Mục lục 1 Chương 1 2 VẬt liệu dẫN ĐIỆN 2 Hợp kim có điện dẫn suất thấp. (Điện trở cao) 11 5 Các kim loại khác 13

1.7.1 Cơ sở phân loại cáp

Ta có cấu trúc của cáp bao gồm: lõi dẫn, cách điện, màn chắn điện và lớp bảo vệ. Lõi dẫn điện có nhiệm vụ truyền dòng năng lượng điện và tín hiệu tin tức liên lạc. Cách điện là tạo lên khoảng cách cách điện ổn định giữa lõi dẫn và bề mặt đất. Các lớp bảo vệ dùng bảo vệ lõi dẫn và cách điện khỏi bị tác động cơ học, khí hậu hay hóa học. Màng chắn để tạo lên cách điện bên trong điện từ trường hướng tâm hay là bảo vệ cho tín hiệu điện truyền đi khỏi bị nhiễu từ bên ngoài.

• 
  Theo thành phần kết cấu các chi tiết cáp có thể chia thành: dây dẫn không cách điện (dây cáp trần) và dây dẫn có cách điện, dây cáp mềm và cáp điện.
  

+ Dây cáp mềm được tạo lên từ tổ hợp hai hay nhiều dây dẫn mềm có cách điện được bao bọc chung một lớp bảo vệ.

• 
  Cáp điện được tạo lên từ ba thành phần kết cấu: các lõi dẫn, cách điện và vỏ bảo vệ.
  

- 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.

- Dây êmay

- Dây dẫn và cáp cách điện bằng sợi và cách điện tổ hợp.

c. Phân loại theo mục đích sử dụng

- Cáp và dây dẫn điện áp cao: Có điện áp làm việc > 1000V

- Cáp và dây dẫn điện áp thấp: Dùng phân phối điện năng trong mạch nhị thứ, dùng đấu nối trong sơ đồ, thiết bị, dụng cụ đo lường, cung cấp điện và điều khiển hệ thống kiểm tra…

- Cáp và dây thông tin dùng cho tất cả các dạng liên lạc (điện thoại, điện tín, rađio, tivi…)

- Dây quấn điện từ dùng để quấn các cuộn dây máy biến áp, máy điện, thiết bị điện…

d. 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, liên lạc và dùng cho xây dựng, nhà ở…

- Cáp và dây dẫn chuyên dùng sử dụng trong kỹ thuật chuyên ngành riêng, trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Ví dụ: Cáp tàu thủy tàu biển, dùng trong hàng không vũ trụ, trong hầm lò, dầu mỏ, dùng trong thiết bị di chuyển (cần trục, cầu trục).

• 
  Một số loại dây dẫn, cáp điện
  

Tạo bởi hai dây dẫn ruột đồng, mềm, được bọc cách điện song song với nhau, chất cách điện là nhựa PVC hoặc cao su lưu hóa. Dây dẫn được tạo bởi nhiều sợi có đường kính 0,2 mm nên mềm dẻo và dễ di động. Dây đôi dùng để dẫn điện cho các thiết bị cần di động, đồ dùng điện trong sinh hoạt như quạt bàn, tủ lạnh, máy thu thanh, thu hình.

Để tăng cường sức chịu đựng lực kéo và nén cho dây cáp, người ta còn chế tạo các loại cáp với lớp vỏ bọc bằng thép ở bên ngoài; các loại cáp này thường được dùng để đi ngầm cho các công trình lớn.

Trong kỹ thuật cáp sử dụng lõi dẫn bằng đồng, nhôm và thép, dùng dây dẫn điện trở thấp và điện trở cao, kích thước giới hạn từ vài micro đến 10mm. Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu là: độ dẫn điện cao, đặc tính cơ cao, không bị ăn mòn, dễ chế tạo, kinh tế và là nguyên tố không hiếm.

- Vật liệu từ tự nhiên: giấy cách điện, vải, cao su, amiăng, cánh kiến…

- Vật liệu nhân tạo: poliêtylen, polistirol, cao su nhân tạo (cao su butađien, cao su butyl, cao su silicon…), sơn êmay các loại.

- Vật liệu màng mỏng: giấy cáp và giấy telephone…các loại này có các tính năng cách điện tốt, cường độ cách điện cao, hằng số điện môi nhỏ, tổn hao điện môi nhỏ, chịu được môi trường nóng ẩm, độ bền cơ – lý – hóa cao, chịu nhiệt tốt.

- Kim loại: Để bảo vệ cáp và dây dẫn, tạo nên lớp vở chống thấm và lớp bọc bên ngoài (chì, nhôm và thép).

- Hỗn hợp cao su ống mềm: Dùng lót thêm cho tăng tính chất cơ học và chống ẩm, chống môi trường xâm nhập vào cáp.

- Các chất dẻo màng mỏng: Cắt thành băng quấn quanh lớp bảo vệ kim loại để chống ăn mòn kim loại và tăng thêm bảo vệ cho cáp.

- Vật liệu sợi: Có thể dùng giấy cáp, băng cáp, sợi chỉ bông tự nhiên hay capron hoặc sợi amiăng. Nó dùng lót đệm cho lớp bọc kim loại để bảo toàn lớp bọc kim loại khỏi tác động cơ học khi quấn và lắp cáp.

Chương 2

VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
2.1 Những hiểu biết cơ bản trong kỹ thuật cách điện

2.1.1 Điện trường

Mục đích của cách điện là duy trì khả năng cách điện của vật liệu cách điện đặt trong điện trường vì vậy tránh các hiện tượng sau:

• 
  Phóng điện trong vật liệu cách điện
  
• 
  Đánh thủng toàn phần hoặc bộ phận bên trong vật liệu.
  
• 
  Phóng điện bề mặt ở bề mặt tiếp xúc giữa hai vật liệu.
  

Nếu ta tăng điện áp giữa hai điện cực thì có thể xảy ra hiện tượng:

+ Một là: Tấm cách điện không chịu nổi điện áp ở một hoặc nhiều chỗ điện tích chạy từ điện cực này qua điện cực kia xuyên qua tấm cách điện. Chúng ta nói rằng tấm cách điện bị đánh thủng.

+ Hai là: Điện áp tăng tới mức nào đó ở cạnh mép của tấm cách điện xuất hiện vầng quang phát triển thành những tia điện trên bề mặt tấm cách điện và nối liền với nhau ở cạnh bên của tấm cách điện, hiện tượng này gọi là phóng bề mặt.

• 
  Với vật liệu cách điện thể khí và thể lỏng thì chỉ có thể xảy ra trong giây lát, sau đó cách điện lại được phục hồi.
  
• 
  Với vật liệu cách điện ở thể rắn thì đánh thủng làm cho cách điện bị xuyên thủng bị phá hủy vĩnh viễn không sử dụng được.
  

• 
  Điện áp đánh thủng là điện áp làm cho cách điện có bề dày nhất định bị đánh thủng. Ký hiệu (U_đt).
  
• 
  Điện áp phóng điện bề mặt là điện áp sinh ra phóng điện bề mặt trên mặt cách
  

• 
  Điều kiện để cách điện làm việc lâu dài: U_đt < U_pđ < U
  

+ Hệ số an toàn đối với phóng điện bề mặt là: a_pđ

• 
  Độ bền cách điện là điện áp tính trên cách điện có bề dày 1cm.
  

• 
  Chú ý: Ở một số vật liệu cách điện thì điện áp đánh thủng tăng tỷ lệ thuận với bề dày cách điện.
  

Tính chất của vật liệu cách điện (chủ yếu là vật liệu hữu cơ) trong thời gian vận hành, khả năng cách điện thường bị giảm dần. Vật liệu cách điện hóa già thì tính chất của vật liệu cách điện thay đổi đến mức không thể hoàn thành chức năng cách điện giữa các chi tiết mang điện ở các điện thế khác nhau. Tuổi thọ của vật liệu do điều kiện vận hành quyết định (nhiệt độ làm việc, tác nhân hóa học, tác dụng cơ học…)

- Qúa trình hóa già thực chất là kết quả của sự biến đổi hóa chất xảy ra nhanh hoặc chậm do điều kiện vận hành tác động.

- Những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hóa già của vật liệu:

+ Nhiệt độ làm việc: Sự giảm sút tính chất cách điện gia tăng rất mạnh khi nhiệt độ tăng tức là tốc độ phản ứng hóa học tăng theo hàm mũ với nhiệt độ.

+ Các tác nhân hóa học từ bên ngoài tác động trực tiếp hay gián tiếp ảnh hưởng đến sự hóa già của vật liệu như:

• 
  Vật liệu cách điện gần bền: Sơn tẩm, dầu…
  
• 
  Môi trường bao quanh vật liệu cách điện: chất bẩn thể khí, khí ozôn, độ ẩm…
  
• 
  Vật liệu điện cực.
  

• 
  Những tác dụng cơ học trong quá trình chế tạo, vận hành.
  
• 
  Qúa trình hóa học chủ yếu gây sự hóa già là: sự oxy hóa, sự thủy phân, sự bay hơi, sự trùng hợp.
  
• 
  Tổn hao trong điện môi.
  

• 
  I_c: Dòng điện tích thực sự
  
• 
  I_r: Dòng tổn hao làm nóng điện môi trùng pha với điện áp.
  

• 
  Điện áp xoay chiều: P_đ = U.I_R = ω.C.U².tgδ (w)
  

• 
  Điện áp một chiều: P_đ = I².R
  

• 
  Tổn hao do dòng điện rò (là do các điện tích tham gia vào dòng điện dẫn dưới tác dụng của điện trường).
  
• 
  Tổn hao điện môi do cấu tạo không đồng nhất
  
• 
  Tổn hao điện môi do phân cực xẩy ra ở các chất có phân cực chậm. Các điện môi có cấu tạo lưỡng cực, các điện môi có cấu tạo không dàng buộc.
  

- Độ ẩm tuyệt đối (m)

Là khối lượng hơi nước có trong một đơn vị thể tích không khí (gH₂O/m³), ở t⁰C thì độ ẩm tuyệt đối nhỏ hơn độ ẩm bão hòa (m < m_max) nếu ngược lại thì trạng thái hơi nước ở dạng sương rơi xuống.

+ Độ ẩm tương đối (φ%): Là tỷ số giữa độ ẩm tương đối với độ ẩm bão hòa tính theo phần trăm (%).

φ% = m_max .100%

b. Độ ẩm của vật liệu cách điện

- Khi đặt vật liệu vào không khí ta có độ ẩm tương đối ở nhiệt độ nào đó. Sau một thời gian thì vật liệu đó có độ ẩm là φ và đạt tới độ ẩm cân bằng φ_cb .

Với φ là g/đvị trọng lượng vật liệu.

- Nếu đặt vật liệu cách điện khô có (φ < φ_cb) thì nó bị thấm (hút hơi nước) để đạt tới φ_cb

- Nếu vật liệu quá ẩm (φ > φ_cb) cũng đặt ở không khí . Sau thời gian nó có φ = φ_cb tức là nó được không khí sấy khô.

c. Thấm ẩm.

Là khả năng cho hơi nước đi xuyên qua điện môi. Nó được tính bằng công thức sau:

M = P.(p₁ – p­₂).S.τ/h

Trong đó: m: lượng hơi ẩm

P: Độ thấm ẩm

p₁, p₂: Độ chênh lệch áp suất (mmHg)

S: Diện tích điện môi

τ: Thời gian vật liệu chịu đựng (giờ)

h: Độ dày điện môi (cm).

d. Độ ngưng tụ trên bề mặt

Là khả năng ngưng tụ và hình thành màng ẩm trên bề mặt vật liệu. Nó phụ thuộc vào:

• 
  Bề dày vật liệu
  
• 
  Độ ẩm môi trường
  
• 
  Các loại vật liệu khác nhau
  

Ví dụ: Vật liệu liên kết ion, phân cực (có cực tính) thì dính nước mạnh tức là góc biên θ <90⁰ và ngược lại.

5. 
   Ảnh hưởng của độ ẩm tới phẩm chất cách điện của vật liệu cách điện.
   

• 
  Nước là vật liệu có cực tính mạnh, dẫn điện cao. Vì vậy khi xâm nhập vào thì điện trở
  

• 
  Khi thử cách điện của điện môi người ta đo các trị số như R, điện dung (c), góc tgδ để
  

• 
  Khi màng ẩm bề mặt tăng thì dòng điện rò tăng và U_{phóng điện} giảm tức là U nhỏ cũng
  

Ví dụ: Khi đường dây đi qua vùng có nhiều bụi bẩn thì không khí ẩm (màng ẩm) bám vào sứ sẽ gây ra phóng điện ngay với cả U_lv.

• 
  Khi sấy khô kể cả trong chân không để lượng hơi nước thoát ra hết rồi tẩm sơn cách
  

Là khả năng chịu được ở niệt dộ cao và cả khi nhiệt độ thay đổi đột ngột

- Tính chịu nóng đặc trưng bởi độ bền chịu nóng.

+ Với điện môi vô cơ thì nhiệt độ chịu được là điểm bắt đầu có sự thay đổi phẩm chất cách điện, là tổn hao điện môi dẫn đến điện trở cách điện giảm.

+ Với điện môi hữu cơ thì nhiệt độ chịu được là khi đó có biến dạng cơ học và suy giảm phẩm chất cách điện

• 
  Dựa vào khả năng chịu nhiệt của vật liệu người ta chia ra các loại sau:
  

- Ở nhiệt độ thấp thường tính chất của vật liệu cách điện tốt hơn nhưng vật liệu dẻo và đàn hồi lại trở nên giòn và cứng gây khó khăn cho sự làm việc của vật liệu cách điện.

- Có tác dụng truyền nhiệt ra xung quanh khi trong các vật liệu có nhiệt do tổn thất công suất. Ví dụ: Trong dây dẫn, trong lõi thép máy biến áp và cả tổn hao điện môi trong chất cách điện.

- Độ dẫn nhiệt ảnh hưởng đến độ bền điện khi đánh thủng và độ bền vật liệu.

- Độ dẫn nhiệt của vật liệu đặc trưng bới nhiệt dẫn xuất γ_N so với kim loại điện dẫn suất rất nhỏ.

Được đánh giá bằng hệ số giãn nở chiều dài theo nhiệt. Những vật liệu có hệ số giãn nở dài nhỏ thường có độ bền chịu nóng cao hơn và ngược lại.

Vật liệu cách điện có thể ở thể rắn, lỏng hoặc khí. Giữa thể lỏng và thể rắn còn có một thể trung gian gọi là thể mềm nhão như các vật liệu có tính chất bôi trơn, các loại sơn tẩm.

Vật liệu cách điện hữu cơ:

- Vật liệu cách điện vô cơ: gồm các chất khí, các chất lỏng không cháy, các vật liệu rắn như gốm sứ, thủy tinh, amiăng.

3. 
   Phân loại theo tính chịu nhiệt:
   

- Điện môi gần bằng 1, là hằng số.

- Điện trở cách điện rất lớn và phụ thuộc vào điện áp.

- Hệ số tổn hao tgδ phụ thuộc vào điện áp.

- Độ bền cách điện phụ thuộc nhiều vào áp suất, các thông số hình học của điện cực, thời gian tác dụng của điện áp.

b. Tính chất cách điện của thể lỏng (đặc trưng là dầu biến thế)

(Sách tham khảo Vật Liệu Kỹ Thuật Điện – NXB Khoa học và Kỹ thuật- Trang 198-201)

c. Tính chất cách điện thể rắn.

Với vật liệu thể rắn thông thường mỗi vật liệu bao gồm nhiều loại vật liệu khác nhau, tùy thuộc vào vật liệu cơ bản và tỷ lệ thành phần của các vật liệu khác mà các thông số tính chất của cách điện biến thiên trong phạm vi rộng để thể hiện rõ xét riêng từng loại vật liệu.

a. Cánh kiến: Là loại khoáng sản phẩm kết tinh có tính năng kỹ thuật rất tốt đặc biệt có thể bóc thành từng miếng rất mỏng.

Có 2 loại cánh kiến chính: Muxcovit và Flogopit

• 
  Muxcovit: có thành phần hóa học là K₂O.3Al₂O₃.6SiO₂H₂O
  

• 
  Đặc điểm:
  

+ Có độ bền cơ và điện cao, tổn hao điện môi nhỏ.

• 
  Ứng dụng: Dùng trong các thiết bị có yêu cầu độ bền cao về cơ và điện như trong cổ
  

• 
  Flogopit: Có thành phần hóa học là K₂O.3Al₂O₃.13SiO₃.2H2O
  

• 
  Đặc điểm: + Màu vàng sáng hoặc màu nâu, xanh lá cây và đen.
  

+ Mềm hơn Muxcovit, cách điện kém hơn.

+ Làm việc ở nhiệt độ từ 600 – 700⁰C.

• 
  Ứng dụng: Dùng trong các thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao như lò điện trở.
  

Được làm từ những miếng cánh kiến có diện tích từ 10 cm² đến 60 cm² và bóc ra thành từng miếng mỏng từ 0.001mm đến 0.002mm kết hợp với chất kết dính.

+ Đặc điểm:

• 
  Tính chất của mica phụ thuộc vào thành phần chất hợp thành cánh kiến và chất keo dính.
  
• 
  Càng nhiều cánh kiến và ít keo sử dụng để làm mica thì mica càng cứng và khó biến dạng.
  
• 
  Mica bị phân hủy và nhão ra trong dầu và cồn.
  

• 
  Dùng mica để cách điện cổ góp và cách điện cuộn dây trong máy điện và trong các điện trở đốt nóng.
  

Làm từ bột cánh kiến trộn với bột thủy tinh được ép với áp lực lớn trong khuôn ép.

+ Đặc điểm: Màu xám sáng trông như đá hiện rõ các đốm li ti óng ánh của cánh kiến.

+ Ứng dụng: Dùng làm buồng dập hồ quang điện trong máy cắt, tay nắm phích cắm điện ở bếp điện, làm các tấm đệm chịu được dao động.

- Phân theo đặc tính:

+ Nhóm có hằng số điện môi ε = 6 và tổn hao điện môi nhỏ.

+ Nhóm có tổn hao điện môi nhỏ và hằng số điện môi lớn.

+ Nhóm có tính năng điện kém hơn, nhưng có hệ số giãn nở nhỏ hơn.

• 
  Phân theo tính năng sử dụng:
  

Gồm: cao lanh và fenspat hoặc thạch anh và cao lanh, chất cao lanh chịu nhiệt, fenspat đảm bảo độ bề cách điện và thạch anh đảm bảo cơ tính.

• 
  Các chất được nghiền nhỏ, khử bỏ tạp chất, hòa tan trong nước với bột tinh thạch, sau
  

• 
  Để tăng cường cách điện, điện áp phóng điện, người ta tráng lên sứ một lớp men gần
  

c. Đặc điểm:

Chịu nước, chịu ẩm, không bụi bẩn, ít rò điện, độ bền cơ giới cao.

d. Phạm vi sử dụng:

Làm các chi tiết cách điện, các phần tử đốt nóng, hộp buồng dập hồ quang, tấm ngăn hồ quang và các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao.

a. Thủy tinh:

+ Đặc điểm:

• 
  Tính chịu nhiệt cao, khả năng dẫn nhiệt lớn hơn vải 4 lần.
  
• 
  Sợi thủy tinh không hút ẩm, vải thủy tinh hút ẩm 5% còn vải hút ẩm 9%.
  
• 
  Có khả năng chịu dầu, axit và xút.
  
• 
  Không bị mục, nấm mốc khi dùng ở khí hậu nóng ẩm.
  

- Hóa bụi nếu bị cọ sát nhưng có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách bôi dầu hoặc tẩm sơn.

+ Ứng dụng:

- Thủy tinh dùng cách điện như sứ.

- Cách điện Stato máy phát, động cơ điện kéo xe lửa, động cơ sử dụng ở chỗ nóng, hay đóng cắt đảo chiều như: Động cơ cấu trục, máy biến thế hàn.

- Cách điện cho cuộn dây của các máy, khí cụ làm việc ở nơi nóng.

b. Amiăng

Amiăng là tên gọi của nhóm vật liệu khoáng chất có cấu trúc sơ tên phổ biến là Crizotin, là sự biến dạng sơ cuả khoáng chất Crizotin (loại đá xenpentinit) 3MgO.2SiO₂.2H₂O, nó có từng lớp trong nham thạch.

+ Đặc điểm:

• 
  Tính chịu nhiệt cao, sợi amiăng mịn dễ uốn, màu trắng hoặc xanh lá cây, nóng chảy ở
  

• 
  Giấy amiăng tẩm nhựa silicon chịu axit bazơ, dầu điện áp đánh thủng 1550v dùng làm cách điện cuộn dây biến khô.
  
• 
  Giấy mica – amiăng gồm mica dán nên amiăng nó chịu nhiệt cao, cơ tính cao, thường dùng ở cuộn dây điện trở, đệm ở lắp khí cụ điện phân phối điện.
  

khác nhau. Dùng làm buồng dập hồ quang trong máy cắt hoặc bộ khống chế.

Nhựa có trạng thái trung gian giữa vật liệu cách điện thể rắn và thể lỏng.

1. 
   Nhựa tổng hợp:
   

• 
  Nhựa nhiệt cứng:
  

+ Bakelit: được chế tạo từ fenol (C₆H₅OH) và phocmandehyt (HCOH) là một trong những cách điện quan trọng nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật điện. Những chất dộn như mạt cưa, gỗ thông khoảng 50% khối lượng, ngoài ra còn giấy, rẻ vụn, amiăng, sợi thủy tinh…làm tăng tính cách điện của sản phẩm.

+ Ứng dụng: làm ống cách điện, làm khung cuộn dây, hộp vỏ cách điện.

• 
  Nhựa cacbamitphocmandehyt: được chế tạo từ cacbamit [CO(NH₂)] và phocmandehyt [HCOH] dùng để ép khung, nắp, vỏ, cách điện có cơ tính và chịu nhiệt kém so với bakelit.
  
• 
  Nhựa melamin: chế tạo từ melomin [N₃C₃(NH₂) và phocmadehyt [HCOH] dùng làm keo dán, làm chi tiết cách điện, chịu nhiệt như buồng dập hồ quang.
  
• 
  Nhựa polieste: Là sản phẩm trùng hợp từ este chế tạo từ glyxerin và các axit nhiều hóa trị. Có đặc điểm chịu được nhiệt của hồ quang, chịu ẩm, chịu dầu trong đó có loại poxterit được dùng để đúc cuộn dây biến áp nhỏ và máy biến áp trên máy bay, cách điện giữa các lá đồng và cổ góp.
  
• 
  Nhựa xilicon: được chế tạo từ nguyên tố silic từ cát thạch anh, được coi là một trong những loại nhựa mới nhất, có nhiều công dụng quan trọng. Sản phẩm của xilicon chia làm 5 nhóm: Dầu xilicon, mỡ, cao su , nhựa và sơn tẩm.
  

2. 
   Nhựa nhiệt mềm:
   

+ Đặc điểm: Có thể ép thành tấm mỏng dùng hóa mềm khi làm nóng

+ Ứng dụng:

• 
  Trong công nghiệp: làm vỏ chi tiết các thiết bị điện, vỏ dây dẫn , cáp.
  
• 
  Trong kỹ thuật chiếu sáng: Vỏ hộp các loại đèn.
  
• 
  Trong kỹ thuật điện tử, kỹ thuật đo lường: làm vỏ radio, tổng đài điện thoại, phụ kiện
  

• 
  Trong dụng cụ cầm tay: Tay kìm, băng cách điện…
  

3. 
   Nhựa thông
   

+ Đặc điểm: Colofan hòa tan trong dầu mỏ (khi đun nóng) và các hydrocacbon khác trong dầu thực vật, trong rượu, trong dầu thông…

Colofan oxy hóa từ từ trong không khí, khi đó nhiệt độ hóa dẻo của nó tăng nhưng độ hòa tan lại giảm.

+ Ứng dụng: Colofan hòa tan trong dầu mỏ dùng vào việc ngâm tẩm cáp, còn dùng sản xuất rezinat là chất làm khô sơn.

4. 
   Nhựa đường
   

+ Đặc điểm: Chúng có màu đen hoặc màu hơi sẫm, hòa tan trong hydrocacbon với hydrocacbon thơm (benzene, toluene…) càng dễ tan, không hòa tan trong rượu và nước, ít hút nước và thực tế nước không thấm qua, ở nhiệt độ thấp nhựa đường thường giòn và sinh ra những vết nứt có dạng vân đặc biệt.

+ Ứng dụng: Dùng nhựa đường để sản xuất sơn, hợp chất cách điện, đổ các đầu cáp điện cao áp.

2. Chất đàn hồi

a. Cao su thiên nhiên

+ Đặc điểm: Cao su thiên nhiên được lấy từ cây cao su ở dạng lơ lửng và các phần tử rất nhỏ có dạng mạch vòng (gọi là vi cầu) trong nước. Khi làm đông tụ mủ cao su và thải hết tạp chất tách riêng ra được cao su.

Thành phần cao su là hydrocacbon trùng hợp (C₅H₈)_n

Khi nóng lên tới nhiệt độ 50⁰C thì cao su trở thành dẻo và dính, còn khi ở nhiệt độ thấp thì giòn.

Tính đàn hồi của cao su gắn liền với hình dáng của các chuỗi xích trong các phần tử của nó.

Khi cao su bị lực kéo thì nó giãn ra, khi bỏ lực kéo thì trở về hình thể vật như cũ.

+ Ứng dụng: Không dùng cao su nguyên chất để sản xuất vật liệu cách điện vì nó không chịu được nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp cũng như tác dụng của dung môi.

b. Cao su lưu hóa:

+ Đặc điểm: Sau khi lưu hóa với lưu huỳnh làm cho tính chịu nhiệt, chịu lạnh của cao su tốt hơn, tăng độ bền cơ và độ bền với dung môi. Ngoài lưu huỳnh người ta còn cho thêm vào thành phần của cao su những chất độn khác (đá phấn, thạch anh…) làm thay đổi cơ bản tính chất của cao su, hoặc còn thêm chất độn màu, chất xúc tác làm nhanh quá trình lưu hóa.

+ Ứng dụng:

• 
  Làm chất cách điện cho dây dẫn trong thiết bị điện, chế tạo ủng cách điện và ống lót
  

• 
  Lưu ý khi dùng cao su làm vật cách điện vì độ bền rất thấp, ít chịu tác dụng của dầu
  

Người ta dùng rượu cồn, dầu mỏ, khí thiên nhiên làm nguyên liệu để sản xuất ra cao su tổng hợp để thay thế cho cao su thiên nhiên.

Dùng làm vỏ bảo vệ các sản phẩm cáp, làm tấm đệm chịu dầu.

+ Escapon: Khi nung nóng tới 200-300⁰C (không cho thêm chất lưu hóa) các liên kết kép bị đứt cục bộ do đó cao su butadien được trùng hợp bổ xung và chuyển thành Escapon là chất gần giống êbômit nhưng có độ bền nhiệt cao hơn, ít chịu tác dụng của axit và các dung môi hữu cơ.

Dùng làm điện môi cao tần, và là cơ sở để sản xuất vật liệu mới như sơn, hợp chất cách điện…

Vật liệu xơ được cấu tạo bằng các phần tử nhỏ và dài gọi là xơ (gỗ, giấy, cactông, vải sợi). Rẻ tiền, độ bền cơ và độ dẻo khá cao, sản xuất thuận tiện. Độ bền điện và độ dẫn nhiệt không cao, độ hút ẩm lớn so với các vật liệu khác.

1. 
   Gỗ
   

Gỗ không được dùng phổ biến vì có những nhược điểm sau:

• 
  Tính hút đẩm cao làm tính cách điện bị giảm, mặt khác các chi tiết làm bằng gỗ khi
  

• 
  Không xác định được tiêu chuẩn cho các tính chất của gỗ ngay cả với gỗ cùng loại vì
  

• 
  Độ bền điện kém và có thể cháy.
  

2. 
   Giấy và các tông:
   

1. 
   Giấy cáp:
   

Trong đó K thuộc về cáp điện, B: điện áp cao, M: nhiều lớp, Y: được ép chặt. Còn các số là định mức chiều dày.

Vì chất cách điện của cáp có tẩm chất nhớt bị hóa già nên loại cáp này chỉ dùng làm việc lâu dài trong điện trường có cường độ thấp (3-4Kv/m). Cáp này chỉ dùng với điện áp không quá 35KV.

2. 
   Giấy cáp điện thoại:
   

3. 
   Giấy tụ điện:
   

• 
  Loại có nhãn hiệu KOH là loại giấy làm tụ điện thông thường
  
• 
  Loại giấy silicon dùng làm thụ điện động lực
  

4. 
   Các tông cách điện (có hai loại)
   

Loại 2: Dùng trong dầu có cấu trúc xốp và mềm hơn, dùng chủ yếu trong dầu máy biến áp vì nó có tính tẩm dầu tốt khi đó có độ bền điện cao.

5. 
   Phíp
   

+ Đặc điểm:

- Phíp có độ háo nước cao, khi độ ẩm môi trường xung quang cao thì phíp dễ bị biến dạng

- Dưới tác dụng của hồ quang điện, phíp bị phân hủy và sinh ra lượng khí lớn có khả năng dập tắt hồ quang.

+ Ứng dụng: Dùng chế tạo chống sét ống, đế các thiết bị đáng cắt…

4. 
   Vật liệu dệt
   

+ Ứng dụng: Trong kỹ thuật điện người ta dùng sợi tết để cách điện cho dây dẫn và dây cáp. Vải băng dùng bảo vệ phần cách điện chủ yếu của máy điện và thiết bị điện chống lại tác dụng có từ phía ngoài vào.

3. 
   Vật liệu cách điện ở thể khí, lỏng và nửa lỏng
   

Một số chất khí và tính chất như sau:

• 
  Dầu mỏ: Dầu khai thác từ các mỏ dầu tự nhiên
  

Dựa vào ứng dụng của các loại dầu người ta chia thành các loại sau: dầu máy biến áp, dầu cáp, dầu tụ điện, dầu thầu dầu.

1. 
   Dầu máy biến áp
   

• 
  Là sản phẩm chưng cất của dầu mỏ.
  
• 
  Công dụng: Làm mất các lỗ của các loại vật liệu cách điện dạng sợi, lấp các khoảng
  

• 
  Tính chất:
  

+ Có thể xâm nhập vào các khe rãnh hẹp, vừa cách điện vừa có tác dụng làm mát trong trường hợp có dòng chảy mạnh.

+ Độ nhớt ảnh hưởng đến khả năng tản nhiệt khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm

+ Tổn hao điện môi tương ứng:

F = 50Hz, T⁰ = 20⁰C, tgδ nhỏ hơn hoặc bằng 0.003

F = 50Hz, T⁰ = 70⁰C, tgδ = 0.025

Cường độ cách điện là thông số đánh giá chất lượng dầu. Ví dụ: U = 6-35KV thì cường độ cách điện là 12KV/mm; U > 35KV thì cường độ cách điện là 16KV/mm.

• 
  Đặc tính nhiệt của dầu: độ tản nhiệt (nhanh hay chậm)
  

+ Sự tản nhiệt của dầu lớn gấp 28 lần của không khí vì vậy dầu máy biến áp được dùng trong các máy cắt.

• 
  Các nhược điểm của dầu máy biến áp:
  

• 
  Tính năng điện biến đổi lớn nếu dầu bị bẩn, nhạy cảm vơi độ ẩm vì lớp dầu trên mặt
  

• 
  Ở nhiệt độ cao cho phép, dầu có những biến đổi về hóa: giảm độ nhớt, tính năng cách
  

• 
  Dầu dễ cháy, khi cháy phát sinh khói đen, hơi dầu bốc lên hòa vào không khí làm thành hỗn hợp nổ.
  

2. 
   Dầu cáp
   

3. 
   Dầu tụ điện: Gần giống dầu máy biến áp
   

Dùng các chất để hấp thụ tạp chất đạt đến cường độ cách điện từ 20 – 25 KV /mm.

+ Đặc điểm:

• 
  Dễ nổ, tính ổn định kém khi ở nhiệt độ cao hay khi tiếp xúc với không khí.
  
• 
  Dễ bị già hóa khi tiếp xúc với điện trường.
  

4. 
   Dầu gai (tự khô)
   

Khi thêm 0.5% chì vào thì thời gian khô của dầu gai giảm 2.6 lần, nếu thêm 1% Mn thì giảm 1.8 lần.

5. 
   Dầu thầu dầu.
   

Theo cách sử dụng, sơn có thể chia làm ba nhóm chính: sơn tẩm, sơm phủ, sơn dán.

• 
  Sơn tẩm: Dùng tẩm những chất cách điện xốp và đặc biệt là chất cách điện ở dạng xơ
  

• 
  Sơn phủ: Dùng để tạo ra trên bề mặt của vật liệu được quét sơn một lớp màng nhẵn
  

Men màu cũng được xếp vào loại sơn phủ, đó là những loại sơn được cho thêm sắc tố vào thành phần của chúng. Sắc tố này là loại bột mịn vô cơ, nó làm cho sơn có màu sắc nhất định, độ bền cơ học cao, độ dẫn nhiệt và độ bám dính được cải thiện hơn.

• 
  Sơn dán: Dùng để dán các vật liệu lại với nhau như dán mica hoặc để gắn vật liệu cách điện vào kim loại. Ngoài các tính chất của sơn ra thì sơn dán cần phải có lực bám dính cao. Theo chế độ sấy người ta chia làm 2 loại: sơn sấy nóng và sơn nguội
  

+ Sơn sấy nguội: Loại này khô nhanh khi ở môi trường không khí có nhiệt độ bình thường.

• 
  Sơn Bakelit: Là dung dịch bakelit hòa tan trong rượu. Đây là loại sơn tẩm và sơn dán màng sơn của nó bền nhưng kém dẻo và hóa già nhanh. Dùng chế tạo chất cách điện của các thiết bị cao áp.
  
• 
  Sơn Silic hữu cơ: Là loại sơn đòi hỏi được sấy khô, khi ở nhiệt độ cao tạo tành màng sơn chịu nhiệt và ẩm cao. Không dùng sơn này cho máy điện có vàng góp thông gió theo chu trình kín vì nó làm cho chổi than chóng mòn và rối loạn quá trình đổi chiều.
  
• 
  Sơn cánh kiến, sơn xenlulo.
  

Là hỗn hợp các loại vật liệu cách điện với nhau.

Ví dụ: Nhựa bitum, xenlulo, xrezin…khi nung nóng ở nhiệt độ cao thì chúng chuyển trạng thái lỏng và khi để nguội đông lại. Để tạo ra các tính chất cần thiết (tính dẫn nhiệt, tính cách điện) người ta cho vào các chất phụ như: cát, thạch anh, bột tan…

Theo công dụng hỗn hợp chia thành 2 loại:

• 
  Loại dùng để tẩm, ngâm.
  
• 
  Loại dùng để lấp đầy các khoảng trống giữa các chi tiết khác nhau.
  

1. 
   Điện áp làm việc: Là điện áp tác dụng lên cách điện trong thời gian dài, liên tục trong quá trình thiết bị vận hành. Trị số điện áp thường được giữ ổn định trong suốt quá trình vận hành.
   
2. 
   Điện áp thử: Trong trường hợp kiểm tra cách điện thì cách điện phải chịu điện áp thử
   

3. 
   Qúa trình thế nội bộ: Là quá trình điện thế phát sinh do sự thay đổi đột ngột các thông số của hệ thống điện.
   
4. 
   Qúa điện thế khí quyển: Xuất hiện với dạng song điện động có biên độ rất lớn và tăng đột biến.
   

Hệ số an toàn có thể phân biệt thành 3 loại:

• 
  Loại 1: Hệ số an toàn thử nghiệm là tỉ số giữa điện áp thử và điện áp làm việc do tiêu chuẩn qui định không cần lựa chọn.
  
• 
  Loại 2: Hệ số an toàn tính toán là tỉ số điện áp đánh thủng và điện áp làm việc, được chọn làm cơ sở tính toán.
  
• 
  Loại 3: Hệ số an toàn thực là tỉ số giữa điện áp đánh thủng thực tế và điện áp làm việc.
  

* Đặc điểm của cách điện máy biến áp.

- Điện áp làm việc lớn, cuộn dây có số vòng lớn, tiết diện dây nhỏ

- Chênh lệch lớn giữa nhiệt độ cao và thấp trong cách điện dẫn đến cuộn dây phải làm mát bằng dầu.

- Máy biến áp thường nối với dây dẫn trên không nên phải chịu quá điện thế khí quyển.

* Các loại cách điện

- Cách điện vòng dây: Thuộc nhóm cách điện có điện cực cấy vào cách điện (là nhóm cách điện mà một điện cực chỉ tiếp xúc với 1 loại cách điện).

- Cách điện lớp: Tương tự cách điện vòng dây, nhưng khi cách điện lớp có dầu nhô ra giữa hai lớp dây phải coi là cách điện xuyên vì cách điện xuyên là ít nhất có một điện cực tiếp xúc với ít nhất hai loại cách điện.

- Cách điện cuộn dây trên điện áp lớn tiếp xúc sát với ống cách điện thì có tính chất cách điện xuyên. Nếu giữa cuộn dây và ống có khe hở có dầu thì ống cách điện chỉ đóng vai trò của vách ngăn. Như vậy miếng cách điện trên và dưới có tính chất cách điện đỡ. Đó là mỗi điện cực tiếp xúc với ít nhất 2 loại cách điện.

Máy điện hạ thế làm việc ở điện áp 380V – 550V, điện áp thử 2000 – 2500 V .

• 
  Cách điện của dây: bằng êmay hoặc êmay – vải
  
• 
  Cách điện vòng dây: bằng hai lần cách điện dây, dây có tiết diện tròn, đường kính nhỏ
  

• 
  Cách điện lớp: vì điện áp vòng dây rất nhỏ ở máy hạ thế thường không dùng cách điện lớp, cách điện vòng dây đã đủ sức chịu được những tác dụng về điện giữa các lớp với dây có cách điện cấp B.
  
• 
  Cách điện rãnh: thuộc nhóm cách điện có điện cực cấy trong cách điện, cách điện bối dây thuộc nhóm cách điện xuyên.
  
• 
  Cách điện cuộn dây
  

- Cách điện rãnh. Bình thường cách điện chịu U­­_phahệ số an toàn là 7 với U_dây số an toàn là 4, trong trường hợp ngắn mạch chạm đất ở lưới điện trung tính không nối đất.

Dây nhỏ bọc bằng hai lớp vải tẩm êmay gốc nhựa tổng hợp, dây lớn bọc sợi đã tẩm hoặc thủy tinh hoặc bằng giấy mica. Trường hợp dùng dây có cách điện cấp B thì lót bằng mica hoặc vải thủy tinh đã tẩm.

Cách điện rãnh ở máy điện có công suất trung bình hoặc lớn hơn một ít thường dùng mica hoặc vải thủy tinh phần đầu rãnh nhô ra 10mm ở mỗi phía.

Trong máy điện kích từ song song có số cực nhỏ hơn 4 thông thường dùng dây tròn có cách điện bằng êmay hoặc sợi. Máy điện có công suất nhỏ cuộn dây có ống lót, được quấn trên khuôn mẫu khi lấy ra người ra quấn cách điện ở ngoài cuộn dây bằng vải tẩm dầu bề đáy cách điện khoảng 3mm, đầu dây ra ngoài được cách điện bằng vải tẩm nhựa.

Ở máy công suất lớn là thanh dẫn điện trần không có cách điện đặt ở rãnh cực từ chính. Còn máy công suất nhỏ nếu có cuộn bù cực từ chính chia làm hai nửa, cuộn bù nhiều vòng quấn sẵn và quấn cách điện ở ngoài sau đó đặt vào rãnh, Ở máy có công suất trung bình thì cuộn bù được quấn sẵn đặt trong rãnh hở cả cuộn dây được bọc vải phin nõn đã được tẩm dày 0.6mm

* Cách điện cuộn dây cực từ phụ: Tương tự cách điện ở cuộn dây cực từ chính.

3. Cách điện của máy điện xoay chiều cao thế (Được chia thành hai nhóm)

Nhóm 1: Cách điện máy phát tua bin

a. Cách điện của Stato

Cách điện vòng dây và cuộn dây trong một rãnh giống nhau. Dây dẫn mảnh bằng đồng bện kết thành thanh dẫn dùng màng mica quấn lên thanh dẫn và ép nóng thành ống mica. Bên ngoài bọc một lớp kim loại hay giấy mỏng để bảo vệ ống, các đầu dây được bọc cách điện bằng tấm vải nhựa

Các dây dẫn đặt trong rãnh được cách điện với nhau bằng phiến mica nhỏ hoặc giấy mica.

Cách điện không áp dụng hàng loạt như ở máy điện hạ thế với điện áp làm việc từ 3- 6KV và công suất lớn.

Cách điện dây dẫn bằng vải, êmay. Cuộn dây được quấn ở bên ngoài và sau đó lồng vào rãnh hoặc quấn thẳng vào rãnh.

Đó là một số loại động cỏ làm việc ở môi trường khắc nghiệt như động cơ chịu rung động liên tục, động cơ thườn xuyên tiếp xúc với nước, ngâm trong nước.

Ở động cơ có công suất 50-60 mã lực dùng cách điện bằng cao su, trong rãnh có lót vải tẩm nhựa hoặc tấm mỏng PVC