Material som används inom elektroteknik

Denna artikel lyfter fram de fyra viktiga kategorierna av material som används inom elteknik. Kategorierna är: 1. Material som används inom elteknik 2. Material som används för att genomföra el 3. Isoleringsmaterial 4. Material som används för att förstärka magnetfält.

Elektroteknik: Kategori # 1. Material som används inom elektroteknik:

Materialen som används i elteknik kan delas in i fyra viktiga kategorier enligt användningen:

(a) Material som används för att leda elektricitet,

(b) Material som används för att isolera,

(c) Material som används för att stärka magnetfält,

(d) Material som används för att tillverka stöder, höljen och andra mekaniska delar och mynt.

Materialen som ska användas i elektrisk utrustning ska vara sådana som leder elektricitet och även vissa som isolerar. Elektrisk ström kan strömma effektivt endast genom en väg gjord för den från material som leder elektricitet väl. En elektrisk krets kan endast styras om strömmen är begränsad till ledningsbanan genom effektiv isolering.

Huvuddelen av den elektriska kraften som levereras till en kolgruva eller i någon annan industri används i utrustning som motorer, transformatorer, reläer, klockor etc. som i själva verket verkar genom elströmens magnetiska effekt.

Effektiviteten hos en sådan apparat beror till stor del på användningen av material för kärnor och polstycken som förstärker de magnetfält som skapas när strömmen flyter i utrustningarna i utrustningen.

Det är ett faktum att nästan all elektrisk utrustning är innesluten på något sätt, även om höljet skiljer sig från varandra. Det kan verkligen inte vara att alla höljen kommer att vara desamma. Faktum är att utformningen av höljet beror på användningen av utrustningen och även miljön där den kommer att installeras.

Utöver detta finns det i många motorer och växlar många rörliga delar som kräver specialutvalda material med tanke på designfunktionerna hos den aktuella komponenten. Därför kan vi se att valet av material för elektrisk utrustning ska ske med stor omsorg och tanke och beräkning.

Elektroteknik: Kategori # 2. Material som används för att genomföra el:

Materialen för vilka elektriska kretsar är gjorda väljs framförallt för den lätthet som de utför el. Lätt ledning är emellertid inte det enda övervägandet. Många delar av en krets måste ha mekaniska egenskaper såsom draghållfasthet eller slitstyrka, eller duktilitet eller tryckstyrka etc.

Vissa typer av apparater kommer att kräva genomförande av material som reagerar på strömningen av strömmen, såsom filamenten som används i elektriska lampor. Andra material är utvalda eftersom de erbjuder resistans mot ström, t.ex. de som används för att göra motstånd och reostater, som styr strömmen i en krets. Några av de mest användbara ledande materialen som finns bland metallerna som används i elektrisk utrustning ges nedan.

Koppar:

Detta material används mest för att bilda strömbanor i elektriska kretsar. Det leder mycket enkelt el, och dess fysikaliska egenskaper gör att den kan användas på många sätt. Det är en mjuk metall, så att den kan dras ut i stänger och trådar, den kan också böjas och formas efter behov. Det kan förenas med lödning, hårdlödning, bultning eller svetsning.

Koppar används för lindningar av elektromagnetiska apparater, t.ex. motorer, generatorer, transformatorer och reläer. De flesta spolarna är gjorda av koppartråd, men lindning avsedd att bära tunga strömmar kan bildas av formade kopparstänger. De ledande segmenten av kommutatorn är vanligtvis gjorda av koppar men är av speciell konstruktion och form som krävs för att bära den speciella märkströmmen.

Återigen ser vi koppar i olika former, som strängar används i mitten av kablar som bär ström. Här är även frågan om aktuell bärkapacitet viktig. I kabeldesignen måste en formgivare tänka med stor omsorg och beräkning.

Nu om vi tittar på designen av bussar och byter kontakter, ser vi här igen hur en viktig del koppar spelar som en strömtransportör. Ibland måste dessa kontakter bära nuvarande inom några få tusen amperes, och för dessa kontakter och bussar är tvärsnitt och former gjorda av erforderligt tvärsnitt enligt designen.

Mässing:

Detta material som faktiskt är en legering av koppar och zink används också i stor utsträckning i elektrisk utrustning, även om vi vet att mässing inte leder elektricitet såväl som koppar, men det är hårdare än koppar och kan lättare motstå slitage och skador .

Som koppar kan detta också dras ut i trådar, stänger och specialformer för användning i olika applikationer. Detta kan också förenas med lödning, hårdlödning, bultning och nitning. Den används för stickproppar, uttag, anslutningsstänger, kontakter, kontaktdon i kontaktorer med mindre betyg och för bultar och muttrar för levande komponenter.

Aluminium:

Aluminium är också en bra ledare av el. Aluminium är faktiskt en lättmetall, och är inte lika stark som koppar. Problem med den här metallen är att sammanfogningen är av stor svårighet, även om det går med framgång att ansluta till bultning och till och med lödning med speciell argonbågsvetsning.

Den används oftast vid gjutna rotorer av ekorreburmmotorer. Den används även i ledningar och underjordiska kablar. Som koppar kan aluminium också dras ut i form av stavar, stänger och någon speciell form som ska användas i olika elektriska apparater.

Vid användning i kolgruvor är det nu förbjudet att använda aluminium eller legeringar av aluminium som material för all elektrisk utrustning för jordbearbetning, såsom borrmaskiner, belysningsdetaljer etc. på grund av risken för gnistbildning, om Utrustningen drabbas av ett skarpt slag av något annat mycket hårdare material eller utrustning som stålbåge, rörskena eller annat hårdare material.

Constantan (Eureka) och Magnanin:

Konstantan är en legering av koppar och nickel, och manganin är en legering av koppar, nickel och mangan. Båda dessa legeringar erbjuder högre motstånd mot elektrisk ström än de flesta andra metaller som används som ledare, och deras huvudsakliga användning är i konstruktionen av resistans och reostater som används som huvudsakliga värmeelement.

Volfram:

Denna metall används huvudsakligen för glödlampans trådar. Den har en hög smältpunkt och kan genom en elektrisk ström passera (i ett gasfyllt glasrör) till den temperatur vid vilken den kommer att avge starkt ljus.

Zink, bly, järn och nickel:

Dessa metaller används i elektroderna hos primära och sekundära batterier.

Kvicksilver:

En flytande metall som används som ledare i många typer av kvicksilveromkopplare, automatiska utskurningar och i kvicksilverbågslikriktare. Ovan diskuterades de metallledare som leder elektricitet, men det finns även icke-metalliska ledare som leder el lika bra och de används mycket i elteknik.

Kol:

I jämförelse med metaller erbjuder kol hög resistans mot elektrisk ström. Det har en viktig egenskap, eftersom det är självsmörjande (grafit, en form av kol, används som smörjmedel i vissa maskiner). Kol är därför det material som används mest i motor och generatorborstar.

Kolborstar kan i själva verket upprätthålla en fast men jämn kontakt med en roterande kommutator eller slipring utan att orsaka överuppvärmning eller snabb slitage.

Detta är verkligen en fantastisk egenskap av kol, en icke-metallisk ledare, vilken ingen metallledare kan vara lika. Faktum är att ingen metallkontakt skulle ha fungerat i stället för kolborstar som används i slipring eller commutator.

Kolborstar innehåller vanligen en liten mängd koppar för att förbättra deras ledningsförmåga. Kol finns också mycket användbart för att göra fasta och rörliga motstånd och även som elektroder för primära batterier.

vätskor:

Vi vet från teori och praktik att icke-metalliska vätskor som leder elektricitet, gör det faktiskt genom elektrolyseprocessen. Jämfört med metaller ger de ett högt motstånd mot elektrisk ström. Elektrolyterna av primära och sekundära celler som används i batterier är vätskor som leder genom elektrolys.

Och dessa vätskor innefattar utspädd svavelsyra och lösningar av sal ammoniak (ammoniumklorid) och kaliumhydroxid. En ledande vätska används också ibland som ett kraftigt motstånd för att starta motorer med hög klassificering. I själva verket ger en lösning av tvätt soda i vatten till exempel resistanselementet i flytande förrätter för motorer.

Elektroteknik: Kategori # 3. Isoleringsmaterial:

Isoleringsmaterial används för att begränsa eller styra elektriska strömmar till kretsen genom vilken de är utformade att strömma. Om det inte fanns någon isolering skulle strömmen genast hitta sin närmaste väg till jorden och äventyra hela systemet.

Faktum är att effektiviteten och effektiviteten av isolerande material inte bara beror på den effektiva prestandan hos den elektriska utrustningen och den elektriska installationen som helhet utan också säkerheten hos människorna som arbetar med den.

I själva verket är isolering ett livräddande skydd både för utrustningen och för de personer som använder denna elektriska utrustning. Därför är val av klass och grad av isolering för utrustning en viktig uppgift för en elingenjör som måste utforma utrustningen som ska användas inom industrin, vare sig det är en kolgruva eller stålverk.

Idag genom att öka isoleringsklassen och därigenom öka isoleringens kapacitet för att klara den mycket högre temperaturen utan försämring av isoleringsmaterialen, ökar värderingen av den elektriska utrustningen som motorer och transformatorer, växlar och även bussar otroligt i samma ram av utrustningen.

Emellertid används många typer av isoleringsmaterial. Valet av det specifika isoleringsmaterialet för ett visst ändamål bestäms av spänningen hos kretsen som ska isoleras och utrustningens fysiska krav och miljö. Material som isolerar en levande ledare från jorden, eller som isolerar en levande ledare från en annan, har en potentiell skillnad som appliceras tvärs över den.

Fastän strömmen inte strömmar genom isoleringsmaterialen utsätts materialet för enorm belastning, vilken är känd som den dielektriska stammen. Om den potentiella skillnaden ökar ökar denna dielektriska stam, och en potentiell skillnad kan nås när belastningen blir för stor.

Isoleringen bryter sedan ner och en ström passerar över den. Och när isoleringen har brutit ner, är dess isolerande egenskaper permanent försämrade. Isoleringsmaterial som tål höga spänningar har hög dielektrisk styrka och är väsentliga för isolering av hög- och mellanspänningskretsar.

I lågspännings- och signalkretsar är dielektrisk styrka inte så viktig och isoleringsmaterial kan väljas främst för att de är lätta att tillverka eller anpassa, eller säker hantering av utrustningen, eftersom även en liten elektrisk stöt kan bli livshotande för livet.

Förutom isoleringsegenskaper måste andra egenskaper hos materialen beaktas. För vissa ändamål, t.ex. isolering av kablar, måste material vara flexibla och bör inte förlora sina isolerande egenskaper vid sträckning eller förvrängning.

Mekanisk styrka är också mycket viktigt för många ändamål, särskilt för motor som används för godstransporter, där ibland motorens hastighet når nästan dubbelt så hög hastighet.

I sådana fall, om det mekaniska styrkan hos det isolerande materialet inte är tillräckligt starkt, kan ledningarna och till och med ledarna (som är bundna av isolerande material) flyga av och orsaka allvarliga skador, inte bara för motorn utan även för installationen.

Därför är mekanisk styrka viktigt för många ändamål, eftersom dielektrisk styrka kan försämras om delar av isoleringsmaterialet spricker eller bryts bort. Mekanisk skada på isoleringen är en orsak till elektrisk nedbrytning. Ibland, om denna mekaniska skada inte märks i tid, kan valfördelningen bli av mycket allvarlig natur.

Och därför är det ett måste att regelbundet och noggrant inspektera isoleringen för att kontrollera om den har börjat försämras eller åldras eller sprickbildning eller dess IR-värde har sjunkit till mycket mindre än den tillåtna gränsen för särskilda användningsområden. Faktum är att isolationslivet bestämmer livet för en elektrisk utrustning. Därför sker en regelbunden forskning avseende förbättring av isoleringen (se tabell 2.2).

Typer av isolering:

Torr luft:

Torr luft är faktiskt en viktig och effektiv isolator. Vi vet till exempel att två levande ledare är separerade med luft och isoleras effektivt från varandra. Bästa exempel på detta är bussar av kontrollpanel och motor och transformator för terminaler. Emellertid har luftisolering fått en gräns med tanke på dess dielektriska styrka.

Om överdrivet högre spänning än märkspänning passerar över dessa terminaler, kommer den dielektriska styrkan att bryta och därmed orsaka en uppdelning. Därför måste en formgivare vid utformningen av busskammaren och terminalboxen gå per standard bevisad clearance mellan två nakna levestänger enligt nedanstående indisk eller brittisk standardspecifikation som har gjorts enligt erfarenhet och teori.

I själva verket joniserar luften mellan de två levande barriärerna i själva verket en överdriven högspänning och en båg utvecklas över det mellanliggande utrymmet, vilket kallas linje till linje och sedan till jord, dvs total kortslutning. Ett annat stort exempel på nedbrytning av luftisolering är förekomsten av blixtnedslag.

Gummi:

Detta är också en isolator, men det kan inte klara för hög temperatur. Eftersom det är ett flexibelt material används detta främst för inre täckning av kabelledare i olika storlekar. I själva verket spelar gummiblandning en viktig roll vid tillverkning av kablar.

Vulkaniserat gummi:

Detta bearbetade gummi är faktiskt mycket hårdare än det rena gummit, även om det har en låg dielektrisk styrka.

Plast:

Plast i alla dess många olika former används alltmer för isoleringsmaterial.

Dessa är för många för att nämna enskilt i den här boken, men som en användbar guide är följande några av de material som ersätter gummi som isoleringsmedium för trådar och kablar:

a) PVC (polyvinylklorid)

b) Neopron

c) butylgummi

d) EPR (etylin-propylengummi)

e) CSP (klorsulfonatpolyeten)

Bomull och Lack, Glasfiber, etc .:

I tidigare utföranden isolerades ledarna av motorer och transformatorer huvudsakligen med bomull och lacker. Nuförtiden har de i de flesta fall ersatts av mer effektiva och modemisoleringsmaterial som hartsbaserade emaljer, glasfiber, asbest etc.

Idag tenderar hartsbaserade isoleringsfilmer att ersätta bomull och lack för isolering av lindningar. Faktum är att dessa filmer är enklare att applicera, och är också mer effektivt motståndskraftiga mot fukt. Men innan du använder dessa isoleringsfilmer måste vikningarna vara helt bakade för att bli av med fukt.

Olieimpregnerade Papper:

Papper impregnerat med isolerande olja har också en hög dielektrisk styrka som vanligtvis används för isolering av ledare av högspänningsledningar, vilka inte behöver vara flexibla. Papperet absorberar fukt väldigt lätt så att det bara kan användas i utrustning som är utformad för att förhindra att fukt kommer in, som blymantlade kablar.

Av den anledningen, när någon pappersisolerad kabel skärs, måste änden förseglas omedelbart för att skydda den från fukt.

Isoleringsolja:

Isoleringsolja har hög dielektrisk styrka och används därför för att isolera vissa typer av högspänningsutrustning. Transformatorer och kondensatorer anslutna till högspänningskretsar, vanligtvis nedsänkta i isolerande olja. Oljan används ofta som kylmedium såväl som isolering.

Därför har den två viktiga funktioner i den elektriska utrustningen. Användning av isolerande olja i transformatorn är ett bra exempel. Kontakten hos vissa högspänningsbrytare arbetar i isoleringsolja, som förutom isolering bidrar till att släcka bågens utdrag. När kontaktdelen är isolerande olja tunn och mycket brandfarlig.

Den förångas vid upphettning, och eftersom ångorna innehåller väte, måste oljebeständig utrustning vara väl skyddad mot explosionsrisken.

Pyrochlor:

Denna typ av isolerande vätska används idag. Denna vätska är faktiskt tyngre och har mer dielektrisk styrka än regelbundet använd transformatorolja. Men svårigheten med denna vätska är regelbunden hantering, eftersom det blir tjockt när det är kallt och blir tunnare med en temperaturökning. Denna typ av vätska används mestadels i Ryssland.

Porslin:

Porslin har en mycket hög dielektrisk styrka och används därför vanligen som en isolator i högspänningskretsar. Att vara en form av lergods måste formas till den form som krävs under tillverkningen och en gång avfyrade, kan inte bearbetas.

Den används främst för isolatorer som stöder basledare, t.ex. stöd för bussar och de ledande delarna av järnklämmor och kopplingsboxar. Isolatorer för utomhuslinjer är också gjorda av porslin.

Glimmer:

Ett hårdskört mineralämne som används som slitsisolering för motorlindningar och för isolering mellan segmenten av kommutatorer. Den tål höga temperaturer och är ogenomtränglig för fukt. Andra former av slitsisolering består av material som lackerade papper, glasfibrer, asbestlaminat och senaste millinex.

Isoleringskort:

Det finns olika typer av isoleringskort och gjutna isoleringar. Tryck pahn, tuffnol och letheroid används vanligtvis i elektrisk utrustning. Användningen inkluderar terminalplattor, formare för spolar, spårisolering för motor- och transformatorlindningar, och isoleringsborstar och brickor.

Ebonit:

En form av mycket hårt vulkaniserat gummi som liknar träbenbenet i utseende. Användningen omfattar terminalplatta och isolerande borstar och brickor.

Permali trä:

Detta är en speciell typ av trä med bättre dielektrisk styrka än vanligt trä. Dessa har mer fuktbeständig styrka. Dessa används i allmänhet för kontaktbrädor, separatorer, bussningsterminaler.

Isoleringstejp:

Isoleringstejp används för att sätta ihop spolar eller basledare i höljen, t.ex. inom växel och motorhus. Det används ibland för att reparera eller ersätta skadad isolering. Tape är gjorda av vulkaniserade fibrer (t.ex. Elephantide), från lackerad bomull, silke eller glasfiberduk (t.ex. Empire tape) eller från bindad glimmerbitning (Micanite).

Plastband (PVC) eller nylonband av elektrisk egendom används idag för en mängd olika låg-, medium- och högspänningskretsar.

Isolerande förening:

Isolerande förening används för att fylla kabelförbindningsboxar, tillverkade anslutningsenheter och terminalhöljen. Många föreningar är baserade på bitumen och måste upphettas och hällas in i höljet för att fyllas omedelbart medan hett. Kallhällande föreningar som består av en mineral eller syntetisk olja med härdare används nu i större utsträckning.

Elektroteknik: Kategori # 4. Material som används för att stärka magnetfält:

Motorer, transformatorer, reläer, som är faktiskt elektromagnetisk utrustning har sina spolar lindade på kärnor. Materialen som dessa kärnor är gjorda är utvalda för deras förmåga att producera ett starkt magnetfält när de magnetiseras av en ström som strömmar i lindningen. Sådana material beskrivs som hög magnetisk permeabilitet.

Hög magnetisk permeabilitet är emellertid inte det enda kravet på kärnmaterial. Materialen måste kunna magnetiseras mycket snabbt och förlora sin magnetism så snart som möjligt efter det att magnetiseringsströmmen slutar strömma.

Detta krav är särskilt viktigt i växelströmsapparater, såsom transformatorer, där kärnorna magnetiseras och demagnetiseras hundra gånger per sekund. Fördröjning när man svarar på förändringar i magnetiseringsströmmen kallas hysteriserar, alla magnetiska material är föremål för hysteriser, även om den i vissa är faktiskt väldigt liten.

Ett annat viktigt krav på kärnmaterial är att de bör behålla så liten magnetism som möjligt när magnetiseringsströmmen slutar strömma. Alla magnetiska material behåller viss grad av magnetism när de har placerats i ett magnetfält, men material varierar mycket i den mängd de behåller. Låg retention är förknippad med låg hysteris och vice versa.

En permanentmagnet har till exempel en extremt hög hysteriseringsfaktor och är därför svår att magnetisera när magnetiseringsströmmen stannar. Kärnmaterial magnetiseras emellertid lätt och håller en knappt detekterbar mängd magnetism när magnetiseringsströmmen upphör.

Bra kärnmaterial är därför de som har en hög magnetisk permeabilitet och en låg hysteres. I själva verket uppfyller mjukt järn dessa krav och användes en gång i stor utsträckning för elektromagnetiska kärnor.

Vissa legeringar av järn har dock visat sig vara mycket effektivare. Bland legeringarna som idag används är legeringar av kisel och järn (t.ex. Lohys och Stalloys), legeringar av kobolt och järn (Permendur) samt legeringar av nickel och järn (Permalloy).

Kärnor med induktiva lindningar, såsom transformatorer, motorer och generatorer, är alltid uppbyggda av tunna lager av metaller (tjocklek på .005 till .007) som kallas laminer, vilka är isolerade från varandra (med tunna skikt av .002 av film av lack) och skruvas tätt ihop. Denna konstruktionsteknik är antagen för att förhindra att eddyströmmar cirkulerar i kärnan.

Kärnmaterialen som huvudsakligen är en järnmetall är emellertid en ledare inom magnetfältet, så att emf genereras i det när det finns någon förändring i fältstyrkan. Om kärnan var fast skulle det finnas en låg motståndsväg som möjliggör att stora strömmar cirkulerar.

Om det skulle tillåtas cirkulera skulle virvelströmmarna skapa ett magnetfält i motsats till det som skapas av magnetiseringsströmmen, varigenom allvarligt överhettas. Isoleringen mellan lamineringen hindrar virvelströmmarna att strömma, lamineringen läggs i magnetfältets riktning så att effekten på fältets hållfasthet minimeras.

Ramar, höljen:

Gjutjärn, gjutna legeringar och tillverkat stålplåt är överlägset de vanligaste materialen för ramar och hölje av elektrisk utrustning som används i gruvindustrin. Hårdformad plast används för vissa mekaniska delar och epoxiharts används nu för vissa ändamål. Elektriska lampor och inspektionsfönster använder tungt panserat glas. Högkvalitativa stål används för motoraxlar och lagerytor.