Bài giảng Vật kiệu kỹ thuật điện - Chương 8: Vật liệu dẫn điện và cáp điện

CHƯƠNG 8. VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN VÀ CÁP ĐIỆN 1. VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 1.1. Phân loại và các tính chất cơ bản của vật liệu dẫn điện * Phân loại: - Thế rắn: có các kim loại và các hợp kim. Kim loại gồm loại có điển dẫn cao (dùng làm dây dẫn, cáp điện..) và loại có điện trở cao (dùng làm biến trở, đèn thăm sáng...). - Thể lỏng: Gồm các kim loại nóng chảy và dung dịch điện phân. - Thể khí: Loại này trở thành vật dẫn nếu ở một điều kiện nhất định. * Tính chất: - Điện dẫn suất và điện trở suất. Ω.m - Hệ số nhiệt của điện trở suất. Trong đó: ρt - điện trở suất của vật liệu đo ở nhiệt độ t 0; ρ0 - điện trở suất ở nhiệt độ ban đầu; αρ - hệ số nhiệt của điện trở suất Hệ số nhiệt của điện trở suất nói lên sự thay đổi điện trở suất của vật liệu khi nhiệt độ thay đổi: l R S  ).1(0 tt   t TK t    0 0     - Sự biến đổi điện trở suất khi biến dạng. Kim loại bị kéo hay bị nén, điện trở suất của nó có thể tính gần đúng như sau: Với: - σ ứng suất cơ ở tiết diện mẫu; - φ hệ số ứng suất cơ. Dấu cộng (+) ứng với biến dạng kéo, còn dấu trừ (-) là khi nén. - Nhiệt dẫn suất Theo định luật thực nghiệm Viđeman Frantx Hệ số a đối với đa số kim loại giống nhau: a = 2,23.10-8 )1(  L n aT    - Sức nhiệt động. + Khi cho hai kim loại khác nhau tiếp xúc thì giữa chúng phát sinh hiệu điện thế. Và được xác định theo công thức: Trong đó: UA và UB - điện thế tiếp xúc của kim loại A và B nOA và nOB - mật độ điện tử trong kim loại A và B T – Nhiệt độ tại chỗ tiếp xúc K – hằng số Boltzman k = 1,38.10-23 (J/K) + Nguyên nhân phát sinh hiệu điện thế tiếp xúc là do công thoát của mỗi kim loại khác nhau do đó số điện tử tự do trong các kim loại (hoặc hợp kim) không bằng nhau .ln OAAB B A OB nKT U U U e n    + Hiệu điện thế tiếp xúc của các cặp kim loại dao động vài phần mười đến vài vôn, nếu nhiệt độ của cặp bằng nhau, tổng hiệu điện thế trong mạch kín bằng không. Nhưng khi một phần tử của cặp có nhiệt độ là T1 còn cặp kia là T2 thì trong trường hợp này sẽ phát sinh sức nhiệt điện động (s.n.đ.đ) A B T1 T2 mV Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo cặp nhiệt điện 1 2 1 2 OB ( ) ln ( )OA nK U T T A T T e n     + Sự xuất hiện hiệu điện thế tiếp xúc đóng vai trò quan trọng ở hiện tượng ăn mòn điện hóa và được úng dụng trong một số khí cụ đo lường, đặc biệt là ứng dụng để chế tạo các cặp nhiệt ngẫu dùng để đo nhiệt độ - Hệ số nhiệt giãn nở dài của vật dẫn kim loại. + Hệ số giãn nở nhiệt theo chiều dài của vật dẫn kim loại Giá trị: - αL cao nóng chảy ở nhiệt độ thấp. - αL nhỏ khó nóng chảy + Hệ số nhiệt độ của vật dẫn được tính: dT dL L TK t LL 1  LR    - Tính chất cơ học của vật dẫn. + Đặc tính cơ được đặc trưng bằng giới hạn bền và độ dãn dài tương đối khi đứt ∆l/l 1.2. Vật liệu có điện dẫn cao 1) Đồng (Cu) - Ưu điểm: Điện trở suất nhỏ; Độ bền cơ tương đối cao; Chống ăn mòn tốt; Khả năng gia công tốt; Hàn và gắn tương đối dễ dàng. - Sản xuất: Được tiều chế từ quặng sunfít trong tự nhiên, sau đó được làm sạch bằng điện phân và sau đó được kéo thành sản phẩm có tiết diện cần thiết. - Chế tạo dây dẫn: Thỏi đồng được cán nóng thành dây đường kính 6,5 – 7,2 mm, sau đó dây được rửa sạch trong dung dịch axít sunfuric loãng để khử đồng ôxít CuO2 sinh ra trên bề mặt khi đốt nóng đồng, cuối cùng kéo nguội thành sợi có đường kính cần thiết đến 0,03 ÷ 0,02 mm. • Phân loại đồng - Theo thành phần tạp chất + M1 có 99,90%Cu, các tạp chất khác là 0,10% và lượng ôxy không được quá 0,08%, + MO có MO – 99,95% có tính cơ học tốt hơn, không quá 0,05% tạp chất, trong đó ôxy không quá 0,02%. - Theo quá trình sản xuất + Khi thực hiện gia công kéo nguội sẽ được đồng cứng MT. loại này có giới hạn bền cao, độ giãn dài nhỏ. + Đồng ủ sẽ được đồng mềm MM, loại này tương đối dẻo, có độ cứng nhỏ, độ bền không lớn nhưng độ dãn dài rất lớn khi đứt và điện dẫn suất cao hơn. • Đồng tiêu chuẩn là đồng ở trạng thái ủ. ở nhiệt độ 200C có điện dẫn suất 58 (m/Ω.mm2). • Các tính chất của đồng: + Có màu đỏ nhạt sáng rực, da công dễ dàng, chịu được thời tiết xấu. + Điện dẫn suất rất nhạy cảm với tạp chất có trong đồng. + Hệ số nhiệt điện trở suất của đồng cứng cũng như đồng mềm trên thực tế giống nhau. + Giới hạn bền khi kéo với MT > 36÷39 còn MM > 26÷28 kG/mm2. + Độ dãn dài tương đối khi đứt với MT > 0,5÷2,5% còn MM > 18÷35% + Điện trở suất với MT > 0,0179÷0,0182 còn AM > 0,01754 Ω.mm2/m. + Nhiệt độ nóng chảy: 10830C • Ứng dụng Dùng làm kết cấu máy biến áp, máy điện, làm dây dẫn cho đường dây tải điện, dây quấn trong máy điện , trong các khí cụ điện, trong thiết bị vô tuyến viễn thông. 2) Hợp kim đồng. - Đồng thanh (Bronze) : là hợp kim đồng với một lượng nhỏ thiếc, silic, phôtpho, beri, crôm, magiê, cađmi v.v. + Đồng thanh có ưu điểm hơn đồng tinh khiết: Có tính chất cơ học tốt hơn, Điện trở suất lớn hơn + Sử dụng để chế tạo lo xo dẫn điện, Các cổ góp điện, dây dẫn viễn thông, đường dây trên không, + Cho chất phụ cađmi vào đồng thu được: Làm điện dẫn suất giảm sút đi một ít nhưng độ bền cơ và độ cứng tăng lên nhiều, Giới hạn bền kéo của đồng thanh cađmi đạt 105 kg/mm2. Được dùng ở những chố tiếp xúc, phiến góp có công dụng đặc biệt. - Đồng thau (Latun): là hợp kim đồng kẽm trong đó kẽm không quá 46% và có thêm Si, Ni, Al, Mn, Fe, Sb, + Đồng thau có điện trở suất cao hơn. Có độ giãn dài tương đối khá cao, có độ bền kéo cao hơn nên có đặc tính công nghệ ưu việt hơn so với đồng tinh khiết khi gia công rèn, dập, kéo sợi mảnh ... + Được dùng trong kỹ thuật điện để sản xuất ra mọi chi tíêt dẫn điện như: roto lồng sóc, các chi tiết như vít, chốt, khóa, các ổ cắm điện 3) Nhôm - Nhôm là vật liệu quan trọng thứ hai được sử dụng trong kỹ thuật điện sau đồng, - Nhôm có điện dẫn suất cao (thu bạc và đồng), trọng lượng riêng giảm và tính chất vật lý, hoá học cho ta khả năng dùng nó làm dây dẫn điện. - Có màu bạc trắng là kim loại tiêu biểu cho các kim loại nhẹ (Nghĩa là kim loại có khối lượng riêng nhỏ hơn 5 g/cm3). Khối lượng riêng của nhôm đúc gần = 2,6 còn nhôm cán là 2,7 g/cm3 và nhẹ hơn đồng 3,5 lần. Hệ số nhiệt độ giãn nở dài, nhiệt dung và nhiệt độ nóng chảy của nhôm đều lớn hơn đồng. - Cùng một tiết diện và chiều dài nhôm kém đồng cả về độ bền cơ và đặc tính điện. - Điện trở dây nhôm lớn hơn đồng 1,63 lần nên điện trở RAl = RCu hay đường kính (DAl = 1,63DCu) vì vậy khi nào bị hạn chế về kích thước thì việc dùng nhôm thay đồng gặp khó khăn. - Nếu so sánh 2 đoạn dây nhôm và đồng có cùng độ dài, R. Mặc dù Nhôm to hơn Đồng nhưng nhẹ hơn đồng khoảng 2 lần. Vì vậy để sản xuất các dây dẫn có cùng điện dẫn và chiều dài thì dùng Al lợi hơn Cu trong trường hợp nếu 1 tấn nhôm đắt hơn một tấn đồng không quá 2 lần. Nên Al thay thế Cu làm dây điện đường dây tải điện trên không và dùng sản xuất lõi dây cáp điện với số lượng rất lớn. • Phân loại Nhôm - Theo thành phần tạp chất: + Al là nhôm có tạp chất trong thành phần không quá 0,5% + ABOO có tạp chất < 0,03% được dùng sản xuất nhôm lá, các điện cực và vỏ tụ điện điện phân. + ABOOO có tạp chất < 0,004% - Cộng nghệ gia công như cán, kéo và ủ củng giống như đồng. – + Nếu Nhôm được cán nguội thì goi là Nhôm cứng(AT). + Nếu Nhôm được ủ thì goi là Nhôm mềm (AM) • Tính chất của nhôm cứng (AT) và mềm (AM): + Giới hạn bền khi kéo với AT > 1617 còn AM > 8 kG/mm2. + Độ dãn dài tương đối khi đứt với AT > 1,52% còn AM > 1018% + Điện dẫn suất với AT > 0,0295 và AM > 0,0295 Ω.mm2/m. - Khi nhôm bị ôxy hoá mạnh sẽ tạo nên màng ôxýt nhôm có điện trở lớn, lớp màng bày bảo vệ cho nhôm khỏi bị tiếp tục ăn mòn nhưng tạo nên điện trở lớn ở chổ tiếp xúc các dây nhôm và không thể hàn nhôm bằng phương pháp thông thường. Để hàn nhôm ta phải dùng thuốc hàn bột đặc biết hay sử dụng mỏ hàn siêu âm - Nhiệt độ nóng chảy: 657 oC - Nếu trong vùng tiếp xúc giữa đồng và nhôm chịu tác dụng của hơi ẩm sẽ phát sinh cặp pin cục bộ có trị số S.đ.đ khá cao và sẽ có dòng điện đi từ nhôm sang đồng, kết quả là dây dẫn nhôm có thể bị phá huỷ vì bị ăn mòn nhanh. Vì thế ở chỗ nối dây đồng với dây nhôm cần phải được bảo vệ chống ẩm cẩn thận. - Nếu dùng Nhôm thay thế chì để làm vỏ cáp, phải sử dụng nhôm tinh khiết đặc biệt cao tạp chất < 0,01%(Al bình thường 0,5%) - Sử dụng làm dây dẫn trên không với khoảng vượt lớn dùng hợp kim nhôm có độ bên cơ cao hơn. - Đường dây tải điện thường sử dụng loại nhôm lõi thép (AC), loại này có độ bền cơ do lõi thép quyết định, và đường kính ngoài của dây nhôm lớn hơn sử dụng đồng nên giảm được tổn thất do phóng điện vầng quang. 4) Sắt (thép) - Thép (sắt công nghiệp) là kim loại rẻ tiền, dễ khiếm, có độ bền cơ cao, nên được làm vật dẫn. - Sắt tinh khiết có điện trở suất lớn hơn nhiều so với Cu và Al, thép là sắt với tạp chất cácbon và một số chất khác có điện trở suất cao hơn nhiều - Dòng điện xoay chiều trong thép sẽ gây nên hiệu ứng bề mặt đáng kể, nên R dây thép đối với dòng điện xoay chiều cao hơn điện trở với dòng 1 chiều. Dòng xoay chiều còn gây ra tổn thất từ trễ. • Ứng dụng: - Thép làm dây dẫn thường: + Thép mềm có 0,10÷ 0,15% Cácbon + Giới hạn bền kéo 70 ÷75kg/mm2 + Độ giãn dài tường đối khi đứt 5- 8% + Điện dẫn suất nhỏ hơn đồng 6 -7 lần. - Làm vật liệu dẫn điện dưới dạng thanh dẫn, đường ray tải điện, đường sắt chạy điện, tàu điện ngầm - Làm lõi của dây nhôm, lõi thép dùng dây thép có độ bền đặc biệt với giới hạn bền kéo 120 ÷150kg/mm2 và độ giãn dài tương đối 45% * Nhược điểm: Khả năng chống ăn mòn kém: Ngay cả ở nhiệt độ bình thường và đặc biệt khi độ ẩm cao thép sẽ bị gỉ nhanh, khi nhiệt độ cao, tốc độ ăn mòn tăng nhanh * Khắc phục: Bề mặt dây thép cần được bảo vệ bằng lớp kim loại bền hơn. Thông thường dây thép được mạ bằng kẽm. - Lưỡng kim: Là thép có bọc lớp đồng ở mặt ngoài. + Sản xuất: 2 phương pháp - Phương pháp nóng: Đặt thỏi thép vào khuôn rồi rót đồng nóng chảy vào khe giữa thỏi thép và thành khuôn, sau đó làm sạch rồi đem cán và kéo. - Phương pháp nguội: hay điện phân là phương pháp phủ đồng lên dây thép bằng điện phân, khi dây thép đi qua bể điện phân có dung dịch đồng sunfat. + Phương pháp nguội đảm bảo lớp bao bọc đồng đều hơn nhưng tiêu phí điện năng lớn, và nó tạo nên sức bám của đồng với thép không bền bằng phương pháp nóng. + Dây lường kim thường có đường kính 14mm, hàm lượng đồng không được nhỏ hơn 50% trọng lượng toàn bộ dây. + Giới hạn bền kéo phụ thuộc vào đường kính và không nhỏ hơn 55 ÷ 70kg/mm2; độ giãn dài tương đối khi đứt không quá 2%. + Ứng dụng: Dùng làm đường dây thông tin tải điện thanh cái thiết bị phân phối, thanh trụ của cầu dao, các phần điện khác trong thiết bị phân phối chế tạo bằng vật liệu lưỡng kim. 1.3 Các kim loại khác 1. Wofram (W) • Wofram (Tungsten) tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng mỏ: Woframit (FeOMnO)WO3, quặng selit (CaOWO3), thông qua các phản ứng hóa học khác nhau, các quặng này chuyển thành Trioxyt Wofram (WO3) rồi điều chế từ đây được Wofram (W) thông qua điện phân ở nhiệt độ cao 1050  13000C. • Wofram là một kim loại có sức bền đứt và độ cứng rất cao, nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong số tất cả các kim loại được sử dụng trong kỹ thuật điện, được chế tạo thành sợi tóc trong các bóng đèn điện sợi đốt, chế tạo các điện trở phát nóng cho các lò điện,...Tuy nhiên, để cản trở sự oxyt hóa dây tóc và sự bay hơi của nó, các bóng đèn nung sáng được thực hiện trong chân không hay với môi trường khí trơ (argon, nitơ), khi đó có thể làm việc ở 23000C. 2. Niken (Ni) - Niken còn được gọi là kền, tồn tại dưới dạng mỏ trong thiên nhiên: – Sulfua đa kim loại: quặng Milerit (NiS), Penlandit ((FeNi)2S8). – Silicat: Canarit (2NiO3SiO2.H2O), Gac-ni-erit (NiMgSiO3) – Sulfua và Asenua - Nikelen: NiAs, NiAs2. - Qua hàng loạt các phản ứng người ta có thể chế tạo được Niken với độ tinh khiết 99,9%. - Niken là kim loại màu trắng-xám tro, nó không bị oxyt hóa trong không khí và trong nước ở điều kiện bình thường (chỉ bị oxyt hóa ở nhiệt độ trên 5000C) là kim loại bền, dễ dát mỏng và vuốt giãn được cả khi nguội và khi nóng, kim loại có từ tính - Niken được dùng để chế tạo các nhiệt ngẫu đo nhiệt độ (Ni-Fe, Ni-Cr); chế tạo các tiếp điểm điện làm việc trong môi trường Cacbua Hydro đối với dòng điện nhỏ và điện áp lớn (đối với công suất lớn, tiếp điểm dùng hợp kim Ni-Ag) ; chế tạo các điện trở phát nóng, đến 9000C ; dùng để mạ bảo vệ cho những chi tiết bằng sắt thép thông qua phương pháp điện phân, dùng để chế tạo các máy điện cực dương (anot) của các acquy kiềm, có trong thành phần của thép không rỉ (hay còn gọi là inox là một dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crôm và một số khắc như Ni, mô-lip-đen, ni tơ ) 3. Thiếc (Sn) - Thiếc là kim loại có ánh sáng bạc, sức bền đối với ảnh hưởng của môi trường, là kim loại rất mềm (sau chì), dễ dát mỏng và dễ uốn dẻo. - Thiếc được dùng trong kỹ thuật điện để chế tạo đồng thanh, làm lớp vỏ bọc bên ngoài để bảo vệ các vật liệu dễ bị ăn mòn bởi môi trường, để làm chất hàn,... 4. Thủy ngân (Hg) - Thủy ngân là kim loại duy nhất ở thể lỏng và có thể bay hơi trong điều kiện thường. - Thủy ngân tinh khiết có màu trắng bạc. Ở nhiệt độ – 38,870C, nó đông rắn lại, tạo thành một khối tinh thể dễ dát mỏng và vuốt giãn được. Thủy ngân có sức bền đối với sự tác động của không khí khô. Khi nung nóng trong không khí nó bị oxyt hoá (ở nhiệt độ 3500C, nó bị oxyt hóa rất dễ dàng). - Thủy ngân được sử dụng trong các đèn chiếu sáng, đèn chỉnh lưu, đèn chiếu đặc biệt dùng trong y tế, máy chiếu, máy in,... Ngoài ra còn được dùng làm các tiếp điểm trong kỹ thuật đo, trong Rơle và các khí cụ điện. 1.4 HỢP KIM CÓ ĐIỆN TRỞ CAO • Hợp kim có điện trở cao được dùng trong kỹ thuật điện để chế tạo các dụng cụ đo lường, điện trở mẫu, biến trở, dụng cụ nung nóng. • Đối với tất cả các thiết bị ấy đều yêu cầu dây dẫn có điện trở suất cao và hệ số biến đổi của điện trở suất đối với nhiệt độ nhỏ so với các phần tử hợp thành. • Hiện nay thường dùng các hợp kim có gốc là đồng: Manganin, Constantan và Nikennin, Niken-Crôm, Niken-Nhôm 1. Hợp kim Manganin (86%Cu, 2%Ni, 12%Mn) Hợp kim Manganin là hợp kim chủ yếu dùng trong thiết bị nung và điện trở mẫu (điện trở chính xác). Sở dĩ được dùng làm điện trở mẫu là bởi nó không làm sai lệch kết quả đo lường ở những dòng điện khác nhau cũng như ở những nhiệt độ môi trường xung quanh khác nhau. 2. Hợp kim Crôm - Nhôm Hợp kim Crôm - Nhôm là hợp kim rất rẻ được dùng để chế tạo các thiết bị nung lớn và lò điện lớn dùng trong công nghiệp. 3. Hợp kim Constantan (60%Cu, 40%Ni) • Constantan dễ hàn và dính rất chặt, hệ số biến đổi điện trở suất  theo nhiệt độ rất nhỏ (Constantan với nghĩa của nó là hằng số),  có trị số âm. • Constantan được dùng làm biến trở và phần tử nung nóng, Constantan không được dùng ở nhiệt độ trên 4500C vì lúc đó nó sẽ bị oxyt hóa. • Constantan ghép với đồng hay sắt có sức nhiệt điện động lớn. Đó là nhược điểm khi dùng điện trở bằng Constantan trong các sơ đồ đo. Do có sự chênh lệch nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc nên có sức nhiệt điện động xuất hiện, đó là nguồn sai số. Đặc biệt trong các cầu đo chỉ không và sơ đồ phân điện áp. • Constantan được dùng nhiều làm cặp nhiệt ngẫu để đo nhiệt độ đến 7000C. 4. Hợp kim Nikenin [(2535)%Ni, (23)%Mn, 67%Cu] • Hợp kim Nikenin rẻ tiền hơn Constantan, dễ gia công, có điện trở suất nhỏ hơn và hệ số biến đổi của điện trở suất đối với nhiệt độ lớn hơn Constantan. • Người ta thường dùng hợp kim Nikenin làm biến trở khởi động và điều chỉnh. 5. Hợp kim Crôm-Niken (Nicrom) • Hợp kim Nicrom [1,5% Mn, (5578)%Ni, (1523)%Cr, còn lại là Fe] có sức bền tốt ở nhiệt độ cao, điện trở suất và hệ số biến đổi của điện trở suất theo nhiệt độ nhỏ. • Hợp kim này được dùng để làm các phần tử nung bằng điện như bếp điện, mỏ hàn,...với nhiệt độ đến 10000C. 1.5. Vật liệu siêu dẫn Khái niệm: - Siêu dẫn là một trạng thái vật lý phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn, nó cho phép dòng điện chạy qua trong trạng thái không có điện trở và khi đặt chất siêu dẫn trong từ trường, từ trường còn bị đẩy ra khỏi nó. - Đặc trưng của chất siêu dẫn là khả năng tải dòng điện một chiều không có sự tiêu tốn năng lượng và sự đẩy từ trường ra khỏi chất siêu dẫn khi chất siêu dẫn đặt trong từ trường - Vật liệu được coi là siêu dẫn khi phải đồng thời thõa mãn 2 tính chất sau: + Điện trở suất ρ = 0 ở nhiệt độ T< Tc (nhiệt độ tới hạn hay nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn). + Cảm ứng từ bên trong chất siêu dẫn bằng không (B = 0) đối với chất siêu dẫn sạch (Loại I). Hiệu ứng Meissner • Hiệu ứng Meissner hay hiệu ứng Meissner-Ochsenfeld là hiệu ứng từ thông bị đẩy ra hoàn toàn khỏi bên trong của vật siêu dẫn. Hiện tượng này là hiện tượng nghịch từ hoàn hảo (en:Superdiamagnetism). Từ thông sinh ra bởi vật siêu dẫn bù trừ hoàn toàn từ thông ở môi trường ngoài. Do đó, từ thông bên trong vật siêu dẫn bằng 0. Hiện tượng này được khám phá bởi hai nhà vật lý người Áo Walther Meissner và người Đức Robert Ochsenfeld vào năm 1933. Một nam châm được nâng trên mặt một vật liệu siêu dẫn nhúng trong nitơ lỏng lạnh tới −200 °C, thể hiện hiệu ứng Meissner Hiệu ứng Meissner. Đường từ thông đi thẳng khi T>Tc: nhiệt độ trên nhiệt độ critical (tới hạn) Đường từ thông đi vòng khi T<Tc: nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ critical Từ trường tới hạn của chất siêu dẫn Chất siêu dẫn loại 2 Ảnh hưởng của dòng xoay chiều lên tính chất siêu dẫn - Với điện áp 1 chiều qua dây siêu dẫn điện áp ở 2 đầu dây bao giờ cũng bằng không vì U = RI =0 (R = 0). - Đối với điện áp xoay chiều khi tăng tần số (khoảng f = 1011Hz vùng hồng ngoại) có thể xảy ra tình trạng điện áp trên khác không, tức có điện trở và tính siêu dẫn bị phá vở. Điều này có thể giải thích: Khi thay đổi điện trường tác dụng lên dây dẫn, dòng điện trong dây dẫn không thay đổi tức thời một cách đồng bộ vì các điện tử có khối lượng, có lực quán tính, có nghĩa là làm xuất hiện hiện tượng trễ và sinh ra tỏa nhiệt. Nếu dòng điện có tần số thấp, thì hiện tượng tỏa nhiệt là không đáng kể, siêu dẫn vẫn là siêu dẫn. Nếu tấn số siêu cao thì lượng này là đáng kể vì vậy chất siêu dẫn có điện trở và bị phá vở tính chất siêu dẫn Mật độ dòng điện tới hạn - Khi cho dòng điện qua chất siêu dẫn, nếu cường độ dòng điện có mật độ đạt giá trị J ≥ Jc (Cho từng chất siêu dẫn), mẫu siêu dẫn xuất hiện điện trở, Jc được gọi là mật độ dòng tới hạn. - Jc của một số chất siêu dẫn loại II Vật liệu Jc (A/cm2) H0 (T) T (K) Nb-Ti 3,4.105 5 4,2 V3Ga 2.10 6 10 4,2 Nb3Al 4,86.10 4 20 1,8 Nb3Ga 2.10 4 20 4,2 Nitơ sôi ở nhiệt độ 77K đóng băng ở 63K Heli sôi ở nhiệt độ 4,22 K 2. CÁP VÀ DÂY DẪN ĐIỆN • Trong công nghiệp, cáp và dây dẫn cơ bản dùng để truyền tải và phân phối điện năng, đồng thời dùng để đấu nối các máy điện, thiết bị điện với nhau, và còn dùng để truyền tín hiệu với các tần số khác nhau. • Thường cáp điện được tạo nên từ 3 thành phần chính: phần dẫn, cách điện và bảo vệ. 2.1. Cơ sở phân loại cáp. 1. Phân loại theo thành phần kết cấu gồm: • Dây dẫn không có cách điện (dây cáp trần) được tạo nên từ lõi dẫn • Dây dẫn có cách điện được tạo nên từ hai thành phần lõi dẫn và lớp dẫn và lớp cách điện. • Dây cáp mềm được tạo nên từ tổ hợp hai hay nhiều dây dẫn mềm có cách điện được bao bọc chung một lớp bảo vệ • Cáp điện được tạo nên từ 3 thành phần kết cấu là : các lõi dẫn, cách điện và vỏ bọc bảo vệ, chúng thường được trang bị thêm lớp bảo vệ ở dạng sợi dây dẫn hay băng thép, bằng chì (cáp chì). 2. Phân loại theo vật liệu cách điện • Dây trần, cáp điện và dây dẫn cách điện bằng giấy (tẩm hay không tẩm) • Cáp điện, dây dẫn và dây cáp mềm cách điện bằng cao su và polime cách điện. • Dây ê may • Dây dẫn và cáp cách điện bằng sợi và cách điện tổ hợp. • Sự phân loại này quan trọng khi xem xét vấn đề có liên quan tới công nghệ chế tạo cáp và dây dẫn để thành lập phân xưởng hay nhà máy chế tạo riêng. 3. Phân loại theo mục đích sử dụng • Cáp và dây dẫn chia thành các nhóm sau: • Cáp điện áp cao ( U >1000 V) (truyền tải, phân phối điện năng..) • Cáp điện áp thấp ( dùng trong mạch nhị thứ..) • Cáp rađiô(dùng truyền tải và phân phối năng lượng với tần số > 1MHz) • Cáp thông tin liên lạc: (dùng ở điện thoại, điện tín..) • Dây quấn (dùng cuộn MBA, máy điện, thiết bị đo lường.) 4. Phân loại theo lĩnh vực sử dụng • Cáp và các chi tiết cáp sử dụng đại chúng dùng để cung cấp điện năng trong công nghiệp, trong giao thông, thông tin liên lạc xa gần và dùng cho xây dụng, nhà ở.. • Cáp và dây dẫn chuyên dung: Dùng trong kỹ thuật chuyên ngành riêng trong các điều kiện khí hậu khắc nghiệt gồm: + Cáp tàu thuỷ tàu biển. + Cáp dùng trong kỹ thuật hàng không, vũ trụ. + Cáp dùng trong công nghiệp dầu mỏ. + Cáp dùng trong hầm mỏ + Cáp dùng cho thiết bị di chuyển: cần trụ, cầu cẩu + Cáp làm việc trong nước. 8.2.2. Vật liệu cáp điện 1. Vật liệu dùng để làm lõi dẫn và màn chắn điện. - Dùng lõi dẫn bằng đồng, nhôm và thép, dùng dây dẫn điện trở thấp và điện trở cao. Kích thước dây dẫn là từ vài Micron 10mm. - Yêu cầu: + Độ dẫn điện cao + Đặc tính cơ cao + Không bị ăn mòn + Dễ chế tạo, kinh tế và là không nguyên tố hiếm - Các vật liệu thường được sử dụng: Đồng, nhôm, sắt, Hợp kim điện dẫn cao (đồng thiêc; đồng chì); 2.2. Vật liệu cáp điện 1. Vật liệu dùng để làm lõi dẫn và màn chắn điện. - Dùng lõi dẫn bằng đồng, nhôm và thép, dùng dây dẫn điện trở thấp và điện trở cao. Kích thước dây dẫn là từ vài Micron 10mm. - Yêu cầu: + Độ dẫn điện cao + Đặc tính cơ cao + Không bị ăn mòn + Dễ chế tạo, kinh tế và là không nguyên tố hiếm - Các vật liệu thường được sử dụng: Đồng, nhôm, sắt, Hợp kim điện dẫn cao (đồng thiêc; đồng chì); 2. Vật liệu cách điện - Trong sản xuất cáp người ta thường sử dụng các loại vật liệu sau đây: + Vật liệu từ tự nhiên: Giấy cách điện, vải, cao su, amiăng, cách kiến.. + Vật liệu nhân tạo mà nhận được bằng gia công hoá học polime: Polivinhilxlorit (PVC), Polietilen, PE, XLPE, Cao su nhân tạo: cao su butadien, Prolitetrafoetilen.. + Vật liệu màng mỏng: giấy cáp và giấy telephone, triaxêtát, - Yêu cầu: Cách điện tốt: Cường độ cách điện cao, hằng số điện môi có trị số bé, tổn hao điện môi bé, điện trở suất cao, chịu được môi trường nóng ẩm, độ bền cơ – lý- hoá cao, chịu nhiệt tốt 3. Vật liệu để bảo vệ cáp - Đặc điểm: Không yêu cầu cao về các đặc tính điện - Chia ra các loại: + Kim loại: Dùng để bảo vệ cáp và dây dẫn tạo nên lớp vỏ chống thấm và lớp bao bọc bên ngoài (bọc thép) + Hỗn hợp cao su ống mềm: Dùng để lót thêm cho tăng tính chất cơ học và chống ẩm môi trường xâm nhập vào cáp. + Các chất dẻo màng mỏng: Bảo vệ chống ăn mòn kim loại, tăng thêm phần bảo vệ cho cáp. + Vật liệu sợi, sơn và sơ tẩm compaund: Dùng làm lớp bảo vệ cáp và dây dẫn, lót đệm cho lớp bọc kim loại để bảo toàn lớp kim loại khỏi tác động cơ học khi quấn băng kim loại và lắp đặt cáp