1.1 常用导电材料及应用

1.1.1 常用金属导电材料

1．金属材料的导电性

导电材料大部分是金属，在金属中，导电性最佳的是银，其次是铜。由于银的价格比较昂贵，因此只是在一些特殊的场合才使用，一般将铜和铝用作主要的导电金属材料。

常用金属材料的主要性能见表1-1。

2．最常用的金属导电材料—铜和铝

铜和铝是两种最常用且用量最大的电工材料。室内线路以铜材料居多，室外线路以铝材料为主，它们几乎各占“半边天”。

铜的导电性能好，在常温时有足够的机械强度，具有良好的延展性，便于加工，化学性能稳定，不易氧化和腐蚀，容易焊接。纯铜俗称紫铜，含铜量高。根据材料的软硬程度，铜分为硬铜和软铜。铜广泛应用于制造电动机、变压器和各种电器的线圈。

国家规定，室内永久性的照明线路一律采用铜芯线。

铝的导电系数虽然没有铜的导电系数大，但它的密度小。同样长度的两根线，若要求它们的电阻值一样，则铝导线的截面积约是铜导线的1.69倍。

铝资源比较丰富，价格便宜，在铜材紧缺时，铝材是最好的替代品。但是，铝导线的焊接比较困难，必须采取特殊的焊接工艺。

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影响铜、铝材料导电性能的主要因素

影响铜、铝材料导电性能的主要因素有材料纯度、使用温度及环境，见表1-2。

1.1.2 熔体材料

1．熔体材料的作用

大家知道，熔断器对电气线路及电气设备的保护作用是通过熔体来实现的。一旦电路超过负载电流允许值或温升允许值等，熔断器的熔体就会熔断，切断故障电路，从而保护线路和设备的安全。

熔体材料的保护作用见表1-3。

2．常用的熔体材料

常用的熔体材料有纯金属熔体材料和合金熔体材料两大类，见表1-4。

3．熔断器中熔体的形状

根据电路及电气设备的要求及用途不同，熔断器的熔体可制成丝状、带状、片状等。

在电工技术中，由于对熔体的封装不同，常用的有裸熔丝（如用在家用闸刀上的熔丝）、玻璃管熔丝（如用在电器上的熔丝管）、陶瓷管熔丝（如用在螺旋式熔断器中的熔丝管）等。

4．熔体材料的选用

熔体置于熔断器中，是电路运行安全的重要保障。在选用熔体时，必须遵循下列原则。

（1）照明电路上熔体的选择：熔体额定电流等于负载电流。

（2）日常家用电器，如电视机、电冰箱、洗衣机、电暖器、电烤箱等，熔断额定电流等于或略大于上述所有电器额定电流之和。

（3）电动机类的负载：对于单台电动机，熔体额定电流是电动机额定电流的1.5～2.5倍；对于多台电动机，熔体额定电流是容量最大一台电动机额定电流的1.5～2.5倍加其余电动机额定电流之和。

（4）熔体与电线额定电流的关系：熔体额定电流应等于或小于电线长时间运行的允许电流的80%。

1.1.3 电线电缆

通常把以金属材料制成的用来传输电能、控制信号的线材叫做电线电缆。

1．电线电缆的种类

各行各业中的电线电缆产品的种类非常多，它们总的用途有两种，一种是电力电缆（用于传输电流），一种是控制电缆（用于传输信号）。当然，现在许多传输信号主要也靠电流（电磁波）作载体。随着科技的发展，现在也可以用光波作载体来传输信号。

在常规供配电线路及电气设备中主要使用的线缆有耐压10kV以下的聚乙烯或聚氯乙烯绝缘类各式电缆电线、橡胶绝缘电缆、架空铝绞导线、裸母线（汇流排）等，如图1-1所示。

绝缘导线的种类很多，常用的绝缘导线的种类及用途见表1-5。

2．硬母线

硬母线又称为汇流排，硬母线可分为裸母线和母线槽两大类。

1）裸母线

裸母线是用铜材或铝材制成的条状导体，有较大的截面积和刚性。使用时，用绝缘子作为支撑进行安装固定，主要用于变压器与低压配电控制柜间的连接和配电柜内主干线，如图1-2所示。

2）母线槽

母线槽的特点是将裸母线由绝缘撑垫隔开后封装在标准的金属外罩内。母线槽可根据使用场合不同，分为室内型、室外型、馈电型（不带中间分接装置）、插接式（带有支路分接引出装置）、滑接式（用滚轮或滑触块来分接单元电气）。

母线槽主要用于高层建筑、多层式厂房、标准厂房及机床密集的车间供配电线路，如图1-3所示。母线槽具有容量大、结构紧凑、安装简单、使用安全可靠的优点，但母线槽供电线路的投资较高。

交流母线相序排列的规定见表1-6。

3．导电带

导电带是由细铜丝编织成的一种柔软的带状裸导线，它没有绝缘层，如图1-4所示。

导电带主要用于电气设备的活动部分的接地连接。例如，配电柜门扇的接地可采用导电带。导电带的一端与已接地的配电柜体紧固，另—端连接门扇，将门扇与配电柜体连成一体，防止可能因触及柜门而引发的漏电、触电事故。

4．裸导线

裸导线的导体直接裸露在外，没有任何绝缘层和保护层。按照产品的形状和结构不同，常用的裸导线分为裸单线、裸软接线、型线（裸扁线、裸铜带）、空心线、裸绞线5种。

一般来说，裸绞线用于架空电力线路；型线用于变压器和配电柜；裸软线用于电动机电刷、蓄电池等场合。

裸导线也可以直接使用，如电子元器件的连接线。常用裸线的型号和用途见表1-7。

5．电缆的选用

电力电缆（导线）的选用应从电压损失条件、环境条件、机械强度和经济电流密度条件等多方面综合考虑。

1）电压损失条件

导线和电缆在通过负荷电流时，因为线路存在阻抗，所以就会产生电压损失，对线路电压损失的规定见表1-8。

如果线路的电压损失超过了规定的允许值，则应选用更大截面积的电线或减小配电半径。

2）环境条件

电缆的使用环境条件包括周围的温差、潮湿情况、腐蚀性等因素，这些因素对电缆的绝缘层及芯线有较大影响。线路的敷设方式（明敷设、暗敷设）对电缆的性能要求也有所不同。因此，所选线材应能适应环境温度的要求。常用导线在正常和短路时的最高允许温度见表1-9。

3）机械强度

机械强度是指导线承受重力、拉力和扭折的能力。

在选择导线时，应该充分考虑其机械强度，尤其是电力架空线路。只有具有足够的机械强度，才能满足使用环境对导线强度的要求。

4）经济电流密度条件

导线截面积越大，电能损耗越小，但线路投资、维修管理费用要增加。因此，需要合理选用导线的截面积。现行经济电流密度的规定见表1-10（对于用户电压10kV及以下线路，通常不按照此条件选择）。

6．导线截面积的选择方法

在不需要考虑允许的电压损失和导线机械强度的情况下，可只按导线的允许载流量来选择导线的截面积。选择导线截面积的方法通常有查表法和口诀法两种。

1）查表法

在安装前，常用导线的允许载流量可通过查阅电工手册得知。500V护套线（BW、BLW）在空气中敷设、长期连续负荷的允许载流量见表1-11。架空裸导线和绝缘导线的最小允许截面分别见表1-12和表1-13。

2）口诀法

电工口诀法，是电工在长期工作实践中总结出来的用于应急解决工程中的一些比较复杂问题的简便方法。

例如，利用下面的口诀介绍的方法，可直接求得导线截面积允许载流量的估算值。

这个口诀以铝芯绝缘导线明敷、环境温度为25℃的条件为计算标准，对各种截面积导线的载流量（A）用“截面积（mm）乘以一定的倍数”来表示。

首先，要熟悉导线芯线截面排列，把口诀的截面积与倍数关系排列起来，表示为

其次，口诀中的“穿管、温度，八、九折”，是指导线不明敷，温度超过25℃较多时才予以考虑。若两种条件都已改变，则载流量应打八折后再打九折，或者简单地一次以七折计算（0.8×0.9=0.72）。

最后，口诀中的“裸线加一半”是指按一般计算得出的载流量再加一半（乘以1.5）；口诀中的“铜线升级算”是指将铜线的截面积按截面排列顺序提升一级，然后再按相应的铝线条件计算。

电工师傅在实践中总结出的经验口诀较多，虽然表述方式不同，但计算结果是基本一致的。我们只要记住其中的一两种口诀就可以了。

7．绝缘导线的电阻值估算

根据电阻定律公式，可以得出对绝缘导线的电阻估算口诀。

对于常用铝芯绝缘导线，只要知道它的长度（m）和标称截面积（mm2），就可以立即估算出它的电阻值。每100m长的铝芯绝缘线，当标称截面积为1mm2时，电阻约为3Ω。这是根据电阻定律公式，铝线的电阻率ρ≈0.03Ω /m算出来的。

例如，200m、6mm2的铝芯绝缘线的电阻为3×2÷6=1（Ω）。

由于铜芯绝缘线的电阻率 ρ=0.018Ω /m，是铝线的电阻率的0.6倍。因此，可按铝芯绝缘线算出电阻后再乘以0.6。

上述例子若是铜芯绝缘线，其电阻则为（3×2÷6）×0.6=1×0.6=0.6（Ω）。

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识别劣质绝缘电线的方法

劣质电线有很大的危害。一些劣质电线的绝缘层采用回收塑料制成，轻轻一剥就能将绝缘层剥开，这样极易造成绝缘层被电流击穿漏电，对使用者的生命安全造成极大威胁。有的线芯线明粗实细，线芯实际截面积远小于其所标明的大小。如标注线芯截面积为4mm2，实际测量仅为2.5mm2，有的甚至只有1.5mm2。使用这种产品时，很容易引发电器火灾。

1.1.4 电刷

1．电刷的作用

电刷是在直流电动机旋转部分与静止部分之间传导电流的主要部件之一，用于电动机的换向器或集电环上，作为导入导出电流的滑动接触体。电刷的导电、导热及润滑性能良好，并具有一定的机械强度。几乎所有的直流电动机及换向式电动机都使用电刷，因此它是电动机的重要组成部件。

2．电刷的选用

常用电刷可分为石墨型电刷（S系列）、电化石墨型电刷（D系列）和金属石墨型电刷（J系列）三类，见表1-14。常用电刷如图1-5所示。

从直观来看，电刷接触面的倒角应得体、规格适当、结构规范，其截面和长度符合要求，没有松动、脱落、破损、掉边、掉角、卡箍等现象。

针对同一电动机来说，应尽量选择同一型号同一制造厂，最好是同一时间生产的电刷，以防止由于电刷性能上的差异造成并联电刷电流分布不平衡，影响电动机的正常运行。

3．电刷与刷架的配合

电刷与刷架如图1-6所示。电刷装入刷架后，应以电刷能够上下自由移动为宜。只有这样，才能确保电刷在弹簧的压力下随着不断的磨损，而与整流子或集电环持续保持紧密接触。因此，电刷的四个侧面与刷架内壁之间必须留有一定的间隙。实践证明，这个间隙一般在0.1～0.3mm之间。既不宜过大，也不宜过小。间隙过小，可能造成电刷卡在刷架中，弹簧无法压紧电刷，电动机工作失去意义；间隙过大，电刷则会在架内产生摆动，不仅出现噪声，更重要的是出现火花，对整流子或集电环产生破坏性影响。

1.1.5 漆包线

1．漆包线的作用

漆包线是在裸铜丝的外表涂覆一层绝缘漆而成的。漆膜就是漆包线的绝缘层。漆膜的特点是薄而牢固，均匀光滑。由于漆包线是以绕组形式来实现电磁能的转化的，通常又称为绕组线。

漆包线主要用于绕制变压器、电动机、继电器、其他电器及仪表的线圈绕组，如图1-7所示。

2．漆包线的选用

常用漆包线的特点及应用见表1-15。

3．漆包线线径的测量

在维修时，如果不知道漆包线线径的大小，可用以下方法进行测量。

（1）将一段拆下的漆包线细心地除去漆膜，方法是用火烧一下再擦去漆膜或用金相砂纸细心磨去漆膜，然后用千分卡尺测量线径，如图1-8所示。

（2）也可不去漆膜，直接用千分卡尺测量，然后减去两倍漆膜厚度就是标称尺寸。一般线径越大，漆层越厚。需要注意的是，同种漆包线的漆膜有厚、薄、加厚之分（详见电工材料手册）。也可通过理论计算，求出线径值，确定漆包线的型号。