям обем. За да се получи отливка без газови ме-
хурчета (шуплн), необходимо е преди втвърдяването от смолата,
да бъде отстранен разтвореният в нея въздух. Това става, като
тя престои известно време преди втвърдяването във вакуум (не-
е необходимо да се създава вакуум по време на втвърдяването)-
При втвърдяването (което представлява химична реакция) се от-
дели топлина. Ако отливката е с големи размери, под влияние на
тази топлина материалът се напуква. Към епоксидната смола*,
предназначена за отливки, се прибавят неорганични пълнители
(кварцово брашно или пясък, стъклени влакна, каолин, A13OS). В
такъв случай отливката не се напуква независимо от размерите
си. Обикновено количеството на пълнителя е равно или по-голямо
от количеството на чистата смола. От епоксидна смола се отлива
изолацията на кабелни накрайници (главн) и съединители (муфи)
за ниско и високо напрежение до 20 kV, изолацията на измерва-
телни трансформатори и др.
Епоксидните смоли имат голяма механична якост. Изделия от
тях с пълнител стъклени влакна или тъкан имат много голяма
механична якост. Епоксидните смоли са много добро лепило. Те
се залепват към металите и към повечето твърди неорганични и
полярни органични днелектрици. Мястото на залепване трябва да.
бъде предварително добре почистено.
Полиестерни материали. Полиестерните материали са поли-
кондензационни. Те са слабополярни (е^»3) и топлоустойчиви ма-
териали. В електротехниката са намерили приложение:
Глифталови или алкидни материали. Използват се за на-
правата на лакове. Те са топлоустойчиви (120° Q), маслоустойчиви-
и много лепливи. Използват се за импрегниране на намотките на
57
•електрически машини, апарати и трансформатори и за производ-
ство на миканит.
Полиетилентерефталат. Известен е под фирмените наиме-
нования лавсан (СССР), хостафан (ФРГ), ямб о лен (България),
терилен, даолен и др. Може да работа продължнтелно време
при температури до 125° С. Изработва се във вид на фолио или
влакна. Фолиото се използва за. изолация на кондензатори и на
>големи електрически машини. У нас в Института по електропро-
промишленост е разработен материал от полиестерни влакга и
фолио, свързани с естеримиден лак. Материалы се нарича поли-
фол и има .топлоустойчивост 155°С. Намира приложение като
изолация при големи електрически машини.
Поликарбоната.. Твърди са и имат голяма механична якост.
Използват се за отливки (подобно на епоксидните смоли), за на*
трава на фолио и др. От метализираио поликарбонатно фолио се
.'изработват малогабаритки кондензатори. От поликарбонатен ма-
териал (макролон) поради голяма та му прозрачност, твърдост,
топлоустойчивост и устончивост на атмосферни влияния се изра-
•'ботват прозрачните елементн на осветителни тела за улично
•'Осветление (Завод за осветителни тела—Ст. Загора).
Полиимидни материали. Подобно на полиестерните те са
«слабополярни (ег^3) и имат голяма механична якост. Полиимид-
иите материали са топлоустойчиви —200—220° С, продължнтелно
и повече за късо време. От полиимидни материали се изработва
изолация на кондензатори и проводници. Лаковете им не се лепят
добре към металите и затова се използват естеримидни лакове,
конто имат малко по-малка топлоустойчивост, но са много по-
добрн в технологично отношение. В завод „Н. Илиев* — гр. Сев-
лиево, се произвежда проводник с емайлова изолация от естери-
миден материал, предназначен да работи при температура до
155° С.
Сялициевооргаиични материали. Това са органични материали,
•съдържащи в молекулата си силиций. Наричат се още силикона.
Хямичната формула на един от место срещаните силикона е
CH, CHj
... — Ji — О —Si —О — ...
I I
CHs CHS
'Силициевоорганичннте материали имат голяма топлоустойчи-
вост—180° С. Приложение са намерили силициевоорганични теч-
ности, смазки, каучук и твърди материали.
При прегряване силициевоорганичните материали се втвърдя-
ват, отделят SiO» и запазват електроизолационните си свойства.
От силиконов каучук е изработена изолацията на проводниците
за електрически нагревателии и готварски печки, вклю.чително и
•58
пронзвежданите у нас. Силициевоорганичните материали се из*
ползват като свързващо вещество за изработване на миканит и
стъклотекстолит, предназначени да работят при температура до
180° С.
Каучук и гума. Каучукът може да бъде естествен и синте-
тичен. Естественият каучук е неполярен, термопластичен природен
полимер с матка топлоустойчивост. Под влияние на висока тем-
пература в присъствие на сяра настъпва процесът вулканизация,
при конто отдепните молекул.! на каучука се свързват простран-
ствено помежду си и се получава гума.
Тъй като естественият каучук е дефицитен материал, създа-
деии са различии видове синтетичен каучук: бутадиенов, бута-
диенстиролен, хлоропренов и др.
От гума се изработва изолация на проводници и кабели преди
всичко за ниско напрежение. Гумеиата изолация е гъвкава, но не-
устойчива на топлина и иа действиетэ на озон. Създадени са
синтетични озоноустойчиви каучуци.
Целулоза. Целулозата е естествен полярен полимер. Тя е от
растителен произход. В електротехниката целулозата намира при*
ложение във вид на прежди, тъкани, хартия и електроизолацио-
иен картон — пресшпан. Най-голямо приложение имат следните
видове хартия:
Кондензаторна. Тя е много тънка (5—30 pm) и плътна
(1,0-»-1,25 Mg/m*). Използва се за изработване на кондензатори.
Кабелна. Произвежда се на ленти с широчина 6—34 тш.
Има плътиост 0,7 Mg/m* и дебелина 0,08 4-0,17 mm. Използва се
кате изолация на силови кабели и трансформатори. Около про-
водника се намотава необходимият брой хартиени ленти в зави-
симост от напрежението.
4.4. КОМБИНИРАНИ ЕЛЕКТРОИЗОЛАЦИОННИ МАТЕРИАЛИ
Разгледаните дотук изолационни материали често пъти се
употребяват не в чист вид, а като компоненти иа по-сложшь
асомбинирани материали.
4.4.1. Пластмаси
Пластмасите са сложен материал, който се състои от следните
основни съставящи: основен материал, пълнител, пластификатора
стабилизатор, оцветител и др.
Основният материал е синтетично високомолекулярно ве-
щество. Обикновено то придава основните електротехнически
свойства на изделието.
Пълкателят може да има няколко предназначения:
а) да намали цената на изделието; например при производство
69
на бакелитови изделия за пълнител се употребяват дървепи стър-
готини;
б) да увеличи топлоустойчивостта на изделието; напр. към
отливки от епоксидна смола се прибавя неорганичен пълнител —
кварцово брашно, АЬО3 или каолин;
в) да повиши механичната якост на изделието.
Пълнител от последния тип съдържат слоестите пластмаси
гетинакс, текстолит и стъклотекстолит.
Пластификаторът има за цел да подобри технологичнпте и
да промени механичннте, свързани с топлината, свойства на ма-
териала. Пластификаторът понижава температурата на размеква-
нето на материала и по такъв начин дава възможност по-удобно
на горещо да бъде придадена необходимата форма на изделието.
Пластификаторът също така придава по-голяма студоустойчивост
на материала — понижава температурата, при която тон придобива
голяма твърдост. По гакъв иачин пластифицираният материал
остава сравиително мек и еластичеи при нормална температура —
напр. 20° С, и се втвърдява при по-ниски температуря.
Стабилизаторът има за цел да забави стареенето на мате-
риала под влияние иа въишии фактори: висока температура,
светлина, електрическо поле и др.
Оцветителят обикновеио има за цел да придаде по-добър
външен вид на изделието. При кабелите и проводниците с много
жила различного оцветяване на всяко жило е много полезно при
монтажа. Почти всички оцветители влошават електронзолацион-
ните качества иа материала и затова употребата им е ограничена
в изолационни материали за съоръжеиия за ниско напрежение.
Гетинаксът е слоеста пластмаса. Той се състои от множество
успоредии помежду си листове хартия, импрегнирани и слепени
с бакелитов лак. Той е твърд материал. Произвежда се във вид
на листове и цилиндри и има извъиредно голямо приложение в
електротехниката. При текстолита вместо хартиени листове са
използвани слоеве памучиа тъкаи. Той има по-голяма мехаиическа
якост. Стьклотекстолитът е съвременеи материал с много голя-
мо приложение. Състои се от слоеве стъклена тъкан, импрегни-
рана с изолационен лак. Стъклените влакна са механично здрави,
нехигроскопични, негниещи. Ако свързващото вещество е епок-
сидна смола, стъклотекстолитът има голяма механична якост.
Ако. свързващото вещество е силициевоорганичио, стъклотексто-
литът има голяма топлоустойчивост (186° С) и влагоустойчивост.
Ако свързващото вещество е полиестерен лак, стъклотекстолитът
има сравиително голяма топлоустойчивост, добра механична якост
и добри електрически свойства.
Гетинакс и стъклотекстолит, покрит с медно фолио, се изпол-
зува за направа на печатни платки в радибтехииката.
У нас гетинакс, текстолит и стъклотекстолит се изработват в
Завода за електроизолационни материали — гр. Русе.
60
4.4.2. Миканит
Миканиты се изработва от слюдени пластини, слепени с изо-
лационен лак (свързващо вещество). Ако се употреби лак с малка
топлоустойчивост, напр. шеллак, получава се миканит с топло-
устойчивост клас В. Ако лакът е тэплоустойчив, миканитът също
повишава топлоустойчивостта си. Напр. миканитът с полиестерен
лак има топлоустойчивост клас F, а със силациевоорганичен лак —
топлоустойчивост клас Н.
Според предназначението си разлччаваме:
а. Колекторен миканит. Служи за изолация между пласти-
ните на колектора на електрическата машина. Той трябва да бъде
сравнително мек и да се износва еднакво с медта.
б. Формовъчен миканит. Съдържа голямо количество (20—
30%)* свързващо вещество. На материала се придава необходи-
мата форма, след което се загрява. Свързващото термореактивно
вещество се втвърдява и изделието запазва формата си. Използва
се например за изолация на проводниците на големите генерато-
ри за иапрежение 6—10 kV.
Микафолиото е вид формовъчеи миканит с малка дебелина.
Използва се за изолация в електрическите машини за високо
иапрежение.
в. Нагревателен миканит. Съдържа малко количество (3%)*
свързващо вещество. На плочка от нагревателен миканит се на-
вива проводникът иа електронагревателни уредч — споялиици,
ютии и др. При първоначално включване на уреда под напреже-
ние свързващото вещество се изпарява, след което изолацията
остава от чиста слюда. Такива нагреватели не могат да се ре-
монтират, тъй като при развиване на съпротивителния проводник
изолацията се разпада на отделни слюдени пластини.’
г. Гъвкав миканит. Има гъвкавост при стайна температура,
която се дължи на свързващлте вещества. Изработва се с под-
ложка от хартия или стъклено платно. Употребява се за каналиа
и междунавивкова изолация в електрическите машини.
I» д. Микалента. Представлява изолационна лента, състояща се
от няколко слоя. Първият слой е от хартия, ио по-често от стък-
лено платно. Върху него са залепени 2—3 слоя слюдени пластики.
Произвежда се обикиовено с теплоустойчиво свързващо вещество,
например силициевоорганичен или полиестерен лак. Използва се
за изолация на проводниците иа големи електрически машини
•(генератори и двигатели) за високо иапрежение (6—10 kV).
е- Новомиканит. От слюдени отпадъци (дребни слюдени пла-
стики) се изработва слюдена хартия, която се импрегнира с изо-
лационен лак. Материалы е по-евгин от миканита, но има по-
лоши електрически и механични свойства.
*Сьдържаиието на свързващото вещество е по мании от Завода за електро
зомцвонии материали — гр. Русе.
61
4.4.3. Хартиено-маслена изолация
Състои се от хартиени слоеве (ленти или листове, с конто сл
изолирани тоководещите части на съоръжението), натопеии или
импрегнирани с течен диелектрик. Съоръженията винаги имат
въишна, херметичиа обвивка, най-често метална.
Хартиено-маслената изолация се използва при снловите кабели
за високо напрежение (до най-високнте напрежения) и при кон-
дензаторите, работещи при 50 Hz, напр. кондензаторите за ниско
и високо напрежение в електроенергийната система (за подобря-
ване на cos <р). Разновидност на тази изолация е масленобариер-
ната изолация на снловите трансформатори за всички напрежения..
При нея количеството на маслото е много по-голямо, отколкото'
при хартиено-маслената изолация. При хартиено-маслената изоля-
ция въздухът от порите на хартията е заместен с течен диелек-
трик. По такъв начин многократно се повишава пробивного на*
прежение на изолацията. Хартиено-маслената изолация е основният
вид вътрешна изолация при съоръженията за високо напрежение
(ПО—220 kV) и практически единственият вид вътрешна изоля-
ция при съоръжениятя зя свръхвисоко няпрежеиие (400—750 kV
и повече).
4.5. ВЪПРОСИ И ЗАДАЧИ
f. В кякви граници се измени специфичного съпротивление на.
изолационните н проводниковите материали?
2. Защо температурният коефициент на специфичного съпро-
тивление при проводниковите материали е положителен, а при
диелектриците отрицателен?
3. Дядей е плосък кондензатор с площ на електродите 5=»
= 100 ст2 и разстояние между тях Л=0,05 mm. Използват се-
следните материали: полистирол с е,=2,2; хартиено-маслена изо-
лация с ег=5.
а. Кякви поляризации ще се проявят в двата изолационни
материала?
б. Какъв е капацитетът Сх на кондензатора при двата мате-
риала?
в. Сравнете и обяснете разликата в получените резултати.
4. Защо кондензаторите, предназначени да работят в радио-
техниката (при честоти MHz), се изработват от неполярен изола-
ционен материал?
5. Сравнете електроизолацпоииите материали от класове У иь
Е и материалите от класове В и F?
62
РАЗДЕЛ HI
ПОЛУПРОВОДНИКОВИ МАТЕРИАЛИ
ГЛАВА V
ОСНОВНИ СВОЙСТВА
НА ПОЛУПРОВОДНИКОВИТЕ МАТЕРИАЛИ
5.1. МЕХАНИЗЪМ НА ПРОВОДИМОСТТА
НА ПОЛУПРОВОДНИКОВИТЕ МАТЕРИАЛИ
Полупроводниковите материали са голяма трупа вещества със
забранена зона в границите от 0,1 до 3 eV, с електронна прово-
димост и специфично съпротивление от 10~в до 10е firn.
• -електрон
о-свободно място
Фиг. 5.1. Енергийни диаграмм на полупроводник със
собствена и примесна проводимост
а—осномя полупроводник гъс собстмна проводимост; в—
полупроводник с р-яровоДимост; в—полупроводник с л про-
водимост
Собствена проводимост. Малката забранена зона (фиг. 3 б, в)
при полупроводниковите материали улеснява прехвърлянето на
електрони от запълнеиата зона в зоната на проводимостта на ма-
териала (фиг. 5.1 а) дори при въздействия, нормални за експлоа-
тационните условия. Създава се електронна проводимост, която
зависи от интензнвността на външното енергийно действие. Н»
мястото на електроните в запълнеиата зона остават свободни ме>-
63
ста, наречени .дупки**. Под действие на въишно електрическо
поле „дупките* се движат. Те се преместват по посока на елек-
трическото поле (т. е. обратно на движението на електроните)
«ато положителен заряд. Преместването на свободните места ста-
ва по-бавно в сравнение с
движението на електроните.
Ето защо собствената прово-
димост на полупроводнико-
вия материал като цяло има
електронен характер. Такив-
материали са някои химични
е.тёменти, като бор, въглерод,
силиций, германий, фосфор,
антимон, сяра, телур, йод и
Фиг. 5.2. Модел на кристална решетка на
«силиций с акцепторен и доиорен принес
а—елементът бор като акцепторен прямее; б—
««дементът врсев като доиорен прямее м сил виня
др.
Примесна проводимост.
Електропроводимостта на да-
ден полупроводников мате-
риал зависи от вида и коли-
чеството на примеси в него.
Примесната проводимост на
полупроводниковия материал
бива два вида: акцепторна
(приемаща) и донорна (дава-
ща) проводимост.
Акцепторната проводи-
мост се дължи на акцепто-
рен примес. Той е химнчен
елемент с по-ниска група по
таблицата на Менделеев в
сравнение с чистия полупро-
водник. Примесът създава допълнителни незаети енергийни нива,
разположени близо до горния край на запълнената зона иа чистия
полупроводник (фиг. 5.1. б). Електрони от запълнената зона лесно
преминават на тези незаети примесни нива. В запълнената валентна
зона се образуват .дупки*. Полупроводникът има р примесна про-
водимост. За пример може да се вземе силицият, който е елемент
от IV група по таблицата на Менделеев. Всеки атом на силиция е
евързан посредством ковалентна връзка с всеки от четирите, най-
близко разположени до него съседни атоми. Зд акцепторен примес
<(фиг. 5.2 а) може да се използва бор или алуминий (те са от 111
група). Всеки атом на бора има един електрон по-малко от необ-
ходимого количество за завършваие на връвката му с атомите на
силиция. Чистият силиций-има електронна собствена проводимост,
а с акцепторен примес—р проводимост.
Донорната проводимост се дължи на доиорен примес — хи-
кичен елемент от по-висока група по таблицата на Менделеев в
>64
сравнение с чистил полупроводников материал. Той съзтавз нри-
месни запълпенн низа, разполэжеил бяи jo до долния край на зоната
на проводимостта на чистая полупроводник (ф ir. 5.1 в). Електрони
ст примесните нива лесно могаг да премилават в зоната па про-
водимостта на чистая полупроводник при слаби външни действия.
Създава се електронна примесна проводимост тил п, конто е
много по-голяма от собствената електронна проводимост на по-
лупроводника. Донорен примес за силиция е елемент or V трупа
по таблицата на Менделеев, например арсен. Пегияг валентен
електрон на арсена е „излишен" и не участзузд в ковалентната
връзка с атомлте иа силищя (ф ir. 5.2/?). Сьздава се електронна
пршесна проводимост.
5.2. ЗАВИСИМОСТ НА ЕЛЕКТРОПРОВОДИМОСТТА
ОТ РАЗЛИЧИИ ВЪНШНИ ФАКТОРИ
Електропрозодчмостта на потупрозэдниковчя материя зависи
силно от температурата. При повлшаване на температурата се
усилва преходът на електрони към н 1Вата иа акцепторните при-
меси и от нивата на донорните пр !месп к» -’оната на проводи
мостта на полупроводни-
ковая материал. На фиг.
5.3 е показано изменение-
то на специфлчната про-
водимост на полупи''
ников материал от
ратурата при а ...а
концентрация на примеси-
те. В областта на ниските
температура се проявява
примесната проводимост, а
при високи температуря—
собствената проводимост
на полупроводника.
НарастИане на температурата 1/г
Фиг. 5.3. Зависимост на електропроводи-
мостга на полупроводник от температурата
/^собствен! проводимост; 2, аримесна проводи-
мост при рамичиа коицевграция на примесит* я
За линейиите участъцн на
графнката (фиг. 5.3) специфич-
ната проводимост у в (логариг-
мичея мащаб) се описва със съ-
щата зависимост както при ди-
електриците:
л
(5-1)
С повишаване на температурата специфичного съпротивление
иа полупроводниковая материал намалява. Това свойство се из-
полз'ва при т. нар. термосъпротивления или термистора. Те са
обемни полупроводников:! съпротивления с голям отрицателен
температурен коефициент на специфичного съпротивление.
S Електротехнически материали
65
Проводимостта на полупроводниците зависи и от интеизитета
на електрическото поле. При писки стойности (по-ниски от опре-
делена критична стойност ЕкР), проводимостта у не зависи от по-
лето. При силни полета (Е>Екр) проводимостта нараства бързо,
след което структурата на материала се разрушава. Полупровод-
никови обемни нелинейни съпротивления, при конто електропро-
водимостта зависи силно от интеизитета на електрическото поле,
се наричат варистора.
Електропроводимостта па проводника зависи и от облъчването
му с лъчиста енергия. Нарастването на електропроводимостта
под действие на електромагнитно излъчване се иарича фотопро-
водимост. Полупроводникови съпротивления, при конто големи-
ната на специфичната проводимост зависи от електромагнптното
излъчване, се наричат фотосъпротивления или фоторезистори.
5.8. ВИДОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВИ МАТЕРИАЛИ
И ТЯХНОТО ПРИЛОЖЕНИЕ В ЕЛЕКТРОТЕХНИКАТА
Според химичната си природа използуваните в техниката по-
лупроводникови материали са групирани в следните четири групи:
1. Полупроводников^ материали, изградени от атомите и мо-
лекулите само на един елемент.. Такива материали са силицият,
германчят, селенът, борът, силициевият карбид и др.
2. Полупроводникови материали от металпи окиси, като мед-
ния окис, цинковия окне, кадмиевая окис, титаковия двуокис и др.
3. Полупроводникови материали от съединенията на елементи
от трета и пета трупа по таблицата на Менделеев, от съедине-
ния на антимон с индий, алуминпй и галий. Те се наричат между-
метални съединения.
4. Полупроводникови материали от съединенията на мед,
кадмий и олово съответно със сяра, селен и телур, т. нар. сул-
фиди, селениди и др.
В зависимост от кристалната си структура полупроводникови-
те материали се разпределят в дг.е групи: монокристални и по-
ликристални. Моиокристалните полупроводникови материали се
получават във вид на единични кристали. От тях се изрязват
пластинки с различии размери за използването им в изправители.
усилватели, фотоелементи-. Най-разпространени монокристали са
германият и силицият. Изпопзват се монокристали и от между-
металните съединения.
Поликристалните полупроводникови материал:: са смес от
множество малки кристалчета. Такива материали са Селенът, си>-
лициевият карбид и материалите, получени от метални окиси.
66
5.3.1. Химични елементи
като полупроводникови материали
С най-широко приложение са елементите силиций, германий и
селен.
Силиций. Силицият и германият са кристали с ковалентна
връзка между атомите от четвърта трупа по таблицата на Мен-
делеев. Силицият е един от най-разпространените елементи в зем-
ната кора. Получаването му в чист вид е съпроводено с големи
технологични трудности. Данни за силиция са дадени в прил. 8.
Примесната проводимост на силиция силно зависи от вида и кон-
центрацията на примесите. Силиций с примес на алуминий или
бор има р-проводимост, а силиций с арсен и фосфор — л-прово-
димост.
От силиций се изработват полупроводникови елементи като
диоди, транзистора, фотоелементи, схеми за микроелектрониката и др.
Максимално допустимата работна температура за полупровод-
никови елементи от силиций е 120—200° С. Тя зависи’от степен-
та на очистване на материала и е значително по-висока от работ-
ната температура на германиевите елементи.
Германий. В табл. 8 са посочени някои данни за германия.
Той има: акцепторна примесна проводимост с прибавянеТо
на елементи от III трупа като талий, индий; донорна прово-
димост — с елементи от V трупа — ванадий, антимон. За изработ-
ване на полупроводникови елемейти се използва сравнително чист
германий, получен след сложна технологична обработка.
От германий се изработват изправители с различна мощност,
различии видове транзистори, фототранзистори, фотосъпротивления,
оптични лещи, 'оптични филтри, броячи на ядрени частици и др.
Германиевите полупроводникови елементи могат да работят в
температурен интервал от — 60 до +70° С, но трябва да бъдат
защитени срещу овлажняване.
Селен. Той е елемент от VI трупа и спада към групата на
редките елементи. В твърдо състояние селенът може да има кри-
стална или аморфна структура. Собствената му електропроводи-
мост е практически нула. Данни за селена са дадени в прил. 8.
Аморфният селен има голямо специфично съпротивление и мо-
же да бъде причислен към групата на диелектриците. Специфич-
ного съпротивление на селена се изменя в широки граници в за-
висимост от вида и концентрацията на примесите, от температу-
рата и осветеността на материала. От селен dfe изработват изпра-
вители и фотоелементи с работен температурен интервал от—60
до +75° С. По свойствата си селеновите изправители съществено
отстъпват на силициевите и германиевите изправители.
67
5.3.2. Полупроводникови химични съединения.
Полупроводниковое материали, получени от различии метал-
ни окиси, се наричат- оксидни полупроводници. Най-широко при-
ложение са получили медният окис, магнезиевият окис, както и
сложни оксидни системи.
Медея окис. Той е полупроводников материал с ^-проводимост,
която силно завися от вида и концентрацията на примесите, тер-
мичното обработване и температурата. Данни за медния окис ка-
то полупроводников материал са дадени в. прил. 9.
Медни пластини се окисляват при определени условия, като
повърхността им се покрива с меДен окис. От такива пластини се
изработват изправители и фотоелементи. Работната температура
на изправителите е от —40 до 4-60°С.
Магнезиев окис. От магнезиевия окис се изработват термистора.
Сложим оксидни системи. Голямо приложение намират систе-
ми, изградени от окиси на различии метали, например окиси на
желязо, магнезий, хром и др. С изменение на съотношението на
окисните компонента в системата може да се регулира проводи-
мостта. От оксидни системи се изработват термистори с голям отри-
цателен температурен коефициент на специфичното сопротивление.
Карбиди. Карбидите са съединения на въглерода с други
елементн. Най-широко приложение има силициевият карбид, на-
речен още карборунд. Той се получава от смесването на силициев
двуокис с въглерод при температура 2000° С. Видът на проводи-
мостта на карбида зависи от съотношението на компонентите му
в состава и от концентрацията на примесите. Електронна прово-
димост в карбида може да се получи при излишък на силиций
или при наличие на примеси на елемеити от V група (фосфор,
арсен, бисмут или азот). Силициевият карбид ще има р-проводи-
мост при излишък на въглерод или при наличие на примеси от
елемеити от II група (калций, магнезий) и Ш трупа (алуминий,
индий, галий, бор).
От прахообразен карборунд се изработват: нагреватели за елек-
трически печки с температура до 1500* С; варистори, при конто
съпротивлението на материала намалява с увеличаване на приложе-
ното иапрежение. Нелинейността на такива съпротивления рязко
нараства при одновременного прибавяне на малки количества алуми-
ний (III група) и азот (пета група). Варисторът ,е изграден от полу-
проводникови зърна на карборунд, покрити с оксидеи слой. Зър-
ната се допират частично едно до друго и частично са изолира-
ни помежду си. Свойствата на резистора зависят главно от кон-
тактните явления между зърната. От карборунд се изработват не-
линейни съпротивления. От пластинки карборунд се изработват
изправители с волфрамови електроди за работни температури
до .500* С.
Сулфиди. Най-широко приложение като полупроводникови ма-
68
териали имат оловният сулфид, бисмутовият сулфид, сребърният
сулфид, цинковият сулфид, кадмиевият сулфид, Видът на прово-
димостта на сулфида зависи от преобладаващия елемент в съста-
ва му. Така при излишък на метал в състава на полупроводни-
ковия материал се създава «-проводимост, а при излишък на ся-
ра—р-проводимост. Характерът иа проводимостта може да се
променя и чрез термично обработване на сулфида в кислородна
среда.
Типичен полупроводников материал от тази трупа е оловният
сулфид. От него, се изработват фотосъпротивлепия от различен
тип. За повишаване на фоточувствителността им зърната на по-
лупроводниковия материал се окисляват допълнително.
5.4. ВЫБРОСИ И ЗАДАЧИ
1. Как зависи електропроводимостта на полупроводниковое
материали от температурата, от интеизитета на електрическото по-
ле и от облъчването със светлинна енергия?
2. Къде намират приложение зависимостите от упр. 1?
3. Какво представляват термисторите, варисторите и фотосъпро-
тивленията и къде намират приложение?
4. Как зависи електропроводимостта на полупроводников™
материал от вида на примеса?
5. Какваге допустимата работна температура на силициевите из-
правители в сравнение с германиевите и селеновите изправители?
6. Какви свойства и облает на приложение има силициевият
карбид?
7. От кои полупроводникови материали се изработват терми-
сторите?
69
РАЗДЕП ЧЕТВЪРТИ
МАГНИТКИ МАТЕРИАЛИ
ГЛАВА VI
ОСНОВНИ СВОЙСТВА НА МАГНИТНИТЕ МАТЕРИАЛИ
6.1. ОСНОВНИ ВЕЛИЧИНИ
Магнитного поле се създава от електрически ток. Ако някъде
протича ток, той създава магнитно поле в пространство™ около
себе си и обратного, ако някъде има магнитно поле, то е предиз-
викано от протичане на някакъв ток. Ако проводник, по който
тече ток, бъде поставен в магнитно поле, то действува върху про-
водника със сила, пропорционална на тока.
Магнитного състояние на материалите се определи от сумира-
нето на магнитните полета на два вида ток: „вътрешен" и външен.
Под „вътрешен" ток се разбира движението на електроните на
атомите на веществото по техните орбнти. Движението на всеки
електрои се разглежда като протичане на елементарен ток I вът-
ре в атома. Този ток създава елементарно магнитно поле. То се
определи с елементарен магнитен момент т, пропорционален на
I. Общият за цялото тяло магнитен момент М е векторна сума
на всички елементарни магнитни моменти в него: М=2/п. Общият
магнитен момент за единица обем на тялото се нарича намагни-
теност на материала J. За хомогенно тяло, намиращо се в равно-
мерно магнитно поле, ще имаме
7= <6.1)
където К е обемът на тялото.
Електрически ток /, който тече извън разглежданото тяло,
създава външно за тялото магнитно поле. Това поле се характе-
ризира с интензитет Н, който се измерва в А/т.
Основного уравнение, което определи общото магнитно състоя-
ние на веществото, е
В=|10(Н + 7), (6.2)
70
където В е магнитната индукция, Т;
Н—ннтензитетът на полето, А/ш;
J—намагннтеността на материала, А/ш;
р0 =• 4я.1О-7 Н/т — магнитна константа.
Както е известно, магнитната индукция В характеризира маг*
нитните свойства на средата. Колкото магнитната индукция в да*
де но тяло, напр. магнитопровод, е по-голяма, толкова по-голям
магнитен поток преминава през него при даден интензитет на маг-
нитното поле.
Уравнение (6.2) отразява влиянието на въишното (чрез Н) и на
вътрешното (чрез J) магнитно поле. При отсъствие на вътрешно
магнитно поле (при вакуум) 7 = 0.
От своя страна намагннтеността на материала J зависи от ин-
тензитета на магнитного поле Н:
-f.fi, (63)
където хг е относителната магнитна възприемчивост.
От уравнение (6.2) и (6.3) следва, че
2 - НоНЛ. (6.4)
където » 1 + хг е относителната магнитна проницаемост на
средата.
Следователио показва колко пъти е по-голяма магнитната
индукция в даден материал в сравнение с магнитната индукция
във вакуум при един и същ интензитет на магнитного поле.
в.2. МАГНИТНИ СВОЙСТВА НА ЕЛЕКТРОНА
К НА ЕЛЕКТРОННАТА ОБВИВКА НА АТОМА
Магнитните свойства на атома се определят от магнитните
свойства на електроните. Ядрото сыцо има магинтен момент, но
той е пренебрежимо малък.
Всеки електрон създава два вида елементарни магнитны момен-
та: орбитален и спинов. Орбиталният магнитен момент се
дължи на движението на електрона по орбитата му. Спиновият
магнитен момент се дължи на спина на електрона (въртенето
на електрона около оста му). Общчят магнитен момент на атома
е сума от елементарните магнитни момента на всичките му елек*
трони.
За изпълнените електронни слоеве и подслоеве в атома всич-
ки орбитални и всички спинови магнитни моменти на електрони-
те взаимно се компеисират помежду си. Всеки два електрона, кон-
то образуват електронна двойка в даден електронен слой, имат
равни по големина и насочени противопосочно магнитни моменти.
При сумирането им тези моменти взаимно се унищожават.
71
При определяне на сумарния магнитен момент на атома тряб-
ва да се вземат предвид само моментнте на електроните от не-
запълнените електронни слоеве.
6.8. ДИАМАГНИТНИ, ПАРАМАГНИТНЫ
И ФЕРОМАГНИТНИ ВЕЩЕСТВА
Диамагнитните вещества имат отрицателна относителна магнитна възприем-
чивост хг. При тях хг е от —10-1 до — 10~н. Диамагнитни са тези материали.
при конто нма пълно компенсиране иа всички орбитални и на вснчки снинови Маг-
нитки моменти. Диамагнитни са всички инертни газове. молекулите иа водорода,
пота, хлора, амоняка и др. Диамагнитни са: елементите бисмут, живак, сребро,
олово, мед, силиций, фосфор, сяра и др. Диамагнитного вещество в магнитно по-
ле е подложено на слаба сила иа отблъскване от него.
Парамагнитншпе вещества имат положителна относителна магнитна възпри-
емчивост х,. При тях хг е ст 10—8 до —10'*. Парамагнитни са тези материа-
ли, конто имат некомпенсираии елементарни магнитим моменти. Тези моменти се
разглеждат като елементарни мнкромагнити. Без външно магнитно поле, поради
топлиниото хаотично движение, елементарннте магянтнн момент и са ориентирами
производно в пространство™. При наличие на външно магнитно поле елементар-
гате мнкромагнити си взаимодействуват с него и се стремят да се орнентнрат
усооредно на полето. Така цялото тяло прндобива общ магнитен момент М. Па-
рамагиитни са кислороды, алуминнят, платината и др. Парамагнитно вещество в
магнитно поле е подложено на слаба сила на привличане от него.
Диамагнитные н парамагнитиите вещества силно се различават помежду си
по механизма на проявяване на магнитните си свойства, но относнтелната им маг-
нитна проннцаемост е почти елнаква. Тя е близка до 1 н практически еднаква с
относнтелната магнитна проницаемост на вакуума. Ето защо тези вещества се
отжасят в техннката към немагнитннте материали.
. Феромагнитните вещества имат положителна относителна
магнитна възприемчивост хг, която е много по-голяма от 1. За ня-
кои материали хг достига до 106. При феромагнитните материали
съществуват некомпенсираии елементарни магнитни моменти. Към
феромагнитните материали спадат елементите от групата на же-
ляаото (желязо, кобалт и никел) и някои лантаниди. Феромагнитни
са и сплавите и някои химични съединения на тезн вещества.
ФеромагниТннят материал се състои от много области, нарече-
ни домени. И без външно магни.тно поле всеки домен е спонтан-
но намагнитен. Елементарннте магнитни моменти на атомите в
него са подредени успоредно помежду си. Съществуването на
домени е потвърдено експериментално. Линейните размери на до-
мените са 10-1—10-1 шт, а магнитният нм момент е около 101#
пъти по-голям от магнитния момент на отделния атом. Магнитни-
те моменти на отделяйте домени са производно ориентирами в
пространство™ и сумарният магнитен момент на тялото е нула.
Ако материалът бъде поставен в магнитно поле, магнитният мо-
мент на домените, спонтанната намагнитеност на конто съвпада с
полето, се увеличава. Тези домени нарастват, „поглъщайки* съседни-
те домени. Наблюдава се и необратимо завъртане на магнитния мо-
мент на домените в посока на външното поле. По този начин се
72
обяснява остатъчната намагнитепост па мате^ала след премахване
на външното поле. При насищане в намагнитването целият образец
от феромагнитеп материал се превръща в един- единствен домен,
-4
иосоката нанамагнитеността J на който сквпада с посоката на
външното магнитно поле
Н. Индукцията при наси-
щане се означава с Bs. а
Н$ е интензитетът на маг-
нитното поле, при който
се получава насищане. Фе-
ромагнитните материали се
намагнитват лесно под
действието на слаби маг-
нитим полета. Магнитного
поле силно привлича феро-
магнптните вещества.
Когато интензитетът на
магнитного поле Н се уве-
личава, намагнитеността на
материала J и магнитната
индукция В растат в на-
чалото линейно, а след то-
ва нелинейно, като се
получава насищане. Зави-
симостта на В от Н е по-
казана на фиг. 6.1. От тази
зависимост следва, че от-
носителната магнитна про-
ницаемост |ir на феромаг-
нитните материали се про-
меня заедно с Н.
фиг. 6.1. Зпиисимост на магнитната ин-
дукция В от интензитета на магнитного
поле Н за феромагнитен материал
Фиг. 6.2. Хиспрезнсен цикъл при феро-
магнитен материал
При феромагнитннте мате-
риали индукцията В е различна
при едии и същ интензитет Н
в Зависимост от това, дали Н се
увеличава нли намалява. Явление-
то се нарича хистерезис. На
фиг. 6.2 е показан хистерезисен
цикъл. При първоначално намаг-
ннтване на материала кривата се
изменя от точка 0 към точка 1,
където се забелязва наеншане. Прн намаляваие на Н до нула (точка 2) В запаз-
ва някаква стойност Вг, наречена остатъчна индукция. Отрнцателната стой ноет на
интензитета Н, при която В става нула (точка 5), се нарнча коерцитивна сим
И се бележи с Нс. В точка 3 материалът е напълно размагаитен и намагнитеиост-
та му J е нула. При промяна на Н от + Нт до — Нт н обратно н т. н. стой-
ността на В се двнжи по крива, определена от точките Д 2, 3, 4, 5, б, 1, 2 и т. и.
При увеличаване на температурата хг, а следователно н р, намаляват. При
достигане на определена температура Те, наречена точка на Кюрн, феромагиит-
73
ните свойства на материала изчезват и той се превръща в парамагнитен. Причииа-
та за това е, че интензивното топлинно движение на атомите не разрешава ха-
рактерного им за феромагнитен материал подреждане.
Феромагнитните материали се делят на магнитно меки и маг-
нитно твърди.
Фиг. 6.3. Хистерезисни цикли при магнитно мек
и магнитно твърд(б) ферошпштеа матаряаа
♦иг. 6.4. Разположение на елементарните магнитни моменти в парамагнитен
(а) феромагиитан (б) и феримагиитен (а) материал
Магнитно меките материали се намагнитват до насищане
лесно в по-слаби магнитни полета. Те имат голяма магнитна про-
ницаемост р, и хистерезисен цикъл с малка площ, както е пока-
зано на фиг. 6.3 а. Ползуват се за направа на магнитопроводи.
Магнитно твърдите материали имат голяма коерцитивна си-
ла Нс. Те имат широк хистерезисен цикъл с голяма площ, както
е показано на фиг. 6.3 б. Използуват се за направа иа постоянни
магнити.
Разновидност на феромагнитните са феримагнмтните материа-
ли. Те са сложни съединения, съдържащи Fe,O8 и окиси на други
метали (Ni, Мп, Zn, Со, Ва). При феримагнитните материали еле-
ментарните магнитни моменти на всеки два съседни атома са раз-
личии помежду си и са разположени успоредно, но противопосоч-
74
но. Сумарният магнитен момент на домена не е нула. Феримагнит*
ните материали се използват широко във високочестотната техника-
На фиг. 6.4 е показано разположението на елементарните маг-
нитни моменти на атомите на парамагнитен, феромагнитен и фери-
магнитен материал.
•.4. МАГНИТНА ПРОНИЦАЕМОСТ
НА ФЕРОМАГНИТНИТЕ МАТЕРИАЛИ
Съгласно уравнение (6.4) абсолютната магнитна проницаемост
на веществото е
На = J (6.5)
или относителната магнитна проницаемост е
I*' - Л-• «ад
Фиг. 6.5. Определяне на относителна-
та магнитна проницаемост на феромаг-
нитен материал
Фиг. 6.6. Зависимост на магнитната ин -
дукция В и на относителната магнитна
проницаемост цг от интеизитета на
магнитного поле Н за електротехнн-
ческа стомана
При феромагнитните материали ц, е променлива величина, много
по-голяма от 1. Като се заместят стойности на В и Н от кривата
на намагнитването в уравнение 6.5 или 6.6, получавау се стойно-
стите на ца или цг. На фиг. 6.5 е показана зависимостта на В и Н
за феромагнитен материал. Вижда се, че абсолютната магнитна
проницаемост за която и да е точка от кривата може да се пред-
стави като tga, където а е ъгълът, конто сключва с абсцисната
75
ос правата, минаваща през началото на координатната система и
през разглежданата точка. Например
ВХ 4
където
Нах е Н» за точка А';
Вх— стойността на В за'точка X;
Нх— стойността на Н за точка X.
На фиг. 6.6 е' показана зависимостта на В от Н и определена
по нея зависимост на р, от Н за електротехническа стомана.
За всеки материал се определят следните видове относителна
магнитна проницаемост:
Начална магнитна проницаемост рнач— получава се, когато
Н клони към нула.
Максимална магнитна проницаемост — ртах— съответствува
на точка от кривата B—f (Н), допирателната към която минава
през началото на координатната система.
6.5. МАГНИТНИ ЗАГУБИ
Ако феромагнитен материал се намира в променливо магнитно
поле, в него се появяват загуби на енергия. Част от енергията на
магнитното поле се превръща в топлина, която загрява материала.
Основните видове загуби в магнитните материали р са загубите
от хистерезис рх и загубите от вихрови токове р„.
Загубите от хистерезис, отнесени към единици обем от ве-
ществото, са пропорционални на площта на хистерезисния цикъл
и на честотата. Магнитно меките материали имат малки загуби от
хистерезис. При магнитно твърдите материали загубите от хисте-
резис са много големи (вж. фиг. 6.3), но магнитно твърдите
материали не се използват за работа при променливо магнитно
поле.
Когато плътен проводящ материал се намира в променливо
магнитно поле, в него се индуктират т. нар. вихрови токове. Те
протичат по затворен контур вътре в материала и са толкова по-
големи, колкото по-малко е активного съпротивление на материа-
ла. Вихровите токове предизвикват загряване на материала. За да
бъдат намалени вихровите токове, се използват магнитни материа-
ли с по-голямо електрическо съпротивление, а магнитопровод ът
се изработва от отделни, изолирани помежду си листове от маг-
нитен материал. Загубите от вихрови токове зависят от специфич-
ного електрическо съпротивление на материала и от формата и
структурата на магнитопровода.
76
ГЛАВА VII'
НАЙ-ЧЕСТО УПОТРЕБЯВАНИ МАГНИТКИ МАТЕРИАЛИ
В технпката е прието магпптни материали да се наричат мате-
риолите с относителна магнитна про шцаемост рг, много по-голя-
ма от 1.
Магнитните материала се делят на: магнитно меки, магнитно
твърди и материали със спецпално предназначение.
За използваниге в промиштеносгта материали минималната
коерцитивна сила за магнитно меките е Afc<=«0,4 A/m, а за маг-
нитно твърдлте. Яс«=«400 kA/т. Разликата между тях е 104 пъти.
Индукцията при насищане на двата вида материали е пр.иблизител-
но еднаква. Границата между тях е условна. Приема се, че за
магнитно меките материали Нс < 800 А/дп, а за магнитно твърди-
те — Нс > 4 кА/т.
Особено място веред магнитните материала заема жглязото.
То има много добри магпитни свойства (напр. големи р.г и Bs),
добри механични свойства и удобна технология. Не е дефицитен
материал и цената му е сравиително писка. Всичко това обусла-
вя изключително широкого му приложение като магнитен материал
в прэмишленэстта. Като основа на сплав i с други химични еле-
менти желязото е най-разпространеният магнитен материал. Спла-
вите на желязото могат да бъдат какго *магнитно меки, така и
магнитно твърд I материали с най-различно приложение.
7,1. МАГНИТНО МЕКИ МАТЕРИАЛИ
В приложение 9 са дадени оснэвниге характеристики на някои
магнитно меки материали.
Технически чисто желязо. Тук спадат нисковъглрродните
електротехнически стомани, електролитното и карбонилногго желя-
зо. Нисковъглеродните елекгротехническ i стомани се произвеж-
дат обикновено на листове с дебелина 0,2 до 4 шт. Те съдър-
жат въглерод не повече от 0,04% и други примеси не првече от
0,6%. Електролитното и карбонилното желязо са особено чисти —
съдържат примеси по-малко от 0,05%.
От технически чисто желязо се изработват: магнитойроводи
и г|олосни накрайници за електромагнити с най-различн » пред-
назначение; магнитопроводи на релета и електроизмервате/ни уре-
ди; полоси на електрическг машини, прозе ждащи постоянен маг-
яитен поток; магнитнн екрани и много други.
Магнитните свойства на технически чнетото желязо завкят иэ-
вънредно много от примесите и от пластични деформации при
технологичного обработване на материала.
Електротехнически силициеви стомани. Произвеждат се на
77
листове с дебелина най-често от 0,1 до 1 mm. Листовата електро-
техническа стомана е основният, най-често употребяван магнитно
мек материал с най-разнообразно приложение. Употребява се за
производство на магнитопроводи на електрически машини и транс-
форматори, дросели, електромагнитни механизми, релета, измер-
вателни уреди и др., предназначени за работа при промишлена
честота 50 Hz и при честоти до 400—500 Hz, понякога и в по-
стоянни магнитни полета.
Електротехническите силициеви стомани са твърд разтвор на
силиция в желязото. Добавката на силиций води до намаляване на
загубите от вихрови токове и от хистерезис. Съдържанието на си-
лиций е ст 0,5 до 5%. Имат повишена твърдост и крехкост.
Когато се валцува на горещо, материалът е магнитно изотро-
пен, а когато се валцува на студено има анизотропии (различии в
различните направления) магнитни свойства. При валцуване на сту-
дено отделните кристали в материала получават еднаква ориен-
тация. Магнитните свойства на валцувана на студено електротех-
ническа стомана са много по-добри по посока на валцуването,
което трябва да се има предвид при изработване на магнитопро-
води. Стоманата се нарича текстурОвана.
Върху лцстовете електротехническа силициева стомана се на-
пася изолационно покритие. То може да предстазлява окисен слой
на повърхността, получен при термообработването на листа, или
специален изолационен лак. В съвременната електропромишленост
най-широко приложение е получила листовата електротехническа
силициева ламарина с нанесен^ в металургичния завод изолацион-
но покритие от неорганичен материал.
Конструктивни стомани и чугун. При производство!о на елек-
трически машини и апарати освен специални електротехническа
стомани (технически чисто желязо и силициеви стомани) се из-
иолзват въглеродните и легирани стомани и сив чугун. Стомана
се използва във вид на валцувани профили, ковани части, отлив-
ки със специална форма. От чугун се изработват отливки, напр.
тела на електрически машини.
Приложение™ на тези материали е с чисто конструктивен це-
ли. Те обаче участвуват в магнитната верига на съоръженията и
е икономически целесъобразно да имат възможно по-добри магнит-
ни свойства (по-голяма магнитна проницаемост, по-малка коерци-
тивна сила, по-голямо електрическо съпротивление). Магнитните
свойства на конструктивните елементн могат да бъдат подобрени
чрез подбиране на подходящи материали и чрез съответно терыо-
обработване.
Пермалой. Пермалоят представлява сплав на желязо и нике л,
обикновено с добавка на манган, молибден, хром и др. Има голя-
ма магнитна проницаемост в слаби полета—10—20 пъти по-голя-
ма, открлкото желязото. Използва се за изработване па елемеити
в измервателната технике, автсматиката и радиотехниката, рабо-
78
тещи при слаби постоянни и променливи полета с честота някол-
ко десетки kHz, понякога и повече. Пермалоят е твърд материал.
От пермалой се изработват магнитните системи на особено чув-
ствителни релёта, магнитни екрани, магнитопроводи на трансформа-
тори за звукови и радиотехнически честоти, магнитни вериги на
измервателни апарати с висок клас на точност, прецизни токови
измервателни трансформатори и др. .
Приложение са намерили следните видове пермалой:
а) с голямо съдържание на никел без други добавки (78,5% Ni; 0,3ч-0,8%
Мп). Има малко специфично електрическо съпротивление. Използва се за изра-
ботване на магнитопроводи на релета и други апарати за постоянно напрежение;
б) с голямо съдържание иа никел, легиран (72-<-80%Ni с добавка от Мо,
Сг, Си, S1, Мп). Има по-голямо специфично електрическо, съпротивление. Пред-
назначен е за работа в променливо магнитно поле. От него се изработват магнито-
проволи на магнитни усилватели, слаботокови трансформатори, токови трансфор-
матори за промишлена и звукова честота. От ленти с дебелина'" от няколко ми-
крона до няколко десетки микрона се изработват магнитопроводи на трансфор-
матори за високи (радио) честоти;,
в) с малко съдържание на никел без други добавки (40ч-50% Ni; 0,Зч-0,8%
Мп). Материалы има по-голяма индукция при насищане В$ и голямо съпротив-
ленне р. Използва се за направа на магнитни елементи, конто работят с подмаг-
нитване, н за магнитопроводи и магнитни екрани при постоянни магнитви поле-
та с по-голяма нитеизивност;
г) с малко съдържание на никел, легиран (40—50% Ni с добавка от Мп, Si,
Сг). Материалы има повишеио съпротивление р. Използва се за изработване иа
магнитопроводи на трансформатори, бобини, апарати за високи честоти (при лен-
ти с дебелина от няколко микрона до няколко десетки микрона — до радиочестоти)-
Магнитно меки ферити. Феритите имат голямо специфично
съпротивление, което ги прави подходящи за работа при високи
честоти — звукови и радиотехнически. Специфичного им съпроти-
вление е 10е—1018 пъти по-голямо, отколкото при металите.
За производство на изделия от феритен материал се използва
керамична технология. Феритните материали са твърди и крехки.
Ситно смлян феритен материал се пресова и изпича. С течение на
времето феритите стареят — магнитната им проницаемост намалява.
Стабилността на магнитните свойства на феритите зависи силно
от технологията на производство и от температурата. От магнит-
но меки ферити се изработват магнитопроводи на високочестотни
трансформатори, индуктнвни бобини, филтри, магнитни антенн, ста-
тори и ротори на високочестотни микродвигатели и др.
' Най-голямо приложение’ са получили манган-цинковите и ннкел-цинковите фе-
рити. Първите имат по-малко специфично съпротивление, което прави невъзмож-
на ‘употребата им при честоти, по-високи от няколко мегахерца. При високи често-
ти се употребяват още литий-цинкови, оловно-ннкелови и други ферити.
Феритите имат малка индукция при насищане и малка относителна магнитна
проннцаемост. Изделия от магнитно меки ферити не се използуват при постоян-
ни магнитни полета и при промишлена честота.,
Магнитните свойства на фернтнте силно зависят от температурата. Точката^а
Кюри се намира при сравнително ниска температура, при някои ферити ро-ниски
от 100° С. При температури, близки до точката на Кюри (но по-ииски от нея),
зиачително нараства магнитната проницаемост — при някои ферити 5—110 пъти.
79
Това дава възчожнэст да се подбере подходяща работка температура на матери*,
ла, малко пи-ниска от точката на Кюри, осигуряваща подобрени магнитни харад.
теристики.
Магнитодчелектрицн. Магнитодиелекгрицчте представляваг
смес от смлян на прах ферэмагн пен материал и свързващо електро-
изолациоино вещество, което служи за изолация между магнит-
ните частици и като механична връзкз между нея. Могат да се из-
ползват във високочестотната и нискочестотиата техника. Имат срав-
нително малка магнитна проницаемост и на много места ферити-
те успешно ги конкурират. За магнитна компонента най-често се
използва карбонилно желязо иаи алсифзр (сплав между желязо,
силиций и алум ший).
7.2. МАГНИТНО ТЗЪРДИ МАТЕРИАЛИ
В приложение 10 са дадени характеристики на някои видове
магнитно твърди материали. Те се разделят на следн пе основни
групи:
Лети сплави с основа Fe — Nf — Al. Произвеждат се с добав-,
ки от Со, Si, Си, Ti и други елемеити. Това са най-разпростране-
ните материали за производство на постоянни магнити. Съставля-
ват около 80э/о «'г употребяваните магнитно твърди материали. За
подобряване на магнитните свойства те се термообработват. Спла-
вите, съдържащи голям процент кобалт (20Vo и повече), се под-
лагат на термомагнигно обработване — след отливането се ох-
лаждат в силно магнитно поле. Сплавите от този тип имат голя-
ма механична якост и са твърди и крехки. Това води до трудност
при обработването им.
Прахообразни магнитно твърди материали. Делят се на ня-
колко групи. За основен изходен материал при първата група
се използва ситно смлян прах от магнитно твърди сплави. Тех-
нологията на производство на магнитите може да бъде два вида:
металокерамика или с употреба на свързващо вещество. При ме-
талокерамиката прахът без свързващо вещество се пресува и
спича пр I висока температура. По магнитни свойства този тип
магнити съвсем малко отстъпват на летите, но са по-скъпи. При
втория влд технология се излолзва електроззолационно свързва-
що вещество. Материалът се загрява при ниски температури, необ-
ходим^ за полимеризирането на свързващото вещество. В сравне-
ние с детите този тип магнити имат по-лоши магнитни свойства,
но са сравнително евтини. Магнити от смлян прах от магнитно
твърд^ сплази се правят, когато трябва да имат малки размера
или сложна форма и не могат да се отлеят.
За (основен изходен материал при вгората група се използват
магнитно твърди ферити. Приложение са намерили барлевите и
кобалтовите ферити. Магнитно твърдите ферити имат голяма
80
коерцитивна сила и голямо специфично електрическо съпротивле-
ние.
Технологията на изработване на магнитно твърдите ферити не
се различава от тази на магнитно меките.
Най-голямо разпространение имат бариевите ферити. Магнитии-
те им свойства са стабилни във времето. В състава си не съдър-
жат дефицитни материали и са много по-евтини от летите маг-
нита q основа Fe-Ni-Al (до 10 пъти). Произвеждат се маг-
нитно изотропии и анизотропии.-Част от процесите на изработва-
нетр на анизотропните протичат в силно импулснО магнитно по-
ле. Магнитните свойства на бариевите ферити силно зависят от
температурата.
Кобалтовите ферити са значително по-скъпи от бариевите.
Магнитните им свойства се променят по-малко при промяна на
температурата
Материали за магнитии ленти за запис на информация- Упо-
требяват се два вида носители на информация: а) метален провод-
ник илн лента от магнитно твърда сплав, най-често Fe-Co-V;
б) пластмасова лента с нанесен вър?. у нея слой, съдържащ прахо-
образни железни окиси (FetO,; Fe3O4), хромов окис (CrOt), или
кобалтов ферит и свързващо вещество.
Постоянни магнити от закалена стомана. Стомани с голямо
съдържание на. въглерод и хром и други добавки, като W, Со,
Мо, Мп, след закаляване придобиват особена мартеизитна струк-
тура, свързана с големи вътрешни напрежения в кристалната ре-
шетка и с поява на голяма коерцитивна сила. Първоначално по-
стояииите магнити са били изработванн от такъв материал. Сега
приложението на този материал е твърде ограничено поради ло-
шите му магнитии характеристики (вж. приложение 10). Закалеии-
те мартензитии стомани са евтини и се поддават на механично
обработване.
Сплави на основата на лантанидите. Междуметални съедине-
ния иа някои лантаниди и кобалта имат извънредно голяма коер-
цитивна сила. В приложение 10 са показани максимално възмож-
нн теоретични стойности на Нс за някои от тях. Особено добри
магнитии свойства имат някои съединеиия на самария (Sm) с ко-
балта.
Сплавн на осиовата на благородии метали. Сплавите платина-
желязо и платина-кобалт са магнитно твърди материали. Цената
нм е извънредно висока, което е ограничило приложението им.
Сплавите Pt — Со имат много голяма коерцитивна сила (приложе-
ние 10). Поради голямата стабилност на магнитните им свойства
тези материали са намерили приложение в прецизни електроизмерва-
телни уреди с подвижен, малък по размери магнит.
6 Електротехнически материали
81
7.3. ВЪПРОСИ И ЗАДАЧИ
1. По какво си приличат в магнитно отношение диамагнитните
и парамагнитните материали? Каква е приликата между парамагнит-
ните и феромагнитните материали?
2. След насищане намагнитеиостта J на феромагнитните маге-
риали остава постоянна при увеличаване на интеизитета на магнит-
ното поле. Как се изменя магнитната индукция В в тази облает
и защо?
3. .Защо магнитопроводите, конто работят при променливо маг-
нитно поле, са изработени от листов материал, а не са плътни?
4. Защо феритите се предпочитат в сравнение със сплавите на
желязото к%то магнитен материал във високочестотната техника?
5. Какзо знаете за самария (Sm)? Какво е характерно за него
като магнитен материал?
82
РАЗДЕЛ ПЕТИ
ПРОВОДНИЦИ И КАБЕЛИ
ГЛАВА VIII
ОСНОВНИ ВИДОВЕ ПРОВОДНИЦИ И КАБЕЛИ
8.1. ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ И СЪСТАВНИ ЕЛЕМЕНТИ НА ПРОВОДНИЦИТЕ
И НАБЕЛИТЕ
Проводниц-.те и кабелите са предназначени да провеждат
електрически ток. Те биват неизолирани (голи) и изолирани. Ка-
белите се състоят от един ил i няколко изолирали проводника с
обща външна предп'азна обвивка.
В общ 1Я случай проводниците и кабелите се състоят от след-
ните елементи:
1. Токопроводят о жило. Изработва се от проводников мате-
риал— най-често мед или алуминий. В иякои специални случаи
жилого може да бъде изработено от месинг или метал с голямо
съпротивление. Когато е необходима голяма механична якост, се
използват комбинирани стоманено-алуминиеви' жиЛа.
Токопроводящото жило може да бъде еднож:ично или много-
жично. Проводниците с едножични жила са по-тнърди, по-трудно
се огъват и са предншзначеии за неподвижно полатане. Проводни-
ците с многожични жила, изработени от голям брюй тънка метал-
ни нишки, са гъвкави и лесно се огъват. По правило проводници-
те с голямо сечение св изработват многожични, но съществуват
силови кабели с много голямо сечение и с плътни едножични
(най-често алуминисви) жила.
Токопроводящото жило може да има напречно' сечение с кры-
ла или друга форма. При многожилните силови кабели с голямо
сечение жилата се изработват със секторна форма. По такъв на-
чни се намалява общият външен диаметър на кабела и количество-
то на изолационния мадгриал. За намотки на големи електрически
машини и трансформатори се използва проводник с правоъгълно
напречно сечение. Така <се получава по-добро запълване на напреч-
ното сечение на намотката с проводящ материал.
Сеченията на жилата на проводниците и кабел ите са стаидар-
тизирани. В приложение; 11 са дадени станДартнит е сечеиия.
2. Изолационна облюлка. Като материал за изоаботя^нена
изолацията на токопроводящите жила на проводни ците '
те най-често се използ^ват:
а) пластмаси: иластифициран полизипялхлорид, по.петилен,
емайллак;
б) каучук, включителпо и с «ликонов;
в) хартиено-маслена изолация при силовите кабели;
г) хартия — суха, неимпрегнирана при телефонннте кабели.
Йзолационната обвивка има за цел да изолира токопроводящи-
те жила помежду си и спрямо други токопроводящп части.
3. Метална хернетизиращр. обвивка. Кабелите с хартиепа
изолация (силови я ?гелефонни) имат върху изолацюнната си
обвивка херметизираща метална обвивка, изработена от олово
или алуминий. Тя е предназначена да предотврати проникванехо
на влага и въздух във вътрешността на кабела.
4. Метален екран. Кабелите, предназначени за работа при ви-
соки честоти (звукови и радиотехнически), силовите кабели за ви-
соко иапрежение и телефонннте кабели с пластмасова изолация
върху нзолационната обвивка имат метален екран, изработен от
медни или алуминиеви проводници или ленти, положени върху
изолацията на кабела. Екранът ограничава смущенчята върху и
от жилата иа кабела.
5. Предпазни обвивки. Предпазннте обвивки имат за задача да
предпазят кабела от външни мехаиични повреди и влага. Пред-
пазната обвивка се: изработва от пластмаса (най-често пластифи-
циран поливинилхлорид), каучук или битумизирани влакнести ма-
териали. Тя може да съдържа стоманени ленти или те лове, нави-
ти спирално. В такъв случай кабелът се нарича яброниран“. Пласт-
масовите обвивки не могат да херметизират напълно кабела.
8.2. ВИДОВЕ ПРОВОДНИЦИ И КАБЕЛИ
По своето предназначение проводниците и кабелите биват:
1) проводници и кабели за пренасяне и разпределяне на елек-*
трическата енергия: голи проводници и шини; монтажни дпровод-
иици; инсталацио нни проводници; силови кабели; шнурове и др.;
2) проводници за намотки на електрически машини, апарати и
съоръжения: ема йл «рани проводници; намотъчни проводници;
3) кабели и «проводници за акустични уредби и високочестот-
ната техника;
4)'кабели и проводници за телефонната техника.
Неизолиоани те (голите) проводници се употребяват- при въз-
душните електриопроводи, разпределителни мрежи за ниско напре-
жение и телефо ини линии. Изработват се от мед или алуминий:
Широко приложение имат стоманено-алуминиевите проводници.
Шините са вид голи проводници с голямо сеченне. Те са плътни,
най-често с пра воъгълно напречно сечение, но могат да бъдат и
кръгли. Използ1зат се за връзки между електрическите апарати в
педатанциите. Изработват се от мед; алуминий или месинг, а за-
84
земителннте шипи — от желязо. За шини в откритите подстанции
се използва същият проводник както при въздушните електро-
проводи.
Монтажните проводници служат за връзка между отделни-
те съоръженля за ниско напрежение в електрически табла, пулто-
ве, корпуси на машини и др. Полагат се неподвижно. Изработват
се с малко сечение.
За съоръжения, конто работят при висока температура (напр.
електрически печки), се изработват проводници с изолация от си-
ликонов каучук. Те имат продължителна работна температура
180° С (клас Н) и издържат кратковр-менни прегрявания до 500° С.
Сведения за някои типове от провежданите у нас монтажии про-
водници са дадени в приложение 12.
Инсталационните проводница служат за направа rfa освети-
телни и силови мрежи за ниско нанрежеиие. Обчкновено се по-
лагат под мазилката или върху стените на сградите. Сведения за
някои типове от произвежданите у нас инсталационни проводни-
ци са дадени в приложение 13.
Шнуровете са гъвкави проводници, предназначен!! за свързва-
не на пренозими или подвижни електрически уреди, апаратн и ма-
шини. Жилата им са изработени от много на брой тънки жички.
За изолация се използва каучук или пластмаса. В зависимост от
дебелнната на предпазната обвивка те се делят на лек, средеи и
тежък тип. Шнуровете лек тип са предназначеии за битови нуж-
ди, а шнуровете средеи и тежък тип са предназначеии за захраи-
ване на консуматори в промишлеността и строителството. Произ-
веждат се и шнурове с изолация от силиконов каучук, конто м:о-
гат да работят при температури о г—40 до+ 180° С, както и шиу-
рове с външна текстилна обвивка за битови нужди. Сведения за
някои от произвежданите у нас шнурове са дадени в приложе-
ние 14.
Силовите кабели са предназначеии за пренасяне и разпреде-
ляне на електрическата енергия. Полагат се неподвижно в кака-
ли, ту не ли или в земята. Делят се иа кабели за ниско напреже-
иие (до ! 000 V) и кабели за високо напрежение.
Кабелите за ниско напрежение са едножилни, даужилни, три-
жилни иля четирижилни. Произвеждат се предимно с пластмасо-
ва изолация. Кабелите за високо напрежение до 10 kV включн-
телно най-често се изработват трижилни. Всяко жило на тези ка-
бели има собствена изолация. Трите изолирани жила са обвити с
общ изолационен слой — т. нар. поясна изолация. Върху поясната
изолация има заземен метален екраи. За напрежение 20 kV н гю-
високо всяко жило има собствена изолация и собствен метален
екран върху нея. Според материала на изолацията кабелите за ви-
соко напрежение се деляг на кабели с хартиено-маслена изола-
ция и кабели с пластмасова изолация. И двата вида кабели се
произвеждат за напрежение до 400 kV и повече. Сведения за
85
произвежданите у нас типове силови кабели са дадени в приложе-
ния 15, 16 и 17.
Емайлираните проводници се използват за изработване на
намотки за електрически машина, апарати, трансформатори и др.
за ниско иапрежение. Представляват метален проводник (най-често
меден), изолиран с лакова изолация. Най-широко приложение ка-
то изолация получаваг полиестерните лакове за работни темпера-
тури до 130° С (клас В) и естеримидните лакове за температури
до 155° С (клас F). В зависимост от предназначението на провод-
ника лаковият изолационен слой може да бъде нанесен един или
два пъти. Емайлирани проводници с изолация от полиуретанов
лак се спояват без предварително почистване на лаковия слой.
Подходящи са за употреба в радиотехниката. От емайлирани ме-
сингови проводници се изработват пускови намотки на еднофазни
електродвигатели. Сведения за някои от произвежданите у нас
типоее емайлирани проводници са дадени в приложение 18.
Така наречените намотъчни Проводница са друга група про-
водници, предназчачени специално за изработване на намотки на
електрически машини и трансформатори. Изработват се с прово-
дими жила с кръгло или правоъгълно сечение. Най-често изола-
цията им съдържа обвивка от влакнест материал— текотилни
или стъклени влакна, конто се импрегмират с електроизолационен
лак при производството на проводника или след израббтването
на съответната намотка. Особено място в тази група заемат про-
водниците с изолация от хартиени ленты. Те се използват за из-
работване на намотки на силови трансформатори. Тези проводни-
ци работят винаги потопени в съд с тран сформа торно масло. Све-
дения за някои от произвежданите у нас типове намотъчни про-
водници са дадени в приложение 19.
Тончестотните проводници се използват за честоти в звуко-
вия обхват. Те се употребяват за свръзки в радиотелефонии уред-
бн, телефонии станции, при звукораписваш,:и и възпронзвеждащи
апарати (магнетофони, грамофони, микрофоми, усилвателни уредби).
Едно или няколко (до 4) изолирани жила имат общ екран и за-
щитна обвивка от поливинилхлорид. Отделимте жила са многожич-
ни с изолация от поливинилхлорид или 'полиетилен. Сведения за
някои от произвежданите у нас тончестотни проводници са даде-
ни в приложение 20.
Радиочестотни коаксиални кабели, и тлоскп симетрични ка-
бели се използват във васокочестотната техника. И двата вида
намират широко приложение за телевизионни антеноотводи. Ко-
аксиалните кабели се състоят от«едножичен ил» многожичен ме-
ден проводник, изолиран с полиетилен. В'ьрху изолацията е поста-
вена коакси.ално оплетка от медни жички. Отгоре е нанесена
предпазна обвивка от поливинилхлорид. Симетричните кабели са
лентови. Два та проводника на кабела c?i разпс лож ени успоредно,
на определено разстояние един от друг и са изолирани с поли-
86
етилен. Сведения за някои от произвежданите у нас високочестот-
ни кабели са дадени в приложение 20.
Телефонните шнурове се използват в телефонната техника за
свързване на телефонния апарат към мрежата и за връзка меж-
ду отделните му части. Сведения за иякои от произвежданите у
нас типове телефонии шнурове са дадени в приложение 21.
* Телефонните кабели служат за вргъзка в телефонните центра-
ли и между тях и за връзка до телефонните абонати. Телефоини-
те кабели се изпълняват с твърде голям брой токопроводящи жи-
ла. Произвеждат се понякога с 1000 и повече двойки изолирани
проводници. За изолация се използва пластмаса (най-често поли-
етилен ниско налягане) или суха, неимпрегнирана хартия. Изола-
цията на отделните жила се оцветява в различии Цветове. Сведе-
ния за някои от произвежданите у нас типове телефонии кабели
са дадени в приложение 22.
Произвеждат се още: рудни чин кабели; асансьорни кабели; ка-
бели, проводници и шнурове за електротелфери; кабели за неоно-
во осветление; електроженни проводници; монтажни проводни-
ци за транспортии средства; проводници за бордови мрежи (само-
летни); корабни кабели и др. Всички те имат харакгерни оео-
беиости във връзка със специалните условия на приложение.
У нас изолирани проводници и кабели се изработват в кабел-
иия завод „В. Коларов”—гр. Бургас, завод „Ненко Илиев4—гр.
Севлиево, и Завод за изолирани проводници—гр. Смолян.
В приложения 12 до 22 са дадени условного означение и
кратка характеристика на част от продукцията на тези заводи.
Подробни данни за произвежданите у нас проводници и кабели
могат да се намерят в каталозите на заводите-производители.
87
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Материали за термодвойки и температуря, измериани с тях
Материали, изполиани аа термодвойки Ней-висока температура, °C
Платина—платинородий Желязо—константан Мед—константан Желязо—копел (56% Си, 44% Ni) Копел—хромел (90% Ni, 10% Сг). ДО 1600 ДО 600 до 350 до 60Э до 600
Приложение 2
Никои по-важни физични характеристики на мед и алуминий
Свойства на материала Мед Алуминий
мт мм АТ АМ
Граница на еластичност на опън ар, МРа, не по-малко от Относително удължение при скъсваие А/Д, %, непо-малко 360—390 260—280 160—170 80
! 0.6—2,5 [ 18- 35 1,5-2 10-18
Специфично съпротивление р. 108.2m не повече от 1,79-1,82 1,754 2,95 2.95
88
Приложение 3
Физични характеристики (при 20°С)
на най-често използуваните метали
Метал Темпера- тура на топене, *С 1 Коефициент Пл ът мост. 1 на линейно Специфично съыротиваение Q . 1С*. Q. m Температурен коефициент иа съпротивле^ ннето, а . К~* О
-3 10 *g|n* удължение . 1(Л. к-*
Мед 1083 8,93 16,5 1,724 0,0043
Алуминий 657 2,70 24.0 2,8 0,0042
Волфрам 3380 19,3 4,4 5.5 0,0046
Молибден 2620 10,2 5,1 5,7 0,0046
Злато 1063 19,3 14,2 2,4 0,0038
| Сребро 961 10,5 19,3 1,6 0,0040
{Платина 177П 21.40 9,0 10.5 0.0039
Желязо 1535 7,87 11 9,8 0,0065
Никел 1455 8,90 13 7,3 0.0065
Олово 327 11.4 29 21,7 0,0037
Калай 232 7,31 23 12,0 0.0044
Цинк 420 7,14 31 5.9 0,004
1 Натрий 97,8 0,97 70 4.6 0,005
|Жнвак —39 13,6 61 95,8 0,0009
89
Приложение 4
Физични характеристики при 20° С на иай-често нзползуваннте
сплави с голямо специфично съпротивление
1 Сплавя Плътност Ю-3, kg|m* Спепифиеио съпротиые- нне р 10*. Qm Температу. «рек кое фи- нне кт не съп роти вдеиието «р 10«, к1 Макошмно допустима работал тем- пература, * С
Манганин мед-86 % > Манган—12% 1 никел-т-2% 8,4 42-48 5-30 100-200
i Константан мед—40—60% никел—41—34% манган—1% 8,9 48-52 -(5-25) 450-500
Ннхроми манган—1% никел—55—78% хром—15—23% желязо—до 100% 7,1-8,3 100—120 100-200 1000—1100
Фехрали манган—0.7% никел—0,6% хром-12—27% алуминий—3,5—6,5 % желязо—до 100% 6,9—7,5 120-150 6,5 850—1400
90
Проложение 5
Основнм електротехиическн свойства на течни -диелектрици
Материал •г Ри> Qm «4 при 90*С гр > MV/m
при 20*С ?ГС
Тра исфориаторао масло —ново —в експлоатация 2,1 —’,3 2,1—2.3 1 10“ 10“ 10“ 10» 0,03 0,60—1,20 20 8-14
Кондензаторио масло 2,1-2,3 10“ 10й 0.005 20
Кабелно масло —за кабели над ПО kV —за кабеля до 35 kV 2.1-2,3 3,6-3,8 10“ » 1Q11 104 0,003 0.010 20 18
Хлориранн дифе- иди 4—6 — 10“ 0,01-0,05 20
91
Приложение 6
Основни електротехнически свойства
на някои неорганични диелектрици
Материал «Г ру, Qm
Електротехнически стъкла Кварцово стъкло Алкални стъкла без окиси на те>йки метали Стъкла с голямо съдържание М окиси иа тежки метали 3,8 5-10 3-15 1018—ЮН 10Ю—10И 1012—10“ 0,0003 0,002—0,010 0.00Э5— —0,0010
Керамика Електротехнически порцелан за иисоко напрежение Стеатитова керамика за високо напрежение Високочестутна керамика Керамика с голяма днелектрична проницаемост 6-7 6-6,5 6—7 1000-10000 1011—101® 101® 10« 1010—10“ 0,035 0,002—0,003 0.0002 до 0,1
Слюда Мусковит—чист Флогопит 6—7 lOia—1013 10U—1012 0.0004 0,006-0,015
92
Приложение 7
Основни електротехнически свойства на твърдн
органични синтетичнн материали
Материал в г tgi В * MV/m Пр »
Неполярнн Полнели лен 2,3 lOU-lOie 0,0003 >50
Полипропилен 2.3 1015—1016 0.0004 40
Флуоропласт 4 или тефлон 2.1 10” 0.0002 20-30
Полистирол 2,5 10” 0.0003 30
Слабо поля рии Полиетилентереф талат 3,3 10” 0.002 40
Полнкарбоиати 3,0 10U-10'1 v0,001—0.004 30
Полнимиди 3,5 1015—1016 0,001 —.
Силикоии 2,8—3,2 1010—1011 0,005-0,010 12-18
П олярии Поливинилхлорид—чист 4,0 low—IO*’ 0.03 40
Поливинилхлорнден пластификат 4.5-6,0 107—10” до 0,1 30
Бакелит 5,0—6,5 10° —1010 0,06-0,10 8—10
Плексиглас 3.6 10” 0,06 20
Полиамиде 3,5—4,0 Юю— Ю” 0,02—0,10 30
Епоксидни смоли 3,3-4,0 10”-10” 0,005—0,050 1 15—20
* При дебелина на образеца 1 mtn.
93
Приложение 8
Свойства на някои полупроводникови материали
Физичка характе- ристика Германий Силиций Селей МеДен окис Силицнеи карбид
Собствено специ- фично съпротив- ление при 20° С. fim 0,68 2.10’ — 104 —
Широчииа на заб- раиената зона при 20° С, eV 0,72 1,12 1,7—1,9 0,22-0.39 2,8—3,1
Температура на топене» * С 936 1414 217—220 —
Подвижност иа електроните tn*/Vs 0,39 0,14 — — 0,01—0,05
Подвижност на .свободните* места, m2/Vs 0,19 0.05 0,2.10-4 — 0,002- 0,005
Диелектрична проиинаемост 16 12,5 6,3 — 6,5—7,5
94
Приложение 9
Характеристики на промишлена магнитно меки материали
Материал ^нач **тах Нс . А|т Bg (npa Hg) . Т О. о™
Монокристал от химически чисто же ля so 1430000 0,8 — Ю-7
Техннческо чисто желязо 250 3500— 4500 40—100 2,18 при 50 кА/т IO'7
Електротехническа енлациева сто мана 200-600 3000— 8000 10—65 1,95-2 при 30 кА/т (2,5-6). .10-7
Пермалой —с 40—50% NI —със 79% N1 2000 — 4000 15000- 35000 15000— 60000 70000- 200000 5—32 0,8-4 1.3—1,6 0,7—0,75 (4,5-9). .10-’ (5-6,5). .10-7
Никел-цинкови ферити 10—200 40- 7000 1,7—8 0,11-0,26 при 800 А/т 10—10»
Манган-4йнкови ферити 700—6000 2000- 10 000 6—25 0,4 при 800 А/т 10*1—2.101
95
Приложение 10
Характеристики на някои магнитно твърди материали
Материал Hr f kA/m
Сплави за лети магнити 15,5% А1; 25% Ni; 4% Си; 0,3% Ti* 9% Al; 14% Ni; 24% Со; 4% Си; 0,3% Ti* 9% А1;; 15% Ni; 25% Со; 4% Си; 0.8% Nb* 40 44 62
Закалена мартеизнтна стомана 2.8+3,6% Сг; 0,9+1.1 %С; останалото Fe 4.77
52о/о Со; 10+13% V* 24+40
Бариев фернт, изотропен Бариеа фернт. анизотропен Кобалтов фернт 110+127 127 + 188 108+152
76,7% Pt; 23.3% Со 210
Сплави на лантаинди YCoj СеСо^ SmCor, 10320 16800 30000
•Останалото—Ге; С<0,03%.
Приложение 11
Стандартен сечения на проводници с кръгли
и секторнн токопроводящн жила, пип2
0,20 1 10 70 300
0,35 1,5 16 95 400
0,50 2,5 25 120 500
0,75 4 35 150 625
6 50 185 800
240 1000
96
Приложение 12
Монтажни проводници
Токово дещите жила са медни, калайдисани. Изолацията е от
поливинилхлорнден пластификат.
пмв — проводник монтажей с термопластична (винилнто-
пмвг ва) изолация, едножилен; — проводник монтажей с термопластична изолация,
ПМВУ многожичен (гъвкав), едножилен; — проводник монтажей с термопластична изолация, усукан, многожилен (двужилен, трижилен, четири-
пмквг жнлен); — проводник монтажей с обвивка от естествени или синтетични влакна и термопластична изолация, мно* гожичен, едножилен;
ПМКВГЕ ПМКВГРШ — както ПМКВГ, екраниран; — проводник монтажей е обвивка от естествени или синтетични влакна н термопластична изолация, мно- гожичен, двужилен, с общ екран и защитна обвив-
ПМСА КЗ* — проводник монтажей с термопластична изолация за слаботокови апаратури;
ПСК и ПСКГ— проводници медни, изолирани със силиконов кау
чук.
Приложение 13
Инсталационни проводници
ПВ —Ai — проводник с' медни жила и изолация от поливинил-
АПВ —At хлорид; — проводник с алуминиеви жила и изолация, както
ПВ—а2 ПВ-А,; — проводник с медни гъвкави жила и изолация от
ПВВ —МБХ поливинилхлорид; — проводник с медни жила с изолация от поливинил- хлорид н обвивка от поливинилхлорид с мостче;
АПВВ-МБ1 произвежда се двужилен и трижилен; — проводник с алуминиеви жила, останалото също ка-
ПВО то ПВВ-*-МБ1; — проводник с медни >кила с изолация от поливинил- хлорид за въздушно окачване (за свързване на жи- лнщни н други електрически инсталацни към въз- душната електроразпределителна мрежа за ниско
АПВО напрежение); — проводник с алумйниеви жила с изолация както
ПВА2 —Т ПВО; — проводник с медни гъвкави жила и изолация от поливинилхлорид, тропическо изпълнение;
7 Електротехнически материали 97
СКВГ — силон кабел с медни жила, с каучукова изолация
и обвивка от поливинилхлорид; лроиззежда се ед-
ножилен, двужилен и трижилен;
АСКВГ — силов кабел с алуминиеви жила, с изолация и об-
вивка както СКВГ;
СВОТ — кабел с медни жила, изолация от поливинилхло-
рид, оловна обвивка и предпазна обвивка от поли-
винилхлорид (произвежда се с брой на жилата от
4 до 37).
Приложение 14
Шнурове
ШКПЛ — шнур с медни жила с каучукова изолация и кау-
чукова обвивка, преносим, лек тип; произвежда се
за напрежение 250 или 380 V, двужилен, трижи-
лен и четирижилен;
ШККПС — шнур с медни жила, каучукова изолация и каучу-
кова обвивка, преносим, среден тип; произвежда
се за напрежение до 660 V, двужилен, трижилен,
четирижилен и петжилен;
ШККП — шнур с медни жила, каучукова изолация и каучу-
кова обвивка, преносим; произвежда се с брой на
жилата от 5 до 37;
ШКПТ — шлангов кабел с медни жила, каучукова изолация
и каучукова обвивка, преносим, тежък тип. Произ-
вежда се за напрежение до 660 V, едножилен, дву-
жилен, трижилен, четирижилен и многожилен (до
24 жила).
Шнуровете с каучукова изолация се произвеждат и с калайди-
сани жила. В такъв случай към типа на шнура се добавя буквата
к. Ако шнуровете са в тролическо изпълненне, към типа се до-
бавя буквата Т
ШВПЛ — шнур с медни жила, изолация и външна обвивка
от поливинилхлорид, преносим, лек тип;
ШВПС — шнур с медни жила, изолация и външна обвивка
от поливинилхлорид, преносим, среден тип.
ШСК — шнур с медни жила с изолация и външна обвивка
от силиконов каучук. Може да работи при темпе-
ратури от—40 до 4-180° С.
Приложение 15
Силови кабели с термопластична изолация
за напрежение 660 V
В зависимост от вида кабелът получава означен че, съетавено
от известен брой буквл. Първчте букви са, както следва:
98
СВ или CAB— силов кабел с мед.:и или алуминиев;! жила и изо-
лация от поливинилхлорид;
СП или САП — силов кабел с медни или алуминиеви жила и изо-
лация от термопластичен полиетилен;
СХ или САХ — силов кабел с медни или алумннневи жила и изо-
лация от химически смрежен полиетилен.
Следващнте. букви в означението на кабела показват вида на
предг 'ште обвивки:
Т — предпазна обвивка от поливинилхлорид;
Тз — предпазна обвивка от полиетилен;
ТУ — усилена предпазна обвивка от поливинилхлорид;
ТУз — усилена предпазна обвивка от полиетилен;
БТ — броннран с две стоманени ленти и външна защитна
обвивка от поливинилхлорид;
БТз — броннран с две стоманени ленти и външна защит-
на обвивка от полиетилен.
Приложение 16
Силови кабели с пдастмасова изоляция
за иапрежение 6, 10 и 20 kV
Кабелите имат: медно или алуминиево жило; изолация от поли-
винилхлорид, термопластичен или омрежен полиетилен; метален
екран —от медни или алуминиеви ленти или проводници и външ-
на защитна пластмасова обвивка. Типът на кабела се означава с
букви й цнфри. Първите букви са същите както при кабелите за
иапрежение до 660 V.
Следващата буква означава типа на екрана:
Еа — екран от алуминиеви ленти;
Ем\ — екран от медни ленти;
Ек — екран от медни проводници.
Следващата буква означава типа на защитната оовивка:
Т, Тз, БТ и БТз — също както при кабелите за иапрежение 660 V
(вж. приложение 15);
ПТ или ПТз — кабелът е броннран с плоски стоманени по-
цинковани тедове.
Цифрите накрая означават номиналното иапрежение спрямо
эемя и между фази: З.бХб; 6/10; 12/20 kV.
За иапрежение 3,6/6 kV се изработват трижилни трнфазни
1 кабели с изолация от поливинилхлорид тип: СВБТ и САВБТ, СВБТз
и, САВБТз, СВПТ и САВПТ, СВПТз и САВПТз.
За иапрежение 6/10 kV и 12/20 kV се изработват едножилни
югбели с изолация от термопластичен полиетилен тип СПЕкТ и
G *ЛЕкТ, СПЕаТ и САПЕаТ и с изолация от омрежен полиетилен
ти п СХЕкТ и САХЕкТ, СХЕмТ и САХЕмТ.
99
Пыи&жгга* I/
Седова кабели с изолация от импрегниране хартия
-да мжпрежеаие 1, 6,10 и 20 kV
Кабелите аа напрежение 1 kV са трижилни или четирижилни с
обща метална (оловна или алуминиева) херметизираща обвивка.
Кабелите за напрежение 6 и 10 kV са трижилни с обща метална
херметизираща обвивка. Кабелите за напрежение 20 kV са трижил-
ни, като всяко жило има собствена метална херметизираща об-
вивка.
Типы на кабела се означава с букви. Първите букви имат
следното значение: С или АС — силов кабел с медни или алуминиеви жи- ла, с обща оловна обвивка на всичките
СА жди САА жила; — силов кабел с медни или алуминиеви жи- ла, с обща алуминиева обвивка на всич- ките жила;
ОС или АОС — силов к4бел с медни или алуминиеви жи- ла, с отделна оловна обвивка на всяко жило;
ОСА или ОСАА — силов кабел с медни или алуминиеви жи- ла, с отделна алуминиева обвивка на вся- ко жило.
Ако хартиената изолация е импрегнирана с неизтачаща смес,
скедва буквата Н.
Върху херметизиращата метална обвивка се поставят предпаз-
ни обвивки. Следващите букви в означението на кабелите са, как-
то следва: Б — броня от две стоманеии ленти и външен защитен слой от битумизирана кабелна
БГ прежда; — броня от две стоманени битумизирани
лентн;
БТ, Т, Тз, ТУ и ТУз — също както при кабелите с пластмасова
изолация (вж. приложение 15).
Приложение 18
Емайлираин проводници
ПЕТ-1В — проводник меден, емайлиран с полиесте- реи лак с нормална дебелина на изола- цията и топлоустойчивост клас В (130° С);
ПЕТ-2В — проводник меден, емайлиран с полиестерен лак с усилена дебелина на изолацията и топлоустойчивост клас В (130° С);
ПЕТ-IF — проводник меден, емайлиран с полнеете-
100
ПЕТ-2Р
ПЕЛ-1
ПЕЛ-2
ПЕЛ-1П
ПЕЛ-Т
ПЕЛ-ТП
МПЕЛ-1 и МПЕЛ-2
АПЕЛ-1 и АПЕЛ-2
рен модифициран лак с нормална дебели-
иа на изолацията и топлоустойчивост клас
F (155° С);
— проводник меден, емайлиран с полнеете-
рен модифициран лак с усилена дебелина
на изолацията и топлоустойчивост клас F
(155° С);
— проводник меден, емайлиран (със синте-
тичен лак с малка топлоустойчивост);
— проводник меден, двойноемайлиран;
— проводник меден, емайлиран, директно
спойващ се;
— проводник меден, емайлиран със синте-
тичен лак и с термопластично лаково
покритие;
— сыцо както ПЕЛ-Т, устойчив на въз-
действието на плесени (подходящ за
тропически условия);
— проводник месингов емайлиран;
— проводник алуминиев емайлиран.
Приложение 19
Намотъчни проводници
1. Проводници с кръглн или правоъгълнн жила с текстилнв изоляции
ППД — проводник меден, изолнран с двуслойна обвивка от
памучна прежда.
2. Проводници с крыли жила и комбинирана изолация — лак и тек-
стилна прежда:
ПЕЛПЕ — проводник емайлиран и мучна обвивка; изолиран с еднослойна па-
ПЕЛКЕ — проводник емайлиран и изолиран с еднослойна об-
вивка от коприна;
ПЕЛКЕ-И — проводник емайлиран и изолиран с еднослойна об-
вивка от изкуствена коприна.
3. Проводници с кръглн нлн правоъгълнн жила с комбинирана изола-
ция от стъклена прежда и теплоустойчив лак:
ПСД — проводник меден, изолиран с намотка от два пласта
безалкално стъклено влакно, импрегниран с тепло-
устойчив лак;
ПСД-F — сыцо както ПСД, за работна температура до 155° С
(клас F);
АПСД-F — проводник алуминиев, изолиран като ПСД-F;
ПЕТСО — проводник емайлиран и изолиран с еднослойна об-
вивка от безалкално стъклено влакно, импрегниран
101
с теплоустойчив лак за работна температура д.о
130° С;
ПЕТСО-F — също както ПЕТСО, но за работна температура до
155° С.
4. Проводници с кръгли или правоъгьлни жила с харгиена изолация^
ПХ — проводник меден, изолиран с хартия;
ПХТ — проводник меден правоъгьлен, изолиран с хартия;
ПХПТ — проводник меден правоъгьлен, изолиран с хартия,
укрепена с памучна прежда;
АПХК — проводник алуминиев кръгъл, изолиран с хартия;
АПХП — проводник алуминиев правоъгьлен, изолиран с
хартия;
АПХПП — проводник алуминиев правоъгьлен, изолиран с хар-
тия, укрепена с памучна прежда.
S. Проводници с правоъгьлни жила с изолация or синтетичен материал:
ПФО — проводник меден, изолиран с два слоя лента от хо-
стафан, укрепена с полиамидна прежда.
Приложение 20
Кабели за звукови и високи честоти
1. Радночестотин коаксналии кабели:
Условното означение на кабела се състои от буквите РК и
три групи цифра, конто изразяват: вълновото съпротивление на
кабела; геометричните размери на изолацията; вада на изолацион-
ния материал (1 = полиетилен) и предпазната обвивка (3=>поливи-
нилхлорид, 0 = без защитна обвивка) и поредния номер на кон-
струкцията в завода.
2. Кабели симетрични:
Условного означение на кабела се състои от буквнте РД и от
три групи цифри също както при кабелите тип РК.
3. Проводники тончестотни екранирави:
Условното означение на проводника с ТЧП.
Приложение 21
Телефонии шнурове
1. Шнурозе телефонии с те<стялиа изолация и текстилка оплетка:
ШТО — за евързване на микротелефонна гарнит ура;
ШТЩО — за щепселни съединения при различии номератори;
ШТУШ — шнур с шланг от поливинилхлорид за евързване
на управленчески телефонии уредби.
2. Шнурове телефонии с изолация от поливинилхлорид н текстили*
оплетка:
ШТВО — за свързване на микротелефонна гарнитура;
ШТЩВО — за щепселни съединения при номератори.
3. Шнурове телефонии с изотацир н защитна обвивка от поливинил*
хлорид:
ШТВШ — за свързване на микротелефонна гарнитура;
ШТРВШ — за свързване на телефонен апарат с телефонна
— розетка;
ШТНВ — за свързване на шайбата за избиране на номера в
телефонния апарат.
4. Кабели с изолация и външна обвивка от поливинилхлорид ва мои*
таж на диспечерски и коиферентни уредби с 18, 48 и 72 жила:
КВВЕМ — кабел с изолация и обвивка от поливинилхлорид,
екраниран, многожилен;
КВВГЕМ — също както. КВВЕМ, но сгъвкави токопроводчщи
жила.
Приложение 22
Съобшителии телефонии кабели
1. Съобщнтелнн кабели с пластмасова изоляции:
ТРВВ — телефонен разпределлтелен кабел с изолация и
обвивка от поливинилхлорид. Изработен е от
емайлиран меден проводник. Две изолирани жи-
ла са обхванати от обща предпазна обвивка;
ТСВВ — телефонен станционен кабел с изолация и об-
вивка от поливинилхлорид. Изработва се с до
210 жила. Ако жилата са калайдисани, кабелът
е тип ТСВВк;
ТПП (ТПТз) — телефонен селищен кабел с полиетиленова изо-
лация и полиетиленова обвивка;
ТПВ (ТПТ) — телефонен селищен кабел с полиетиленова изо-
лация и обвивка от поливинилхлорид.
Послед ните два вида кабели се произвеждат с до 1200 броя
двойки изолирани помежду си жила. Кабелът може да бъде бро-
ниран с две стоманени ленти с термопластична обвивка върху
тях. В такъв случай към типа на кабела се добавят буквите БТ
или БТз
KMjAtl — коаксиален малогабаритен кабел с изолация и об-
вивка от полиетилен. Ако има броня от стоманени
ленти или предпазна обвивка, към типа иа кабела
се добавят буквите БТ или БТз.
103
2. Съобшителия кабели с хартиена изолация:
ТГ — телефонен селищен кабел в херметизираща оловна об-
вивка, гол;
ТАГ — телефонен селищен кабел с херметизираща аяуминиевз
обвивка, гол.
Всяко медно жилое изолирано със спирала от текстална лен-
та и телефонна хартия. Кабелите се произвеждат с 5 до 250 двой-
ки изолирани жила.
ТЗГ — телефонен далекосъобщлтелен нискочестотен кабел в
оловна обвивка, гол;
ТЗЕГ — телефонен далекосъобщителен нискочестотен кабел,
екраниран, в оловиа обвивка, гол;
ТЗАГ — телефонен Далекосъобщителен нискочестотен кабел в
алуминиева обвивка, гол;
Всяко медно жило е изолирано с две спирали от хартия.
Кабелите се произвеждат с 3 до 36’четворки изолирани жила.
МКГ — магистралей високочестотен кабел в оловна обвивка,
гол;
МКАГ — магистралей високочестотен кабел в алуминиева об-
вивка, гол.
Всяко медно жило е изолирано с две спирали хартиена изола-
ция. Кабелите се произвеждат с 1 до 7 четворки жила.
Ако кабелите с хартиена изолация имат предпазни обвивки
върху херметизиращата, вместо буквата Г се. поставят буквите Б,.
БГ, БТ, БТ„ Т или Тз, който имат същзто значение каста цри
силовите кабели (вж. приложения 15 и 17).
3. Съобшителия кабеля с текстилка нзэлацня
ТР — телефонен разпре делите лен кабел. Жилата от емайлиран
меден проводник са обвити с оцветена памучна прежда.
Кабелът има херметизираща оловна обвивка. Произвеж-
да се с до 100 двойки жила;
ТСШ — телефонен станционеи кабел. Жилата от емайлиран ме-
ден проводник са обвити с оцветена памучиа прежда.
Кабелът има екран от алумиииево фолио и външна хер*
метизираща обвивка от поливинилхлорид. Произвежда
ее с до 210 жила.
104
СЪДЪРЖАНИЕ
УВОД............................................................
РАЗДЕЛ ПЪРВИ
ПРОВОДНИКОВ И МАТЕРИАЛИ......................................... 7
Глава 1
Основни ceoBcrai на проводниковите материали.................... 7
1.1. Класифчкация иа проводниковите материали............... 7
1.2. Фязични свойства на металите........................... 8
Глава И
Видове правохникэви материали и тяхиото приложение в елэктро-
техниката..................................................... 14
2.1. Прэвэдникови матерний с гэляма пээалнчэсг..............14
2.2. Прэвэдникови материали с голямэ съчрэгневенле..........16
2.3. Метали и стлави със слецизл.ю предназнатен те..........18
2.4. Мзтернали за електрически контакти.....................21
2.5. Упражнения........................................ . . 22
РАЗДЕЛ ВТОРИ
ЕЛЕКТРОИЗОЛАЦИОННИ МАТЕРИАЛИ....................................24
Г л а в а III
Основни свойства на елеитронзолационпите материали . ..........24
3.1. Електропроводимост....................................2*
3.2. Поляризация...........................................2*
3.3. Диелектрнчни загуби...................................3^
3.4. Електрическа якост................................... 42
3.5. Топлоустойчивост......................'...............47
Гл ав а IV
Видове електроизолационни материали и тяхиото приложение в
електротехниката...............................................49
4.1. Газообразни електроизолационни материали..............49
4.2. Течки електроизолационни материали....................50
4.3. Твърди електроизолационни материали...................51
4.4. Комбинирани електроизолационни материали..............59
4.5. Упражнения.........: ................... 62
РАЗДЕЛ ТРЕТИ
ПОЛУПРОВОДНИКОВИ МАТЕРИАЛИ.....................................33
Глава V
Основни свойства на полупрозодянковите материали...................63
5.1. Мехаиизъм на проводимостта на полупроводниковите материали . . 63
5.2. Завнснмост на електропроводимостта от различии въишни фактора . 6>
105
5.3. Видсве пслупрсводвикоги материали и тяхното приложение в електро-
техниката ...............................................66
5.4. Упражнения..............................................69
РАЗДЕЛ ЧЕТВЪРТИ
МАГНИТКИ МАТЕРИАЛИ...............................................70
Глава VI
Основни свойства га магнитните материали.........................70
6.1. Основни величини........................................70
6.2. Маг нитни свойства на електрона и на електронната сбвиька на ато-
ма ..........................................................71
6.3. Диамат нитни. парамагвитни и ферсмагнитни вещества......72
6.4. Магнитна нроиинаемост на феромагннтните материали.......75
6.5. Магнитии затуби.........................................76
Г лава VII
Пай-често употребяванн магнитии материали........................77
7.1. Магнитно меки материали. . ........................... 77
7.2. Магнитно твърди материали...............................80
7.3. Упражнения..............................................82
РАЗДЕЛ ПЕТИ
ПРОВОДНИЦИ И КАБЕЛИ..............................................83
Глава VIII
Основни видове проводници и кабели...............................8*
8.1. Предназначение и съедания елементи на проводниинте и кабелите . . 83
«8.2. Видове проводници и кабели.... ........................84
ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................88
ЕЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИ МАТЕРИАЛИ
Учебник за II стелен на ЕСПУ
за всички електротехнически професии
Автори:к.тл.инж.Антоанета Константинова Тодорова
инж. Георги Иванов Дюстабанов
Рецензента на първото издание:
проф. к.тл. инж. Петър Георгиев Тошев
к.пл.инж.Анастасия Костова Градннарова
стл.с.к.тл.инж.Недялко Кирчев Тенев
Второ стереотипно издание
95342
Код 03-------------:
4776-218-88
Изд.№ 16254
Научен редактор на първото издание инж. Веселии Шопов
Художник Стефан Димитров
Художествен редактор Слав Даскалов
Технически редактор Цветана Поповска
Коректор Ася Карадимова
Дадена за набор на б. I . 1988 г.
Подписана за печат м. февруари 1988 г.
Изляэла от печат м. IV. 198^№
Формат 60x90/16
Печ. коли 6,75
Изд. коли 6,75
УИК 7,34
Тираж 15 000+85
Цена 0,38 лв.
Държавио издателство „Техника”, бул. Руски 6, София
Държавна печатница „ Г. Димитров”, Ямбол
ПЕЧАТНИ ГРЕШКИ В КНИГАТА
Електротехнически материали
Стр. Ред Напечатано Да се чете По «ина на
51 4 отгоре аксарел аскарел печапшидта
95 колЬиа 2 10-200 10-2000
р. 8 а
97 16 отгоре ПМКВГРШ ПМКВГЕШ а
104 16 отгоре 36 четворки 37 четворки •