2.4. Механические характеристики твёрдых проводников

Линейные размеры деталей электрических устройств и установок меняются при изменении температуры (2.10).

l₂ = l₁ [ 1 + _L ( t₂ – t₁ )] , (2.10)

где l₁ и l₂ — линейные размеры при температурах t₁ и t₂ соответственно;

_L — температурный коэффициент линейного расширения , град^–1 .

Коэффициент  _L показывает, на сколько увеличивается линейный размер металлической детали при увеличении температуры на один градус. Температурный коэффициент линейного расширения меди — 16,5·10^–6 град^–1; алюминия — 24·10^6 град^–1.

Температурные коэффициенты линейного расширения довольно малы, но их необходимо учитывать при нагреве деталей, объединённых конструкцией, но выполненных из разнородных материалов.

В осветительных лампах накаливания совместно нагреваются стеклянная колба и металлические проводники вводов в неё. Проволоки вводов, вваренные в стекло колбы, выполнены из платинита — специального железо-никелевого сплава с таким же температурным коэффициентом линейного расширения, как и у стекла. Если бы их температурные коэффициенты различались, то при нагреве могла расколоться колба лампы или возле ввода могло образоваться отверстие, через которое в колбу лампы попал бы воздух, и она перегорела бы.

Кабели в земле прокладывают с запасом по длине, так как они укорачиваются в зимнее время. Провода воздушных линий электропередачи летом удлиняются и располагаются ниже, чем зимой, что непременно учитывают при их натяжении во время строительства линий.

Металлы с резко отличающимися температурными коэффициентами линейного расширения используют для изготовления надёжных и дешёвых биметаллических датчиков температуры (рис. 2.8).

Б

Рис. 2.8. Биметаллический датчик температуры из металлов с малым (1) и большим (2) температурными коэффициентами линейного расширения

иметаллическую пластину датчика изготавливают из двух слоёв разнородных металлов, один из которых при нагреве удлиняется больше другого. При нагреве пластина отгибается в одну сторону, при охлаждении — в другую. Если нагрев или охлаждение прекращаются, то пластина принимает первоначальную форму.

Важной характеристикой твёрдых проводниковых материалов является их механическая прочность — способность противостоять деформации и разрушительным внешним воздействиям. Прочность обусловлена силами взаимодействия между атомами и ионами вещества и зависит как от его строения, так и от режима воздействия (сжатие, растяжение, изгиб, скорость воздействия нагрузки, количество циклов изгиба, воздействие окружающей среды). Основными мерами прочности материала являются его твёрдость, пределы прочности при растяжении и сжатии.

2.5. Металлы с малым удельным электрическим сопротивлением

2.5.1. Требования к металлам с малым удельным электрическим сопротивлением

Из металлов с малым удельным электрическим сопротивлением делают токоведущие жилы проводов и кабелей для передачи электрической энергии на расстояние, обмотки электрических приборов, аппаратов, электродвигателей и трансформаторов.

К таким металлам предъявляют следующие требования:

1) малое удельное электрическое сопротивление для уменьшения потерь энергии в виде нагрева проводов при протекании по ним тока;

2) высокая пластичность для возможности их обработки прессованием, прокаткой, волочением при производстве тонколистовой продукции — фольги, токоведущих шин, жил круглого и фигурного сечений для проводов и кабелей;

3) значительный предел прочности при воздействии разрывающих и изгибающих усилий, которые испытывают жилы проводов и кабелей при изготовлении, монтаже, эксплуатации электроустановок и линий электропередачи;

4) технологичность при выполнении соединений токоведущих деталей, жил проводов и кабелей с обеспечением малого сопротивления контактного соединения — необходимого условия его надежности;

5) коррозионная стойкость — способность противостоять разрушающему воздействию агрессивной окружающей среды. Это свойство имеет особое значение в условиях сельскохозяйственного производства, где в растениеводческих, птицеводческих и животноводческих помещениях на электроустановки воздействуют аммиак, сероводород, высокие температура и влажность.

6) низкая стоимость — весьма немаловажный фактор, оказывающий влияние на стоимость всей электроустановки.

Ч

Рис. 2.9. Поперечное сечение алюминиевого провода марки А (а), сталеалюминиевого провода марки АС (б) :

1 — алюминиевая проволока, 2 — стальная проволока

аще всего конкретный проводниковый материал не отвечает всем перечисленным требованиям наилучшим образом и при его выборе приходится ради главенствующего в данных обстоятельствах качества поступаться другими.

Так, на линиях электропередачи вместо проводов марки А, целиком выполненных из свитых вместе алюминиевых проволок, часто используют провода марки АС из алюминия с сердечником из стали (рис. 2.9), что несомненно увеличивает удельное сопротивление провода, но повышает его прочность при растяжении.

В измерительных приборах токоведущие пружины делают из бронзы — сплава меди с бериллием, имеющего повышенное удельное сопротивление, но обладающего упругостью, которая чистой меди не свойственна.

Для металла обмоток электрических машин и аппаратов преимущественным качеством является низкое удельное сопротивление жил проводов перед их прочностью при растяжении, и их делают из чистой меди.