第二节 电工材料
电工常用材料可分为导电材料、绝缘材料及磁性材料三种类型。
一、常见导电材料
1.导电材料的性能
导电材料包括固体、液体，在某些情况下也有气体。在常温时，金属材料（除汞外都是固体）是主要的导电材料。导电金属主要特性和用途见表1-8。
表1-8 导电金属主要特性和用途
最常用的导电金属为铜和铝，但在某些特殊场合，也需要用铜或铝的合金或其他金属合金；电热材料需具有较大的电阻系数，常选用镍铬合金或铁铬铝合金；电光源的灯丝熔点高，则选用钨丝等作为导电材料。
2.常用导电材料
导电材料分为一般导电材料（电线电缆）和特种导电材料。按照性能、结构、制造工艺及使用特点不同，电线电缆一般分为裸导线和裸导体制品、电磁线、电气装备用电线电缆、电力电缆和通信电线电缆。产品型号中用“T”代表铜，用“L”代表铝，用“R”代表软，用“Y”代表硬。
（1）电线与电缆
制造电线与电缆的主要导电材料是铜和铝。铜的导电性能、机械强度均优于铝；但铝的密度小、重量轻、价格便宜。所以在架空、照明线等领域，铝为铜的最好代用品。由于铝焊接困难，质硬塑性差，因而在维修电工中广泛应用的仍是铜导线。一般用途铜铝导体性能比较如下：
①电导率，铝约为铜的61%；密度，铝约为铜的30%；机械强度，铝约为铜的50%；比强度（抗拉强度/密度），铝约为铜的130%。
②在单位长度电阻相同的情况下，其重量铝约为铜的50%。
③电阻随温度的变化，铝的电阻温度系数略大于铜，约为铜的107%。不同温度下铜、铝导体的电阻率和电导率见表1-9。
④可焊接性。铝比铜差。
⑤价格。铝资源丰富，其价格比铜低。
表1-9 铜、铝导体在不同温度下的电阻率和电导率
（2）电磁线
电磁线又称为绕组线，它是以绕组形式在磁场中切割磁力线而产生感应电动势或者通以电流产生磁场，是专门用于实现电能和磁能相互转换并有绝缘层的导线。电磁线用于制造电机、变压器、各种电器的线圈。按照绝缘层特点和用途可分为漆包线、绕包线、无机绝缘线和特种电磁线。
①漆包线。漆包线由导电线芯和绝缘层组成。漆包线的绝缘层是将绝缘漆均匀涂覆在导电线芯上，经过烘干而形成的漆膜。常用漆包线的类别、型号、主要用途及优缺点见表1-10。
表1-10 常用漆包线的类别、型号、主要用途及优缺点
注：耐热等级代号，从温度由低到高分为：Y（90），A（105），E（120），B（130），F（155），H（180），C（180以上）。
②绕包线。绕包线是指导电线芯或漆包线上利用天然丝、玻璃丝、绝缘纸或合成树脂等进行紧密绕包，形成绝缘层，部分绕包线在绕包好后再经过浸渍（或胶）的处理，构成组合绝缘的电磁线。绕包线的主要品种、特点和主要用途见表1-11。
表1-11 绕包线的主要品种、特点和主要用途
（3）热双金属元件
热双金属元件是由两种热膨胀系数相差悬殊的金属复合而成的。这两种金属分别称之为主动层和被动层。主动层的线胀系数约为（17～27）×10-6℃-1，被动层金属的线胀系数约为（2.6～9.7）×10-6℃-1。当电流流过热双金属元件或将热双金属元件放置在电器的某一部位，温度升高后，双金属元件因热胀系数不同而弯曲变形，从而产生一个推力，使与之相连的触点改变通断状态。
热双金属元件结构简单，动作可靠，广泛应用于电气控制和电动机的过载保护。热双金属元件的分类及用途见表1-12。
表1-12 热双金属元件的种类及用途
（4）熔体材料
熔体是熔断器的主要部件。不同的熔体，对相同的熔化电流，其熔化时间相差也很大。
①纯金属熔体材料。最常用的为银、铜、铝、锡、铅和锌等。在特殊场合也可采用其他金属作熔体。
②低熔点合金熔体材料。通常由不同成分的铋、镉、锡、铅、锑、铟等组成，熔点一般为60～200℃，见表1-13。它们具有对温度反应敏感的特性，故可用来制成温度熔断器的熔体，广泛用于保护电炉、电热器等电热设备的过热。
表1-13 低熔点合金的成分（质量分数）和熔点
熔体的熔断特性除与选用材料直接有关外，还与熔体的外形、尺寸、安装方式及其他影响其散热的因素有密切关系。熔体元件的形状、结构和使用寿命的关系见表1-14。
表1-14 熔体元件的形状、结构和使用寿命的关系
二、常用绝缘材料
电工绝缘材料种类繁多，应用广泛，在本章中只介绍电气安装、维修工作中常用的几种绝缘材料。
1.绝缘胶
绝缘胶是广泛应用于电缆及电器套管的浇注绝缘材料。
（1）环氧树脂胶
环氧树脂胶主要由环氧树脂（主体）、固化剂、填充剂、增塑剂等组成。
①环氧树脂。常用环氧树脂的种类及特性见表1-15。
表1-15 常用环氧树脂的种类及特性
注：括号中的型号为旧型号。
②固化剂。环氧树脂必须加入固化剂后才能固化。常用固化剂有酸酐类固化剂和胺类固化剂。胺类固化剂由于毒性大，已不常用。常用酸酐类固化剂的种类及特性见表1-16。
表1-16 常用酸酐类固化剂的种类及特性
③填充剂。为了减少固化物的收缩率，提高导热性、形状稳定性、耐腐蚀性和机械强度，以及降低成本，通常应加入适量的填充剂。常用填充剂有石英粉、石棉粉等。
④增塑剂。在环氧树脂中加入适量增塑剂，可提高固化物的抗冲击性。常用的增塑剂是聚酯树脂，一般用量为15%～20%。
（2）电缆浇注胶
电缆浇注胶的组成、性能和用途见表1-17。
表1-17 电缆浇注胶的组成、性能和用途
（3）沥青电缆胶
常用沥青电缆胶主要技术数据及用途见表1-18。
表1-18 常用沥青电缆胶主要技术数据及用途
2.绝缘管
绝缘管主要用于电器引线、电气安装导线穿管，起绝缘和保护作用。常用绝缘管的种类及规格见表1-19。
表1-19 常用绝缘管的种类及规格
3.电工用塑料
电工用塑料一般是由合成树脂、填料和各种少量的添加剂等配制而成的粉状、粒状或纤维状高分子材料，在一定的温度和压力下加工成各种规格、形状的电工设备绝缘零部件以及作为电线、电缆绝缘和护层材料。电工塑料质轻，电气性能优良，有足够的硬度和机械强度，易用模具加工成型，因此在电气设备中得到了广泛的应用。
电线、电缆用热塑性塑料，多由聚乙烯和聚氯乙烯制成。
聚乙烯（PE）：具有优异的电气性能，其相对介电系数和介质损耗几乎与频率无关，且结构稳定，耐潮耐寒，但长期工作温度应低于70℃。
聚氯乙烯（PVC）：分绝缘级与护层级两种，其中绝缘级按耐温条件分别为65℃、80℃、90℃和105℃四种，护层级耐温65℃。聚氯乙烯力学性能优异、电气性能良好，结构稳定，具有耐潮、耐电晕、不延燃、成本低、加工方便等优点，且其绝缘耐压等级为10kV/mm。
4.绝缘材料的耐热等级
绝缘材料的耐热等级见表1-20。
表1-20 绝缘材料的耐热等级
5.绝缘材料的特性
绝缘材料的基本电气性能就是其绝缘性。反映绝缘性的主要特性参数是泄漏电流、绝缘电阻、电阻率、击穿强度、介质损耗角等，其说明见表1-21。
表1-21 绝缘材料的基本电气性能
三、常用磁性材料
1.硬磁材料
（1）铁氧体硬磁材料
铁氧体硬磁材料是一类氧化物硬磁材料，其特点是矫顽力很高，剩磁较小，最大磁能积不大，但最大回复磁能积却较大。铁氧体硬磁材料主要用于永磁点火电机、永磁电机、永磁选矿机、永磁吊头、磁推轴承、磁分离器、扬声器、微波器件、磁医疗片等。
（2）稀土钴硬磁材料
稀土钴硬磁材料是由部分稀土金属和钴形成的。目前常见的稀土钴硬磁材料有钐钴、镨钴、混合稀土钴等品种。稀土钴硬磁材料主要用于低速转矩电机、启动电机、力矩电机、传感器、磁推轴承、助听器、电子聚焦装置等。
（3）铝镍钴合金
铝镍钴合金按制造工艺的不同分为铸造铝镍钴合金（亦称铸造磁钢）和粉末烧结铝镍钴合金（亦称烧结磁钢）。铝镍钴合金材料的名称、代号及用途见表1-22。
表1-22 铝镍钴合金材料名称、代号及用途
2.软磁材料
软磁材料的种类很多，性能特点各异，应用范围也有别，如表1-23所示。
表1-23 软磁材料的种类、性能和应用范围
四、常用电工材料的电阻率
常用电工材料的电阻率见表1-24。
表1-24 常用电工材料的电阻率
注：对于金属，表中所列数值是指在温度18～20℃时纯金属及合金的电阻率。对于绝缘体，表中所列数值是指在温度18～20℃时电阻率的近似值。
五、常用绝缘导线的结构、应用与安全载流量
1.常用绝缘导线的结构与应用
见表1-25。
表1-25 绝缘导线的结构和应用
电气装备用电线的名称通常是由型号的各项含义组合而成的，例如：BV-70，BV表示固定敷设（B）、铜芯（T省略）、聚氯乙烯绝缘（V）电线，70表示线芯最高的工作温度，塑料绝缘线为70℃（橡胶绝缘线为60℃）。
2.常用绝缘导线安全载流量
室内线路常用绝缘导线有塑料绝缘线、橡胶绝缘线、塑料护套线和软导线，塑料绝缘线安全载流量见表1-26，橡胶绝缘线安全载流量见表1-27，塑料护套线和软导线安全载流量见表1-28。
表1-26 塑料绝缘线安全载流量 A
表1-27 橡胶绝缘线安全载流量 A
表1-28 塑料护套线和软导线安全载流量 A
