12. Характеристики проводниковых материалов.

13. Проводники высокой проводимости.

Медь является наиболее распространенным металлом в электротехнике. Преимуществами меди являются: малое удельное сопротивление ( = 0,0172—0,0175 ом-мм²/м); достаточно высокая механическая прочность (временное сопротивление разрыву 25—40 кГ/мм²); стойкость по отношению к коррозии; хорошая обрабатываемость; легкость пайки и сварки.

В тех областях электротехники, где нужна высокая механическая прочность, твердость и сопротивляемость истиранию, применяется твердая (твердотянутая) медь марки МТ. Такая медь идет на изготовление проводов воздушных линий электропередач, контактных проводов, шин распределительных устройств, пластин коллекторов электрических машин. Твердая медь, будучи нагрета до 400—700°, а затем охлаждена, становится мягкой. Мягкая медь марки ММ идет на изготовление проволоки круглого и прямоугольного сечения, жил кабелей, обмоточных проводов.

В электротехнике нашли себе применение сплавы на основе меди — бронза и латунь.

Бронза — сплав меди с оловом, кремнием, фосфором, бериллием, кадмием и другими элементами — имеет более высокую механическую прочность и твердость, чем медь (прочность на разрыв бронзовой проволоки 80—135 кГ/мм²). Бронза по сравнению с медью обладает меньшей электропроводимостью (10—95% по отношению к меди).

Латунь —сплав 50—70% меди и 30—50% цинка — применяется как конструктивный материал. Латунь хорошо обрабатывается резанием, идет на изготовление деталей путем вытяжки и штамповки.

Алюминий занимает третье место по электропроводимости после серебра и меди ( = 0,029 ом-мм²/м).

Алюминий уступает меди и по механическим свойствам. Мягкий алюминий марки AM имеет прочность на разрыв всего 8—9 кГ/мм²; твердый, неотожженный алюминий марки AT имеет прочность на разрыв 18 кГ/мм². Для увеличения механической прочности алюминия его сплавляют с кремнием, желе зом, магнием. Для проводов воздушных линий применяют одни из таких сплавов — альдрей (0,3—0,5% магния, 0,4—0,7% кремния, 0,2—0,3% железа, остальное —алюминий). Прочность на разрыв альдрея 35 кГ/мм². На линиях электропередач применяют также сталеалюминиевые провода, сердцевина которых свита из стальных проволок. Снаружи стальная жила обвита алюминиевой проволокой. В электротехнике алюминий идет на изготовление проводов, круглых и прямоугольных шин, алюминиевой фольги для конденсаторов и оболочек некоторых конструкций кабелей.

Сталь отличается большой механической прочностью. Используемая в качестве проводникового материала сталь содержит 0,10—0,15% углерода и имеет прочность на разрыв 70— 75 кГ/мм². Удельное сопротивление стали около 0,1 ом-мм²/м. т. е. сталь обладает электропроводимостью в 6—7 раз меньшей, чем медь В отличие от меди и алюминия сталь является более дешевым и менее дефицитным материалом. Большой недостаток стали — малая стойкость ее по отношению к коррозии. Для предохранения стали от коррозии ее покрывают слоем более стойкого металла (например, цинка). Так как сталь относится к числу ферромагнитных материалов, то при протекании по стальному проводнику переменного тока сказывается явление поверхностного эффекта. Это выражается в том, что активное сопротивление проводника переменному току больше, чем постоянному току. Поэтому, исходя из условий допустимого нагрева проводов, переменный ток для проводов и шин следует применять меньший, чем постоянный ток. Кроме того, в стальном проводнике, включенном в цепь переменного тока, происходит потеря мощности на гистерезис.

Сталь используют в электротехнике для изготовления проводов, шин, сети заземления, рельсов для трамвая и электрифицированных железных дорог.

В целях экономии меди применяют биметалические проводники. Внутренний слой биметаллического проводника образует сталь, поверх которой горячим или гальваническим способом нанесен слой меди. Оба металла образуют монолитный проводник. Медь составляет 50% веса проволоки. Прочность на разрыв биметаллического проводника 55—70 кГ/мм².

14. Проводники высокого сопротивления.

Проводниковые материалы с высоким сопротивлением бывают металлические, получившие наибольшее распространение, и неметаллические. Металлические проводниковые материалы можно разделить на три группы: 1 — для точных электроизмерительных приборов и образцовых резисторов; 2 — для резисторов и реостатов; 3 — имеющие высокую рабочую температуру и предназначенные для нагревательных приборов и нагрузочных реостатов.

Основным материалом 1-й группы является медно-марганцевый сплав — манганин. Манганин изготовляется двух марок: МНМцЗ-12 (3% Ni, 12% Mn, 85 % Си) и МНМцАЖЗ-12-0,3-0,3 (3 % Ni, 12 % Mn, 0,3 % А1, 0,3 % Fe, 84,4 % Си). Из первого сплава изготовляют твердую и мягкую (отожженную) проволоку, из второго — только мягкую.

К материалам 2-й группы относится константан (40 % Ni, 60 % Си). Удельное сопротивление мягкой константановой проволоки 0,465*10-6, а твердой 0,49*10-6 См*м. Его температурный коэффициент сопротивления близок к нулю.

К материалам 3-й группы относятся сплавы никеля, хрома и железа (нихром); хрома, алюминия и железа (фехраль). Проволока из этих сплавов делится по применению на марки Н (для нагревательных приборов) и С (для реостатов).

В электронной аппаратуре широко применяют металлопленочные резисторы МЛТ, С2-22 и др. Токопроводящим элементом этих резисторов является тонкий слой сплава с высоким удельным сопротивлением, нанесенный на поверхность керамического стержня и покрытый защитным слоем эмали.

15. Термопары.

Термопары представляют собой термочувствительный элемент, состоящий из двух последовательно соединенных (спаянных) между собой разнородных проводников или полупроводников. Данный вид термопреобразователей наиболее распространен в промышленности, благодаря простой конструкции, надежности и возможности измерения температур в агрессивных средах.

16. Проблема соединения алюминий-медь.

Проблема кроется в свойствах этих металлов. Алюминий является более активным металлом нежели медь. В результате чего на поверхности алюминия в нормальных условиях в быстрое время образуется оксидная пленка. Эта пленка имеет худшие электропроводные свойства в отличие от чистого алюминия. В связи с этим, электрический контакт становится хуже, по сравнению с медью, оксидная пленка на которой практически не сказывается на качестве контакта. Проявляется явление электрохимической несовместимости металлов. Получается что при соединении, например, медных и алюминиевых проводов, электрический контакт происходит между их оксидными пленками. Контакт получается некачественный, который будет нагреваться со всеми вытекающими последствиями. При попадании влаги начинается процесс электролиза, который разрушает контакт и превращает соединение в потенциальный источник пожара. При таком контакте первым разрушается алюминий, при ежедневном нагреве и остывании появляются трещины и раковины, под воздействием влаги соединение покрывается окислами, солями, изоляция также начинает разрушаться, образуются токопроводящая копоть и со временем контакт нарушается или приводит к пожару. Сухой контакт будет разрушаться медленно, годами, а при попадании влаги, может произойти авария за считанные недели даже при незначительных токах.

Способы соединения проводников:

- клеммные колодки без непосредственного соприкосновения разнородных проводников,

- защитный слой из третьего металла

- шайбы

- специальные наконечники.

Для соединения меди и алюминия используются специальные пасты, которые и защищают контакт от окисления и попадания влаги, препятствуют последующему разрушению контакта.