电工材料
常用的电工材料分为4类:导电材料、绝缘材料、电热材料和磁性材料。
(一)导电材料
1. 导电材料的特点
导电材料大部分为金属,属于导电材料的金属应具备导电性能好不易氧化和腐蚀、容易加工和焊接、有一定的机械强度、资源丰富、价格低廉等特点,所以并不是所有的金属都可以用作导电材料
铜和铝基本符合上述特点,因此它们是常用的导电材料。比如架空线要具有较高的机械强度,常选用铝镁硅合金;熔丝要具有易熔断的特点,故选用铅锡合金;电光源灯丝的要求是熔点高,需选用钨丝作导电材料等。
2.常用导线按结构特点可分为绝缘电线 、裸导线和电缆 。由于使用条件和技术特性不同,导线结构差别较大,有些导线只有导电线芯,有些导线由导电线芯和绝缘层组成,还有的导线在绝缘层外面还有保护层。
(1)绝缘电线
绝缘电线是用铜或铝作导电线芯,外层敷以绝缘材料的电线。常用导线的外层材料有聚氯乙烯塑料和橡胶等。目前常用电线的特性及其用途间表1-2
常用电线的结构形式如图1-7所示
1)B系列塑料、橡皮电线。该系列的电线结构简单,质量轻,价格低廉,电气和机械性能有较大的裕度,广泛应用于各种动力、配电和照明线路,并用于中小型电气设备作安装线。它们的交流工作耐压为500V,直流工作耐压为1000V。常用B系列聚氯乙烯绝缘硬线的结构形式如图1-8(a)所示。
2)R系列橡皮、塑料软线。该系列软性的线芯使用多根细铜线绞合而成,它除了具备B系列电线的特点外,还比较柔软,广泛用于家用电器、仪表及照明线路。常用R系列聚氯乙烯绝缘软性的结构形式如图1-8(b)所示。
3)Y系列通用橡胶电缆。该系列的电缆适用于一般场合,作为各种电动工具、电气设备、仪器和家用电器的移动电源线,所以又称为移动电缆。
4)电线电缆的允许载流量。它是电线电缆的一个重要参数,是指在不超过最高工作温度的条件下,允许长期通过的最大电流值,所以又称为允许载流量。常用电线在空气中敷设时的载流量(环境温度为+25℃)见表1-3.。
(2)裸导线
裸导线是只有导体(如铝、铜、钢等)而不带绝缘和护层的导电线材。常见的裸导线有绞线、软接线和型线等。裸导线按外观形态可分为单线、绞线和型线(包括型材)3类。
1)单线。有园单线和扁线两种,主要用作各种电线电缆的导电体。常见圆单线的外形如图1-9所示。
2)绞线 。按其结构可分为4种。
a. 简单绞线。由于材质相同、线经相等的圆单线同心绞制而成。主要用于强度要求不高的架空导线。
b. 组合绞线。由导电线材和增强线材组合同心绞制而成,主要用于强度要求较高的架空导线。
c. 复绞线。由材质相同、线径相等的束(绞)股线同心绞制而成,可用作仪表或电气设备的软接线。
d. 特殊导线。由导电线材、各部同外形或尺寸的增强线材,经特殊组合方式绞制而成,用于有特殊使用要求的架空电力线路,如扩经导线在高压线路上可减少电晕损失和无线电干扰,自阻尼导线可使导线减振,倍容量导线可增大线路的传输容量。
在工厂供电系统中,最常用的是铝绞线、铜绞线、钢绞线和钢芯铝绞线等,常见铝绞线的外形如图1-10所示。
(3)电力电缆
电缆是一种特殊的导线,它是将一根或树根绝缘导线组合成线芯。裹上相应的绝缘层(橡皮、纸或塑料)。外面再包上密闭的护套层(常为铝、铅或塑料等)制成的。所以,电缆一般由导电线芯、绝缘层和保护层3个主要部分组成。
1) 导电线芯。导电线芯用来输送电流,必须具有高的导电性、一定的抗拉强度和伸长率、耐腐蚀性好以及便于加工制造等。电缆的导电线芯一般由软铜或铝的多股绞线制成。
2) 绝缘层。绝缘层的作用是将导电线芯与相邻导体以及保护层隔离,抵抗电压、电流、电池对外界的作用,保证电流沿线芯方向传输。
电缆的绝缘层材料有均匀质(橡胶、沥青、聚乙烯等)和纤维质(棉、麻、纸等)两类。三芯统包型电缆的结构如图1-11所示。
3) 保护层。保护层简称护层,主要作用是保护电缆在敷设和运行过程中,免遭机械损伤和各种环境因素(如日光、水、火灾生物等)的破坏,以保持长期稳定的电气性能。保护层分为外保护层和内保护层。
a. 外保护层。外保护层是用来保护内保护层的,防止铅包、铝包等受到外界的机械损伤和腐蚀,在电缆的内保护层外面包上浸过沥青混合物的黄麻、钢带或钢丝等。而没有外保护层的电缆,如裸钳包电缆,则用于无机械损伤的场合。
b. 内保护层。内保护层直接包在绝缘层上,使绝缘层不与空气、水分或其他物质接触所以要包得精密无缝,并具有一定的机械强度,使其能承受在运输和敷设时的机械力。内保护层有铅包、铝包、橡套和聚氯乙烯等。
电缆分为电力电缆和电器装备用电缆(如软电缆和控制电缆),其常见外形如图1-12所示。
在电力系统中,最常用电缆有电力电缆和控制电缆两种。电力电缆是指输配电能用的电缆,控制电缆则是用在保护、操作回路中的。常用电缆的型号含义见表1-4
(二)绝缘材料
绝缘材料的主要作用是隔离带电的或具有不同电位的导体,使电流只能沿导体流动。绝缘材料在使用过程中,由于各种因素的长期作用,会发生化学变化和物理变化,使其电气性能及机械性能变化,这种变化称老化。影响绝缘材料老化的因素很多,主要收热因素,使用时温度过高会加速绝缘材料的老化过程。因此对各种绝缘材料都要规定它们在使用过程中的极限温度,以延缓材料的老化过程,保证电气产品的使用寿命。
电工绝缘材料按极限温度划分为7个耐热等级,见表1-5.
若按其应用或工艺特征,则可划分为6类,见表1-6.
(三)电热材料
电热材料用来制造各种电阻加热设备中的发热元件,作为电阻接到电路中,把电能转变为热能,使加热设备的温度升高。对电热材料的基本要求是电阻率高,加工性能好,在高温时具有足够的机械强度和良好的抗氧化能力。
(四)磁性材料
电阻合金是制造电阻元件的重要材料之一。广泛用于电动机、电器、仪表及电子等产品中。电阻合金除了必须具备电热材料的基本要求外,还要求电阻的温度系数低,阻值稳定。
电阻合金按其主要用途可分为调节元件用、电位器用、精密元件用及传感器用电阻合金4种类型。在此介绍前面两种。
1)调节元件用电阻合金
该合金主要用于制造调节电流(电压)的电阻器与控制元件的绕组,常用的有康铜、新康铜、等。它们都具有机械强度高、抗氧化性能好及工作温度高等特点。
2) 电位器用电阻合金
该合金主要用于各种电位器及滑线电阻,一般采用康铜和滑线锰铜。滑线锰铜具有抗氧化、焊接性能好,电阻温度系数低等特点。
对于精度要求不高的电阻器,也可以用铸铁的电阻元件。它的优点是价格便宜,加工方便;缺点是性脆易断,电阻率较低,电阻温度系数高,因此体积和质量交大。
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