Материалы специального назначения

Комментарии к рис. 2.7.

Тугоплавкие металлы

Вольфрам— чрезвычайно тяжелый твердый металл серого цвета. Из всех металлов он обладает наиболее высокой температурой плавления. Вольфрам получают из руд различного состава. При механической обработке ковкой и волочением вольфрам приобретает волокнистую структуру; этим объясняется гибкость тонких вольфрамовых нитей. С уменьшением толщины вольфрамовой проволоки сильно возрастает и её предел прочности при растяжении (от 500÷600 МПа для стержней диаметром 5 мм до 3000÷4000 МПа для тонких нитей); относительное удлинение перед разрывом таких нитей около 4%. Вольфрам применяют также для изготовления контактов. Их достоинства: устойчивость в работе, малый механический износ, дугостойкость, отсутствие привариваемости вследствии тугоплавкости. Недостатки – трудность обработки, образование оксидных плёнок и необходимость применения больших давлений для обеспечения малых электрических сопротивлений контакта.

Молибден.Молибден применяют в электровакуумной технике при менее высоких температурах, чем вольфрам. Механическая прочность молибдена в большой степени зависит от механической обработки. Значение s_р от 350 до 2500 МПа, а Dl/l составляет от 2 до 55%. Плотность молибдена почти в 2 раза меньше чем у вольфрама. Молибден используется для изготовления контактов.

Благородные металлы

Золото- жёлтый металл высокой пластичности, весьма устойчивый к коррозии. Значение s_р = 150 МПа, а Dl/l =40%. Используется для покрытия контактов в электронных изделиях, при изготовлении микросхем и фотоэлементов.

Серебро– белый блестящий металл, стойкий к окислению при нормальных условиях. Имеет наименьшее удельное сопротивление при нормальной температуре среди всех металлов. Значение s_р = 200 МПа, а Dl/l =50%. Используется для контактов, рассчитанных на небольшие токи. Серебро применяют также для непосредственного нанесения на диэлектрики в качестве обкладок в производстве керамических и слюдяных конденсаторов. Недостатком серебра является его склонность к миграции внутрь диэлектрика, на который нанесено серебро, в условиях высокой влажности, а также при высоких температурах окружающей среды. Химическая стойкость серебра по сравнению с другими благородными металлами понижена.

Платина— металл, практически не соединяющийся с кислородом и весьма стойкий к химическим реагентам. Платина прекрасно поддается механической обработке, вытягивается в очень тонкие нити и ленты. Платину применяют, в частности, для изготовления термопар для измерения высоких температур — до 1600°С (в паре со сплавом платина — родий). Вследствие малой твердости платина редко применяется для контактов в чистом виде, но служит основой для контактных сплавов. Сплавы платины с иридием стойки к окислению и к износу, имеют высокую твердость и допускают большую частоту выключений, но дороги и применяются только для ответственных целей.

Палладий по многим свойствам близок к платине и в ряде случаев служит её заменителем. Палладий используют в электровакуумной технике для поглощения водорода. Палладий и его сплавы с серебром и медью применяются в качестве контактных материалов. Механические свойства палладия весьма хорошие: в отожженном состоянии равен 200 МПа при Dl/l до 40%.

Свинец — металл сероватого цвета, дающий на свежем срезе сильный металлический блеск, но затем быстро тускнеющий вследствие по-

верхностного окисления. Свинец - мягкий, пластичный, малопрочный металл. Он имеет высокое удельное сопротивление r. Преимуществом свинца является его высокая коррозионная стойкость; он устойчив к действию воды, серной и соляной кислот (при низких температурах) и ряда других реагентов; однако азотная и уксусная кислоты, гниющие органические вещества, известь и некоторые другие соединения разрушают свинец. Свинец в больших количествах применяют в качестве оболочек, защищающих изоляцию кабелей от проникновения в нее влаги. Кроме того, свинец используют для изготовления плавких предохранителей, пластин свинцовых аккумуляторов и т. д. Свинец широко употребляют как материал, сильно поглощающий рентгеновские лучи.

Олово — серебристо-белый металл, обладающий ясно выраженным кристаллическим строением. При изгибе прутка олова слы­шен треск, вызываемый трением кристаллов друг о друга. Олово — мягкий, тягучий металл, позволяющий получать путем прокатки тонкую фольгу. Кроме обыкновенного белого олова, кристаллизующегося в тетрагональной системе, существует другое видоизменение его — серое порошкообразное олово (плотность 5,6 Мг/м³). При сильном морозе на белом олове появляются серые пятна (выделение серого олова). При нагреве серое олово снова переходит в белое. Если нагреть олово до температуры выше 160°С, оно переходит в третью (ромбическую) модификацию и становится хрупким. При нормальной температуре олово на воздухе не окисляется, вода на него не влияет, а разведенные кислоты - действуют очень медленно. Олово используют в качестве защитных покрытий металлов (лужение); оно входит в состав бронз и припоев. Тонкая оловянная фольга (6—8 мкм), применяемая в производстве некоторых типов конденсаторов, обычно содержит присадки: до 15% свинца и до 1 % сурьмы — для облегчения прокатки и улучшения механической прочности. Оловянно-свинцовую фольгу толщиной 20—40 мкм применяют в качестве обкладок в слюдяных конденсаторах.

Цинк — светлый металл, получаемый металлургическими мето­дами и очищаемый электролитически. Цинк марки ЦВ (высоко­очищенный) содержит не менее 99,99% 2п и не более 0,01% при­месей (РЬ, Ре, Со¹, Си). При комнатной температуре цинк хрупок; при нагреве до 100° С он становится тягучим и пластичным.

Проводниковые изделия

Комментарии к рис. 2.8.

Для передачи и распределения электроэнергии, соединения различных приборов и их частей применяют: обмоточные провода; монтажные провода; установочные провода и шнуры; провода и тросы для ВЛ (неизолированные и самонесущие); кабели.

Обмоточные провода применяют для изготовления обмоток электрических машин, аппаратов и приборов. В качестве проводника используется медь и алюминий. По виду изоляции обмоточные провода можно разделить на следующие группы: с эмалевой, с эмалеволокнистой, с волокнистой, с пленочной и оксидной изоляцией. Важнейшими характеристиками эмалированных проводов являются эластичность, нагревостойкость и электрическая прочность.

Для изготовления электрических машин и аппаратов, которые эксплуатируются в более тяжелых условиях работы, применяют провода с эмалево-волокнистой изоляцией. При производстве таких проводов поверх слоя эмали наносят обмотку из стеклянной, хлопчатобумажной, капроновой или шелковой пряжи.

Монтажные провода состоят из медных или алюминиевых жил, которые покрывают изоляционной резиной или полихлорвиниловым пластикатом, а также хлопчатобумажной, шелковой или капроновой пряжей и синтетической пленкой. Наибольшей гибкостью обладают многопроволочные провода, жила которых состоит из большого числа тонких проволок.

Преимущества СИП.

Устойчивость к воздействию погодных факторов: солнечной радиации, температуры, дождя, отрицательных температур, гололеда, снегоналипания.

Резкое снижение (до 80 %) эксплуатационных затрат, вызванное высокой надежностью и бесперебойностью энергообеспечения потребителей за счет устранения возможности контакта воздушных линий с посторонними предметами, исключены короткие замыкания из-за схлестывания при вибрационной пляске проводов и обрывы из-за падения деревьев.

Снижение риска возникновения пожаров в лесистой или покрытой кустарником местности при падении провода на землю.

Бесперебойное электроснабжение в случае срыва СИП с опор.

Уменьшение затрат на монтаж воздушных линий, связанное с вырубкой более узкой просеки в лесной местности, возможностью вести монтаж проводов по фасадам зданий в условиях городской застройки.

Простота монтажных работ, возможность подключения новых абонентов под напряжением, без отключения остальных от энергоснабжения и как следствие сокращение сроков ремонта и монтажа.

Большая гибкость при прокладке за счет уменьшения допустимого расстояния до строений и до других воздушных линий.

Возможность использования более коротких опор (4 метра вместо 6, как в случае использования неизолированных проводов).

Возможность установки дополнительных СИП параллельно существующим, для удвоения мощности сети (что недопустимо при использовании неизолированных проводов).

Возможность совместной прокладки на одних и тех же опорах одновременно СИП 0.4 кВ и высоковольтных воздушных линий 6-20 кВ с неизолированными или защищенными проводами, а также монтаж на тех же опорах телефонных линий.

Тесты к главе 2

Вопрос 1 (мт=0,4)

Проводниковые материалы высокой проводимости применяются для изготовления:

1: силовых кабелей;
2: диодов
3: нагревательных приборов
4: конденсаторов

Вопрос 2 (мт=0,8)

Наибольшей проводимостью обладает

1: Серебро

2: Медь

3: Алюминий

4: Хром

Вопрос 3 (мт=0,7)

Латунь – это сплав системы

1: Cu – Zn

2: Fe – C

3: Al – Ni

4: Sn – Cr

Вопрос 4 (мт=0,5)

К проводниковым резистивным материалам не относится:

1: Константан

2: Нихром

3: Магналий

4: Фехраль

Вопрос 5 (мт=1)

Соответствие сплавов для изготовления термопар их составу

1: Копель                 -   1: Ni – Cr

2: Хромель                       -   2: Ni – Cu

3: Платинородий              -   3: Rt - Rh

Вопрос 6 (мт=0,2)

К тугоплавким металлам относятся:

1: Вольфрам

2: Олово

3: Молибден

4: Платина

Вопрос 7 (мт=0,8)

Материалы, у которых при температурах, ниже некоторой критической Т_кр сопротивление электрическому току становится равным нулю называются

1: Резистивными

2: Сверхпроводниками

3: Полупроводниками

Вопрос 8 (мт=0,5)

К неметаллическим проводниковым материалам относятся:

1: Графит

2: Сажа

3: Моносилан

4: Арсенид галлия

Вопрос 3.9 (мт=0,9)

Расположите в правильной последовательности проводники одинакового сечения и длины попризнаку увеличения удельного сопротивления:

 1: Золото

 2: Медь

 3: Серебро

 4: Вольфрам

 5: Железо

Вопрос 10 (мт=0,4)

Для численного определения электропроводности используются следующие величины:

1: Диэлектрическая проницаемость;

2: Удельная теплопроводность;

3: Удельное электрическое сопротивление;

4: Удельная электрическая проводимость.

Вопрос 11 (мт=0,1)

Сплав на основе железа — нихром, содержит:

1:цинк;
2:олово;
3:хром;
4: серебро

Вопрос 12 (мт=1)

Правильная последовательность проводников в порядке возрастания удельной проводимости:

1: Электролиты

2: Криопроводники

3: Металлы

4: Сплавы металлов

5: Сверхпроводники

Вопрос 13 (мт=0.9)

Носителями заряда в проводниковых металлах и сплавах являются

1: Свободные электроны

2: Ионы

3: Молионы

Вопрос 14 (мт=1)

Расположите в правильной последовательности проводники одинакового сечения и длины в порядке убывания их удельной проводимости

1: Серебро

2: Медь марки МТ 

3: Медь марки ММ 

4: Латунь

5: Алюминий

Вопрос 15 (мт=0,5)

Какая допустимая рабочая температура для нихрома:

1: до 950 ⁰С

2: до 1250 ⁰С

3: до 450 ⁰С

4: до 1100 ⁰С

Вопрос 16 (мт=0,9)

Для каких контактов применяется платина

1: скользящих контактов

2: сильноточных разрывных контактов

3: слаботочных контактов 

Вопрос 17 (мт=0,8)

Для сильноточных разрывных контактов применяют:

1: Металлокерамические материалы

2: Сплав серебро-магний-никель

3: Вольфрам

4: Серебро

Вопрос 18 мт=0,5)

Расположите металлы согласно их группе

1: Благородны металлы                     -             1: Ag, Cu, Al, Na

2: Тугоплавкие металлы                   -             2: Mo, Ta, Re, Nb

3: Высокой проводимости                  -             3: Fe, Cu, Ni. Sn

4: Тяжелые металлы                           -             4: Ag, Pt, Pd, Au       

Вопрос 19 (мт=0,7)

Расположите в правильной последовательности сплавы в порядке возрастания удельного сопротивления:

1: Нихром

2: Константан

3: Манганин

Вопрос 20 (мт=0,1)

Проводниковый биметалл представляет из себя:

1: сплав алюминия и меди

2: сердечник, свитый из стальных жил и обвитый алюминиевой проволокой

3: сталь, покрытую снаружи слоем меди, причем оба металла соединены друг с другом прочно по всей поверхности

4: Алюминиевый провод, покрытый медью

Вопрос 21 (мт=0,4)

Какие материалы можно использовать для монтажных проводов, обмоток электрических машин

1: Медь марки ММ

2: Медь марки МТ

3: хромаль

4: алюминий марки АТ

5: фехраль

Вопрос 22 (мт=0,1)

Проводниковый материал серебристого цвета, используемый для изготовления фольги, проволоки и проводов:

1: Алюминий;
2: Медь;
3: Никель;
4: Хром.

Вопрос 23 (мт=0,6)

Какие проводники обладают эффектом Майснера-Оксенфельда обладают:

1: Криопроводники

2: Сверхпроводники

3: Резистивные материалы

4: Сплавы для термопар

Глава 3. Полупроводники