Giáo Trình Vật Liệu Điện Nghề Điện Công Nghiệp Trình Độ TCCĐ

Giáo trình kỹ thuật về vật liệu điện nghề điện công nghiệp trình độ tccđ, biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến nâng cao.

• Tác giả: Ks. Trần Đinh Dương
• Trường học: Trường Cao Đẳng Nghề Phú Yên
• Chuyên ngành: Điện Công Nghiệp
• Đề tài: Giáo Trình Vật Liệu Điện
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Tuy Hòa

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình vật liệu điện nghề điện công nghiệp

Giáo trình vật liệu điện nghề điện công nghiệp trình độ TCCĐ là tài liệu quan trọng giúp học viên nắm vững kiến thức về các loại vật liệu điện. Tài liệu này không chỉ cung cấp lý thuyết mà còn hướng dẫn thực hành, giúp học viên áp dụng kiến thức vào thực tế. Nội dung giáo trình được biên soạn bởi KS Trần Đinh Dương, với mục tiêu trang bị cho học viên những kiến thức cơ bản về cấu tạo và ứng dụng của vật liệu điện trong ngành điện công nghiệp.

1.1. Mục tiêu và ý nghĩa của giáo trình vật liệu điện

Giáo trình nhằm giúp học viên nhận dạng và phân loại các loại vật liệu điện thông dụng. Học viên sẽ hiểu rõ về đặc tính và ứng dụng của từng loại vật liệu, từ đó nâng cao hiệu quả công việc trong ngành điện công nghiệp.

1.2. Cấu trúc và nội dung chính của giáo trình

Giáo trình được chia thành các chương, mỗi chương tập trung vào một loại vật liệu điện cụ thể như vật liệu cách điện, vật liệu dẫn điện và vật liệu dẫn từ. Mỗi chương đều có phần lý thuyết và thực hành, giúp học viên có cái nhìn toàn diện.

II. Thách thức trong việc sử dụng vật liệu điện trong ngành điện công nghiệp

Ngành điện công nghiệp đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc lựa chọn và sử dụng vật liệu điện. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ yêu cầu các vật liệu điện phải đáp ứng được các tiêu chuẩn cao về chất lượng và hiệu suất. Việc không nắm rõ đặc tính của vật liệu có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị và giảm hiệu quả công việc.

2.1. Các vấn đề thường gặp khi sử dụng vật liệu điện

Học viên cần nhận diện các vấn đề như hư hỏng vật liệu do môi trường, sự không tương thích giữa các loại vật liệu, và các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẫn điện. Những vấn đề này có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành.

2.2. Giải pháp khắc phục các vấn đề liên quan đến vật liệu điện

Để khắc phục, cần có sự nghiên cứu kỹ lưỡng về đặc tính của từng loại vật liệu. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và điều kiện môi trường là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ bền của thiết bị.

III. Phương pháp lựa chọn vật liệu điện hiệu quả trong công nghiệp

Việc lựa chọn vật liệu điện phù hợp là một trong những yếu tố quyết định đến thành công trong ngành điện công nghiệp. Các phương pháp lựa chọn vật liệu cần dựa trên các tiêu chí như tính dẫn điện, khả năng cách điện, và độ bền của vật liệu.

3.1. Tiêu chí lựa chọn vật liệu điện

Các tiêu chí bao gồm khả năng dẫn điện, độ bền cơ học, khả năng chịu nhiệt và độ ổn định hóa học. Học viên cần nắm rõ các tiêu chí này để đưa ra quyết định chính xác.

3.2. Quy trình đánh giá vật liệu điện

Quy trình đánh giá bao gồm việc thử nghiệm các đặc tính của vật liệu trong điều kiện thực tế. Việc này giúp xác định khả năng ứng dụng của vật liệu trong các thiết bị điện cụ thể.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu điện trong ngành điện công nghiệp

Vật liệu điện có vai trò quan trọng trong việc sản xuất và vận hành các thiết bị điện. Các ứng dụng thực tiễn của vật liệu điện không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng.

4.1. Các loại vật liệu điện thông dụng và ứng dụng của chúng

Các loại vật liệu như đồng, nhôm, và vật liệu cách điện được sử dụng rộng rãi trong ngành điện công nghiệp. Mỗi loại vật liệu có những ứng dụng riêng biệt, từ dây dẫn đến thiết bị cách điện.

4.2. Kết quả nghiên cứu về vật liệu điện

Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng vật liệu điện chất lượng cao có thể giảm thiểu hư hỏng thiết bị và tiết kiệm năng lượng. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và tương lai của giáo trình vật liệu điện

Giáo trình vật liệu điện nghề điện công nghiệp trình độ TCCĐ không chỉ cung cấp kiến thức cơ bản mà còn định hướng cho học viên trong việc áp dụng vào thực tiễn. Tương lai của ngành điện công nghiệp sẽ phụ thuộc vào việc phát triển và ứng dụng các vật liệu điện mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.

5.1. Tầm quan trọng của việc cập nhật kiến thức về vật liệu điện

Việc cập nhật kiến thức về vật liệu điện là cần thiết để theo kịp sự phát triển của công nghệ. Học viên cần thường xuyên tham khảo tài liệu và nghiên cứu các xu hướng mới trong ngành.

5.2. Hướng phát triển của giáo trình trong tương lai

Giáo trình sẽ được cập nhật thường xuyên để phản ánh những thay đổi trong công nghệ và nhu cầu của ngành điện công nghiệp. Điều này giúp học viên luôn có kiến thức mới và phù hợp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 1. Trình bày cấu tạo nguyên tử, phân tử, phân biệt chất trung tính và ch ất cực tính ? 20 GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU ĐIỆN Biên soạn KS Trần Đinh Dương 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 me= 9,1. Tính năng lượng một nguyên tử biết me= 9,1. Trình bày cách phân loại vật liệu điện ? 21 GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU ĐIỆN Biên soạn KS Trần Đinh Dương CHƯƠNG 2 : VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN Mục tiêu: Nhận dạng, phân loại chính xác các loại vật liệu cách điện dùng trong công nghiệp và dân dụng. Trình bày được các đặc tính cơ bản của một số loại vật liệu cách điện thường dùng.

Sử dụng phù hợp các loại vật liệu cách điện theo từng yêu cầu kỹ thuật cụ thể. Xác định được các nguyên nhân gây ra hư hỏng và có phương án thay thế khả thi các loại vật liệu cách điện thường dùng.KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 2.1 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 d ẫn γ 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, • 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 ph ần tử kim lo ại không thể giữ chặt được trong không khí. Vật liệu cách điện rắn còn được phân thành các nhóm: cứng, đàn h ồi, có s ợi, băng, màng mỏng. Ở giữa thể lỏng và thể rắn còn có một thể trung gian gọi là thể m ềm nhão như: các vật liệu có tính bôi trơn, các loại sơn tẩm.

Phân loại theo thành phần hóa học Theo thành phần 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. 22 GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU ĐIỆN Biên soạn KS Trần Đinh Dương  Nhóm có nguồn gốc trong thiên nhiên sử dụng các hợp chất cơ bản có trong thiên nhiên, hoặc giữ nguyên thành phần hóa học nh ư: 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.2 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN Khi lựa chọn, sử dụng vật liệu cách điện cần phải chú ý đến không những các phẩm chất cách điện của nó mà còn phải xem xét tính ổn định của nh ững ph ẩm 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 v ật li ệu cách đi ện b ị gi ảm sút liên tục, người ta gọi đó là sự lão 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 cần phải nghiên cứu về tính chất cơ lý hoá, nhi ệt c ủa v ật li ệu cách đi ện 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 đ ối ε = 80 ÷ 81, độ điện dẫn γ =10-5 ÷ 10-6 (1/cm) nên khi vật liệu cách điện bị ngấm ẩm thì ph ẩm chất cách điện bị giảm sút trầm 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 th ấp so v ới đi ện 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 ẩm tuyệt đối: Độ ẩm tuyệt đối là khối lượng hơi nước trong 1 đơn vị th ể tích không khí (g/m3). Ở nhiệt độ xác định, độ ẩm tuyệt đối không thể vượt qua m max (mmax được gọi là độ ẩm bão hoà). Nếu khối lượng nước nhiều hơn giá trị m max thì hơi nước sẽ rơi xuống dưới dạng sương.

23 GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU ĐIỆN Biên soạn KS Trần Đinh Dương Quan hệ giữa độ ẩm bão hòa và nhiệt độ cho trên hình 3. Quan hệ giữa độ ẩm bào hoà mmax theo nhiệt độ b. Độ ẩm tương đối, ϕ% m Độ ẩm tương đối là tỷ số: ϕ% = .100% (3-12) mmax Ở trạng thái bão hòa của hơi nước trong không khí s ẽ có ϕ % = 100%. Thường các ẩm kế chỉ cho số liệu về độ ẩm tương đối ϕ % nên khi cần xác định độ ẩm tuyệt đối sẽ phải tính theo công thức: ϕ%.

Như vậy, từ các số liệu về độ ẩm tương đối và nhiệt độ của không khí có thể xấc định được độ ẩm tuyệt đối m (bằng cách tính toán, tra bảng số, đồ thị. Theo quy ước quốc tế, điều kiện khí hậu chuẩn của không khí được qui định: Áp suất p = 760 mmHg. Độ ẩm tuyệt đối m = 11g/m3 (độ ẩm tương đối ϕ % khoảng 60 ÷ 70%). Khí hậu Việt Nam khác xa với khí hậu chuẩn.

Khí hậu Vi ệt Nam thuộc vùng khí hậu nhiệt đới. Ở miền Bắc, nhiệt độ trung bình hàng năm là 22,7 0C, nhiệt độ cực đại có thể đạt tới 42,80C. Độ ẩm thường xuyên cao là một trong các đặc điểm 24 GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU ĐIỆN Biên soạn KS Trần Đinh Dương nổi bật của khí hậu nước ta. Độ ẩm tuyệt đối trung bình hàng năm ở đồng b ằng Bắc bộ là m = 24 ÷ 26 g/m3, trong các tháng hè có thể lên tới 30 ÷ 33g/m3 và trong các tháng mùa đông cũng tới mức 13 ÷ 17g/m3.

Độ ẩm của vật liệu ψ Độ ẩm của vật liệu ψ 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 ϕ% và nhiệt độ t (0C) thì sau một thời gian nhất định, độ ẩm của vật liệu ψ sẽ đạt tới giới hạn được gọi là độ ẩm cân bằng (ψcb). Nếu mẫu vật liệu vốn khô ráo được đặt trong môi trường không khí ẩm (vật liệu có độ ẩm ban đầu ψ < ψcb) thì vật liệu sẽ bị ẩm, nghĩa là nó hút hơi ẩm trong không khí khiến cho độ ẩm sẽ tăng dần tới trị số cân bằng ψcb như đường 1 trên hình 3. ψ Ngược lại, khi mẫu vật liệu đã bị ẩm trầm trọng (có độ ẩm 2 (vật liệu sấy khô) ban đầu ψ > ψcb) thì độ ẩm mẫu ψcb sẽ giảm tới trị số ψcb như đường 1 (vật liệu ngấm ẩm) 2 trên hình 3.7 Đối với vật liệu xốp, loại vật liệu có khả năng hút ẩm rất mạnh, người ta đưa ra độ ẩm quy ước.

Đó là trị số ψcb khi vật liệu được đặt trong không khí ở điều kiện khí hậu chuẩn. Tính thấm ẩm Tính thấm ẩm là khả năng cho hơi ẩm xuyên thấu qua vật li ệu cách đi ện. Khi vật liệu bị thấm ẩm thì tính năng cách điện của nó giảm: ρ↓ (γ↑), ε↑, tgδ↑→Eđt↓. Nếu vật liệu không thấm nước sẽ hấp thụ trên bề mặt một lượng n ước hoặc hơi nước.

Căn cứ vào góc biên dính nước θ 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. θ < 900: vật liệu hấp thụ tốt (hình 3. 25 GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU ĐIỆN Biên soạn KS Trần Đinh Dương θ > 900: vật liệu hấp thụ yếu (hình 3.8 Vật liệu hấp phụ tốt sẽ dễ bị phóng điện, dòng dò lớn do ρ↓ (γ↑). Sự hấp thụ của vật liệu cách điện phụ thuộc vào loại vật liệu, kết cấu vật li ệu, áp su ất, nhi ệt độ, độ ẩm,.của môi trường.

Nhận xét Qua phân tích, ta thấy rằng tính hút ẩm của vật liệu cách đi ện không nh ững phụ thuộc vào kết cấu và loại vật liệu mà nó còn ph ụ thu ộc vào nhi ệt đ ộ, áp su ất, độ ẩm.của môi trường làm việc. Nó sẽ làm biến đổi tính ch ất ban đ ầu c ủa v ật liệu dẫn đến lão hóa và làm giảm phẩm chất cách điện của vật liệu, tg δ↑, 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 cần 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 t ẩm lấp đ ầy các l ỗ x ốp khiến cho hơi ẩm một mặt thoát ra bên ngoài, mặt khác làm tăng ph ẩm ch ất cách điện của vật liệu.  Quét lên bề mặt các vật liệu rắn lớp sơn phủ nhằm ngăn ch ặn hơi ẩm lọt vào bên trong.  Tăng bề mặt điện môi, thường xuyên vệ sinh bề mặt vật li ệu cách đi ện, tránh bụi bẩn bám vào làm tăng khả năng thấm ẩm có thể gây phóng đi ện trên bề mặt.

Tính chất cơ học của vật liệu cách điện 26 GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU ĐIỆN Biên soạn KS Trần Đinh Dương  Trong nhiều trường hợp thực tế, vật liệu cách điện còn phải chịu tải cơ h ọc, do đó khi nghiên cứu vật liệu cách điện cần xét đến tính chất cơ học của nó.