CHƯƠNG 1 1. Trình bày cấu tạo nguyên tử, phân tử, phân biệt chất trung tính và chất cực tính? 2. Trình bày nguyên nhân gây ra những khuyết tật trong vật rắn ? 3. Phân loại vật liệu theo lý thuyết phân vùng năng lượng của vật chất 4.
Tính lực hút hướng tâm và lực hút ly tâm một nguyên tử biết mc= 9,1. Tính năng lượng một nguyên tử biết me= 9,1. Trình bày cách phân loại vật liệu điện ? 16 CHƯƠNG 2 : VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 1. Mục tiêu: - Kiến thức: + Trình bày được các khái niệm cơ bản của vật liệu cách điện và phân liệu vật liệu cách điện.
+ Trình bày đƣợc các đặc tính cơ bản của một số loại vật liệu cách điện thƣờng dùng. - Kỹ năng: + Nhận dạng, phân loại chính xác các loại vật liệu cách điện dùng trong công nghiệp và dân dụng. + Sử dụng phù hợp các loại vật liệu cách điện theo từng yêu cầu kỹ thuật cụ thể. + Xác định đƣợc các nguyên nhân gây ra hư hỏng và có phƣơng án thay thế khả thi các loại vật liệu cách điện thƣờng dùng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Nghiêm túc trong học tập, ghi chép bài đầy đủ. Nội dung chương: 2. Khái niệm và phân loại vật liệu cách điện 2. Khái niệm Vật liệu dùng làm cách điện (còn gọi là chất điện môi) là các chất mà trong điều kiện bình thường điện tích xuất hiện ở đâu thì ở nguyên ở chỗ đấy, tức là ở điều kiện bình thường, điện môi là vật liệu không dẫn điện, điện dẫn Ỵ của chúng bằng không hoặc nhỏ không đáng kể.
Vật liệu cách điện có vai trò quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện, Việc nghiên cứu vật liệu cách điện để tìm hiểu các tính chất, đặc điểm, để từ đó chọn lựa cho phù hợp. Phân loại vật liệu cách điện 2. Phân loại theo trạng thái vật lý Theo trạng thái vật lý, có: • Vật liệu cách điện thể khí, • Vật liệu cách điện thể lỏng, 17 • Vật liệu cách điện thể rắn. Vật liệu cách điện thể khí và thể lỏng luôn luôn phải sử dụng với vật liệu cách điện ở thể rắn thì mới hình thành được cách điện vì các phàn tử kim loại không thể giữ chặt được trong không khí.
Vật liệu cách điện rắn còn được phân thành các nhóm: cứng, đàn hồi, có sợi, băng, màng mỏng. Ở giữa thể lỏng và thể rắn còn có một thể trung gian gọi là thể mềm nhão như: các vật liệu có tính bôi trơn, các loại sơn tẩm. Phân loại theo thành phần hóa học Theo thành phân hoá học, người ta phân ra: vật liệu cách điện hữu cơ và vật liệu cách điện vô cơ. - Vật liệu cách điện hữu cơ: chia thành hai nhóm: nhóm có nguồn gốc trong thiên nhiên và nhóm nhân tạo.
+ Nhóm có nguồn gốc trong thiên nhiên sử dụng các hợp chất cơ bản có trong thiên nhiên, hoặc giữ nguyên thành phàn hóa học như: cao su, lụa, phíp, xenluloit,. + Nhóm nhân tạo thường được gọi là nhựa nhân tạo gồm có: nhựa phênol, nhựa amino, nhựa polyeste, nhựa epoxy, xilicon, polyetylen, vinyl, polyamit,. - Vật liệu cách điện vô cơ: gồm các chất khí, các chất lỏng không cháy, các loại vật liệu rắn như gốm, sứ, thủy tinh, mica, amiăng. Tính chất chung của vật liệu cách điện Khi lựa chọn, sử dụng vật liệu cách điện càn phải chú ý đến không những các phẩm chất cách điện của nó mà còn phải xem xét tính ổn định của những phẩm chất này dưới các tác dụng cơ học, hóa lý học, tác dụng của môi trường xung quanh,.gọi chung là các điều kiện vận hành tác động đến vật liệu cách điện.
Dưới tác động của điều kiện vận hành, tính chất của vật liệu cách điện bị giảm sút liên tục, người ta gọi đó là sự ỉão hóa vật liệu cách điện. Do vậy, tuổi thọ của vật liệu cách điện sẽ rất khác nhau trong những điều kiện khác nhau. Bởi thế càn phải nghiên cứu về tính chất cơ lý ho á, nhiệt của vật liệu cách điện để có thể ngăn cản quá trình lão hoá, nâng cao tuổi thọ của vật liệu cách điện. Tính hút ẩm của vật liệu cách điện Các vật liệu cách điện với mức độ khác nhau đều có thể hút ẩm (hút hơi nước từ môi trường không khí) và thấm ẩm (cho hơi nước xuyên qua).
Nước là loại điện môi cực tính mạnh, hằng số điện môi tương đối £ = 80 - 81, độ điện dẫn Ỵ 18 =10"5 -T- 10"6 (1/cm) nên khi vật liệu cách điện bị ngấm ẩm thì phẩm chất cách điện bị giảm sút tràm trọng. Hơi ẩm trong không khí còn có thể ngưng tụ trên bề mặt điện môi, đó là nguyên nhân khiến cho điện áp phóng điện bề mặt có trị số rất thấp so với điện áp đánh thủng. - Độ ẩm của không khí Trong không khí luôn chứa hơi ẩm, lượng ẩm trong không khí được xác định bởi tham số gọi là độ ẩm của không khí. Độ ẩm gồm có độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tương đối.
+ Độ ầm tuyệt đổi: Độ ẩm tuyệt đối là khối lượng hơi nước trong 1 đơn vị thể tích không khí (g/m3). Ở nhiệt độ xác định, độ ẩm tuyệt đối không thể vượt qua m ax (mmax được gọi là độ ẩm bão hoà). Nếu khối m lượng nước nhiều hơn giá trị mmax thì hơi nước sẽ rơi xuống dưới dạng sương. + Độ ẩm tương đối, (p%) Độ ẩm tương đối RH hoặc Ø là tỷ lệ giữa áp suất riêng phần của hơi nước(PH20) và áp suất hơi bão hào của nước (P*H20) ở cùng nhiệt độ, được thể hiện bằng tỷ lệ phần trăm: 𝑃𝐻2 𝑂 ∅= 𝑃𝐻∗2 𝑂 Độ ẩm tương đối thường được biểu thị bằng phần trăm; không khí càng ẩm, độ ẩm tương đối càng cao.
Khi độ ẩm tương đối đạt 100%, không khí đã bão hòa hơi nước và đang ở điểm sương. Độ ẩm tương đối khác với độ ẩm tuyệt đối – được định nghĩa là khối lượng của hơi nước có trong 1 m3 không khí. Độ ẩm tuyệt đối chưa cho biết mức độ ẩm của không khí vì ở nhiệt độ càng thấp thì hơi nước trong không khí càng dễ đạt trạng thái bão hòa. Do vậy, để mô tả mức độ ẩm của không khí, người ta dùng độ ẩm tương đối.
Độ ẩm tương đối có thể được đo bằng những thiết bị đo độ ẩm, gọi là ẩm kế. * Độ ẩm của vật liệu Độ ẩm của vật liệu là lượng hơi nước trong một đơn vị trọng lượng của vật liệu. Khi đặt mẫu vật liệu cách điện trong môi trường không khí có độ ẩm cp% và nhiệt độ t (°C) thì sau một thời gian nhất định, độ ẩm của vật liệu sẽ đạt tới giới hạn được gọi là độ ẩm cân bằng. Nếu mẫu vật liệu vốn khô ráo được đặt trong môi trường không khí ẩm thì vật liệu sẽ bị ẩm, nghĩa là nó hút hơi ẩm trong không khí khiến cho độ ẩm sẽ tăng dàn tới trị số cân bằng * Tính thẩm ẩm Tính thấm ẩm là khả năng cho hơi ẩm xuyên thấu qua vật liệu cách điện.
Khi vật liệu bị 19 thấm ẩm thì tính năng cách điện của nó giảm. Nếu vật liệu không thấm nước sẽ hấp thụ trên bề mặt một lượng nước hoặc hơi nước. Căn cứ vào góc biên dính nước 0 của giọt nước trên bề mặt phẳng của vật liệu (hình 3.6), người ta chia vật liệu cách điện hấp thụ tốt và hấp thụ yếu. 0 < 90°: vật liệu hấp thụ tốt.
0 > 90°: vật liệu hấp thụ yếu. Vật liệu hấp phụ tốt sẽ dễ bị phóng điện, dòng dò lớn do pị (yT). Sự hấp thụ của vật liệu cách điện phụ thuộc vào loại vật liệu, kết cấu vật liệu, áp suất, nhiệt độ, độ ẩm,.của môi trường. Nhân xét Qua phân tích, ta thấy rằng tính hút ẩm của vật liệu cách điện không những phụ thuộc vào kết cấu và loại vật liệu mà nó còn phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, độ ẩm.của môi trường làm việc.
Nó sẽ làm biến đổi tính chất ban đàu của vật liệu dẫn đến lão hóa và làm giảm phẩm chất cách điện của vật liệu, tgôT, có thể dẫn đến phá hỏng cách điện. Đặc biệt là đối với các vật liệu cách điện ở thể rắn. Để hạn chế nguy hại do hơi ẩm đối với vật liệu cách điện càn sử dụng các biện pháp sau đây: - Sấy khô và sấy trong chân không để hơi ẩm thoát ra bên ngoài. - Tẩm các loại vật liệu xốp bằng sơn cách điện.
Sơn tẩm lấp đày các lỗ xốp khiến cho hơi ẩm một mặt thoát ra bên ngoài, mặt khác làm tăng phẩm chất cách điện của vật liệu. - Quét lên bề mặt các vật liệu rắn lớp sơn phủ nhằm ngăn chặn hơi ẩm lọt vào bên trong. - Tăng bề mặt điện môi, thường xuyên vệ sinh bề mặt vật liệu cách điện, tránh bụi bẩn bám vào. Tính chất cơ học của vật liệu cách điện Trong nhiều trường hợp thực tế, vật liệu cách điện còn phải chịu tải cơ học, do đó khi nghiên cứu vật liệu cách điện càn xét đến tính chất cơ học của nó.
Khác với vật liệu dẫn điện kim loại có độ bền kéo ơk, nén ơn và uốn ơu hàu như gần bằng nhau, còn vật liệu cách điện, các tham số trên chênh lệch nhau khá xa. Căn cứ các độ bền này, người ta tính toán, chế tạo cách điện phù hợp với khả năng chịu lực tốt nhất của nó. Ví dụ: Thuỷ tinh có độ bền nén ơn= 2.104 kG/cm2 trong khi độ bền kéo ơk = 5. Vì thế tìiuỷ tinh thường được dùng vật liệu cách điện đỡ.
Ngoài ra, khi chọn vật liệu cách điện cũng càn phải xét đến khả năng chịu va đập, độ rắn, độ giãn nở theo nhiệt của vật liệu. Đặc biệt chú ý khi gắn các loại vật liệu cách điện với 20 nhau cần phải chọn vật liệu có hệ số giãn nở vì nhiệt gần bằng nhau. Tính hóa học của vật liệu cách điện Tính chịu nhiệt của vật liệu cách điện là khả năng chịu tác dụng của nhiệt độ cao và sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ. Mỗi loại vật liệu cách điện chỉ chịu được một nhiệt độ nhất định (tức là có độ bền chịu nhiệt độ nhất định).
Độ bền chịu nhiệt được xác định theo nhiệt độ làm thay đổi tính năng của vật liệu cách điện. Đối với vật liệu cách điện vô cơ, độ bền chịu nhiệt được biểu thị bằng nhiệt độ mà nó bắt đàu có sự biến đổi rõ rệt các phẩm chất cách điện như tổn hao tgô tăng, điện trở cách điện giảm sút.