电工基础-电工材料.ppt

内容提要：,导电材料 绝缘材料 磁性材料 其他材料 常用电工材料的识别,常用电工材料分类,电工材料,导电材料：如银、铜、铝、铁、锡、铅等金属,半导体材料：如硅、锗等,绝缘材料：如空气、变压器油、橡胶、塑料、陶瓷,磁性材料：如纯铁、硅钢、铁镍合金、铁氧体等,其他材料：如胶黏剂、润滑剂、清洗剂等,第一部分： 导电材料,1.1 导体材料概述 1.导电材料：一般是指专门用于传导电流的材料。 导电材料主要用于构建电网和各类电工产品中电能传输。 2.导电材料材质：主要有金属、合金和某些非金属。 3.导电材料分类：电线电缆、电阻电热材料、触点材料、电刷制品和其他导电材料等。,4.导电材料的主要技术要求： 电阻率小（降低输电损耗）； 机械强度高（牢固可靠）； 导热性能好（利于散热）； 密度较小（材料重量低）； 热膨胀系数小（适应不同温度环境）； 易加工、易焊接（便于施工）； 耐腐蚀、不氧化（使用寿命长）等。 5.金属导电材料特点： 导电性好, 机械强度高, 不易氧化和腐蚀, 容易加工和焊接。 金属中导电性能最佳的是银， 其次是铜、 铝。 铜和铝是工业上最主要的导电金属材料。,表 1 常用金属材料性能表,铜 特性：导电性能好, 机械强度高, 延展性良好, 便于加工, 容易焊接。 电阻率=1.6910-8m，密度=8.9g/cm3 广泛用于制造变压器、 电机和各种电器的线圈。,铝 特性：导电性能较好, 延展性良好, 不易氧化, 不容易焊接。 电阻率=4.7710-8m，密度=2.7g/cm3 同样长度、电阻值一样时，铝导线的截面积约是铜导线的1.69倍。,1.2 铜铝材料电线电缆 1.2.1 电线电缆及类型 电线电缆是一类用以传输电能和实现电磁能转换的线材。 电线电缆类型：裸导线、电磁线、电力电缆、电气装备用电线电缆、通讯电缆五大类。,电线与电缆：一般将芯数少、直径小、结构简单的电传输线称为电线。其他的称为电缆。 分为通用电线电缆和专用电线电缆两大类。 1.2.2 电缆的结构、材料 电缆：一般为多芯、有护套的绝缘导线束。 多芯电缆结构：从内到外：导体-绝缘层-内护层-衬层-铠装层-外护层。,1.2.3 裸导线 裸线只有导体部分, 没有绝缘和护层结构。按产品的形状和结构不同, 裸线分为裸单线、 裸绞线、软接线、型线四种。 1.裸单线 可分为普通线、镀（锡、银）层线、包覆（铝包钢）线等。 1）命名方法： 镀（包覆）层+外形+材质+线 例：圆铜线；镀锡扁铜线；铝包钢芯圆单线等。,2）型号编制方法： 材质+外形（圆形省略）+硬度+镀层 材质：G-钢；L-铝；T-铜；H-合金；X-锡。 外形：B-扁形；D-带型； 硬度：Y-硬；R-软 例：TR-软圆铜线；TBY-硬铜扁线；TRX-镀锡软圆铜线等。 规格表示：圆线用截面直径（或截面积）表示；扁形以厚b*a宽表示。 例：TR型线，标称直径1.03mm；标称面积3.5mm2；TBY型线，2*4mm,裸电线,2.裸绞线 裸绞线由多股单线绞合而成。与单线相比，柔软、抗拉强度高。,1）命名方法： 材质+软硬+构造 例：铝绞线；铜软绞线；钢芯铝绞线。 2）型号编制方法： 材质+构造+绞线 材质：G-钢；L-铝；T-铜；H-合金；X-锡。 构造：J-绞线；加强； 例：LGJJ-加强型钢芯铝绞线；TJ-硬铜绞线。 规格表示：用截面面积（mm2）表示，也可加单线根数/直径。 例：TJ型线，标称截面120mm2；49/2.85mm,3.软接线 软接线由质地柔软的铜绞线编制而成。主要用于振动弯曲场合。 型号与命名方法见表：,4. 型线 型线是非圆形截面的裸电线， 其常用品种见表。,1.2.4 电磁线 电磁线是专用于电-磁能互换场合的有绝缘层的导线。一般用于电机、变压器及电工仪表中的线圈绕组。 常用电磁线的导电线芯有圆线和扁线两种, 一般采用铜线。 常用电磁线有漆包线和绕包线两类。 1. 漆包线 漆包线的绝缘层是漆膜（Q-绝缘漆；QQ-缩醛、QZ-聚酯、QA-聚氨酯、QH-环氧）。广泛应用于中小型电机及微电机、 干式变压器和其他电工产品中。,2.绕包线 绕包线用绝缘物（ B-玻璃丝、 Z-绝缘纸、 M-合成树脂薄膜）等紧密绕包在导电线芯上,形成绝缘层； 也有在漆包线上再绕包绝缘层的。,1.2.5 电气设备用电线电缆 是指用于一般电气设备的带绝缘层的导线的总称。 线芯为铜、铝；绝缘层、内外护套一般为聚乙烯、聚氯乙烯、橡胶；户外用有铠装。信号用有屏蔽。,2.常用电线电缆 1）橡皮绝缘电线 用于交流500V/直流1000V电气设备和建筑物室内布线。 线芯有单芯及多芯，导体有铜、铝；绝缘用橡胶；工作温度65 BLXF-铝芯氯丁橡皮线；BXF-铜芯氯丁橡皮线；BXR-铜芯橡皮软线；BLX-铝芯橡皮线；BX-铜芯橡皮线,2）塑料绝缘电线 用于交流500V/直流1000V电气设备、电工仪表、照明线路。可用于室外、室内及埋地敷设。工作温度-1565 导体有铜、铝；线芯有单芯及多芯，多芯有护套。 BV、BLV、BVV、BLVV、BVR型聚氯乙烯绝缘线。 RV、RVB、RVS、RVV型聚氯乙烯绝缘软线。 2）耐热电线 RVR-105型聚氯乙烯绝缘软线。长期工作温度-15105 AF、AFP型氟塑料绝缘耐热电线。长期工作温度-60250,4）屏蔽电缆 有铜网、铜箔屏蔽层，用于防止电磁波干扰。用于电器、电子、仪表、通讯、计算机等。电压等级250V/500V。工作温度65/105 /250 线芯有单芯及多芯，导体有铜、铝；绝缘用塑料或橡胶； BVP、BVVP、RVPRVVP-聚氯乙烯绝缘屏蔽线 FNP、AVP-氟塑料、尼龙绝缘屏蔽线。,5）通用电缆 Y系列移动式通用橡套软电缆，用于移动设备及场合。 YQ（轻型），YZ（中型），YC（重型），电压等级300/500/750V，工作温度有65。YCW、YZW、YQW户外型，耐油抗老化。 系列固定敷设农用电缆，用于农村配电及线路电气设备。 NLV、NLVV直埋铝芯聚氯乙烯绝缘/护套线。电压等级450/750V，工作温度有0-70。 K系列信号控制电缆，用于控制信号和测量线路。 线芯一般为铜，芯数2-96，绝缘聚乙烯、聚氯乙烯、橡胶。电压等级600/1000V，工作温度有65。,1.2.6 电力电缆 是指用于高低压输电、配电网的带绝缘层的导线。用于在市区、厂区及不便用架空输电线的场合。 1.电力电缆特点 (1) 承受电压高； (2) 传输电功率大、电流大。 (3) 具有一定的机械强度和可弯曲性。 2.电力电缆类型 (1) 油浸纸质绝缘电缆； (2) 塑料(聚氯乙烯）绝缘电力电缆。 (3) 橡胶绝缘电力电缆,电力电缆：线芯一般为铜、铝；绝缘层、内外护套一般为聚乙烯、聚氯乙烯、橡胶；户外用有铠装。芯数有1、2、3、3+1、4、4+1等。,1.2.7 通讯电缆 是指用于传输电话、广播、电视、数据等电信息用的绝缘电缆。多用于地下埋管敷设。 1.电力电缆特点 (1) 承受电压低； (2) 传输电功率小、频率高。 (3) 芯数多。 2.电力电缆类型 (1) 市内通信电缆（对称电缆），传输音频； (2) 长途对称电缆。多芯长距，传输载波信号，几百千赫。 (3) 干线电缆，一般为同轴电缆。 (4) 纤维光缆。非电缆。,专用电缆,同轴电缆,扁平电缆,光缆,市话电缆,网线电缆（超五类电缆）,通讯电缆：主要用于特殊检测仪表电信号连接、特殊设备（如视频设备、DCS设备、现场总线设备等）信号的传递。多采用0.75mm2、1.0mm2铜芯多对屏蔽线。 如KJCP屏蔽控制电缆，芯数有2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、40、48、60芯多种规格。,1.3 特殊导电材料 1.3.1 电热材料 用于制造加热设备中的发热元件, 可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。 1.对电热材料的基本要求： (1) 电阻率高，功率大。 (2) 在高温时具有足够的机械强度和良好的抗氧化性能。 (3) 具有足够的耐热性，以保证在高温下不变形； (4) 高温下的化学稳定性， 不与炉内气氛发生化学反应等。 (5) 热膨胀系数小，热胀冷缩小。 2.电热材料分类： 可分为金属电热材料和非金属电热材料两大类。 如镍铁合金（350500）、铁铬铝合金（10001200）、镍铬合金（11501250）、石墨（3000）、碳化硅（1450）等。,3、电热管,1.3.2 熔体材料 熔体材料（保险丝）装在熔断器内, 当设备短路、过载，电流超过熔断值时，经过一定时间自动熔断，保护设备。短路电流越大、熔断时间越短。 1、常用熔体材料及参数： 常用低熔点材料：银Ag、铅Pb、锡Sn、铋Bi、镉Cd，或其合金。 额定电流：溶体能够长期正常工作不熔断的电流。 熔断电流：电流超过熔断电流时，经过一定时间自动熔断。通用铅锡合金熔断丝的熔断电流是额定电流的1.32倍。 2、熔断材料的选用： (1)阻性负载（电热器)：熔丝额定电流为负荷额定电流的1.32倍。 (2)感性负载（电动机）：熔丝额定电流为负荷额定电流的3倍。 (3)电焊机负载：熔丝额定电流为焊机功率（kW）数的46倍。,1.3.3 电阻合金 电阻合金电阻的温度系数低, 阻值稳定，抗氧化性好、 焊接性能好。 电阻合金按其主要用途可分为调节元件用、 电位器用、 精密元件用及传感元件用四种。,(1) 调节元件用电阻合金主要用于电流 ( 电压) 调节与控制元件的绕组, 常用的有康铜（Ni 30%-41%，Mn 1%-2%）、新康铜（Al 2.5%-4.5%，Mn 10%-12.5%，Ge1%-1.6%）、铁铬合金（Cr 12%-15%，Al 14%-16%）等。 (2) 电位器用电阻合金主要用于各种电位器及滑线电阻，一般采用康铜、 镍铬基合金和滑线锰铜。,第二部分 绝缘材料,2.1 绝缘材料的主要性能、种类 绝缘材料的主要作用是隔离带电的或不同电位的导体, 使电流能按预定的方向流动。 绝缘材料大部分是有机材料, 其耐热性、 机械强度和寿命比金属材料低得多。 2.1.1 绝缘材料的分类 (1) 气体绝缘材料：空气、氮气、二氧化碳，六氟化硫等。 (2) 液体体绝缘材料：变压器油、断路器油、电缆油等。 (3) 固体绝缘材料：绝缘漆、胶、纸，云母，塑料，陶瓷，橡胶。,2.1.2 绝缘材料的主要性能: (1)电阻率（m）：反映材料的绝缘性能。 (2) 绝缘强度：绝缘材料在外加电压下被击穿（绝缘材料上的电流剧增，失去绝缘性能）时的电场强度，kV/mm (3) 耐热性能：按长期正常工作允许的最高温度，分为： Y级180(粘合的石英、云母、电瓷等无机材料） (4)机械强度：抗张、 抗压、 抗弯、 抗剪、 抗撕、 抗冲击等强度指标。,2.1.3 绝缘材料的型号: 第一位数字为分类代号; 第二位数字表示同一分类中的不同品种; 第三位数字为耐热等级代号; 第四位数字为同一种产品的顺序号， 用以表示配方、 成分或性能上的差别。,2.2 气体绝缘材料 2.2.1 气体绝缘材料特点 (1)化学性质稳定，惰性大，无腐蚀，无毒。 (2)不燃不爆，不易分解。 (3)热稳定性高，导热性好， (4)击穿电压强度高，击穿后自动迅速回复绝缘。 (5)容易制取，成本低。 2.2.2 常用绝缘气体 1. 空气 特点：电阻率：1016.m （高）；直流击穿场强：3.3kV/mm （偏低）；不燃不爆，物理化学性质稳定，无需制备。 降低空气压力、湿度，减少电极尖锐，可提高击穿场强 2. 六氟化硫SF6 特点：不燃不爆，无色无臭、绝缘性能高、击穿场强大（空气2.22.5倍）、灭弧能力强（空气100倍） ，热稳定性、化学稳定性好。,2.3 液体绝缘材料 2.3.1 绝缘油 绝缘油有矿物油（石油炼成品）、合成油两类。与气体比，其击穿场强高，传热好，用来隔离绝缘电器件、导热冷却双重作用。. 常用于电力变压器、少油断路器、高压电缆、油浸纸电容器。 常用变压器油DB、开关油DV、电容器油DD、电缆油DL等，其击穿场强分别达到1623kV/mm。,使用注意： 在贮存、运输和运行过程中，防止绝缘油污染和老化。主要措施：用氮气隔离，防止接触空气氧化；使用干燥剂防止吸收潮气，防止日光照射，加装散热管防止设备过热使油裂解。变压器在检修时要对绝缘油进行过滤净化。,2.3.2 绝缘漆 1. 浸渍漆 用来浸渍电机、电器的线圈和绝缘零部件，以填充其间隙，干固后可显著提高其电气及机械强度。 常用：醇酸浸渍漆，三氯氰胺醇酸浸渍漆，油改性聚酯浸渍漆，有机硅浸渍漆。 2.漆包线漆 用于漆包线的涂覆绝缘。主要有聚酯漆包线漆和聚氨酯漆包线漆。,3. 覆盖漆 用于涂覆经浸渍处理后的线圈和绝缘零件， 在其表面形成连续而均匀的漆膜，作为绝缘保护层, 以防止机械损伤和化学侵蚀。 常用：醇酸漆、醇酸瓷漆、环氧酯漆、环氧酯瓷漆、有机硅瓷漆等。 3. 硅钢片漆 用以降低硅钢片铁心的涡流损耗, 增强防锈及腐蚀，耐油, 防潮性。 特点：附着力强， 漆膜薄， 坚硬， 光滑， 厚度均匀。,2.4 固体绝缘材料 2.4.1 绝缘胶 绝缘胶与无溶剂漆相似，但粘度大，并加有填料。用于浇注电缆接头、套管、20kV以下电力互感器等。 绝缘胶主要有电器浇注胶、电缆浇注胶两类。由树脂加固化剂制成。,2.4.2 绝缘纤维制品 1、绝缘纸 主要有：电话纸（用于电信电缆、电机绝缘）、电缆纸DL、GDL（用于35110kV电缆绝缘）、电容器纸B、BD（工业电容器用） 。 材料：木、棉、聚酯、聚酰胺纤维抄纸，可以浸油或树脂。 特点：绝缘性能优良，厚度薄而均匀，面积易控制。 2、 绝缘纤维布 主要有：玻璃纤维、锦纶、涤纶纤维织成的布带，主要用于包线、线圈绑扎、电缆保护内衬等。 特点 ：强度高、弹性好、易捆扎、耐热性好。,2.4.3 电工层压制品 以多层绝缘纤维纸、布浸涂胶粘剂，经热压而成的板/管/棒状绝缘材料。 特点：成型简单、耐热、耐油、耐电弧，绝缘强度、机械高。 常用基材：木纤维纸、玻璃丝布；胶黏剂：环氧/酚醛/有机硅树脂。,2.4.4 电工用橡胶 绝缘性、弹性、柔软性好，主要用于电缆绝缘层和外护套及电工工具。 1、天然橡胶 特点：抗张强度、抗撕性、回弹性好，不耐热、不耐油，易燃易老化。主要用于柔软、弯折和弹性高的电缆护套。耐压6kV，使用温度65。 2、合成橡胶 丁苯橡胶：耐热性，抗弯曲开裂、耐磨性好，弹性、抗拉性、耐寒性差。一般与天然橡胶混合使用。主要用于电缆内层绝缘。 氯丁橡胶：阻燃、耐老化、耐油，电气性能差。 氯磺化聚乙烯：电气性能、阻燃性好，耐油、 耐磨、耐酸碱、耐老化。,2.4.4 电工用塑料 电工塑料是用合成树脂、高分子材料及填料，热压制成的绝缘零件。 特点：电气性能优良、机械强度高、易于模具加工。 1、酚醛塑料 俗称电木，是一种硬而脆的热固性塑料。机械强度高，坚韧耐磨，尺寸稳定，耐腐蚀，电绝缘性能优异。 适于制作电器、仪表的绝缘件。,2、ABS 塑料： 由苯乙烯、丁二烯、丙烯晴共聚而成，电气性能优良、尺寸稳定、硬度高、易于加工，耐温性差。可注射、挤出、模具成型。 一般用于制作仪表、电器、电工工具及电机零件或外壳。,3、聚酰胺（尼龙）： 电气性能、机械性能好，耐磨、耐油、耐冲击，韧性好，自润滑。可注射、挤出、浇注成型或喷涂。 一般用于插座、线圈骨架、电缆护层。 4、有机玻璃： 电气性能、机械性能好，易加工。耐磨、耐热性差，性脆。可溶于丙酮、氯仿等有机溶剂。用于制作一般电器零件。,4、电线电缆用热塑性塑料 聚乙烯（PE）：电气性能优异、结构稳定、耐潮、耐寒性优良，软化温度低，工作温度70 聚氯乙烯（PVC），电气、机械性能优异，结构稳定，不延燃、成本低、加工方便。 5、绝缘胶带 由柔软的塑料、橡胶、纤维布涂胶制成的卷带。 特点：电气性能好，厚度薄（0.050.5mm）、柔软、耐潮、防水、有自粘性。常用于电缆、电线连接绝缘恢复，电机、线圈绕包绝缘。 聚乙烯胶带：电气性能、机械性能好，粘结力强，耐热性低于90 聚酰亚胺胶带：电气性能、机械性能好，耐热性好180 织物粘带（黑胶布）：用棉布、玻璃丝布涂胶，耐热性、耐寒性好。 无底材橡胶粘带：电气性能好，粘结力强，耐潮、防水、抗震性好，抗拉强度低。,2.4.4 玻璃、陶瓷与云母 1、电工用玻璃： 普通玻璃含有钾或钠氧化物属于碱玻璃，性能比纯石英玻璃差。 常温下玻璃的绝缘性能很高，但玻璃含有气泡或温度升高时明显下降。 玻璃不易传热、温度急剧变化分布不均时易碎裂。抗压不抗拉和弯。 玻璃一般用来做绝缘子。 2、电工用陶瓷 装置陶瓷：用于高低压线路绝缘子（瓷瓶、瓷柱）。 电容陶瓷：介质损耗小、介电常数大。 多孔陶瓷：击穿强度低、耐热性能高。用于制造电阻器骨架、电热元件支架等。,3、 绝缘子 绝缘子主要用来支持和固定导线。 低压架空线路用绝缘子有针式绝缘子和蝴蝶型绝缘子两种， 用于在电压500 V以下的交、 直流架空线路中固定导线,3、云母： 云母是一种铝代硅酸盐类天然矿物。无色透明、具有玻璃、金属光泽，呈很薄（0.010.03）的多层叠层形状，可以剥离成薄片。 绝缘性能优良、化学稳定性高、抗电火花冲蚀、耐高温（白云母550、金云母1000）、不吸潮、吸油易分解，氧化铁斑点杂质及皱纹会使绝缘性能降低。,第三部分 磁性材料,3.1 概述 3.1.1 磁性及磁性材料分类 磁性是物质的基本属性。是吸引铁物质的能力。 导磁率：表征物质导磁能力高低的参数。 磁性材料分类： 抗磁性物质：比真空导磁率稍大（弱磁性）如空气、铝、铂、锡。 顺磁性物质：比真空导磁率稍小（弱磁性）如氢、铜、银、金。 铁磁性物质：真空导磁率的千百倍（强磁性）如铁、镍、钴。,3.1.2 磁化特性 磁化：原本无磁性的铁磁性物质放入磁场中时，铁磁性物质能够呈现磁性的现象。 磁化特性：铁磁物质在磁场中磁化时，物质的磁感应强度B随磁场强度H的变化是非线性的。 铁磁物质反复磁化-退磁时，磁化曲线不重合。铁磁材料的磁感强度B滞后于磁场强度H变化。 剩磁Br、矫顽力Hr,导磁性物质按照特性和应用分为两类：软磁材料和硬磁材料。 3.1.3 软磁材料 软磁材料主要特点是导磁率高， 剩磁弱、矫顽力低。极易磁化也易消磁，磁滞损耗小。,1. 电工纯铁 电工用纯铁指含碳量在0.04%以下的铁。电工纯铁的电阻率很低， 它的纯度愈高， 磁性能愈好。 2. 硅钢片 硅钢片是在铁中加入0.8%4.5%的硅形成的铁硅固溶体合金。硅钢片的主要特性是电阻率高，磁导率较高，矫顽力和铁损较小，同时硬度和脆性高，导热系数小。硅钢片适用于各种交变磁场，广泛应用于变压器、交流异步电动机与电器产品中。 硅钢片分为热轧和冷轧两种。,3. 铁镍合金 铁镍合金又称玻莫合金。在铁中加入36%-81%的镍而成的高级软磁材料。 主要特点是在弱磁场下有很高的磁导率和低的矫顽力，电阻率不高，频率较高时铁损增大。用来制造家用电器中的小电机、 小变压器、扼流圈、电器的电磁机构和计算机的记忆元件等。 4.铁铝合金 铁中加入6%-15%的铝形成的合金。主要特点是电阻率高、重量轻、硬度高，涡流损耗小。广泛用于微电机、电磁阀、脉冲变压器、继电器、磁放大器、互感器等 5.软磁性铁氧体