TAI LIEU VAT LIEU DIEN LANH

Tác giả tài liệu: Huỳnh Trúc Việt

Giáo viên giảng dạy: Nguyễn Quang Huy Hùng
VẬT LIỆU ĐIỆN LẠNH
Chƣơng 1: Vật liệu cách điện
Phần I: VẬT LIỆU KỸ THUẬT ĐIỆN
Chƣơng 2: Vật liệu dẫn điện
Chƣơng 3: Vật liệu kỹ thuật lạnh
Phần II: VẬT LIỆU KỸ THUẬT LẠNH
Chƣơng 4: Vật liệu cách ẩm, hút ẩm
-----------------------------------------------------05/09/2016
VẬT LIỆU ĐIỆN
1. Khái niệm: Vật liệu điện là tất cả những chất liệu
dùng để sản xuất các thiết bị sử dụng trong lĩnh vực
ngành điện. Thƣờng là các vật liệu dẫn điện, vật liệu
cách điện, vật liệu bán dẫn và vật liệu dẫn từ.
2. Cấu tạo nguyên tử của vật liệu.
- Mọi vật chất đều đƣợc cấu tạo từ Nguyên tử và Phân tử.
- Nguyên tử đƣợc cấu tạo bởi hạt nhân mang điện tích dương (gồm proton p và nơtron n) và các điện tử mang
điện tích âm (electron, ký hiệu là e) chuyển động xung quanh hạt nhân theo một quỹ đạo xác định.
* Nguyên tử là phần nhỏ nhất của một phân tử, có thể tham gia phản ứng hóa học.
- Nguyên tử gồm có hạt nhân và vỏ nguyên tử.
+ Hạt nhân gồm có các hạt proton và nơtron.
+ Vỏ hạt nhân gồm có các electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo xác định.
Vỏ nguyên tử
Ở điều kiện bình thƣờng, nguyên tử trung hòa
về điện, tức là | Σ (+) hạt nhân | = | Σ (-) electron |
Khối lƣợng của electron rất nhỏ
me = 9,1.10-31 (kg)
Hạt nhân
-19

qe = 1,601.10 (C)
Cấu tạo nguyên tử
- Do điện tử có khối lượng rất nhỏ cho nên độ linh hoạt và tốc độ chuyển động khá cao.
- Nếu vì một nguyên nhân nào đó, một nguyên tử bị mất điện tử e thì nó trở thành Ion (+), còn nếu nguyên tử
nhận thêm e thì nó trở thành Ion (-).
- Quá trình biến đổi một nguyên tử trung hòa trở thành điện tử tự do hay Ion (+), đƣợc gọi là quá trình Ion hóa.
3. Cấu tạo phân tử của vật liệu
Phân tử là phần tử nhỏ nhất của một chất ở trạng thái tự do, nó mang đầy đủ đặc điểm, tính chất của chất đó.
Trong phân tử, các nguyên tử liên kết với nhau bởi liên kết hóa học. Vật chất đƣợc cấu tạo từ nguyên, phân tử
hoặc Ion theo các dạng liên kết sau: liên kết đồng hóa trị, liên kết ion và liên kết hóa trị.
4. Phân vùng năng lượng vật chất.
- Mỗi một điện tử đều có một mức năng lƣợng nhất định.
Các điện tử hóa trị của lớp ngoài cùng tập trung lại thành
một vùng, gọi là vùng hóa trị hay vùng đầy (1).
- Các điện tử tự do có mức năng lƣợng cao hơn, tập hợp
lại thành dải tự do, gọi là vùng tự do hay vùng dẫn (2).
- Giữa vùng đầy và vùng tự do có một vùng trống gọi là
vùng cấm (3)

W

∆W

(2) vùng dẫn

(3) vùng cấm
(1) vùng đầy

Sơ đồ phân bố vùng năng lƣợng của vật rắn ở 00K

Trang 1


Các tạp chất

Lỗ trống

Để một điện tử hóa trị ở vùng đầy trở thành trạng thái tự do cần cung
cấp cho nó một năng lƣợng W đủ để vƣợt qua vùng cấm.
W > ∆W
(∆W : năng lƣợng vùng cấm)
Tinh thể lý tƣởng
Chứa tạp chất
Chứa lỗ trống
Khi điện tử từ vùng đầy vƣợt qua vùng cấm sang vùng tự do, nó tham
gia vào dòng điện dẫn. Tại vùng đầy sẽ xuất hiện các lỗ trống do điện
tử nhảy sang vùng tự do tạo ra. Các lỗ trống liên tục thay đổi vì khi
điện tử của một vị trí bứt ra tạo thành một lỗ trống, thì một điện tử của
Dịch chuyển
nguyên tử ở vị trí lân cận lại nhảy vào lấp đầy lỗ trống đó, và lại tạo ra Chèn nguyên tử vào giữa
một lỗ trống mới khác.
- Khi có tác động của điện trƣờng, các lỗ sẽ chuyển động theo chiều của điện trƣờng, còn các điện tử sẽ chuyển
động theo chiều ngƣợc lại. Cả hai chuyển động này hình thành nên tính dẫn điện của vật chất.
- Dựa vào lý thuyết phân vùng năng lƣợng, ngƣời ta chia vật liệu kỹ thuật điện thành vật liệu dẫn điện và vật liệu
cách điện (chất điện môi).
W
* Đối với vật liệu cách điện (điện môi)
2
- Vùng dẫn (2) rất nhỏ.
2

- Vùng cấm (3) rộng tới mức ở điều kiện bình thƣờng,
22
các điện tử hóa trị tuy đƣợc cung cấp thêm năng lƣợng
33
3
của chuyển động nhiệt vẫn không thể di chuyển tới vùng
33
dẫn (2) để trở thành tự do.
1
1
11
* Năng lƣợng ∆W của vùng (3) lớn
a) Vật liệu dẫn điện
b) Vật liệu bán dẫn
c) Vật liệu cách điện
∆WCĐ = 1,5 ÷ vài eV
Nhƣ vậy trong điều kiện bình thƣờng, vật liệu có điện dẫn bằng 0 (hoặc nhỏ không đáng kể).
* Đối với vật liệu bán dẫn: có vùng hóa trị nằm sát hơn vùng dẫn (2) so với vật liệu cách điện. Năng lƣợng
vùng cấm (3) nhỏ hơn vật liệu cách điện ∆WBD = 0,2 ÷ 1,5 eV nên ở điều kiện bình thƣờng, một số điện tử hóa
trị trong vùng (1) với sự tiếp sức của chuyển động nhiệt đã có thể chuyển đến vùng (2) để hình thành tính dẫn
điện của vật liệu.
* Đối với vật liệu dẫn điện: có vùng hóa trị (1) nằm sát hơn vùng dẫn (2) so với vật liệu bán dẫn, với mức năng
lƣợng vùng cấm ∆WBD < 0,2 eV. Các điện tử hóa trị trong vùng (1) có thể di chuyển một cách không điều kiện
tới vùng (2), và do đó loại vật liệu này có điện dẫn rất cao.
Vật liệu dẫn điện tốt ∆W  0
Vật liệu siêu dẫn ∆W < 0
12/09/2016
Chương 1: VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
1.1. Khái niệm:
- Vật liệu cách điện (còn gọi là chất điện môi) là các chất mà trong điều kiện bình thƣờng điện tích xuất hiện ở

đâu thì ở nguyên chỗ đấy, tức là ở điều kiện bình thƣờng điện môi là vật liệu không dẫn điện, điện dẫn  của
chúng bằng 0 hoặc không đáng kể.
- Vật liệu cách điện có vai trò quan trọng và đƣợc sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện. Việc nghiên cứu vật liệu
cách điện để tìm hiểu các tính chất, đặc điểm, để từ đó chọn lựa cho phù hợp.
1.2. Điện môi
- Điện môi là những chất không dẫn điện vì trong điện môi không có hoặc có rất ít các điện tích tự do.
Hằng số điện môi từ công thức D = .0.E
►Trong chân không: thực tiễn.
Trong đó: D: cảm ứng điện, thƣờng gọi là véc tơ dịch chuyển điện tích
►Trong không khí: D = 0.E
E: là điện trƣờng
►Còn trong môi trƣờng có hằng số
: hằng số điện môi
(: đọc là exelon)
0: hằng số điện môi trong chân không, 0 = 1/4.9.1011 (F/m) điện môi  thì D = .0.E

Trang 2


1.3. Điện trường: Sở dĩ các điện tích có tác dụng lực tƣơng tác với nhau vì điện tích tạo ra trong không gian
quanh nó một điện trƣờng.
F
- Để đặc trƣng cho sự mạnh yếu của điện trƣờng, ngƣời ta đƣa ra khái niệm cường độ điện trường E: E 
(V/m)
q
Trong đó: F: lực điện tác dụng lên điện tích thử tại điểm ta xét (N)
q: điện tích thử dƣơng (C)
Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng vật lý đặc trưng cho điện trường về phương diện tác dụng
lực,được đo bằng thương số của lực điện trường tác dụng lên một điện tích thử đặt tại điểm đó và độ lớn của
điện tích thử đó.

1.4. Các hiện tượng về điện trong điện môi khi đặt trong điện trường
- Khi đặt điện môi vào trong điện trƣờng (E), điện môi sẽ chịu tác dụng của cường độ điện trường. Trong điện
môi sẽ xảy ra 2 hiện tƣợng cơ bản: hiện tượng dẫn điện và hiện tượng phân cực điện môi.
1.4.1. Hiện tượng dẫn điện: dƣới tác dụng của lực điện trƣờng, các điện
tích dƣơng chuyển động theo chiều của điện trƣờng, các điện tích âm
chuyển động theo chiều ngƣợc lại, chúng tạo nên dòng điện đi trong
điện môi. Dòng điện này có trị số rất nhỏ, gọi là dòng rò.
1.4.2. Hiện tượng phân cực điện môi:
Phân cực là sự dịch chuyển có giới hạn các điện tích hay sự định hƣớng
của các phần tử lƣỡng cực dƣới tác dụng của điện trƣờng. Trong quá trình
phân cực cũng tạo nên dòng điện phân cực.
Q = C.U
Trong đó:
▪ C: điện dung của tụ điện
▪ U: điện áp đặt vào tụ điện
▪ Điện tích Q bao gồm 2 thành phần:
+ Q0 là điện tích có ở điện cực
+ Q' là điện tích tạo nên bởi sự phân cực của điện môi

Q = Q0 + Q'
1.4.3. Hiện tượng đánh thủng điện môi
- Trong điều kiện bình thƣờng, vật liệu cách điện có điện trở rất lớn nên nó làm cách ly các phần mang điện với
nhau. Nhƣng nếu các vật liệu này đặt vào môi trƣờng có điện áp cao thì các mối liên kết bên trong của vật liệu sẽ
bị phá hủy, làm nó mất tính cách điện đi. Khi đó ngƣời ta nói vật liệu đã bị đánh thủng.
Giá trị điện áp đánh thủng (Uđt) đƣợc tính nhƣ sau:
(1 – 1)

Uđt = Ebđ.d

Trong đó: Ebd là độ bền cách điện của vật liệu (kV/mm) ; d là độ dày của vật liệu cách điện (mm)

Uđt là điện áp đánh thủng (kV)
- Khi cƣờng độ điện trƣờng đủ lớn, lực tĩnh điện tác dụng lên điện tử, có thể bứt điện tử ra khỏi mối liên kết với
hạt nhân, trở thành điện tử tự do. Độ dẫn điện của điện môi tăng lên. Dòng điện qua điện môi tăng lên đột ngột,
điện môi trở thành vật dẫn. Đó là hiện tƣợng đánh thủng cách điện.
- Cƣờng độ điện trƣởng đủ để gây ra hiện tƣợng đánh thủng
điện môi gọi là cường độ đánh thủng (Eđt). Điện môi có cường
độ đánh thủng (Eđt) càng lớn thì độ bền cách điện càng tốt.
Vì thế cường độ đánh thủng đƣợc gọi là độ bền cách điện.
h
U
U  kV 
Eđt  đt 
h  mm 
trong đó: h là chiều dày của điện môi, đo bằng mm (milimet)

Trang 3


1.4.4. Tổn hao trong điện môi
- Tổn thất năng lƣợng trong điện môi xảy ra dƣới tác động của điện áp xoay chiều, cũng nhƣ một chiều bởi vì
trong vật liệu có dòng điện rò do dòng điện dẫn gây ra.
+ Khi ở điện áp một chiều, trong điện môi không có sự phân cực theo chu kỳ, do đó năng lƣợng tiêu hao chỉ do
dòng điện rò gây nên, nghĩa là chất lƣợng của vật liệu đƣợc xác định bằng điện trở suất của vật liệu đó.
+ Nhƣng với điện áp xoay chiều, ngoài dòng điện rò trong điện môi còn có dòng điện do phân cực gây nên, do
đó ta phải dùng các đặc tính khác để xác định chất lƣợng vật liệu cách điện.
- Có thể xác định trị số tổn hao điện môi trong vật liệu cách điện bằng giá trị công suất tản trong một đơn vị thể
tích hoặc suất tổn hao điện môi. Theo nguyên lý chung, tổn hao công suất trong vật mẫu hay trong bất kỳ khối
vật liệu nào (với các điều kiện giống nhau) có trị số tỉ lệ với bình phƣơng điện áp đặt vào vật thể.
U2
- Với nguồn điện áp một chiều, ta có công thức tính công suất tổn hao điện môi nhƣ sau: P  R.I 2 

R
Trong đó: R đo bằng Ohm (Ω), I đo bằng Ampe (A), U đo bằng Volt (V)
Khi điện áp xoay chiều với tần số ω = 2f, giữa dòng điện I và điện áp U có một góc lệch pha là . Góc phụ với
góc  là góc ( + ) = 900 đồng thời cũng đƣợc gọi là góc tổn hao điện môi.
P = U2.ω.C.tg
Trong đó: P là công suất tổn hao, U là điện áp đặt vào vật thể, ω là tần số góc (rad/s), C là điện dung của tụ điện
1.4.6. Các dạng tổn hao trong điện môi: theo đặc điểm và tính chất vật lý, có thể chia tổn hao điện môi thành 4
dạng chính sau đây:
- Tổn hao điện môi do dòng điện rò.
- Tổn hao điện môi do phân cực.
- Tổn hao điện môi do ion hóa.
- Tổn hao điện môi do cấu tạo không đồng nhất
1.4.7. Tính chất chung của vật liệu cách điện
- Vật liệu cách điện có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với kỹ thuật điện.
Vật liệu cách điện có nhiều chủng loại khác nhau và ngay trong mỗi loại,
do đặc tính kỹ thuật và công nghệ chế tạo cũng có nhiều vật liệu cách điện khác nhau.
- Trong quá trình lựa chọn vật liệu cách điện để sử dụng vào một mục đích cụ thể, cần phải chú ý tới tính chất cách
điện của nó trong những điều kiện bình thƣờng và xem xét tới độ ổn định của những tính chất nhƣ tính chất hóa học,
lý học, cơ học, độ bền nhiệt, hệ số giãn nở nhiệt, khả năng chống ăn mòn hóa học, thời gian lão hóa của vật liệu v.v...
2. Tính chất cơ, lý, hóa của vật liệu cách điện

2.1. Tính hút ẩm của vật liệu cách điện
2.2. Độ bền cách điện
2.3. Tính chất hóa học của vật liệu cách điện (SGK)
2.4. Tính chất cơ học của vật liệu cách điện (SGK)
2.1. Tính hút ẩm của vật liệu cách điện
- Các vật liệu cách điện nói chung ở mức độ ít hay nhiều đều hút ẩm vào bên trong từ môi trƣờng xung quanh hay
thấm ẩm, tức là cho hơi nƣớc xuyên qua chúng. Khi bị thấm ẩm, các tính chất cách điện của vật liệu cách điện bị giảm
nhiều. Những vật liệu cách điện không cho nƣớc đi vào bên trong khi đặt ở môi trƣờng có độ ẩm cao thì trên bề mặt
có thể ngƣng tụ một lớp ẩm, làm cho dòng rò bề mặt tăng, có thể gây ra sự cố cho các thiết bị điện.

- Để hạn chế nguy hại do hơi ẩm đối với vật liệu cách điện cần sử dụng các biện pháp sau đây:
+ Sấy khô và sấy trong chân không để hơi ẩm thoát ra bên ngoài.
+ Tẩm các loại vật liệu xốp bằng sơn cách điện. Sơn tẩm lấp đầy các lỗ xốp khiến cho hơi ẩm một mặt thoát ra bên
ngoài, mặt khác làm tăng phẩm chất cách điện của vật liệu.
+ Quét lên bề mặt các vật liệu rắn lớp sơn phủ nhằm ngăn chặn hơi ẩm lọt vào bên trong.

Trang 4


+ Tăng bề mặt điện môi, thƣờng xuyên vệ sinh bề mặt vật liệu cách điện, tránh bụi bẩm bám vào làm tăng khả năng
thấm ẩm, có thể gây phóng điện trên bề mặt.
2.2. Độ bền cách điện
- Giới hạn điện áp cho phép mà vật liệu cách điện còn làm việc đƣợc, đƣợc gọi là độ bền cách điện của vật liệu.
- Độ bền cách điện của vật liệu phụ thuộc vào bản chất của vật liệu.
- Giá trị độ bền cách điện của một số vật liệu đƣợc cho trong bảng sau
bảng (2.4 - Độ bền cách điện của vật liệu cách điện)
STT
Vật liệu
Độ bền cách điện Ebđ (kV/mm)
Giới hạn điện áp cách điện ()
1
Không khí
3
1
2
Giấy tẩm dầu
10 đến 25
3,6
3
Cao su

15 đến 20
3 đến 6
4
Nhựa PVC
32,5
3,12
5
Thủy tinh
10 đến 15
6 đến 10
6
Mica
50 đến 100
5,4
7
Dầu máy biến áp
5 đến 18
2 đến 2,5
8
Sứ
15 đến 20
5,5
9
Các-tông
8 đến 12
3 đến 3,5
Nhƣ vậy để vật liệu làm việc an toàn mà không bị đánh thủng thì điện áp đặt vào vật phải bé hơn Uđt một số lần,
tùy vào các vật liệu khác nhau.
▪ Tỉ số giữa điện áp đánh thủng và điện áp cho phép vật liệu còn làm việc, gọi là điện áp an toàn ()
▪ Với: Uđt = Ebđ. d

Ucp = Ecp. d
Uđt = Ecp.
(1 – 2)
Trong đó: Uđt là điện áp đánh thủng (kV); Ucp là điện áp cho phép vật liệu làm việc (kV)
 là giới hạn an toàn, phụ thuộc vào bản chất vật liệu
- Cƣờng độ điện trƣờng đủ để gây ra hiện tƣợng đánh thủng điện môi gọi là cường độ đánh thủng (Eđt). Điện môi có
cường độ đánh thủng (Eđt) càng lớn thì độ bền cách điện càng tốt. Vì thế cƣờng độ đánh thủng đƣợc gọi là độ
bền cách điện.
- Cƣờng độ đánh thủng của điện môi phụ thuộc vào trạng thái của vật liệu cách điện nhƣ: độ ẩm, nhiệt độ, tác
dụng của các tia bức xạ,…
- Để đảm bảo cho điện môi làm việc tốt, cƣờng độ điện trƣờng đặt vào điện môi không vƣợt quá trị số giới hạn
gọi là cƣờng độ cho phép (Ecp). Thông thƣờng chọn trị số Ecp nhỏ hơn Eđt từ 2 đến 3 lần.
Eđt = kat.Ecp
(kat là hệ số an toàn, thƣờng lấy kat từ 2 đến 3)
2.3 TÍNH TOÁN CHỌN VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
- Khi cần chọn lựa vật liệu cách điện, ngƣời ta căn cứ vào các tiêu chuẩn sau đây:
+ Độ bền cách điện: tùy vào điện áp làm việc của thiết bị, ngƣời ta chọn vật liệu có bề dày thích hợp sao cho vật
liệu làm việc an toàn mà không bị đánh thủng. Ta áp dụng công thức (1 – 1) và (1 – 2) để tính toán.
+ Độ bền cơ: tùy vào điều kiện làm việc của thiết bị mà ta chọn vật liệu cách điện có độ bền cơ thích hợp.
+ Độ bền nhiệt: căn cứ vào sự phát nóng khi thiết bị làm việc, ngƣời ta sẽ chọn các loại vật liệu cách điện có
nhiệt độ cho phép phù hợp [bảng 2.1]
Ví dụ: các vật liệu cách điện, các dụng cụ đốt nóng nhƣ bàn ủi, nồi cơm điện thƣờng dùng vật liệu từ cấp B trở
lên [bảng 2.1]
2.4. NHỮNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP
Các loại vật liệu cách điện đƣợc sử dụng để cách điện cho thiết bị điện, lâu ngày sẽ bị hƣ hỏng. Thƣờng gặp các
dạng hƣ hỏng sau:
- Hƣ hỏng do điện: do thiết bị điện khi làm việc với các đại lƣợng, các thông số vƣợt quá trị số định mức nhƣ:
dòng điện, điện áp, công suất,..làm cho vật liệu cách điện bị giảm tuổi thọ hoặc bị đánh thủng.

Trang 5

- Hƣ hỏng do bị già hóa của vật liệu cách điện: trong quá trình làm việc của vật liệu cách điện thƣờng bị ảnh
hƣởng của các điều kiện môi trƣờng nhƣ nhiệt độ, độ ẩm, làm cho các vật liệu cách điện giảm tính chất cách điện
và dễ bị đánh thủng.
- Hƣ hỏng do các lực tác động từ bên ngoài: các vật liệu cách điện khi bị lực tác động từ bên ngoài có thể làm
hƣ hỏng. Ví dụ nhƣ khi vào dây không cẩn thận làm lớp cách điện bị trầy xƣớc hoặc khi lót cách điện, không cẩn
thận làm gãy hay làm rách cách điện,…
- Hƣ hỏng do mài mòn giữa các bộ phận: các chi tiết khi làm việc tiếp xúc và có sự chuyển động tƣơng đối với
nhau thì sẽ bị hƣ hỏng do bị mài mòn và dễ bị đánh thủng.
█ Ví dụ 1: Xác định điện áp đánh thủng và điện áp cho phép của một tấm các-tông cách điện có bề dày
d = 0,15 cm, áp sát vào hai điện cực.
Giải: d = 0,15 cm = 1,5 mm ;  = 3
Tra bảng độ bền cách điện của tấm các-tông, lấy trung bình, chọn Ebđ = 10 (kV/mm)
Ta có
▪ Điện áp đánh thủng: Uđt = Ebđ.d = 10.1,5 = 15 (kV)
U
15
▪ Điện áp cho phép: U cp  đt 
 5 (kV)

3
Vậy với tấm các-tông 1,5 mm thì làm việc an toàn ở điện áp là 5 kV và có điện áp đánh thủng là 15 kV.
█ Ví dụ 2: Xác định điện áp đánh thủng và điện áp cho phép của một tấm mica cách điện có bề dày
d = 0,2 cm, áp sát vào hai điện cực.
Giải: d = 0,2 cm = 2 mm ;  = 5,4
Tra bảng độ bền cách điện của tấm mica, lấy trung bình, chọn Ebđ = 70 (kV/mm)
Ta có
▪ Điện áp đánh thủng: Uđt = Ebđ.d = 70.2 = 140 (kV)
U

140
▪ Điện áp cho phép: U cp  đt 
 26 (kV)

5,4
Vậy với tấm mica 2 mm thì làm việc an toàn ở điện áp là 26 kV và có điện áp đánh thủng là 140 kV.
█ Ví dụ 3: Tính bề dày của một tấm nhựa PVC dùng làm cách điện cho lưới 15 kV. Biết rằng nhựa PVC có
Ebđ = 32,5 kV/mm, giới hạn điện áp an toàn  = 3,12.
Giải: Tra bảng độ bền cách điện của tấm nhựa PVC có Ebđ = 32,5 (kV/mm),  = 3,12
U
Điện áp đánh thủng: U cp  đt  Uđt = Ucp. = 15.3,12 = 46,8 kV



Bề dày của tấm nhựa PVC: U đt  Ebđ .d  d 

U đt 46,8

 1,44 mm
Ebđ 32,5

Vậy để tấm nhựa PVC dùng làm cách điện cho lƣới 15 kV thì bề dày là 1,44 mm.
3. Phân loại vật liệu cách điện

3.1. Phân loại theo trạng thái vật lý

3.2. Phân loại theo thành phần hóa học

3.3. Phân loại theo tính chịu nhiệt
3.1. Phân loại theo trạng thái vật lý: vật liệu cách điện thể khí, thể lỏng và thể rắn.

- Vật liệu cách điện rắn còn đƣợc phân thành các nhóm: cứng, đàn hồi, có sợi, băng, màng mỏng.
- Ở giữa thể rắn và thể lỏng còn có một thể trung gian gọi là thể mềm nhão nhƣ các vật liệu có tính bôi trơn, các loại
sơn tẩm,…
3.2. Phân loại theo thành phần hóa học
3.2.1. Vật liệu cách điện hữu cơ: chia thành 2 nhóm: nhóm có nguồn gốc thiên nhiên và nhóm có nguồn gốc nhân
tạo.
- Nhóm có nguồn gốc thiên nhiên sử dụng các hợp chất cơ bản có trong thiên nhiên, hoặc giữ nguyên thành phần hóa
học nhƣ cao su, lụa, phíp, xeluloit,…
- Nhóm nhân tạo thƣờng đƣợc gọi là nhựa nhân tạo, gồm có nhựa phenol, nhựa amino, nhựa polyeste, nhựa epoxy,
silicon, polyetylen, vinyl, poliamit,…

Trang 6


3.2.2. Vật liệu cách điện vô cơ gồm các chất khí, các chất lỏng không cháy, các loại vật liệu rắn nhƣ gốm, thủy tinh,
mica, amiăng,…
3.3. Phân loại theo tính chịu nhiệt là cách phân loại cơ bản. Khi lựa chọn vật liệu cách điện, trƣớc tiên ta phải biết
vật liệu có khả năng chịu nhiệt theo cấp nào trong số 7 cấp chịu nhiệt của vật liệu cách điện theo bảng sau
(bảng 2.1)
Nhiệt độ
Stt
Cấp cách điện
cho phép
Các vật liệu cách điện chủ yếu
(0C)
Giấy, vải sợi, lụa, phíp, cao su, gỗ và các vật liệu tƣơng tự không tẩm
1
Y
90
nhựa, các loại nhựa polyetylen, PVC, polystinol, anilin, abomit

Giấy, vải sợi, lụa trong dầu, nhựa polyeste, cao su nhân tạo, các loại
2
A
105
sơn cách điện có dầu làm khô
Nhựa trắng polyvinylphocman, plolyamit, epoxy, giấy ép hoặc vải ép
có nhựa phenolformandehit (gọi chung là bakelit giấy), nhựa
3
E
120
Melaninformandehit có chất đông xenlulo, vải có tẩm thấm polyamit,
nhựa polyamit, nhựa phenol-phurphunol có độn xenlulo.
Nhựa polyveste, amiang, mica, thủy tinh có chất độn, sơn cách điện
có dầu làm khô ở các bộ phận tiếp xúc với không khí, sơn cách điện
4
B
130
alkit, sơn cách điện từ nhựa phenol, nhựa phenol-phurol có chất độn
khoáng, nhựa epoxy, sợi thủy tinh, nhựa Melaninformandehit
5
F
155
Sợi amiang, sợi thủy tinh có chất kết dính
6
H
180
Silicon, sợi thủy tinh, mica có chất kết dính
Mica không có chất kết dính, thủy tinh, sứ, polytetraflotylen,
7
C

> 180
polymonoclotrifloetylen
4. Vật liệu cách điện thể khí:
- Điện môi gần bằng 1 (là hằng số)
- Điện trở cách điện rất lớn
- Tổn hao điện môi nhỏ
- Các khí cách điện thƣờng dùng trong kỹ thuật điện là: không khí, sunfua haxaflo (SF6), hydro (H2), nitơ (N2),…
4.1. Không khí: đƣợc sử dụng rất rộng rãi để làm cách điện trong các thiết bị điện, phối hợp với chất cách điện rắn và
lỏng, trong một số trƣờng hợp nó là chất cách điện chủ yếu.
Vậy đƣợc áp dụng ở đâu? Ví dụ: đƣờng dây tải điện trên không.
Nếu lấy cƣờng độ cách điện của không khí là đơn vị thì một số loại khí đƣợc dùng trong kỹ thuật điện đƣợc cho ở
bảng sau:
Tính chất
Không khí
N2
CO2
H2
Tỷ trọng
1
0,97
1,52
0,07
Hệ số tản nhiệt
1
1,03
1,13
1,51
Cƣờng độ cách điện
1
1,00

0,9
0,6
Điện áp đánh thủng của không khí đƣợc xác định nhƣ sau: với U xoay chiều có f = 50 Hz thì cứ 1cm khoảng cách
U
không khí chịu được 3,2 đến 3,5 kV. Nhƣ vậy khoảng cách a cần thiết để khỏi bị đánh thủng là a 
cm
3,2
► TIÊU CHUẨN KHOẢNG CÁCH AN TOÀN VỚI CÁC LOẠI ĐIỆN ÁP
CẤP ĐIỆN ÁP
Khoảng cách an toàn tối thiểu
Điện hạ thế
0,3m
Điện áp từ 1 kV đến 15 kV
0,7m
Điện áp từ 15 kV đến 35 kV
1,00m
Điện áp từ 35 kV đến 110 kV
1,50m
Điện áp từ 110 kV đến 220 kV
2,50m
Điện áp từ 220 kV đến 500 kV
4,50m
4.2. Khí Sunfua haxaflo (SF6): là chất khí nặng hơn không khí 5 lần, hóa lỏng ở nhiệt độ -180C. Ở trạng thái bình
thƣờng, SF6 không mùi, không vị, không độc, không ăn mòn, không cháy và rất trơ.

Trang 7


- Cƣờng độ cách điện của nó cao hơn cƣờng độ cách điện của không khí 2÷3 lần, có độ ổn định cao, có khả năng dập
hồ quang tốt.

- Đƣợc dùng làm môi trƣờng cách điện chủ yếu trong các máy cắt điện cao áp, trung áp. Ngoài ra còn đƣợc dùng
trong tụ điện, cáp điện lực,…
█ Máy cắt điện cao áp:
- Máy cắt điện cao áp là thiết bị dùng để đóng cắt mạch điện có điện áp từ 1000V trở lên ở các chế độ: chế độ sự cố,
chế độ đóng cắt dòng điện ngắn mạch.
- Sử dụng SF6 trong thiết bị đóng cắt cao áp có những ƣu việt đáng kể bởi vì khí
này không cháy, không ăn mòn các phần tử bên trong thiết bị đóng cắt và các tính
chất nhiệt của nó làm cho nó trở thành chất dập hồ quang tuyệt vời: ngay cả khi SF6
tạm thời bị phân hủy khi xảy ra hồ quang thì sau đó phần lớn kết hợp trở lại trạng thái
ban đầu. Ở dạng tinh khiết, khí SF6 không độc và không có nguy cơ gây hại cho sức
khỏe con ngƣời, với điều kiện phòng đặt máy cắt và kho chứa đƣợc thông gió tốt.
Máy cắt điện cao áp 66kV

19/09/2016
5. Vật liệu cách điện thể lỏng:
► Dầu biến thế có ưu điểm sau
- Dầu biến thế có ƣu điểm sau: độ bền cách điện cao, khoảng 160 kV/cm đối với dầu mới.
- Hằng số điện môi  = 2,2 ÷ 2,3, gần bằng một nửa điện môi chất rắn.
- Sau khi bị đánh thủng, khả năng cách điện của dầu phục hồi trở lại.
- Có thể xâm nhập vào các khe rãnh hẹp, vừa có tác dụng cách điện, vừa có tác dụng làm mát.
- Có thể sử dụng làm môi trƣờng dập tắt hồ quang trong máy cắt điện (máy cắt dầu hiện nay ít dùng).
► Dầu biến thế có nhược điểm sau
- Khả năng cách điện của dầu biến đổi lớn khi dầu bị bẩn, sợi bông, giấy, nƣớc, muội than…
- Với dầu máy biến áp sạch, độ bền cách điện 20 – 25 kV/mm, nhƣng nếu hàm lƣợng nƣớc trong dầu lớn hơn
0,05% thì độ bền cách điện chỉ còn 4 – 5 kV/mm.
- Khi có nhiệt độ cao, dầu có sƣ thay đổi về hóa học, sự thay đổi đó là có hạn, đó là sự hóa già của dầu.
- Dễ nổ, dễ cháy.
Tiêu chuẩn độ bền điện của dầu biến áp
Điện áp làm việc (kV)
Đối với dầu mới (kV/mm) Đối với dầu đã vận hành (kV/mm)

Đến 6
12
8
6 đến 35
12
10
Trên 35
16
14
6. Vật liệu cách điện thể rắn: đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật cách điện. Không thể nào làm cách điện
cho thiết bị điện mà không dùng vật liệu cách điện thể rắn.
Có nhiều chủng loại vật liệu cách điện thể rắn, với nhiều cấu tạo lý, hóa khác nhau.
Một số vật liệu cách điện thể rắn đƣợc dùng trong kỹ thuật điện nhƣ sau:
6.1. Sơn cách điện và các hợp chất cách điện
- Sơn và các hợp chất cách điện: có tầm quan trọng rất to lớn, chúng ở dạng lỏng trong quá trình chế tạo, sau khi
dùng thì ở trạng thái đông rắn lại. Vì vậy sơn và các hợp chất cách điện đƣợc xếp vào loại cách điện thể rắn.
- Sơn là dung dịch keo của nhựa, bitum, dầu khô. Các chất này đƣợc gọi là nền sơn và đƣợc hòa tan trong dung
môi bay hơi , còn nền sơn chuyển thành trạng thái rắn tạo thành một màng sơn.
- Sơn cách điện chia làm 3 nhóm chính: sơn tẩm, sơn phủ và sơn dán.
+ Sơn tẩm dùng để sơn, tẩm các chất cách điện rắn, xốp nhƣ giấy, các-tông, sơn vải, cách điện của các cuộn dây
máy biến áp. Sau khi sơn tẩm thì điện áp đánh thủng (Uđt) tăng cao, tính hút ẩm giảm, tính chịu nhiệt cao.
+ Sơn bảo vệ (sơn phủ) để tạo nên một mảng sơn chắc, bóng, giảm bám bụi, chịu ẩm trên mặt đƣợc quét sơn.
Sơn này dùng để quét lên bề mặt vật liệu rắn đã đƣợc tẩm nhằm nâng cao thêm các tính chất cách điện của vật
liệu đƣợc sơn.
+ Sơn dán dùng để dán các vật liệu lại với nhau, hoặc để gắn vật liệu cách điện vào kim loại. Ngoài tính chất
cách điện cao, tính hút ẩm ít và có độ bám dính cao.

Trang 8

- Các loại sơn thƣờng dùng: sơn bakelit, sơn gliptan, sơn silic, sơn polyclovinyl,…..SGK/trang 40
6.2. Điện môi vô cơ: là loại vật liệu quan trọng trong kỹ thuật điện và vô tuyến điện.
- Điện môi vô cơ có các đặc tính nhƣ: tính chịu nhiệt cao, không hút ẩm, độ bền cơ cao và ổn định, vật liệu rẻ
tiền.
Điện môi vô cơ có thể chia làm các nhóm sau: thủy tinh, gốm, sứ, mica,…

► Thủy tinh là những chất vô cơ không định. Trong thành phần thủy tinh, ngoài những oxit tạo thành thủy tinh
(SiO2, B2O3) còn có các oxit khác nhƣ Na2O, K2O, CaO, BaO,…
Những đặc tính của thủy tinh:
- Các đặc tính của thủy tinh biến đổi trong phạm vi rộng, phụ thuộc vào thành phần và công nghệ chế tạo thủy
tinh.
-Độ bền nén lớn hơn độ bền kéo σn = 6000 ÷ 21000n (kg/cm2), σk = 100 ÷ 300n (kg/cm2)
- Trong điều kiện bình thƣờng, thủy tinh rất giòn, dễ vỡ khi chịu tải trọng động.
► Vật liệu sợi là thủy tinh đƣợc kéo thành sợi mềm, dùng để chế tạo vật liệu dệt vào các mục đích khác nhau.
- Thủy tinh ở dạng tấm là loại giòn, dễ vỡ nhƣng nếu làm thành sợi càng mảnh thì độ uốn càng cao nên đƣợc
dùng để dệt.
- Từ các sợi thủy tinh có thể dệt thành vải và băng thủy tinh. Vải và băng thủy tinh làm cách điện thƣờng dày
0,025 đến 0,28 mm.
- Sợi thủy tinh đƣợc dùng làm cách điện cho các cuộn dây.
█ Ưu điểm và khuyết điểm của thủy tinh
- Ƣu điểm: Sợi thủy tinh có tính chịu nhiệt cao, có sức bền tốt, ít hút ẩm so với các sợi hữu cơ khác. Vì vậy cách
điện thủy tinh đƣợc dùng để làm việc trong môi trƣờng có nhiệt độ và độ ẩm cao.
- Khuyết điểm: của sợi thủy tinh là ít đàn hồi, độ uốn kém, ít chịu đƣợc mài mòn hơn so với sợi hữu cơ. Vì thế
cách điện thủy tinh dễ hỏng khi bị va đập.
► Vật liệu cách điện bằng gốm, sứ
- Sứ cách điện đƣợc chế tạo từ đất sét, nung và tráng men, có độ bền cách điện, độ bền nhiệt cao. Là một trong
những vật liệu chủ yếu dùng trong lƣới điện cao thế, trung thế và hạ thế, dùng cách điện trong máy điện, khí cụ
điện,…
- Sứ đƣờng dây gồm có sứ treo dùng cho điện áp cao hơn 35kV. Sứ đỡ dùng cho điện áp thấp hơn.
- Đặc tính quan trọng nhất của sứ cách điện điện áo cao là trị số điện áp phóng điện giữa hai điện cực. Do sứ

cách điện có chiều dày lớn và cƣờng độ cách điện cao, nên khó có thể phóng điện chọc thủng sứ mà chỉ diễn ra
phóng điện trên bề mặt của sứ.
- Cần phân biệt hai loại điện áp phóng điện bề mặt sứ: điện áp phóng điện khô và điện áp phóng điện ƣớt (SGK).
► Mica và các vật liệu trên cơ sở mica
- Mica là vật liệu cách điện vô cơ, có tính năng là độ bền điện và độ bền cơ cao, tính chịu nhiệt và chịu ẩm tốt.
- Micanit: là loại vật liệu đƣợc sản xuất thành từng tấm hoặc từng cuộn do những cánh mica dán lại với nhau
bằng sơn dán hoặc bằng nhựa khô. Micanit là cách điện cho vành góp, dùng để lót đệm, để tạo hình, băng mica
cách điện cho thiết bị điện và cáp điện.
- Mica bằng các hạt vụn: mica vụn, rửa sạch, nghiền thành vảy nhỏ và lợi dụng khả năng dính liền lại với nhau
của các tinh thể mica vừa mới đƣợc tách ra để biến thành phôi, ta thu đƣợc từng lá. Chế tạo ra vật liệu chịu đƣợc
hồ quang điện, đúc ép tạo hình bằng khuôn tạo ra các chi tiết cách điện cần thiết cho các thiết bị điện.
► Vật liệu cách điện gỗ và giấy là vật liệu có nguồn gốc từ xenlulo (sợi thực vật).
- Gỗ là loại vật liệu dễ gia công và sau khi gia công xong, ngƣời ta thƣờng tẩm bằng dầu gai, nhựa và dầu máy
biến áp để nâng cao cƣờng độ cách điện (tăng 1,5 đến 2 lần so với khi chƣa tẩm). Trong kỹ thuật điện, gỗ đƣợc
dùng để làm cầu truyền động của dao cách ly và máy cắt điện, các chi tiết đỡ và gắn trong máy biến áp, làm nêm
trong rãnh các máy điện, cột và xà của đƣờng dây tải điện, đƣờng dây thông tin.
+ Thành phần chủ yếu của giấy là xenlulo, vì nó đƣợc chế tạo từ gỗ. Tùy theo công dụng của nó trong kỹ thuật
điện, ngƣời ta chia ra làm 2 loại: giấy tụ điện và giấy cáp.

Trang 9


- Giấy tụ điện là loại giấy dùng làm điện môi trong tụ điện, giấy cách điện dùng trong tụ điện khác với các loại
giấy cách điện khác là rất mỏng (0,007 đến 0,022 mm), thƣờng làm việc ở cƣờng độ rất cao, và nhiệt độ khoảng
70 đến 1000C nên đòi hỏi phẩm chất của giấy rất cao.
+ Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động, bao gồm 2 mặt dẫn điện gọi là
bản cực tụ, đƣợc phân cách bởi một chất cách điện, gọi là điện môi (không
khí, giấy, mica, dầu nhờn, nhựa, cao su, gốm, thủy tinh,…). Giá trị của tụ
điện là điện dung, đƣợc đo bằng đơn vị Farad (ký hiệu là F), giá trị F rất lớn
nên dùng các giá trị nhỏ hơn nhƣ microFarad (F), nanoFarad (nF) hay picoFarad (pF)

1F = 106 F = 109 nF = 1012 pF
- Giấy cáp thƣờng có độ dày khoảng 0,08 đến 0,17 mm, dùng làm cách điện của cáp điện lực, cáp thông tin. Đối
với giấy cáp cần chú ý đến sức bền cơ giới và số lần xoắn nó có thể chịu đƣợc.
◙ Nhìn chung để làm việc được đảm bảo, các loại giấy này đều phải tẩm dầu hoặc hỗn hợp dầu- nhựa thông.
►Vật liêu gần giống giấy
- Các-tông dùng trong kỹ thuật điện và cũng đƣợc chế tạo từ sợi thực vật nhƣ giấy nhƣng
có độ dày lớn hơn.
- Có 2 loại giấy các-tông:
+ Loại dùng trong không khí có độ rắn và đặc tính cao, đƣợc sử dụng lót rãnh các máy
điện, vỏ cuộn dây, tấm đệm.
+ Loại dùng trong dầu mềm hơn các-tông dùng trong không khí và có thể thấm dầu. Tùy
theo độ dày yêu cầu của các loại các-tông này mà đƣợc chế tạo thành cuộn (0,1 đến 0,8 mm),
hoặc thành tấm (1 đến 3 mm).
► Vải sơn là vải đƣợc tẩm bằng sơn dầu, vải có tác dụng về mặt cơ, còn lớp sơn có tác dụng về mặt cách điện.
- Vải sơn đƣợc dùng để cách điện trong các máy điện, các thiết bị khác và cáp.
- Độ bền điện của loại băng sợi bông có trị số khoảng (35 đến 50) kV/mm, loại
băng tơ (55 đến 90) kV/mm.
- Vải sơn cách điện thƣờng đƣợc sản xuất ở dạng cuộn rộng (700 đến 1000) mm,
chiều dày của vải cách điện là (0,15 đến 0,24) mm.
►Nhựa là nhóm vật liệu có nguồn gốc và tính chất khác nhau rất nhiều. Chúng là một hỗn hợp hữu cơ phức tạp,
chủ yếu ở dạng cao phân tử. Nhựa dùng trong kỹ thuật điện là nhựa không hòa tan trong nƣớc, ít hút ẩm. Theo
nguồn gốc của nhựa, ngƣời ta chia ra làm 2 loại: nhựa thiên nhiên và nhựa tổng hợp (nhân tạo).
- Nhựa thiên nhiên là sản phẩm của một số loài động vật và thực vật
+ Nhựa cánh kiến là loại nhựa do một loại côn trùng sống ở vùng nhiệt đới sinh ra, có màu nâu hoặc hơi đỏ. Độ
bền cách điện Ebđ = 20 ÷ 30 kV/mm, đƣợc sử dụng trong kỹ thuật điện để chế tạo sơn dán, và đặc biệt là để chế
tạo micanit.
+ Nhựa thông là loại nhựa có đƣợc khi chƣng cất dầu thông, có màu vàng hoặc nâu đen, có độ bền cách điện
Ebđ = 10 ÷ 15 kV/mm. Trong kỹ thuật điện, nó đƣợc dùng để tạo nên các dung dịch dùng với dầu mỏ để ngâm,
tẩm cáp các vật liệu khác.
- Nhựa nhân tạo là một hỗn hợp hữu cơ phức tạp dạng cao phân tử. Một số loại nhựa nhân tạo hay đƣợc dùng

trong kỹ thuật điện:
+ Polyetylen có đặc tính cơ tốt, chịu đƣợc axit và kiềm, đƣợc dùng làm cách điện cho
cáp điện có tần số cao và cáp điện lực điện áp cao, làm việc trong môi trƣờng ẩm. Ở
nhiệt độ bình thƣờng, polyetylen không bị hòa tan với bất cứ dung môi nào
Cấu tạo phân tử của polyetylen
Nhƣợc điểm là khả năng chịu nhiệt không cao.
+ Nhựa PVC (polyvinylclorua) có đặc tính chịu đƣợc tác dụng của axit, kiềm, nƣớc, dầu,…Dùng làm vỏ bọc dây
dẫn điện, cáp điện, đầu ra các thiết bị điện,….
Ngoài ra còn có các loại nhựa polypropilen, polystirpol, epoxy,…..SGK/Trang 36.
7. Chất đàn hồi
Cao su có một số tính chất quan trong sau: tính đàn hồi cao, tính ít thấm ẩm và ít thấm khí.
Đƣợc dùng làm vật liệu cách điện nhƣ dây cáp điện, cáp điện ngầm (đặt dƣới lòng đất), các

Trang 10


phần cách điện của máy điện cầm tay, dụng cụ điện hay phải di chuyển, chế tạo găng tay,
ủng, thảm cách điện và ống cách điện.
Cao su có 2 loại là cao su thiên nhiên và cao su nhân tạo.
+ Về thành phần hóa học, cao su thiên nhiên là hydrocacbon. Ngƣời ta không dùng cao su
nguyên chất vào việc sản xuất vật liệu cách điện vì nó không chịu đƣợc nhiệt độ cao. Để
khắc phục nhƣợc điểm này, ngƣời ta tiến hành lƣu hóa cao su, tức là nung nóng lên, cho thêm
lƣu huỳnh vào cao su.
+ Cao su nhân tạo: dùng rƣợu cồn, dầu mỏ, và khí thiên nhiên làm nguyên liệu để sản xuất cao su tổng hợp, thay
thế cho cao su thiên nhiên và ứng dụng trong công nghiệp sản xuất cáp điện, thiết bị điện. Có các loại cao su nhƣ
cao su butan, Escapon, butadien, butyl,… SGK/Trang 44
20/09/2016
Chương II: VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN
►GIỚI THIỆU
Các vật liệu dẫn điện đƣợc dùng dẫn điện trong các thiết bị điện, máy điện, khí cụ điện và truyền tải điện năng từ

nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ.
Vật liệu dẫn điện rất da dạng, nhiều chủng loại và chúng có những tính chất, đặc tính kỹ thuật khác nhau. Vì vậy
đòi hỏi ngƣời công nhân làm việc trong các ngành nghề và đặc biệt trong các nghề điện, phải hiểu rõ về các tính
chất, đặc tính kỹ thuật và ứng dụng của chúng để không ngừng nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm điện năng
trong sử dụng.
Ứng dụng của vật liệu dẫn điện (hình ảnh)
1. Khái niệm, phân loại và tính chất vật liệu dẫn điện.
1.1. Khái niệm:
Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trạng thái bình thƣờng có các điện tích tự do. Nếu đặt chúng vào trong một điện
trƣờng, các điện tích sẽ chuyển động theo một hƣớng nhất định của điện trƣờng và tạo thành dòng điện, đƣợc gọi là
vật liệu có tính dẫn điện.
1.2. Phân loại vật liệu dẫn điện
- Phân loại theo trạng thái vật lý: Vật liệu dẫn điện thể khí: neon ; Vật liệu dẫn điện thể lỏng: dung dịch ; Vật liệu
dẫn điện thể rắn: kim loại
- Phân loại theo mức độ dẫn điện: Vật liệu dẫn điện tốt và Vật liệu có điện trở cao.
- Phân loại theo loại dòng điện tích dịch chuyển:
+ Vật dẫn loại 1: là loại có dòng điện là dòng chuyển dịch giữa các electron tự do (kim loại).
+ Vật dẫn loại 2: có dòng điện là dòng dịch chuyển của các điện tích, gồm electron tự do và ion.
1.3. Các tính chất của vật liệu dẫn điện
1.3.1. Điện trở: là đại lƣợng đặc trƣng cho sự cản trở dòng điện của vật liệu, hay nói cách khác điện trở R là quan hệ
giữa hiệu điện thế không đổi, đặt ở hai đầu của dây dẫn và cƣờng độ dòng điện một chiều tạo nên trong dây dẫn.
l
Điện trở của vật liệu điện được tính theo công thức sau R   , đơn vị Ohm (Ω)
s
Trong đó: l là chiều dài của vật dẫn [m] ; s là tiết diện của vật dẫn [m2]
ρ là điện trở suất, phụ thuộc vào bản chất của vật liệu [Ωm]
Dựa vào biểu thức trên, ta thấy nếu có hai vật dẫn khác nhau (khác chất), nhƣng có cùng chiều dài, cùng tiết
diện thì vật nào có điện trở suất lớn hơn thì vật đó sẽ có điện trở cao hơn, thì dòng điện chạy qua nó sẽ khó
khăn hơn.
1

1
Điện dẫn G của vật dẫn là đại lƣợng nghịch đảo của điện trở : G  , đơn vị  
R


1.3.2. Điện trở suất là đại lƣợng đặc trƣng cho tính dẫn điện hay cách điện của vật liệu. Nó phụ thuộc
vào bản chất của vật liệu, nếu vật liệu có điện trở suất càng nhỏ thì dẫn điện càng tốt và ngƣợc lại.
ρ là điện trở suất, phụ thuộc vào bản chất của vật liệu [Ωm]
1
Điện dẫn suất là đại lƣợng nghịch đảo của điện trở suất   , đơn vị m/Ωmm2



Trang 11


█ Chuyển đổi đơn vị đo lƣờng
*1000 000
2

1m2

1 km

÷1000 000

*100

1dm2

÷100

*100

1cm2

÷100

*100

1mm2

÷100

BẢNG 3.1: ĐẶC TÍNH VẬT LÝ VÀ ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI.

STT

Kim loại

Khối
lƣợng
riêng
3

(g/cm )

Nhiệt
độ nóng
chảy

Điện trở suất  ở
200C

Hệ số thay đổi của
điện trở suất theo

(mm2/m)

nhiệt độ  (1/độ)

0

( C)

1

Bạc

10,5

961

0,0160 - 0,0165

0,0034 - 0,00429

2

Đồng

8,9

1083

0,0168 - 0,0182

0,00392 - 0,00445

3

Vàng

19,3

1063

0,0220 - 0,0240

0,00350 - 0,00399

4

Nhôm

2,7

657

0,0262- 0,0400

0,0040 - 0,0049

5

Magiê

1,74

651

0,0446 - 0,0460

0,00390 - 0,0046

6

Molipđen

10,2

2620

0,0476 - 0,0570

0,0033 - 0,00512

7

Wolfram

19,3

3380

0,0530 - 0,0612

0,0040 - 0,0052

8

Kẽm

7,1

420

0,0535 - 0,0630

0,0035 - 0,00419

9

Niken

8,9

1455

0,06141 - 0,138

0,0044 - 0,00692

10

Thép

7,8

1535

0,0918 - 1,1500

0,0045 - 0,00657

11

Platin

21,4

1770

0,0866 - 0,116

0,00247- 0,00398

12

Palađi

12

1555

0,1100

0,0038

13

Thiếc

7,3

232

0,113 - 0,143

0,00420 - 0,00465

14
15
16

Chì
Thủy ngân
Titan

11,4

13,6
4,5

327
- 39
1725

0,205 - 0,222
0,952 - 0,959
0,420

0,0038 - 0,00428
0,0009 - 0,00099
0,0044

17

Cadmi

8,6

321

0,076

0,0042

18

Coban

8,7

1492

0,062

0,0060

19

Vàng

19,3

1063

0,024

0,0036

20

Tantan

16,6

2977

0,135

0,0038

►Ví dụ 1: Tính điện trở của một dây dẫn bằng đồng có tiết diện 0,2 cm2, chiều dài 100m.
Giải: Tra bảng điện trở suất của đồng, lấy trung bình, có ρ = 0,0175.10-6 Ωm2/m
Tiết diện của vật dẫn: s = 0,2 cm2 = 0,2.10-4 m2
l
100
 0,0875
Điện trở của dây dẫn bằng đồng: R    0,0175.106
s
0,2.104
Vậy một dây dẫn bằng đồng có tiết diện 0,2 cm2, chiều dài 100m thì có điện trở là 0,0875Ω.

►Ví dụ 2: Tính điện trở của một dây dẫn bằng nhôm có tiết diện 0,3 cm2, chiều dài 100m.
Giải: Tra bảng điện trở suất của nhôm, lấy trung bình, có ρ = 0,0331.10-6 Ωm2/m
Tiết diện của vật dẫn: s = 0,3 cm2 = 0,3.10-4 m2
Trang 12


l
100
 0,11
Điện trở của dây dẫn bằng nhôm: R    0,0331.10 6
s
0,3.10  4
Vậy một dây dẫn bằng nhôm có tiết diện 0,3 cm2, chiều dài 100m thì có điện trở là 0,11Ω.

►Ví dụ 3: Một dây dẫn bằng đồng có chiều dài 1km thì có điện trở là 8,7Ω. Nếu ta đưa dây dẫn đó
chập đôi lại để được dây dẫn lớn hơn và có chiều dài là 500m. Hỏi điện trở của dây dẫn sau khi chập

đôi lại là bao nhiêu?
Giải:
Tra bảng điện trở suất của đồng, lấy trung bình, có ρ = 0,0175.10-6 Ωm2/m ; 1km = 1000m
Tiết diện trƣớc khi chập đôi dây dẫn: R1  

l
1000
l1
 2.10 6 m 2
 s1   1  0,0175.10 6
R1
8,7
s1

Điện trở sau khi chập đôi dây dẫn: (dây dẫn gấp đôi: s2 = 2s1 = 2.2.10-6 = 4.10-6 m2)
R2  

l2
500
 0,0175.10 6
 2,18
s2
4.10 6

Vậy sau khi chập đôi dây dẫn bằng đồng thì điện trở giảm đi và có giá trị là 2,18 Ω.
2. Những hư hỏng thường gặp đối với vật liệu dẫn điện
- Hư hỏng do bị ăn mòn kim loại
- Hư hỏng do điện
- Hư hỏng do bị già hóa của kim loại
- Hư hỏng do các lực tác động từ bên ngoài

- Hư hỏng do sự mài mòn giữa các bộ phận
2.1. Hư hỏng do bị ăn mòn kim loại
- Sự ăn mòn kim loại là một quá trình phá hủy kim loại và hợp kim dƣới hình thức hóa học và điện hóa
do tác dụng của môi trƣờng xung quanh.
- Môi trƣờng xung quanh có tác dụng ăn mòn kim loại thƣờng là: không khí ẩm, nƣớc, nƣớc biển, axit,
kiềm và các chất khác. Ở nhiệt độ cao, kim loại càng bị ăn mòn mạnh hơn.
- Tác dụng ăn mòn diễn ra dƣới 2 hình thức: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.
█ Phương pháp chống ăn mòn kim loại
Các phương pháp chống ăn mòn kim loại:
►Phủ bằng lớp kim loại không bị ăn mòn: phƣơng pháp nóng chảy, phƣơng pháp mạ, phƣơng pháp
phun một lớp kim loại bảo vệ.
- Phƣơng pháp nóng chảy: thƣơng đƣợc áp dụng để phủ lớp kẽm, thiếc, chì lên bề mặt chi tiết.
- Phƣơng pháp mạ: ngoài mục đích để bảo vệ kim loại không bị gỉ, mạ kim loại còn có tác dụng làm đẹp
cho các chi tiết. Mạ kim loại có thể khống chế đƣợc bề dày lớp kim loại phủ lên chi tiết.
- Phƣơng pháp phun một lớp kim loại bảo vệ: đƣợc thực hiện bằng cách phun đắp lên chi tiết một lớp
kim loại nóng chảy. Phƣơng pháp này có thể tiến hành với các lớp kim loại bảo vệ nhƣ: đồng, nhôm,
kẽm, chì,….
► Phủ một lớp bảo vệ không kim loại: thƣờng áp dụng các phƣơng pháp sau: sơn, sơn eemay, bôi
dầu mỡ,…
► Phương pháp bảo vệ bằng lớp oxit: dùng những oxit bền vững với môi trƣờng để bọc lên những
kim loại chịu ảnh hƣởng nhiều của môi trƣờng.
3. Tính chọn vật liệu
Khi cần chọn vật liệu dẫn điện, ta căn cứ vào:
- Độ dẫn điện: theo nhu cầu sử dụng, sẽ chọn vật liệu có điện trở suất phù hợp.
Ví dụ: khi chế tạo dây dẫn thƣờng dùng đồng, nhôm (có điện trở suất bé), còn khi làm các dây đốt nóng
thì dùng các hợp kim nhƣ constantan, maiso,… (có điện trở suất lớn).
Trang 13


- Độ bền cơ: Tùy vào quá trình làm việc mà chọn vật liệu có độ bền cơ thích hợp .

Ví dụ: để tăng độ bền kéo cho dây dẫn, ngƣời ta dùng dây dẫn có lõi thép, tiếp điểm thì dùng đồng thau.
- Độ bền chống ăn mòn: căn cứ vào môi trƣờng làm việc của chi tiết, bộ phận hay thiết bị điện mà ngƣời
ta chọn vật liệu có tính chống ăn mòn thích hợp.
Ví dụ: khi môi trƣờng làm việc ẩm ƣớt thì lựa chọn những vật liệu có tính chống lại sự ăn mòn của môi
trƣờng.
4. MỘT SỐ VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN THÔNG DỤNG
4.1. Đồng: ký hiệu Cu
Tầm quan trọng của đồng trong kỹ thuật điện?
Đồng là loại vật liệu quan trọng nhất trong tất cả những vật liệu dẫn điện đƣợc dùng trong kỹ thuật điện
- Ƣu điểm
+ Điện trở suất nhỏ
+ Độ bền cơ tƣơng đối cao
+ Trong nhiều trƣờng hợp, đồng có tính chống ăn mòn tốt
+ Khả năng gia công tốt, đồng cán đƣợc thành tấm, thanh, kéo thành sợi, độ nhỏ của dây có thể đạt tới
vài phần trăm milimet.
+ Hàn và gắn tƣơng đối dễ dàng.
4.1.1. Đồng và các hợp kim của đồng
◙ Đồng tinh chế: đồng đƣợc sử dụng trong công nghiệp là loại đồng tinh chế, nó đƣợc phân loại trên cơ
sở các tạp chất có trong đồng, tức là mức độ tinh khiết [bảng 3.4/SGK trang 71 và bảng 3.5/SGK trang
73].
Ký hiệu
CuE
Cu9
Cu5
Cu0
%Cu
99,95
99,90
99,50
99,00

tối thiểu
Trong kỹ thuật điện thƣờng dùng đồng điện phân CuE và Cu9 để làm dây dẫn điện.
Ứng dụng của đồng (hình aenh)
◙ Hợp kim của đồng
Ngoài việc dùng đồng tinh khiết để làm vật dẫn, ngƣời ta còn dùng các hợp kim của đồng với các chất
khác nhƣ thiếc, silic, photpho, bêrili, crôm, magan, cadmi,…trong đó đồng chiếm vị trí cơ bản.
Có hai loại hợp kim của đồng thường sử dụng là đồng thau và đồng thanh (đồng đỏ)
► Đồng thau: là hợp kim của đồng với kẽm, trong đó kẽm không vƣợt quá 46%. Đồng thau dùng
trong kỹ thuật điện để gia công các chi tiết dẫn dòng nhƣ ổ cắm điện, các phích cắm, đui đèn, các đầu
nối đến hệ thống tiếp đất, các ốc vít,…
Hình ảnh
►Đồng thanh (Đồng đỏ): có thêm một số kim loại khác để tăng cƣờng độ cứng, sức bền và dễ nóng
chảy để gia công các chi tiết nối và giữ dây dẫn, các ốc vít, đai cho hệ thống nối đất, cổ góp điện, các
giá đỡ và giữ,…
Hình ảnh
4.2.1. Nhôm và các hợp kim của nhôm
Sau đồng, nhôm (ký hiệu Al) là vật liệu dẫn điện quan trọng thứ hai đƣợc sử dụng trong kỹ thuật điện.
- Có điện dẫn suất và nhiệt dẫn cao, chỉ sau bạc và đồng.
- Gia công dễ dàng khi nóng và khi nguội
- Có sức bền đối với sự ăn mòn do có lớp oxit rất mỏng (Al2O3) tạo ra khi tiếp xúc với không khí.
- Sức bền cơ khí tƣơng đối bé

Trang 14


█ Phân loại
Nhôm đƣợc dùng trong công nghiệp đƣợc phân loại trên cơ sở tỷ lệ phần trăm kim loại tinh khiết và của
các tạp chất, cụ thể:
+ Nhôm có ký hiệu AB1 có không nhỏ hơn 99,90% nhôm.
+ Nhôm có ký hiệu AB2 có không nhỏ hơn 99,85% nhôm.

+ Nhôm có ký hiệu A-00 có không nhỏ hơn 99,70% nhôm.
+ Nhôm có ký hiệu A-0 có không nhỏ hơn 99,60% nhôm.
+ Nhôm có ký hiệu A-1 có không nhỏ hơn 99,50% nhôm.
+ Nhôm có ký hiệu A-2 có không nhỏ hơn 99,00% nhôm.
+ Nhôm có ký hiệu A-3 có không nhỏ hơn 98,00% nhôm.
Ứng dụng của nhôm (hình aenh()
4.2.2. Hợp kim của nhôm với các kim loại và phi kim khác nhƣ đồng, silic, mangan, magiê, kẽm,…
Tùy theo thành phần và đặc tính công nghệ, ngƣời ta chia hợp kim nhôm ra làm 2 nhóm
- Nhóm hợp kim biến dạng: đƣợc dùng để chế tạo các tấm nhôm, các băng, các dây nhôm, cũng nhƣ các
chi tiết có thể rèn và ép đƣợc.
- Nhóm hợp kim đúc: trong kỹ thuật điện, hợp kim nhôm chủ yếu dùng làm dây dẫn điện là hợp kim
mang tên “aldrey”. Chúng là tổ hợp của nhôm với Mg (0,3 ÷ 0,5)%, Si (0,4 ÷ 0,7)% và sắt (0,2 ÷ 0,3)%
Kiểm tra 1 tiết VẬT LIỆU ĐIỆN LẠNH
ĐỀ SỐ: 01
Phần 1: LÝ THUYẾT (6 điểm)
Câu 1: (1,5 điểm) Trình bày những hƣ hỏng thƣờng gặp đối với vật liệu cách điện. Cho ví dụ cụ thể
thực tế từng trƣờng hợp.
Câu 2 (1,5 điểm) Chọn vật liệu cách điện
a) Khi cần chọn lựa vật liệu cách điện thì phải căn cứ vào các tiêu chuẩn nào để lựa chọn.
b) Nếu muốn chọn vật liệu cách điện làm việc ở 1700C thì cần phải chọn vật liệu cách điện chịu nhiệt ở
cấp bao nhiêu? Nêu một vài vật liệu cách điện chủ yếu ở cấp này.
Câu 3 (1,5 điểm) Trình bày những hƣ hỏng thƣờng gặp đối với vật liệu dẫn điện. Cho ví dụ cụ thể thực
tế từng trƣờng hợp. Trình bày phƣơng pháp chống ăn mòn kim loại.
Câu 4 (1,5 điểm) Chọn vật liệu dẫn điện
Khi cần chọn lựa vật liệu dẫn điện thì phải căn cứ vào các tiêu chuẩn nào để lựa chọn? Theo bạn
trong các tiêu chuẩn đó, tiêu chuẩn nào quan trọng nhất? Vì sao?
Phần 2: BÀI TẬP (4 điểm)
Câu 1 (1 điểm) Tính bề dày của một tấm cao su dùng làm cách điện cho lƣới 15 kV.
Câu 2 (2 điểm) Một dây dẫn bằng thép có chiều dài 800m thì có điện trở là 9,5 Ω. Nếu ta đƣa dây dẫn
đó chập đôi lại để đƣợc dây dẫn lớn hơn và có chiều dài là 400m. Hỏi điện trở của dây dẫn sau khi chập

là bao nhiêu?
Câu 3 (1 điểm) Xác định điện áp đánh thủng và điện áp cho phép của một tấm thủy tinh cách điện có
bề dày d = 0,2 cm áp sát hai điện cực.
BÀI LÀM
Giải:
PHẦN 2: BÀI TẬP (4 điểm)
Câu 1: (1 điểm) Tra bảng độ bền cách điện của tấm cao su, lấy trung bình có Ebđ =17,5 (kV/mm),  = 4,5
21/09/2016

Điện áp đánh thủng: U cp 

U đt



 Uđt = Ucp. = 15.4,5 = 67,5 (kV)

Trang 15


Bề dày của tấm nhựa PVC: U đt  Ebđ .d  d 

U đt 67,5

 3,86 (mm)
Ebđ 17,5

Vậy để tấm cao su dùng làm cách điện cho lƣới 15 kV thì bề dày là 3,86 mm.
Câu 2: (2 điểm) Tra bảng điện trở suất của thép, lấy trung bình có ρ = 0,6209.10-6 Ωm2/m
Tiết diện trƣớc khi chập đôi dây dẫn: R1  

l
800
l1
 5,2.105 (m2)
 s1   1  0,6209.106
R1
9,5
s1

Điện trở sau khi chập đôi dây dẫn: (dây dẫn chập đôi: s2 = 2.s1 = 2.5,2.10-5 = 10,4.10-5 m2)
R2  

l2
400
 0,6209.10 6
 23,8.101   2,38
5
s2
10,4.10

Vậy sau khi chập đôi dây dẫn bằng thép thì điện trở giảm đi và có giá trị là 2,38 Ω.
Câu 3: (1 điểm) d = 0,2 cm = 2 mm ;  = 8
Tra bảng độ bền cách điện của tấm thủy tinh, lấy trung bình, chọn Ebđ = 12,5 (kV/mm)
Ta có
▪ Điện áp đánh thủng: Uđt = Ebđ.d = 12,5.2 = 25 (kV)
U
25
▪ Điện áp cho phép: U cp  đt 
 3,1 (kV)


8
Vậy với tấm thủy tinh 2 mm thì làm việc an toàn ở điện áp là 3,1 kV và có điện áp đánh thủng là 25 kV.

PHẦN 1: LÝ THUYẾT
Câu 1: Những hư hỏng thường gặp đối với vật liệu cách điện. Cho ví dụ từng trường hợp.
- Hƣ hỏng do điện: do thiết bị điện khi làm việc với các đại lƣợng, các thông số vƣợt quá trị số định mức nhƣ:
dòng điện, điện áp, công suất,..làm cho vật liệu cách điện bị giảm tuổi thọ hoặc bị đánh thủng.
Ví dụ:
- Hƣ hỏng do bị già hóa của vật liệu cách điện: trong quá trình làm việc của vật liệu cách điện thƣờng bị ảnh
hƣởng của các điều kiện môi trƣờng nhƣ nhiệt độ, độ ẩm, làm cho các vật liệu cách điện giảm tính chất cách điện
và dễ bị đánh thủng.
Ví dụ:
- Hƣ hỏng do các lực tác động từ bên ngoài: các vật liệu cách điện khi bị lực tác động từ bên ngoài có thể làm
hƣ hỏng. Ví dụ nhƣ khi vào dây không cẩn thận làm lớp cách điện bị trầy xƣớc hoặc khi lót cách điện, không cẩn
thận làm gãy hay làm rách cách điện,…
Ví dụ:
- Hƣ hỏng do mài mòn giữa các bộ phận: các chi tiết khi làm việc tiếp xúc và có sự chuyển động tƣơng đối với
nhau thì sẽ bị hƣ hỏng do bị mài mòn và dễ bị đánh thủng.
Ví dụ:
Câu 2: a/ Khi cần chọn lựa vật liệu cách điện, phải căn cứ vào các tiêu chuẩn sau đây
+ Độ bền cách điện: tùy vào điện áp làm việc của thiết bị, ngƣời ta chọn vật liệu có bề dày thích hợp sao cho vật
liệu làm việc an toàn mà không bị đánh thủng. Ta áp dụng công thức Uđt = Ebđ.d và Uđt = Ecp. để tính toán.
Trong đó: Uđt là điện áp đánh thủng (kV), Ebđ là độ bền cách điện của vật liệu (kV/mm), d là độ dày của vật liệu
cách điện (mm),  là giới hạn an toàn, phụ thuộc vào bản chất vật liệu.
+ Độ bền cơ: tùy vào điều kiện làm việc của thiết bị mà ta chọn vật liệu cách điện có độ bền cơ thích hợp.
+ Độ bền nhiệt: căn cứ vào sự phát nóng khi thiết bị làm việc, ngƣời ta sẽ chọn các loại vật liệu cách điện có
nhiệt độ cho phép phù hợp.
b/ Muốn chọn vật liệu cách điện làm việc ở 1700C thì cần phải chọn vật liệu cách điện chịu nhiệt ở cấp H.
Một vài vật liệu cách điện chủ yếu ở cấp này là: Sợi amiang, sợi thủy tinh có chất kết dính.

Câu 3: Những hư hỏng thường gặp đối với vật liệu dẫn điện. Ví dụ thực tế từng trường hợp.

Trang 16


- Hư hỏng do bị ăn mòn kim loại. Ví dụ:
- Hư hỏng do điện. Ví dụ:
- Hư hỏng do bị già hóa của kim loại. Ví dụ:
- Hư hỏng do các lực tác động từ bên ngoài. Ví dụ:
- Hư hỏng do sự mài mòn giữa các bộ phận. Ví dụ:
Phương pháp chống ăn mòn kim loại.
►Phủ bằng lớp kim loại không bị ăn mòn: phƣơng pháp nóng chảy, phƣơng pháp mạ, phƣơng pháp
phun một lớp kim loại bảo vệ.
- Phƣơng pháp nóng chảy: thƣơng đƣợc áp dụng để phủ lớp kẽm, thiếc, chì lên bề mặt chi tiết.
- Phƣơng pháp mạ: ngoài mục đích để bảo vệ kim loại không bị gỉ, mạ kim loại còn có tác dụng làm đẹp
cho các chi tiết. Mạ kim loại có thể khống chế đƣợc bề dày lớp kim loại phủ lên chi tiết.
- Phƣơng pháp phun một lớp kim loại bảo vệ: đƣợc thực hiện bằng cách phun đắp lên chi tiết một lớp
kim loại nóng chảy. Phƣơng pháp này có thể tiến hành với các lớp kim loại bảo vệ nhƣ: đồng, nhôm,
kẽm, chì,….
► Phủ một lớp bảo vệ không kim loại: thƣờng áp dụng các phƣơng pháp sau: sơn, sơn emay, bôi dầu
mỡ,…
► Phƣơng pháp bảo vệ bằng lớp oxit: dùng những oxit bền vững với môi trƣờng để bọc lên những kim
loại chịu ảnh hƣởng nhiều của môi trƣờng.
Câu 4: Khi cần chọn lựa vật liệu dẫn điện thì phải căn cứ vào các tiêu chuẩn sau:
- Độ dẫn điện: theo nhu cầu sử dụng, ngƣời ta sẽ chọn vật liệu có điện trở suất phù hợp.
Ví dụ: khi chế tạo dây dẫn thƣờng dùng đồng, nhôm (có điện trở suất bé), còn khi làm các dây đốt nóng
thì dùng các hợp kim nhƣ constantan, maiso,… (có điện trở suất lớn).
- Độ bền cơ: Tùy vào quá trình làm việc mà chọn vật liệu có độ bền cơ thích hợp .
Ví dụ: để tăng độ bền kéo cho dây dẫn, ngƣời ta dùng dây dẫn có lõi thép, tiếp điểm thì dùng đồng thau.
- Độ bền chống ăn mòn: căn cứ vào môi trƣờng làm việc của chi tiết, bộ phận hay thiết bị điện mà ngƣời

ta chọn vật liệu có tính chống ăn mòn thích hợp.
Ví dụ: khi môi trƣờng làm việc ẩm ƣớt thì lựa chọn những vật liệu có tính chống lại sự ăn mòn của môi
trƣờng.
* Trong các tiêu chuẩn đó, tiêu chuẩn quan trọng nhất là độ dẫn điện . Vì đây là yếu tố cơ bản
nhất, quyết định tính chất của vật liệu dẫn điện. Vật liệu dẫn điện có điện trở suất càng nhỏ thì dẫn điện
càng tốt và ngƣợc lại.
26/09/2016
VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH
█ Mục đích môn học
Nâng cao hiệu quả sử dụng,
►Trình bày những kiến thức cơ bản về các loại
tăng tuổi thọ thiết bị.
vật liệu thƣờng sử dụng trong lãnh vực nhiệt lạnh.
►Là một trong những môn cơ sở giúp nghiên cứu và thiết kế các loại máy nhiệt nói riêng và các
hệ thống nhiệt động nói chung.
Ví dụ: - các loại động cơ nhiệt: động cơ đốt trong, động cơ phản lực.
- Hệ thống điều hòa không khí, tủ lạnh.
- Các thiết bị sấy, lò hơi.
- Bơm, máy nén
- Các hệ thống sử dụng năng lƣợng mặt trời,v.v.
█ Nội dung môn học
HỆ THỐNG
► Chương 1: Giới thiệu một số hệ thống nhiệt lạnh thƣờng gặp.
NHIỆT
► Chương 2: Vật liệu chịu lửa
Trang 17


Tài liệu tham khảo
► Chương 3: Vật liệu cách nhiệt

1/ Nguyễn Đức Lợi, Vũ Diễm Hƣơng, Nguyễn Khắc Xƣơng.
► Chương 4: Vật liệu kim loại sử dụng ở nhiệt - Vật liệu kỹ thuật nhiệt và kỹ thuật lạnh – NXB Giáo dục, 1995
độ cao
2/ Hoàng Đình Tín – Cơ sở nhiệt công nghiệp – NXB Đại học Quốc
► Chương 5: Vật liệu chế tạo máy và thiết bị
gia Tp. HCM, 2006
► Chương 6: Vật liệu cách nhiệt lạnh
► Chương 7: Vật liệu hút ẩm
3/ Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Túy – Kỹ thuật lạnh cơ sở, NXB Giáo
dục, 1996
► Chương 8: Dầu bôi trơn
► Chương 9: Vật liệu compozit

4/ Nguyễn Sỹ Mão – Lò hơi – NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006

PHẦN 2: VẬT LIỆU KỸ THUẬT LẠNH
CHƢƠNG 5: VẬT LIỆU CHẾ TẠO
THIẾT BỊ LẠNH
1. Giới thiệu một số hệ thống lạnh.
2. Các kim loại thường sử dụng trong hệ
thống lạnh
3. Vật liệu phi kim loại
2. Các kim loại thường sử dụng trong hệ thống lạnh
a/ Nhiệm vụ
- Chế tạo máy và thiết bị lạnh
- Chế tạo ống dẫn môi chất lạnh – chất tải lạnh
- Một số kết cấu xây dựng trong không gian làm lạnh
b/ Yêu cầu
- Phải đủ bền, hoạt động ổn định tại nhiệt độ và áp suất
vận hành.

- Phải trơ hóa học với các chất mà kim loại tiếp xúc
nhƣ: môi chất lạnh, chất tải lạnh, dầu bôi trơn, ẩm, chất
hút ẩm,…
- Phải rẻ tiền, dễ gia công chế tạo

HỆ THỐNG LẠNH BAO GỒM
- Hệ thống thiết bị lạnh (máy nén, bình
ngƣng, bình bay hơi, tháp giải nhiệt,….)
- Môi chất lạnh. Ví dụ: NH3, các loại
freon nhƣ R22, R502,…
- Hệ thống ống dẫn môi chất lạnh
- Chất tải lạnh. Ví dụ: nƣớc, nƣớc đá,
không khí,…)
- Hệ thống ống dẫn chất tải lạnh

c/ Một số kim loại thường sử dụng trong hệ thống lạnh
█ Sắt và các hợp kim của sắt
Chế tạo máy nén, thiết bị ngƣng tụ, thiết bị bay hơi, tháp
giải nhiệt, đƣờng ống dẫn môi chất lạnh, thiết bị phụ,…
► TÍNH CHẤT
- Sử dụng đƣợc cho tất cả các loại môi chất lạnh
- Bị ăn mòn khi có sự xuất hiện của nƣớc (hơi ẩm). Do đó
phải hạn chế sự có mặt của nƣớc (hơi ẩm) trong hệ thống
- Bị ăn mòn mạnh khi tiếp xúc với chất tải lạnh là nước
muối. Do đó phải pha thêm các chất ức chế có thành phần
crôm (Cr) vào chất tải lạnh.
- Ở nhiệt độ thấp: tính chống ăn mòn tăng lên, độ giãn nở
giảm, hệ số dẫn nhiệt tăng khi nhiệt độ giảm

Trang 18

█ Nhôm và các hợp kim của nhôm: nhờ tính chất có hệ
số dẫn nhiệt tốt (thua đồng nhƣng hơn sắt), tính dẻo tốt,
nhẹ. Chế tạo các ống trao đổi nhiệt trong các thiết bị
ngƣng tụ, bay hơi, vỏ máy nén, chi tiết động cơ, cánh tản
nhiệt,…
TÍNH CHẤT

█ Đồng và các hợp kim của đồng: có hệ số dẫn nhiệt lớn,

- Thận trọng khi sử dụng với môi chất lạnh là các loại freon.
- Bị ăn mòn khi có sự xuất hiện của nƣớc (hơi ẩm). ). Do đó
phải hạn chế sự có mặt của nƣớc (hơi ẩm) trong hệ thống.
- Không sử dụng cho chất tải lạnh là nước muối.

hạn chế sự có mặt của nƣớc (hơi ẩm) trong hệ thống.

- Ở nhiệt độ thấp: tính chống ăn mòn tăng lên, độ bền
dẻo va đập tăng, độ giãn nở giảm, hệ số dẫn nhiệt tăng
khi nhiệt độ giảm

tính dẻo tốt. Chế tạo các ống trao đổi nhiệt trong các thiết bị
ngƣng tụ, bay hơi, các miếng đệm, ổ bạc, ổ đỡ,…
TÍNH CHẤT
- KHÔNG sử dụng cho môi chất NH3 vì bị ăn mòn
- Bị ăn mòn khi có sự xuất hiện của nƣớc (hơi ẩm). ). Do đó phải
- Ở nhiệt độ thấp: tính chống ăn mòn tăng lên, độ bền dẻo
va đập tăng, độ giãn nở giảm, hệ số dẫn nhiệt tăng khi
nhiệt độ giảm

- Do đồng mắc tiền hơn nên xu hƣớng sử dụng nhôm và các
hợp kim nhôm để thay thế.
Tác động qua lại giữa các chất/ vật liệu
trong hệ thống lạnh
Vật liệu chế tạo máy
(kim loại và phi kim loại)

Không khí và
Ẩm (nước)
Cần phải thải những chất
có hại ra khỏi vòng tuần
hoàn của môi chất lạnh

Trang 19

Môi chất lạnh
Chất tải lạnh

Dầu bôi trơn

- Định kỳ thay thế dầu bôi trơn
- Xả định kỳ xác khí không ngƣng
- Kiểm tra chất lƣợng môi chất nạp,…


Trang 20


►Yêu cầu đối với vật liệu cách nhiệt lạnh
- Có hệ số dẫn nhiệt  nhỏ (nhiệt trở R lớn)

- Độ thấm nƣớc nhỏ
- Khối lƣợng riêng nhỏ
- Có độ bền cơ học đủ lớn, độ dẻo dai cao
- Không ăn mòn các vật liệu xây dựng tiếp xúc với nó.
- Không cháy hoặc không dễ cháy
- Không bắt mùi và không có mùi lạ
- Không phát triển ký sinh trùng, nấm mốc, vi trùng
-Tuổi thọ bền lâu, không bị lão hóa, thối, mục,…
- Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ gia công, vận chuyển, lắp ráp, không cần
chế độ bảo dƣỡng đặc biệt,…
Tùy theo từng trường hợp có thể chọn loại vật liệu cách nhiệt phù hợp

Bài toán kết hợp vừa đối lƣu vừa dẫn nhiệt
Q = k (tf1 – tf2)F (W) hay q = k (tf1 – tf2) (W/m2)

Trang 21


Ví dụ 1: Vách phẳng buồn lạnh gồm 3 lớp: 1 = 3 = 5 mm; 1 = 3 = 0,5
W/m.K, 2 = 0,04 W/m.K, t1 = -180C, t4 = 280C, q  20 W/m2.
Tính 2, t2, t3 ?
Giải: 1 = 3 = 5 mm = 0,005m
Nhiệt độ các bề mặt tiếp xúc

q

tf1 tf 2
n

R 1   Ri  R 2



i 1

tf1 tf 2
n

1

1


i 1

i
1

i  2

k

1

 1
 
1   2
1



1
 1,87
1 0,25 1


20 0,7 8

Tổn thất nhiệt trên 1m2 bề mặt tƣờng
q = k(tf2 – tf1) = 1,87(600 – 30) = 1065 W/m2
Nhiệt độ của hai bề mặt vách

q

1065
tw1  t f 1   600 
 5470 C
1
20
tw2  t f 2 

q

2

 30 

1065
 1410 C
8

1
0,005
 18  20
 17,80 C
1
0,5

t3  t4  q

3
0,005
 28  20
 27,80 C
3
0,5

Bề dày lớp 2:
2

W/m

Ví dụ 2: Chiều dày một vách lò hơi là  = 250 mm, nhiệt độ khói
tf1 = 6000C, nhiệt độ không khí tf2 = 300C, hệ số tỏa nhiệt 1 = 20 (W/m2.độ),
2 = 8 (W/m2.độ) và hệ số dẫn nhiệt của tƣờng  = 0,7 W/m.độ. Tính tổn thất
nhiệt trên 1m2 bề mặt tƣờng và nhiệt độ tw1, tw2 ?
Giải:  = 250 mm = 0,25m
Hệ số truyền nhiệt

t2  t1  q

2 

2 (t3  t 2 )
q



0,004(27,8  (17,8))
 0,0912m
20

b/ Tính toán cách nhiệt cho VÁCH TRỤ
Xét vách trụ có chiều dài L, đƣờng kính d1/d2.
Môi chất nóng trong ống có tf1, hệ số tải nhiệt 1
Môi chất lạnh bên ngoài có tf2, hệ số tải nhiệt 2

(W/m2.độ)

- Xác định Q truyền qua vách
- Phân bố nhiệt trong vách
Nhiệt lượng truyền cho 1m chiều dài ống là

kL 

1
1
1
d
1


. ln 2 
1d1 2
d1  2d 2

 qL  kL . (t f 1  t f 2 ) W/m2

27/09/2016 Kiểm tra 1 tiết bù cho 3 bạn (Minh Hoàng, Bảo Toàn, Minh Toàn)
Các bạn khác học bình thường.
ĐỀ SỐ: 02
Phần 1: LÝ THUYẾT (6 điểm)
Câu 1: (1,5 điểm) Nêu các dạng tổn hao xảy ra trong điện môi.
Câu 2 (1,5 điểm) Chọn vật liệu cách điện:
a) Khi cần chọn lựa vật liệu cách điện thì phải căn cứ vào các tiêu chuẩn nào để lựa chọn.
b) Nếu muốn chọn vật liệu cách điện làm việc ở 1700C thì cần phải chọn vật liệu cách điện chịu nhiệt ở cấp bao
nhiêu? Nêu một vài vật liệu cách điện chủ yếu ở cấp này.
Câu 3 (1,5 điểm) Các tác nhân môi trƣờng ảnh hƣởng đến vật liệu dẫn điện nhƣ thế nào?
Câu 4 (1,5 điểm) Chọn vật liệu dẫn điện:
Khi cần chọn lựa vật liệu dẫn điện thì phải căn cứ vào các tiêu chuẩn nào để lựa chọn? Theo bạn trong các
tiêu chuẩn đó, tiêu chuẩn nào quan trọng nhất? Vì sao?
Phần 2: BÀI TẬP (4 điểm)
Câu 1 (2 điểm). Xác định điện áp đánh thủng và điện áp cho phép của một dầu máy biến áp cách điện có bề dày
d = 0,3 cm áp sát hai điện cực.
Câu 2 (2 điểm) Một dây dẫn bằng thép có chiều dài 800m thì có điện trở là 9,5 Ω. Nếu ta đƣa dây dẫn đó chập
đôi lại để đƣợc dây dẫn lớn hơn và có chiều dài là 400m. Hỏi điện trở của dây dẫn sau khi chập là bao nhiêu?

Đáp án Câu 1 (bài tập) (2 điểm) d = 0,3 cm = 3 mm ;  = 2,25
Tra bảng độ bền cách điện của dầu máy biến áp, lấy trung bình, chọn Ebđ = 11,5 (kV/mm)
Ta có
▪ Điện áp đánh thủng: Uđt = Ebđ.d = 11,5.3 = 34,5 (kV)

U
34,5
▪ Điện áp cho phép: U cp  đt 
 15,3 (kV)

2,25
Vậy với dầu máy biến áp 3 mm thì làm việc an toàn ở điện áp là 15,3 kV và có điện áp đánh thủng là 34,5 kV.

Trang 22


Bài học 27/09/2016
Tính nhiệt độ tw1:
t f 1  t w1
q
1
qL 
 tw1  t f 1  L .
1
 1.d1
 .1 .d1

(ghi chú: tw1 = t1, chỉ là một hình thức ký hiệu)
Tính nhiệt độ tw2:
t w2  t f 2
q
1
qL 
 t w2  t f 2  L .
1

  2 .d 2
 . 2 .d 2

Tính nhiệt độ tw3:
t w3  t f 1
qL 
d
d
1
1
1

. ln 2 
. ln 3
 1d1 21
d1 2 2
d2



 1
d 
d
1
1
t w3  t f1  q L 

. ln 2 
. ln 3 
d1 2 2

d2 
  1d1 21

Xét vách phẳng một lớp dày , hệ số dẫn nhiệt 
Môi chất nóng có tf1, 1 ; Môi chất lạnh có tf2, 2
Tính đƣợc q (W/m2)
Tính đƣợc tw1
Trong trƣờng hợp môi chất nóng là KHÔNG KHÍ, đã biết 2 thông số trạng thái. Ví dụ: nhiệt độ tf1 và độ ẩm tƣơng đối ,…

Dùng đồ thị để tìm nhiệt độ đọng sƣơng tđs (0C)
Nếu

tw1 > tđs

vách khô ráo, không bị đọng sƣơng

Ví dụ 1: Một ống dẫn Gas lạnh bằng thép có đƣờng kính d1/d2 = 15/17 mm, 1 = 30 (W/m2.K) đƣợc bọc một lớp
cách nhiệt có chiều dày là 2 = 14 mm, 2 = 0,2 (W/m2.K). Biết nhiệt độ Gas lạnh có tf1 = -100C, hệ số tỏa nhiệt
đối lƣu về phía gas lạnh là 1 = 150 (W/m2.K), nhiệt độ không khí bên ngoài của ống là tf2 = 320C, hệ số tỏa

Trang 23


nhiệt đối lƣu là 2 = 8 (W/m2.K). Hãy xác định dòng nhiệt truyền qua 1m chiều dài ống và tính nhiệt độ bề mặt
tiếp xúc t1, t2, t3 ?
Giải: d1 = 15 mm = 0,015m; d2 = 17 mm = 0,017 m; 2 = 14 mm = 0,014 m
d3 = d2 + 22 = 0,017 + 2.0,014 = 0,045 m
Hệ số truyền nhiệt
kL 

1
1
1


 0,18 (W/m2)
1
1
0,017
1
0,045
1
d3
d2
1
1
1
1
5
,
6

. ln

. ln


. ln 
. ln 
1.d1 2.1

d1 2.2
d 2  2 .d 3 150.0,015 2.30 0,015 2.0,2 0,017 8.0,045

Dòng nhiệt truyền qua 1m đƣờng ống
qL  kL . (t f 2  t f1 )  0,18.3,14.[32  (10)]  23,74 (W/m2)
Nhiệt độ các lớp tiếp xúc
t f 1  t w1
q
1
23,74
1
 10 
.
 10  3,4  -13,40C
◙ qL 
 tw1  t f 1  L .
1
 1.d1
3,14 150.0,015
1 .d1
◙ qL 

◙ qL 

qL 1
23,74
1
t w2  t f 2
.
 32 

.
 32  54 ,6  86,60C
 tw2  t f 2 
1
  2 .d 2
3,14 8.0,017
 2 .d 2
t w3  t f 1
 1
d 
d
1
1
 t w3  t f1  q L 

. ln 2 
. ln 3 
d
d
1
1
1
d1 2 2
d2 
  1d1 21

. ln 2 
. ln 3
 1d1 21
d1 2 2

d2

1
1
0,017
1
0,045 

t w3  10  23,34

. ln

. ln
  10  23,34.0,92  11,50C
3
,
14
.
150
.
0
,
015
2
,
3
,
14
.
30

0
,
015
2
.
3
,
14
.
0
,
2
0
,
017


Ví dụ 2: Một ống dẫn Gas lạnh bằng thép có đƣờng kính d1/d2 = 15/17 mm, 1 = 47 (W/m2.K) đƣợc bọc một lớp
cách nhiệt có 2 = 0,2 (W/m2.K). Biết nhiệt độ Gas lạnh có tf1 = -100C, hệ số tỏa nhiệt đối lƣu về phía gas lạnh là
1 = 150 (W/m2.K), nhiệt độ bề mặt ngoài của ống là tw3 = 230C. Hãy xác định bề dày lớp cách nhiệt sao cho
dòng nhiệt truyền qua 1m chiều dài đƣờng ống là 35W/m2.
Giải: d1 = 15 mm = 0,015m; d2 = 17 mm = 0,017 m
Công thức: ln(x) = a  x = ea
Ta có công thức:

qL 

t w3  t f 1
23  (10)
 35 

d
d
d
1
1
1
1
1
0,017
1

. ln 2 
. ln 3

. ln

. ln 3
 1d1 21
d1 2 2
d2
3,14.150.0,015 2,3,14.47 0,015 2.3,14.0,2 0,017

 35 

33
0,14  0,8. ln



d3

0,017

 35(0,14  0,8. ln

d3
d
d
33  5 28

1
)  33  5  28 ln 3  33  ln 3 
0,017
0,017
28
28
0,017

d3
 1  d3  0,017.e1  0,017.2,72  0,046 (m)
0,017

Bề dày lớp cách nhiệt  CN 

d 3  d 2 0,046  0,017

 0,0145 m = 14,5 m
2
2

Trang 24

PHẦN 2: VẬT LIỆU KỸ THUẬT LẠNH
Chương 7: Vật liệu hút ẩm và dầu bôi trơn.

Môi chất lạnh

Dầu bôi trơn

► Các biện pháp khử ẩm
- Sấy khô nghiêm ngặt chi tiết máy và thiết bị trƣớc
khi lắp vào hệ thống.
- Hạn chế độ ẩm tối thiểu trong môi chất lạnh.
+ Đối với amoniac  0,2 %
+ Đối với freon  0,00025 %
- Sấy chân không nhiều giờ trƣớc khi nạp gas vào
hệ thống lạnh.
- Sử dụng bình hút ẩm.
►Các vật liệu hút ẩm chính
- Được phân loại dựa trên nguyên tắc hút ẩm
1. Tạo liên kết
cơ học với ẩm

Loại vật liệu có những lỗ nhỏ li ti bên trong, có
khả năng giữ lại nƣớc, cho các môi chất lạnh và
dầu bôi trơn qua

Gồm: silicagel SiO2, đất sét hoạt tính Al2O3, chất Zeôlit,…
Sử dụng đƣợc cho tất cả các loại môi chất đặt trên đƣờng lỏng và hơi

2. Tạo tinh thể
ngậm nƣớc

3. Phản ứng hóa
học với nƣớc

Loại vật liệu có khả năng kết hợp với nƣớc € tinh
thể ngậm nƣớc nhƣ CaSO4, CaCl2,….

Loại vật liệu có khả năng phản ứng hóa học với nƣớc € tạo các
chất mới
Gồm Vôi sống (CaO), pentoxit photpho (P2O5),….

Hiệu quả hút ẩm cao, tuy nhiên không nên sử dụng trong
hệ thống lạnh, do có thể tạo nên AXIT và BAZƠ gây ăn
mòn thiết bị, làm lão hóa và phá hủy dầu bôi trơn.

Trang 25