Какие виды проводниковых и электроизоляционных материалов применяются в токоведущих элементах линий электропередач (ЛЭП)?

Токоведущие части различных элементов электрических цепей изготовляются изпроводниковых материалов, которые бывают твердыми, жидкими и газообразными. Основными проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы.

В большинстве случаев токоведущие части (проводники) изготовляются из проволоки круглого или прямоугольного сечения. Такие проводника используются, например, при сооружении линий электропередачи и электрических сетей, нагревательных устройств, обмоток электрических машин, различных электротехнических аппаратов и измерительных приборов.

Если проводник имеет одну и ту же площадь поперечного сечения по всей длине, то его сопротивление, Ом,

(1.1)

r = ρl/S,

где l - длина проводника, м; S — площадь поперечного сечения проводника, м²; ρ — удельное сопротивление материала проводника, Ом • м.

На практике часто пользуются единицами l, S и ρ в 1 м, 1 мм² и 1 Ом • мм²/м = 1 мкОм • м соответственно.

При использовании тек или других из указанных единиц следует помнить, что в обоих случаях удельные сопротивления не равны и находятся в соотношении 1 Ом • м = 10^-6 Ом • мм²/м.

Кроме единицы сопротивления 1 Ом часто используют более крупные единицы: 1 килоом (1 кОм = 10³ Ом) и 1 мегаом (1 МОм = 10⁶ Ом).

Единицей проводимости g = 1/r является 1/Ом = 1 См (1 сименс).

Единицы удельной проводимости γ = 1/ρ зависят от единиц удельного сопротивления. Когда единицей удельного сопротивления является 1 Ом • м, единица удельной проводимости будет 1/(Ом • м) = 1 См/м. Когда же единицей сопротивления является 1 Ом • мм²/м = 1 мкОм • м, единица удельной проводимости будет 1 м/(Ом • мм²) = 1 См • м/мм². Соотношение между указанными единицами проводимости таково: 1 См/м = 1 См • м/м² = 106 См • м/мм².

Сопротивление металлических проводников при повышении температуры возрастает. Зависимость сопротивления от температуры выражается следующей формулой:

(1.2)

r₂ = r₁ [1+ α(t₂ - t₁)],

где t₁ и t₂ — начальная и конечная температуры. °С; r₁ и r₂— сопротивления при температурахt₁ и t₂ , Ом; α— температурный коэффициент сопротивления, °С^-1.

Сведения об удельных сопротивлениях и температурных коэффициентах проводниковых материалов приводятся в справочной литературе.

В зависимости от требований, предъявляемых в отношении значений удельного сопротивления, температурного коэффициента сопротивления, допустимой температуры нагревания, механический прочности и ряда других свойств, для изготовления токоведущих частей электротехнических устройств применяются весьма разнообразные металлы и их сплавы.

Так, для многих устройств находят применение материалы с относительно малым удельным сопротивлением. В первую очередь к таким материалам относятся медь и алюминий, имеющие при комнатной температуре удельное сопротивление соответственно 0,0175 и 0,0283 мкОм • м, а также средние температурные коэффициенты 0,0039 и 0,004 °C^-1 а диапазоне температyp oт 0 до 100 °С

Из меди и алюминия изготовляют провода электрических сетей и линий электропередачи; медь получила широкое применение для изготовления обмоток электрических машин, различных электрических аппаратов и электроизмерительных приборов, а также контактов коммутационных и других аппаратов, При изготовлении контактов многих аппаратов используются часто серебро и его соединения с другими металлами, а также вольфрам и молибден. Последние два металла вследствие своей тугоплавкости и большой механической прочности нашли широкое применение в электровакуумной технике для изготовления нитей накала. Для коррозионноустойчивых покрытий контактов используется в некоторых случаях золото. Сооружение контактных проводов передвижных приемников электрической энергии (например, электрических кранов) осуществляется в большинстве случаев из стального проката. Постоянные и переменные проволочные резисторы общего назначения, шунтирующие и добавочные резисторы к электроизмерительным приборам и нагревательные приборы изготовляются обычно из различных сплавов, одной из отличительных особенностей которых являются их относительно большие удельные сопротивления. Основным сплавом для шунтирующих и добавочных резисторов является манганин, состоящий из меди, марганца и никеля. Манганин обладает очень малым температурным коэффициентом сопротивления, что необходимо для уменьшения влияния температуры на точность измерений. Константан, состоящий из меди и никеля, используется для изготовления постоянных и переменных резисторов и нагревательных приборов с рабочей температурой до 400 —450 °С. Для нагревательных приборов с рабочей температурой до 1000 - 1500 °С используются хромоникелевые, железохромоалюминиевые сплавы (нихромы и фехрали).

Электроизоляционные материалы (диэлектрики) обладают очень малой электрической проводимостью и служат для изолирования (отделения) токоведущих частей друг от друга, а также от металлоконструкций производственных и электрических машин, аппаратов и приборов. Что необходимо для исключения возможности аварийных режимов (например, коротких замыканий), обеспечения надежности работы установки и безопасности ее эксплуатации.

В настоящее время применяют множество различных электроизоляционных материалов. Так, для изоляции проводов, с помощью которых осуществляется питание электроэнергией приемников в заводских цехах, лабораториях, бытовых помещениях, применяются главным образом резина, бумага, поливинилхлорид.

Голые провода линий электропередачи изолируют от опор опорными или подвесными изоляторами из фарфора или стекла.