Проводники

К проводниковым материалам относится большинство металлов, из которых наиболее используемыми являются медь, алюминий, железо и их сплавы.

Медь получила широкое применение как проводник электрического тока благодаря высокой электропроводности, пластичности и хорошей стойкости по отношению к коррозии. В качестве проводников тока применяется медь марок М00, М0 и Ml с содержанием чистой меди не менее 99,9 %.

Механические свойства меди зависят от ее термической обработки. При протяжке в холодном состоянии получается твердотянутая медь – МТ. Если твердую медь нагреть до температуры 330–350 °C и затем охладить, то получится мягкая медь – ММ.

Характеристики проводниковой меди марок ММ и МТ приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные свойства меди

Алюминий обладает хорошей электропроводностью, теплопроводностью, в 3,5 раза легче меди. На воздухе покрывается прочной пленкой окиси, которая защищает его от дальнейшего окисления и придает большую коррозионную стойкость.

В качестве проводников тока используется алюминий марок А5 и А6 с содержанием чистого алюминия не менее 99,5 %. Основные свойства алюминия приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные свойства алюминия

Олово – металл серебристо-белого цвета, легко куется и прокатывается в тонкие листы. Его удельное электрическое сопротивление 0,12 Ом мм²/м. Олово в электротехнике используется в виде фольги для конденсаторов.

Свинец – металл синевато-серого цвета с удельным электрическим сопротивлением 0,222 Ом мм²/м. В электротехнике применяется для изготовления аккумуляторных пластин, предохранителей, для оболочек кабелей.

Цинк – металл синевато-серебристого цвета с удельным электрическим сопротивлением 0,062 Oм мм²/м. В электротехнике применяется для оцинковывания стальных проводов с целью предупреждения коррозии и при изготовлении гальванических элементов.

Железо и сталь – самые дешевые проводниковые металлы. Однако они не получили широкого распространения из-за малой коррозионной стойкости и повышенного удельного сопротивления.

Сталь применяют в виде проводов в воздушных линиях электропередач и в виде биметалла – стали, покрытой снаружи слоем меди. Биметалл в электротехнике используют в качестве сердечников в сталеалюминиевых проводах для повышения их механической прочности и в электрических аппаратах (рубильники, контакторы и т. п.).

Сплавы цветных металлов

В электротехнике применяются сплавы меди, алюминия и других цветных металлов с содержанием меди от 50 до 81 %.

Латунь – сплав меди с цинком. Обрабатывается латунь только в холодном состоянии. В электротехнике применяется для изготовления деталей электрических аппаратов, машин и приборов.

Бронза – сплав меди с оловом, свинцом, фосфором, цинком и т. п. Бронза обладает высокой антикоррозийностью, ковкостью, большим сопротивлением износу и небольшим удельным сопротивлением. В зависимости от присадок различают бронзы бромооловянистые, кадмиевые, бериллиевые и др. В электротехнике применяются кадмиевые бронзы для контактных проводов и коллекторных пластин особо важного назначения. Бериллиевая бронза идет на изготовление выключателей, контактных колец, щеткодержателей и различных токоподводящих устройств. Характеристики латуни и бронзы приведены в таблице 3.

Таблица 3. Характеристики латуни и бронзы

Припои и флюсы

Припой – сплав из цветных металлов, служащий для пайки металлических изделий.

Различают мягкие и твердые припои. Мягкий припой – сплав свинца с оловом при температуре плавления 230–250 °C (таблица 4). К мягким припоям относятся серебряные припои с содержанием серебра до 3 % (ГОСТ 8190-56).

Таблица 4. Оловянисто-свинцовые припои

К твердым припоям относятся серебряные припои с содержанием серебра 10–70 % марок ПСр-25, ПСр-45, ПСр-70, ПСр-71. В качестве примесей добавляют медь, цинк, олово. Температура плавления этих припоев 700–800 °C. В последнее время вместо твердых серебряных припоев используют медно-фосфористые (ГОСТ 4515-48). Их характеристики приведены в таблице 5.

Таблица 5. Медно-фосфористые припои

Для пайки алюминия применяют специальные припои (таблица 6).

Таблица 6. Припои для плавки алюминия

При пайке применяют флюсы – материалы, предназначенные для очистки поверхностей спайки. Для мягких оловянистых припоев в качестве флюса используют канифоль или пасту со следующим составом: канифоль – 2,5 %, сало – 5 %, хлористый цинк – 20 %, хлористый аммоний – 2 %, вазелин технический – 65,5 %, вода дистиллированная – 5 %.

Для медно-фосфористых и серебряных припоев в качестве флюса применяют буру в виде порошка или в смеси с поваренной солью.

Состав флюсов для пайки алюминия приведен в таблице 7.

Таблица 7. Состав флюсов для пайки алюминия

Сплавы высокого сопротивления

Сплавы повышенного удельного сопротивления – константан, манганин, нихром, фехраль, хромаль – применяются для изготовления электронагревательных элементов и катушек сопротивления. Эти сплавы способны длительно выдерживать высокую температуру, имеют большое удельное сопротивление, малую зависимость от температуры.

Магнитные материалы

К магнитным материалам принадлежат: чистое железо, никель, кобальт, магнитные стали и сплавы на основе железа.

Их отличительной чертой является способность намагничиваться под влиянием внешнего магнитного поля.

Все магнитные материалы в зависимости от свойств можно разделить на следующие группы:

а) магнитомягкие материалы, обладающие низкими значениями коэрцитивной силы, высокой проницаемостью и низкими удельными потерями. Эти материалы идут на изготовление сердечников электрических машин и трансформаторов. К данной группе также относятся сплавы с повышенной магнитной проницаемостью – пермаллои;

б) магнитожесткие материалы, обладающие высокими значениями коэрцитивной силы и остаточной индукции. Сплавы этой группы идут на изготовление постоянных магнитов;

в) ферриты – материалы с особыми свойствами, широко использующиеся в радиотехнике, технике связи, вычислительной технике и т. п.

Электрические измерения

Измерение электрического тока

Электрический ток измеряется амперметром. Если измеряемый ток не превышает пределов измерения данного амперметра, то его можно измерить непосредственным включением амперметра в сеть.

Для измерения больших токов используются шунты на постоянном токе и трансформаторы тока на переменном токе.

При необходимости измерения тока в цепи высокого напряжения (до 10 кВ) без разрыва провода используется трансформатор тока, выполненный в виде клещей.

Измерение электрического напряжения

Электрическое напряжение измеряется вольтметром. Если измеряемое напряжение не превышает пределов измерения данного вольтметра, то оно может быть измерено путем непосредственного включения вольтметра в сеть.

Для расширения пределов измерения применяют добавочное сопротивление.

Измерение электрической мощности

Электрическая мощность измеряется ваттметром – прибором, имеющим две обмотки: токовую и напряжения.

Шкала ваттметра проградуирована в ваттах или киловаттах.

Лабораторные ваттметры имеют несколько пределов измерения, поэтому их шкала градуируется не в ваттах, а в делениях (указывается число делений). Мощность по прибору определяется формулой:

Р = Са,

где а – число делений, которое указывает стрелка; С – цена деления.

При выбранных для данного измерения номинальных значениях напряжения U_н и тока I_н цена деления С_н.

Расширение пределов измерения на постоянном токе по напряжению производится с помощью добавочных сопротивлений – шунтов. При измерениях на переменном токе расширение пределов производится с помощью трансформаторов тока и напряжения. При этом необходимо соблюдать правильность включения генераторных клемм ваттметра.

Измерение мощности в трехфазных трехпроводных сетях производится с помощью двух однофазных ваттметров, включенных в две фазы.

Расширение пределов измерения производится с помощью трансформаторов тока и напряжения. В этих же сетях для измерения мощности применяется трехфазный ваттметр.

В трехфазных четырехпроводных сетях измерение активной мощности производят с помощью трех однофазных ваттметров или одним трехэлементным ваттметром.

Реактивная мощность в однофазных сетях измеряется с помощью одного ваттметра, включенного по схеме, а в трехфазных – с помощью трех ваттметров.

Измерение сопротивления проводников

Точное измерение сопротивления производится с помощью омметров, мостов и потенциометров.

Приближенное измерение сопротивления на переменном токе производится с помощью трех приборов: амперметра, вольтметра и ваттметра.

Таблица 8. Технические данные мегомметров

Измерение сопротивления изоляции аппаратов и электрических машин производится с помощью мегомметров (таблица 8).

Измерение сопротивления заземляющих устройств и грунта производят с помощью измерителей сопротивления МС-08.

В грунт забивают два стальных стержня длиной 0,5 м на глубину 40–45 см и подсоединяют измеритель заземления. После этого переключатель ставят в положение «Регулировка» и, вращая ручку прибора, устанавливают с помощью реостата стрелку прибора на красную отметку. Затем переключатель устанавливают в положение «Измерение» и замеряют величину сопротивления заземления.

Электропроводка и ее элементы

Передача электрической энергии осуществляется при помощи материалов, подходящих для этого не только с точки зрения способности проводить электроток, но и с точки зрения чисто технического удобства. Так, многие соли являются проводниками, но они не годятся для изготовления транспортных сетей для электротока.

Рано или поздно вам придется заменять и устанавливать розетки, светильники, ремонтировать участки электропроводки, а то и полностью заменять ее. При проведении работ с электропроводкой необходимо руководствоваться Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), содержащих требования по обеспечению в электропроводках пожарной и электробезопасности. В зависимости от этих требований применительно к виду помещения, характеру нагрузки, условиям эксплуатации определяется вид электропроводки, марка провода или кабеля, сечение жил, способ крепления проводов и оконечных устройств, типы соединений, характеристики устройств защиты и т. д.

Для обеспечения требований ПУЭ надо знать существующие типы проводок, схему проводки в квартире, характеристики проводов, принцип работы устройств, входящих в электропроводку, правила монтажа и приемы работ с инструментом, методы поиска и устранения неисправностей. Соблюдение этих правил поможет уберечься от неприятных неожиданностей, связанных с электрической сетью.