Волокнистые материалы

    Содержание:

    Введение………………………………………………………………..3

1. Волокнистые материалы…………………………………….……..4
2. Основные элементы провода………………………………………8

Заключение…………………………………………………………….15

Список  литературы……………………………………………………16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение.

    Электроизоляционная, кабельная и конденсаторная техника  относится к части техники, включающей совокупность средств, способов и методов  человеческой деятельности, созданных  для разработки, конструирования, производства и использования электротехнических и радиоэлектронных материалов, электрической  изоляции, кабелей и проводов, электрических  конденсаторов, как объектов и устройств, являющихся неотъемлемой частью электроэнергетического, электротехнического и радиоэлектронного  оборудования.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Волокнистые материалы.

    Волокнистые материалы делятся на естественные и искусственные. Естественные волокнистые  материалы существуют в природе  в готовом виде; их необходимо лишь обработать, отделить от примесей и  посторонних частиц. Искусственные волокнистые материалы получают путем химического синтеза, термической и механической обработки различных органических или неорганических соединений. Естественные волокнистые материалы делятся на три группы: растительного, животного и минерального происхождения. Волокнистые материалы растительного происхождения находятся в лубе, листьях, семенных коробочках и других частях некоторых растений (хлопчатник, лен, конопля и др.). Волокнистые материалы животного происхождения - это шерсть и волос животных, шелковичное волокно и т. п. Минеральным волокнистым материалом является асбест и т. п. К искусственным волокнистым материалам относятся материалы из природных высокомолекулярных соединений (целлюлоза, белки), синтетические материалы, стеклянная и минеральная вата, металлические волокна и пр.

    Одним из важных технических свойств волокнистых  материалов является их эластичность-способность  растягиваться и пружинить.

    По  химическому составу волокнистые  материалы подразделяют на минеральную  вату, стекловолокно, базальтовое волокно. Они имеют сходный коэффициент  теплопроводности от 0,042 до 0,05 Вт/(м  К) и различаются по температуре  эксплуатации, экологическим и физическим свойствам.

    Минеральная вата

    Минеральная вата - это волокнистый материал, получаемый из силикатных расплавов горных пород, металлургических шлаков и их смесей. Ведущие мировые производители в качестве сырья используют исключительно горные породы, что позволяет получать минеральную вату высокого качества с длительным сроком эксплуатации. Такой материал рекомендуется применять для ответственных конструкций, когда требуется многолетняя надежная работа строений. Минеральная вата, полученная из доменных шлаков, не обладает достаточной долговечностью в условиях знакопеременных температур, повышенной влажности, действия высоких нагрузок и деформаций. Ее применение оправдано в дачном строительстве, при возведении временных сооружений и для конструкций, в которых легко выполняются ремонтные работы.

    Преимущества:

• Не горит - относится к классу негорючих материаллов (НГ). Эффективно препятствует распространению пламени и применяется в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты. Изделия из минеральной ваты могут быть использованы в условиях очень высоких температур, но при условии, что они не будут подвергаться механическим воздействиям, способным изменить их форму, после того как присутствующий связующий компонент разрушится. Минеральные волокна способны выдерживать температуру выше 1000°С, в то время как связующий компонент начинает разрушаться уже при температуре 250°С. При более высоких температурах, даже после разрушения связующего, волокна остаются неповрежденными и связанными между собой, сохраняя прочность и создавая защиту от огня.
• Ничтожно малая усадка (в том числе термическая) и сохранение своих геометрических размеров в течение всего периода эксплуатации.
• Минеральная вата негигроскопична, содержание влаги в изделиях из нее при нормальных условиях эксплуатации составляет 0,5% по объему. Чтобы минимизировать водопоглощение при проведении монтажа изоляции во влажных условиях, минеральную вату, как правило, пропитывают специальными водоотталкивающими составами (кремний-органическими соединениями или специальными маслами).
• Высокая химическая стойкость. Минеральная вата является химически пассивной средой и не вызывает коррозию контактирующих с ней металлов.

    Недостатки:

• Обладает высокой паропроницаемостью. Диффундирующий сквозь минераловатный утеплитель пар конденсируется в его толще. В результате происходит уменьшение термического сопротивления ограждающей конструкции в течение всего холодного времени года. Конструкция должна быть спроектирована таким образом, чтобы минимизировать прохождение паров влаги и, как следствие, возникновение конденсата. Минераловатный утеплитель должен быть защищен с одной стороны пароизоляционным барьером. Снаружи, напротив, должны быть созданы благоприятные условия для свободного выхода пара (высыхания утеплителя).

    Базальтовое волокно

    То  же, что и минераловата, но изготавливается  из базальтовых горных пород.

    Преимущества  по сравнению с минераловатой:

• Экологически безопасны. Не содержат органических, канцерогенных и горючих веществ, имеют формулу природного камня – базальта. В отличие от материалов из базальтового волокна минераловатные изделия содержат 4-5% по массе органических веществ.
• Долговечность. Срок службы материалов из базальтового волокна в несколько раз выше, чем изделий из минеральной ваты и достигает 30-40 лет;
• Технологичность при монтаже. Мягкие изделия легко режутся ножом, а более плотные - ножовкой.
• Не боятся ультрафиолета.
• Не боятся вибраций. Так, изделия и минеральной ваты при вибрациях разрушаются.

    Стекловата (стекловолокно)

    Cтекловолокно представляет собой волокно, которое по технологии получения и свойствам имеет много общего с минеральной ватой. Для получения стеклянного волокна используют то же самое сырье, что для обычного стекла, или отходы стекольной промышленности. Основное отличие стекловаты от минеральной ваты состоит в длине волокон: средняя длина стекловолокна составляет 5 см, в то время как длина каменного волокна - 1,5 см.

    В связи с этим стекловолокно имеет  ряд преимуществ.

• Одно из них - повышенная упругость изделий из стеклянного волокна, позволяющая транспортировать материал (спрессованный по сравнению с первоначальным объемом в 4 раза) в виде рулонов и упаковок. В развернутом виде материал быстро восстанавливает свой первоначальный объем и форму непосредственно после вскрытия упаковки.
• Изделия из стекловолокна отличаются повышенной упругостью, что позволяет маты из стекловолокна транспортировать в виде рулонов. В развернутом виде они возвращаются практически к исходной толщине.
• Стекловолокнистые изделия имеют большую прочность и отличаются виброустойчивостью.

    Недостатки  стекловолокна:

• Температура эксплуатации не превышает 400°С.

    Штапельное  волокно

    По  способам изготовления, волокна подразделяются на непрерывное и штапельное. Непрерывное  волокно получают методом вытягивания  через фильеры. Штапельное волокно  получают из расплавленной массы  способами вертикального раздува  паром или воздухом, центробежным, центробежно-фильерно-дутьевым, раздувом первичных непрерывных стеклянных волокон потоком раскаленных  газов.

    Маты  прошивные

    Применение  синтетического связующего, для сцепления  волокон, является слабым местом волокнистых  материалов, что определяет их экологические  свойства и температурный интервал эксплуатации. Для повышения температурного интервала эксплуатации, маты из волокнистого материала прошивают стеклянными  нитями. От этого верхний температурный  интервал эксплуатации повышается от 400°С до 700°С.

    Изделия из супертонкого волокна

    Супертонкие волокна обладают особыми свойствами, что позволяет применять их без  связующего в виде матов, где скрепление волокон между собой происходит за счет сил естественного сцепления. Различают следующие изделия  из супертонкого волокна:

• СТВ, БСТВ - изделие из супертонкого стеклянного и базальтового волокна без связующего;
• ТИС, ТИБ - изделия из супертонких штапельных стеклянных и базальтовых волокон, прошитых нитями.

2. Основные  элементы провода.

    Провод  — соединительный проводник, служащий проводящим соединением между источником электрического тока и потребителем, а также между компонентами.

    Провода классифицируются по проводимости, площади  поперечного сечения, материалу  проводника, типу изоляции, гибкости, теплостойкости и т. п.

    Провода разделяются на:изолированные и  неизолированные; защищенные и не защищенные.

    Контактные  провода служат для передачи электрической энергии подвижному составу через непосредственный контакт с его токоприемником. Эти провода должны отвечать не только требованиям, предъявляемым к проводнику электрического тока, но и дополнительным особенностям его работы. Отскольжения контактных вставок токоприемников провод истирается, а при отрыве токоприемников от провода под нагрузкой образуются подгары с оплавлением поверхности провода; провод работает при больших натяжениях, подвергается динамическим нагрузкам от ударов неисправных токоприемников и сошедших штанг, изгибам и вибрациям от воздействий подвижного состава. Протекание электрического тока сопровождается нагревом провода. Температура провода может быть значительной в условиях повышенных нагрузок и особенно в вынужденном режиме работы. Провод подвергается действию сил, возникающих от собственной массы и изменений длины при изменении температуры окружающего воздуха, а также действию внешних сил от воздействия ветра и гололеда.

    Для работы в этих условиях провод должен обладать высокими механическими и  электрическими свойствами: прочностью, износотермоустойчивостью, электропроводностью, стойкостью к воздействию электрической  дуги и длительным срокам службы.

    Контактные  провода изготавливаются согласно ГОСТ 2584-86 Из меди; низколегированной  меди с небольшим содержанием (0,01-0,06%) легирующих присадок магния (Мг), циркония (Цр), олова (Ол), кремния (Кр) или титана (Ти) или бронзы с легирующими компонентами из магния, кадмия или циркония в пределах 0,1-1,1% в зависимости от легирующего материала и технических требований к проводу. Допускаются провода с двумя или несколькими легирующими элементами, например, в низколегированных и, бронзовых контактных проводах, кроме олова, в качестве легирующих компонентов применяют магний, кадмий и др.

    Обозначения типов контактных проводов следующие: МК - контактный медный круглый; МФ - контактный медный фасонный; МФО - контактный медный фасонный овальный; НЛФ - контактный низколегированный  фасонный; НЛФО - контактный низколегированный  фасонный овальный; Брф - контактный бронзовый  фасонный; БрфО - контактный бронзовый  фасонный овальный. Площадь сечения  некоторых из упомянутых контактных проводов показана на рис.4, а, 6, в, г.

    Контактный  провод изготавливается методом  холодного волочения, при котором  пруток исходного материала протягивается  через ряд последовательно уменьшающихся  отверстий (фильтров), получает нужную форму сечения и увеличение длины. Уплотняясь при волочении, материал получает наклеп - поверхностное упрочнение, повышающее его твердость, пределы упругости и прочности. Все эти качества необходимы для повышения износоустойчивости и уменьшения остаточных деформаций при растяжении.

    Применение низколегированных и бронзовых проводов преследует цели - повышения прочности и износоустойчивости. Срок службы проводов, работающих в одинаковых условиях, по сравнению с медными увеличивается в 1,5 раза при низколегированных и более чем в 2 раза при бронзовых проводах.

    В процессе эксплуатации от проходящего  по контактному проводу электрического тока происходит его нагрев - повышение  температуры провода над окружающей средой. Нагрев зависит от значения и времени действия электрического тока. Особенно резко повышается нагрев при перегрузке и неотключенном  коротком замыкании. Под действием  нагрева при температуре выше допустимой медный провод разупрочняется, теряя твердость и упругость. Уже при 100 °С становится заметно  разупрочнение, а при 180-230 °С происходит рекристаллизация с потерей наклепа. Провод становится мягким, тягучим  и непригодным для эксплуатации.

    Значительно лучше противостоят действию нагрева  и электрической дуги низколегированные  и бронзовые провода. Температура  нагрева провода при эксплуатации не должна превышать допустимый предел: для медного провода 95 °С, низколегированного 110 °С и для бронзового 130 °С. Допустимая расчетная плотность тока для  трамвайных и троллейбусных контактных проводов при нормальном режиме работы должна быть, не более 5 А/мм² для медных и 6 А/мм² для бронзовых.

    Существенными недостатками низколегированных и  бронзовых проводов являются меньшая  проводимость по сравнению с медными, более трудный монтаж вследствие повышения жесткости.

    Для замены меди менее дефицитными металлами  применяют сталеалюминиевые и сталемедные провода (рис.4, д, е). Сталеалюминиевые провода имеют снизу стальную часть и алюминиевую сверху. Стальная часть для связи с алюминиевой имеет наверху гребень в виде ласточкиного хвоста и поперечную насечку, которая препятствует продольному смещению алюминиевой части относительно стальной. Существенным недостатком провода является коррозия стальной части, вызывающая искрение, повышенный износ контактных вставок токоприемников и ухудшение токосъема.

    Сталемедные провода имеют - стальной сердечник, покрытый медью, общий объем которой  составляет 50-60% объема, провода. Значительное уменьшение электрической проводимости ограничивает применение сталемедного провода для пассажирских линий. Провода применяют на малозагруженных, второстепенных линиях и деповских  путях.

    Контактные  провода изготавливаются круглого, фасонного и фасонного овального  профилей (см. рис.4, а, б). В сетях трамвая и троллейбуса применяют провода фасонного профиля. Провода овального профиля, в котором уменьшен вертикальный размер и увеличен горизонтальный, применяют для открытых местностей (насыпи, дамбы и др.). для уменьшения ветровой нагрузки.

    Поверхность провода должна быть гладкой, ровной, без трещин, закатов, расслоений. На новом проводе допускаются незначительные забои и царапины, если после их зачистки размеры провода не выходят  за пределы допустимых отклонений.

    Для отличия от медных на верху бронзовых  контактных⁴ проводов имеется одна канавка (рис.4, в), а на верху низколегированных - две симметрично расположенные канавки (рис.4, г).

    На  линиях трамвая и троллейбуса  находят применение медные и бронзовые  провода сечением 85 и 100 мм*. Провода  сечением 65 мм² могут быть применены на второстепенных (грузовых, а также редко используемых) линиях, на территориях депо, мастерских и заводов.

    Сталеалюминиевый  провод марки ПКСА-80/18 имеет некоторые  ограничения по его применению. Не допускается использование сталеалюминиевых проводов в сетях трамвая, где на токоприемниках применяются алюминиевые контактные вставки. При токосъеме наблюдается большое искрение и выгорание алюминия вставки с образованием больших раковин и зазубрин. При дальнейшем следовании вставка с испорченной контактной поверхностью наносит повреждение проводу, подвеске и арматуре.

    В сетях трамвая допускается монтаж сталеалюминиевого провода в  случаях, когда подвижной состав оборудован токоприемниками с угольными  или металлокерамическими контактными  вставками специального состава, приспособленного для. работы по стальной поверхности. Не следует монтировать сталеалюминиевый провод на сетях трамвая и троллейбуса  в приморских городах и городах  с повышенной химической активностью  воздуха вследствие короткого срока  службы, вызванного коррозией. Не рекомендуется  применение его на территориях троллейбусных  депо, ремонтных мастерских и заводов. Здесь по техническим причинам имеют  место неупорядоченные передвижения троллейбусов, движения с большим  отклонением от проводов, подача назад  без перевода штанг, вызывающие сходы  штанг и, как следствие, повышенную повреждаемость проводов - в данном случае в виде пережогов.

    Сталеалюминиевые  провода монтируют на троллейбусных  линиях во вновь создаваемых хозяйствах и при развитии на вводимых в эксплуатацию линиях значительной протяженности. Промышленность поставляет провод намотанным на деревянных барабанах. Длина провода на одном  барабане 1000-2500 м.

    Усиливающие провода применяют на линиях, где площадь сечения контактного провода недостаточна для пропуска электрического тока, а также на длинных линиях, где падение напряжения в конце участка превышает допустимое значение. Усиливающие провода прокладывают параллельно контактным и соединяют с ними через определенные расстояния. Для усиливающих проводов и воздушных питающих линий применяют неизолированные провода: медные марки М, сталеалюминиевые марок АС и ПБСА, сталемедные марок ПБСМ1 и ПБСМ2. Сечение проводов определяют на основании электрического расчета. Основные данные проводов приведены в табл.2,3.

    Конструкции многопроволочных проводов показаны на рис.5. Провода из проволок одного металла марок М, Бр, С показаны на, рис.5, а; биметаллические из проволок, имеющих сердцевину из одного металла, а оболочку из другого металла - сталемедные и сталеалюминиевые марок ПБСМ и ПБСА, - на рис.5, б;комбинированные марок АС и АПБСА - на рис.5, в и г.

    Медные  провода обладают большой стойкостью к коррозии от атмосферного воздействия, надежны в эксплуатации и долговечны. Провода многопроволочные из твердотянутой  проволоки МТ с временным сопротивлением на разрыв не менее 380 Н/мм².

    Алюминиевые провода выполняют многопроволочными  из твердотянутых проволок марки  А с временным сопротивлением на растяжение не менее 150 Н/мм². Алюминий примерно в три раза легче меди и в 1,65 раза имеет меньшую электропроводность. Поэтому алюминиевые провода одинаковы по проводимости, легче медных в два раза. На воздухе поверхность алюминия быстро покрывается слоем окиси, который в дальнейшем хорошо противостоит атмосферной коррозии. Алюминий - металл мягкий и подвергается электрохимической коррозии при. соприкосновений с другими, металлами. Это нужно учитывать при хранении и монтаже провода, оберегая его от механических повреждений, и соприкосновении с другими металлами.

    Сталеалюминиевые  провода марки АС в своей конструкции  имеют свитой из стальных проволок сердечник, поверх которого имеется  повив алюминиевых проволок. Сердечник, служит для восприятия нагрузки от растяжения, а алюминиевые провожжи обеспечивают электрическую проводимость. В сравнении с алюминиевым этот провод имеет повышенную надежность и больше подходит к работе в городских условиях.

    На  контактных сетях применяют сталемедные  провода марок первого класса ПБСМ1 и второго класса ПБСМ2 (см. табл.3).

    Провода свивают из стальных проволок, покрытых тонким слоем меди, причем слой меди у проволоки ПБСМ1 несколько толще, чем у ПБСМ2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение.

    В данной контрольной работе мы рассмотрели  наиболее важные вопросы по основам  электроизоляционной, кабельной и  конденсаторной техники: волокнистые материалы и основные элементы провода.

    Волокно́ (мн.ч. воло́кна) — класс материалов, состоящий из непряденых нитей материала или длинных тонких отрезков нити. Волокно используется в природе как животными так и растениями, для удержания тканей (биологических). Волокно используется человеком для прядения нитей, веревок, как часть композиционных материалов, а также для производства таких материалов как бумага или войлок.

    Синтетические волокна очень дешёвы, поэтому используются гораздо шире натуральных.

    Провод  — соединительный проводник, служащий проводящим соединением между источником электрического тока и потребителем, а также между компонентами.

    Провода классифицируются по проводимости, площади  поперечного сечения, материалу  проводника, типу изоляции, гибкости, теплостойкости и т. п.

    Провода разделяются на: изолированные и неизолированные; защищенные и не защищенные. 
 
 
 
 
 

Список  литературы.

1. Алиев Исмаил Ибрагимович Кабельные изделия : справочник: учеб. пособие для вузов по специальности "Электроизоляц., кабел. и конденсатор. техника"...  / И. И. Алиев. - Изд. 3-е, испр. - М. : Высш. шк., 2008. - 229 с.
2. Кранихфельд Лев Исидорович Теория, расчет и конструирование кабелей и проводов : учеб. Для техникумов / Лев Исидорович Кранихфельд, Игорь Борисович Рязанов. - М.: Высш. шк., 1972. - 384 с.
3. Основы электроизоляционной, кабельной и конденсаторной техники: курс лекций : в 2 ч. / Н. А. Строкин; Иркут. гос. техн. ун-т Ч. 1, 2006. - 203 с.
4. Холодный Станислав Дмитриевич Методы испытаний и диагностики кабелей и проводов / Станислав Дмитриевич Холодный. - М. : Энергоатомиздат, 1991. - 200 с.