BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG

GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: KHÍ CỤ - VẬT LIỆU ĐIỆN
NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

(Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCN&XD-ĐT ngày tháng năm 2019
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghiệp và Xây dựng)

Quảng Ninh, năm 2019

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN
Mục tiêu
- Kiến thức: Trình bày được khái niệm về vật liệu điện, nêu được cách phân loại vật
liệu điện.
- Kỹ năng
+ Nhận dạng được các loại vật liệu điện
+ Phân loại chính xác các loại vật liệu điện dùng trong công nghiệp
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Chủ động trong quá trình học tập và rèn luyện.
+ Rèn luyện được phương pháp học tư duy và nghiêm túc trong công việc.
Nội dung
1.1. Khái niệm về vật liệu điện
1.1.1. Khái niệm
Vật liệu điện là tất cả những chất liệu dùng để sản suất các thiết bị sử dụng trong
lĩnh vực ngành điện. Thường được phân ra các vật liệu theo đặc điểm, tính chất và
công dụng của nó, thường là các vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu bán dẫn
và vật liệu dẫn từ.
1.1.2. Cấu tạo nguyên tử của vật liệu
Nguyên tử là phần tử cơ bản nhất của vật chất. Mọi vật chất đều được cấu tạo từ
nguyên tử và phân tử theo mô hình nguyên tử của Bo. Nguyên tử được 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 hoá học,
nguyên tử gồm có hạt nhân và lớp vỏ điện tử hình 1.1
Vỏ nguyên t ử

H ạt nhân
Hình 1.1. Cấu tạo nguyên tử
- Hạt nhân : gồm có các hạt Proton và Nơrton
- Vỏ hạt nhân gồm các electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo
xác định.
Tùy theo mức năng lượng mà các điện tử được xếp thành lớp.Ở điều kiện bình
thường, nguyên tử trung hòa về điện, tức là:
(+)hạt nhân = (-)e
Khối lượng của e rất nhỏ: me= 9,1 .10-31 (Kg)
qe = 1,601 . 10-19 (C)
8

Do điện tử có khối lượng rất nhỏ cho nên độ linh hoạt của tốc độ chuyển động
khá cao. Ở một nhiệt độ nhất định, tốc độ chuyển động của electron rất cao. Nếu vì
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 1 nguyên tử trung hòa trở thành điện tử tự do hay Ion (+) được
gọi là quá trình Ion hóa.
Để có khái niệm về năng lượng của điện tử xét trường hợp đơn giản của nguyên
tử Hydro, nguyên tử này được cấu tạo từ một proton và một điện tử e (hình 1.2).

-

e

r
Hình 1.2. Mô hình nguyên tử H

Khi điện tử chuyển động trên quỹ đạo có bán kính r bao quanh hạt nhân, thì giữa
hạt nhân và điện tử e có 2 lực:
2
Lực hút (lực hướng tâm): f1 = q2

r
2
f2 = mv (1-2)
r

và lực ly tâm:
trong đó:

(1-1)

m - khối lượng của điện tử,
v - vận tốc dài của chuyển động tròn

Ở trạng thái trung hòa, hai lực này bân bằng: f 1 = f 2 hay mv2 =

q2
r

(1-3)

Năng lượng của điện tử sẽ bằng:
We = T + U (Động năng T + Thế năng U)
2
2
trong đó: T = mv , U = - q .

r

2

2
Vậy We = T + U = q - q = - q hay We = - q
2

2r

2

r

2

2r

2r

(1-4)

Biểu thức trên chứng tỏ mỗi điện tử của nguyên tử đều tương ứng với một mức
năng lượng nhất định và để di chuyển nó tới quỹ đạo xa hơn phải cung cấp năng lượng
cho điện tử,... Năng lượng của điện tử phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo chuyển động.
Điện tử ngoài cùng có mức năng lượng thấp nhất do đó dễ bị bứt ra và trở thành trạng
thái tự do. Năng lượng cung cấp cho điện tử e để nó trở thành trạng thái tự do gọi là
năng lượng Ion hóa (Wi).
Để tách một điện tử trở thành trạng thái tự do thì phải cần một năng lượng Wi 
We. Khi Wi  We chỉ kích thích dao động trong một khoảng thời gian rất ngắn, các
nguyên tử sau đó lại trở về trạng thái ban đầu.
9

Năng lượng Ion hóa cung cấp cho nguyên tử có thể là năng lượng nhiệt, năng
lượng điện trường hoặc do va chạm, năng lượng tia tử ngoại, tia cực tím, phóng xạ.
Ngược lại với quá trình Ion hóa là quá trình kết hợp:
Nguyên tử + e  Ion (-).
Ion (+) + e  nguyên tử, phân tử trung hòa.
1.1.3. Cấu tạo phân tử của vật liệu
Là phần nhỏ nhất của một chất ở trạng thải tự do nó mang đầy đủ các đặc điểm,
tính chất của chất đó, trong phân tử các nguyên tử liên kết với nhau bởi liên kết hóa
học.Vật chất được cấu tạo từ nguyên, phân tử hoặc ion theo các dạng liên kết dưới
đây:
1. Liên kết đồng hóa trị
Liên kết này đặc trưng bởi sự kiện là một số điện tử đã trở thành chung cho các
nguyên tử tham gia hình thành phân tử.
Lấy cấu trúc của phân tử clo làm ví dụ: phân tử này gồm 2 nguyên tử clo và như
đã biết, nguyên tử clo có 17 điện tử, trong đó 7 điện tử ở lớp ngoài cùng (điện tử hoá
trị). Hai nguyên tử clo liên kết bền vững với nhau bằng cách sử dụng chung hai điện
tử như trên hình 1.3 . Lớp vỏ ngoài cùng của mỗi nguyên tử được bổ sung thêm một
điện tử của nguyên tử kia.











Cl   Cl  














Cl Cl


Hình 1.3.

Phân tử liên kết đồng hoá trị có thể là trung tính hoặc cực tính. Phân tử clo thuộc
loại trung tính vì các trung tâm điện tích dương và điện tích dương trùng nhau.
Axit clohydric HCl là ví dụ của phân tử cực tính. Các trung tâm điện tích dương
và âm cách nhau một khoảng và như vậy phân tử này được xem như một lưỡng cực
điện.
Tùy theo cấu trúc các phân tử đối xứng hay không đối xứng mà chia các phân tử
ra làm hai loại
- Phân tử không phân cực là phân tử mà trọng tâm điện tích âm trùng với trọng
tâm điện tích dương
- Phân tử phân cực là phân tử mà tâm điện tích âm cách trọng tâm điện tích
dương một khoảng l
Để đặc trưng cho sự phân cực nguời ta dùng mô men lưỡng cực
Pe = q.l
Trong đó:
q: là điện tích
l: có chiều –q đến +q và có độ lớn bằng l (khoảng cách giữa trọng tâm điện tích dương
và trọng tâm điện tích âm)
2. Liên kết Ion
10

Liên kết ion được xác lập bởi lực hút giữa các Ion (+) và Ion(-). Liên kết này chỉ
xảy ra giữa các nguyên tử của các nguyên tố hóa học có tính chất khác nhau.
Đặc trưng cho dạng liên kết kim loại là liên kết giữa các kim loại và phi kim để tạo
thành muối, cụ thể là Halogen và kim loại kiềm gọi là muối Halogen của kim loại kiềm.
Liên kết này khá bền vững. Do vậy nhiệt độ nóng chảy của các chất có liên kết
Ion rất cao
Ví dụ: liên kết giữa Na và Cl trong muối NaCl là liên kết ion ( vì Na co 1
electron lớp ngoài cùng cho nên dễ nhường 1 electron tạo thành Na+, Cl có 7 electron
ở lớp ngoài cùng cho nên dễ nhận 1 electron tạo thành Cl- , hai ion này trái dấu sẽ hút
nhau và tạo thành phân tử NaCl, muối NaCl có tính hút ẩm t nc =8000C, t sôi <14500C.
3. Liên kết kim loại
Là liên kết trong các kim loại mà hạt nhân
ở các nút mạng tinh thể. Xung quanh hạt nhân
có các điện tử liên kết, ngoài ra còn có các điện
tử tự do. Do đó, kim loại có tính chất dẫn điện,
dẫn nhiệt tốt.
Khi không kể đến chuyển động nhiệt thì
các hạt (gồm nguyên tử, phân tử hoặc ion) ở
một vị trí xác định gọi là nút. Các nút được sắp

Hình 1.4. Mạng tinh thể cơ bản
của kim loại

xếp theo một trật tự xác định hợp thành mạng
tinh thể.
Dạng liên kết này giải thích được những tính chất đặc trưng của kim loại:
- Tính nguyên khối ( rắn): Lực hút giữa các ion âm và các điện tử tạo nên tính
nguyên khối, kim loại thường ở dạng mạng tinh thể
- Tính dẻo: do sự dịch chuyển và trượt lên nhau của các ion
- Do tồn tại các điện tử tự do nên kim loại thường có ánh kim, dẫn điện và dẫn
nhiệt cao.
4. Liên kết Van DecVan:
Tương tự như liên kết kim loại nhưng là liên kết yếu, do vậy nhiệt độ nóng chảy
thấp (Ví dụ: paraphin).
1.2. Phân loại vật liệu điện
1.2.1. Phân loại theo khả năng dẫn điện
Trên cơ sở giản đồ năng lượng người ta phân loại theo vật liệu cách điện (điện
môi ), bán dẫn và dẫn điện
1. Điện môi: là chất có vùng cấm lớn đến mức ở điều kiện bình thường sự dẫn điện
bằng điện tử không xảy ra.
Các điện tử hóa trị tuy được cung cấp thêm năng lượng của chuyển động nhiệt
vẫn không thể di chuyển tới vùng tự do để tham gia vào dòng điện dẫn.
Chiều rộng vùng cấm của điện môi W nằm trong khoảng từ 1,5 đến vài điện tử
von (eV).
11

2. Bán dẫn: là chất có vùng cấm hẹp hơn so với điện môi, vùng này có thể thay đổi
nhờ tác động năng lượng từ bên ngoài. Chiều rộng vùng cấm chất bán dẫn bé
(W=0,2-1,5eV), do đó ở nhiệt độ bình thường một số điện tử hóa trị ở vùng đầy được
tiếp sức của chuyển động nhiệt có thể di chuyển tới vùng tự do để tham gia vào dòng
điện dẫn.
3. Vật dẫn: là chất có vùng tự do nằm sát với vùng đầy thậm chí có thể chồng lên vùng
đầy (W < 0,2eV). Vật dẫn điện có số lượng điện tử tự do lớn, ở nhiệt độ bình thường
các điện tử hóa trị trong vùng đầy có thể chuyển sang vùng tự do rất dễ dàng, dưới tác
dụng của lực điện trường các điện từ này tham gia vào dòng điện dẫn, chính vì vậy vật
dẫn có tính dẫn điện tốt.
1.2.2. Phân loại theo từ tính
Nguyên nhân chủ yếu của vật liệu gây nên từ tính là do các điện tích chuyển
động ngầm theo quĩ đạo kín tạo nên những dòng điện vòng. Cụ thể hơn đó là do sự
quay của các điện tử xung quanh trục của chúng – spin điện đử và sự quay theo quĩ
đạo của các điện tử trong nguyên tử.
- Các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân tạo nên dòng điện cơ bản mà nó
được đặc trưng bởi mômen từ M. Mône từ M tính bằng tích của dòng điện cơ bản với
một diện tích S được giới hạn bởi đường viền cơ bản:
M = i.S

Hình 1.5. Biểu diễn chiều mômen từ
Chiều véc tơ M được xác định theo quy tắc vặn nút chai . hình 1.1 và theo
phương thẳng góc với diện tích S. Mômen từ của vật thể là kết quả tổng hợp của tất cả
các mômen từ cơ bản đã nêu trên.
- Ngoài các mômen quĩ đạo đã nêu trên, các điện tử này còn quay xung quanh
các trục của nó, do đó còn tạo nên các mômen gọi là mômen Spin. Các spin này đóng
vai trò quan trọng trong việc từ hóa vật liệu sắt từ.
- Khi nhiệt độ dưới nhiệt độ curri, việc hình thành các dòng xoay chiều này có
thể nhìn thấy được bằng mắt thường, được gọi là vùng từ tính, vùng này trở nên song
song thẳng hàng cùng một hướng. Như vậy vật liệu sắt từ thể hiện chủ yếu sự phân cực
từ hóa tự phát khi không có các từ trường đặt bên ngoài.
- Qúa trình từ hóa của vật liệu sắt từ dưới tác dụng của từ trường ngoài dẫn đến
làm tăng những khu vực mà mômen từ của nó tạo góc nhỏ nhất với hướng của từ
12

trường, giảm kích cỡ các vùng khác và sắp xếp thẳng hàng các mômen từ tính theo
hướng từ trường bên ngoài. Sự bão hòa từ tính sẽ đạt được khi nào sự tăng lên của khu
vực dùng từ lại và mômen từ tính của tất cả các phần tinh thể nhỏ nhất đựợc từ tính
hóa tưh sinh trở thành cùng hướng theo hướng của từ trường

Hinh 1.5. Hướng từ hóa khó và dễ trong đơn tinh thể Sắt

- Khi từ hóa dọc theo cạnh hình khối, nó mở rộng theo hướng đường chéo, nghĩa
là co lại theo hướng từ hóa, hiện tượng đó gọi là hiện tường từ gião.

Hình 1.7. Đường cong từ hóa của vật liệu sắt từ

1. Sắt đặc biệt tinh khiết
2. Sắt tinh khiết (99,98% Fe)
3. Sắt kỹ thuật tinh khiết (99,92%Fe)
4. Pecmanlôi (78%Ni)
5. S- Niken
6. Hợp kim Sắt- Niken (26%Ni)
Theo từ tính người ta phân vật liệu thành nghịch từ, thuận từ và dẫn từ
1. Nghịch từ : là những chất có độ từ thẩm  < 1 và không phụ thuộc vào cường độ từ
trường bên ngoài . Loại này gồm có Hyđro, các khí hiếm, đa số các hợp chất hữu cơ,
muối mỏ và các kim loại như : đồng, kẽm, bạc, vàng, thủy ngân...
2. Thuận từ : là những chất có độ từ thẩm  >1 và cũng không phụ thuộc vào cường
độ từ trường bên ngoài. Loại này gồm có oxy, nitơ oxit, muối sắt, các muối coban và
niken, kim loại kiềm, nhôm, bạch kim
13

3. Chất dẫn từ : là các chất có  >>1 và phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài.
Loại này gồm có : sắt, niken, coban, và các hợp kim của chúng hợp kim crom và
mangan ...
1.2.3. Phân loại theo trạng thái vật thể
- Vật liệu điện theo trạng thái vật rắn
- Vật liệu điện theo trạng thái vật lỏng
- Vật liệu điện theo trạng thái thể khi

14

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
Mục tiêu
- Kiến thức:
+ Trình bày được khái niệm và tính chất của vật liệu cách điện
+ Trình bày được các đặc tính cơ bản của một số loại vật liệu cách điện thường
dùng
- Kỹ năng:
+ Nhận dạng, phân loại chính xác các loại vật liệu cách điện dùng trong công
nghiệp và dân dụng
+ Sử dụng phù hợp các loại vật liệu cách điện theo từng yêu cầu kỹ thuật cụ thể
+ Xác định được các nguyên nhân gây ra hư hỏng và có phương án thay thế khả
thi các loại vật liệu cách điện thường dùng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Chủ động trong quá trình học tập và rèn luyện.
+ Rèn luyện được phương pháp học tư duy và nghiêm túc trong công việc.
Nội dung
2.1. Khái niệm và phân loại vật liệu cách điện
2.1.1. Khái niệm
Vật liệu dùng làm cách điện (còn gọi là chất điện môi) là các chất mà trong điều
kiện bình thường điện tích xuất hiện ở đâu thì ở nguyên ở chỗ đấy, tức là ở điều kiện
bình thường, điện môi là vật liệu không dẫn điện, điện dẫn  của chúng bằng không
hoặc nhỏ không đáng kể.
2.1.2. Phân loại vật liệu cách điện
1. Phân loại theo trạng thái vật lý
Theo trạng thái vật lý, có:
Vật liệu cách điện thể khí,
Vật liệu cách điện thể lỏng,
Vật liệu cách điện thể rắn.
Vật liệu cách điện thể khí và thể lỏng luôn luôn phải sử dụng với vật liệu cách
điện ở thể rắn thì mới hình thành được cách điện vì các phần tử kim loại không thể giữ
chặt được trong không khí.
Vật liệu cách điện rắn còn được phân thành các nhóm: cứng, đàn hồi, có sợi,
băng, màng mỏng.
Ở giữa thể lỏng và thể rắn còn có một thể trung gian gọi là thể mềm nhão như:
các vật liệu có tính bôi trơn, các loại sơn tẩm.
2. Phân loại theo thành phần hóa học
Theo thành phần hoá học, người ta phân ra: vật liệu cách điện hữu cơ và vật liệu
cách điện vô cơ.
a. Vật liệu cách điện hữu cơ: chia thành hai nhóm: nhóm có nguồn gốc trong thiên
nhiên và nhóm nhân tạo.
Nhóm có nguồn gốc trong thiên nhiên sử dụng các hợp chất cơ bản có trong thiên
nhiên, hoặc giữ nguyên thành phần hóa học như: cao su, lụa, phíp, xenluloit,...
15

Nhóm nhân tạo thường được gọi là nhựa nhân tạo gồm có: nhựa phênol, nhựa
amino, nhựa polyeste, nhựa epoxy, xilicon, polyetylen, vinyl, polyamit,....
b. Vật liệu cách điện vô cơ: gồm các chất khí, các chất lỏng không cháy, các loại vật
liệu rắn như gốm, sứ, thủy tinh, mica, amiăng...
3. Phân loại theo tính chịu nhiệt
Phân loại theo tính chịu nhiệt là sự phân loại cơ bản, phổ biến vật liệu cách điện
dùng trong kỹ thuật điện.
Khi lựa chọn vật liệu cách điện, đầu tiên cần biết vật liệu có tính chịu nhiệt theo
cấp nào. Người ta đã phân vật liệu theo tính chịu nhiệt như bảng 1.2.
Bảng 1.2
Cấp
Nhiệt độ
Các vật liệu cách điện chủ yếu
cách
cho phép
0
điện
( C)
Giấy, vải sợi, lụa, phíp, cao su, gỗ và các vật liệu
Y
90
tương tự không tẩm nhựa, các loại nhựa polyetylen, PVC,
polistinol, anilin, abomit
Giấy, vải sợi, lụa trong dầu, nhựa polyeste, cao su
A
105
nhân tạo, các loại sơn cách điện có dầu làm khô
Nhựa tráng Polyvinylphocman, poliamit, epoxi. Giấy
ép hoặc vải ép có nhựa phendfocmandehit (gọi chung là
120
E
Bakelit giấy). Nhựa Melaminfocmandehit có chất động
xenlulo. Vải có tẩm thấm Polyamit. Nhựa Polyamit. Nhựa
Phênol-Phurphurol có độn xenlulo.
Nhựa Polyeste, amiang, mica, thủy tinh có chất độn.
Sơn cách điện có dầu làm khô dùng ở các bộ phận tiếp xúc
B
130
với không khí. Sơn cách điện alkit, sơn cách điện từ nhựa
phênol. Nhựa PhênolPhurol có chất độn khoáng, nhựa
epoxi, sợi thủy tinh, nhựa Melaminfocmandehit.
F
155
Sợi amiang, sợi thủy tinh có chất kết dính
H
Xilicon, sợi thủy tinh, mica có chất kết dính
180
Mica không có chất kết dính, thủy tinh, sứ,
C
>180
Polytetraflotylen, Polymonoclortrifloetylen.
2.2.Tính chất chung của vật liệu cách điện
Khi lựa chọn, sử dụng vật liệu cách điện cần phải chú ý đến không những các
phẩm chất cách điện của nó mà còn phải xem xét tính ổn định của những phẩm chất
này dưới các tác dụng cơ học, hóa lý học, tác dụng của môi trường xung quanh,...gọi
chung là các điều kiện vận hành tác động đến vật liệu cách điện.
Dưới tác động của điều kiện vận hành, tính chất của vật liệu cách điện bị giảm
sút liên tục, người ta gọi đó là sự lão hóa vật liệu cách điện.
Do vậy, tuổi thọ của vật liệu cách điện sẽ rất khác nhau trong những điều kiện
khác nhau.
16

Bởi thế cần phải nghiên cứu về tính chất cơ lý hoá, nhiệt của vật liệu cách điện
để có thể ngăn cản quá trình lão hoá, nâng cao tuổi thọ của vật liệu cách điện.
2.2.1. Tính hút ẩm của vật liệu cách điện
Các vật liệu cách điện với mức độ khác nhau đều có thể hút ẩm (hút hơi nước từ
môi trường không khí) và thấm ẩm (cho hơi nước xuyên qua).
Nước là loại điện môi cực tính mạnh, hằng số điện môi tương đối  = 80  81, độ
điện dẫn  =10-5  10-6 (1/cm) nên khi vật liệu cách điện bị ngấm ẩm thì phẩm chất
cách điện bị giảm sút trầm trọng.
Hơi ẩm trong không khí còn có thể ngưng tụ trên bề mặt vật liệu cách điện, đó là
nguyên nhân khiến cho điện áp phóng điện bề mặt có trị số rất thấp so với điện áp
đánh thủng.
1. Độ ẩm của không khí
Trong không khí luôn chứa hơi ẩm, lượng ẩm trong không khí được xác định bởi
tham số gọi là độ ẩm của không khí.
Độ ẩm gồm có độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tương đối.
a. Độ ẩm tuyệt đối:
Độ ẩm tuyệt đối là khối lượng hơi nước trong 1 đơn vị thể tích không khí (g/m3).
Ở nhiệt độ xác định, độ ẩm tuyệt đối không thể vượt qua mmax (mmax được gọi là độ ẩm
bão hoà). Nếu khối lượng nước nhiều hơn giá trị mmax thì hơi nước sẽ rơi xuống dưới
dạng sương.
Quan hệ giữa độ ẩm bão hòa và nhiệt độ cho trên hình 3.6.
90
80
70
60
50
40
30
20
10
-20 -10 0 10 20 30 40 50

0

Hình 2.1. Quan hệ giữa độ ẩm bào hoà mmax theo
nhiệt độ
b. Độ ẩm tương đối, %
Độ ẩm tương đối là tỷ số:

% =

m
mmax

.100%

Ở trạng thái bão hòa của hơi nước trong không khí sẽ có  % = 100%. Thường
các ẩm kế chỉ cho số liệu về độ ẩm tương đối  % nên khi cần xác định độ ẩm tuyệt
đối sẽ phải tính theo công thức:
17

m=

%
.m max

100

và do mmax là hàm của nhiệt độ môi trường không khí (t) nên m = f( %, t).
Như vậy, từ các số liệu về độ ẩm tương đối và nhiệt độ của không khí có thể xấc
định được độ ẩm tuyệt đối m (bằng cách tính toán, tra bảng số, đồ thị...).
Theo quy ước quốc tế, điều kiện khí hậu chuẩn của không khí được qui định:
Áp suất p = 760 mmHg.
Nhiệt độ t = 200C.
Độ ẩm tuyệt đối m = 11g/m3 (độ ẩm tương đối  % khoảng 60  70%).
Khí hậu Việt Nam khác xa với khí hậu chuẩn.
Khí hậu Việt Nam thuộc vùng khí hậu nhiệt đới. Ở miền Bắc, nhiệt độ trung bình
hàng năm là 22,70C, nhiệt độ cực đại có thể đạt tới 42,80C.
Độ ẩm thường xuyên cao là một trong các đặc điểm nổi bật của khí hậu nước ta.
Độ ẩm tuyệt đối trung bình hàng năm ở đồng bằng Bắc bộ là m = 24  26 g/m3, trong
các tháng hè có thể lên tới 30  33g/m3 và trong các tháng mùa đông cũng tới mức 13
 17g/m3.
2. Độ ẩm của vật liệu 
Độ ẩmcủavật liệu  là lượng hơinước trong một đơnvị trọng lượng củavật liệu.
Khi đặt mẫu vật liệu cách điện trong môi trường không khí có độ ẩm % và nhiệt
độ t (0C) thì sau một thời gian nhất định, độ ẩm của vật liệu  sẽ đạt tới giới hạn được
gọi là độ ẩm cân bằng (cb).
Nếu mẫu vật liệu vốn khô ráo được đặt trong môi trường không khí ẩm (vật liệu
có độ ẩm ban đầu  < cb) thì vật liệu sẽ bị ẩm, nghĩa là nó hút hơi ẩm trong không
khí khiến cho độ ẩm sẽ tăng dần tới trị số cân bằng cb như đường 1 trên hình 3.7 (vật
liệu bị ngấm ẩm).


Ngược lại, khi mẫu vật liệu
đã bị ẩm trầm trọng (có độ ẩm

cb

ban đầu
 >trịcb
mẫu
sẽ giảm tới
số) thì
cb độ
nhưẩm
đường

2 (vật liệu sấy khô)
1 (vật liệu ngấm ẩm)

2 trên hình 3.7. (vật liệu sấy khô).

0

t (h)

Hình 2.2
Đối với vật liệu xốp, loại vật liệu có khả năng hút ẩm rất mạnh, người ta đưa ra
độ ẩm quy ước.
Đó là trị số cb khi vật liệu được đặt trong không khí ở điều kiện khí hậu chuẩn.
3. Tính thấm ẩm
18

Tính thấm ẩm là khả năng cho hơi ẩm xuyên thấu qua vật liệu cách điện. Khi vật
liệu bị thấm ẩm thì tính năng cách điện của nó giảm:  (), , tg Eđt.
Nếu vật liệu không thấm nước sẽ hấp thụ trên bề mặt một lượng nước hoặc hơi
nước.
Căn cứ vào góc biên dính nước  của giọt nước trên bề mặt phẳng của vật liệu
(hình 3.6), người ta chia vật liệu cách điện hấp phụ tốt và hấp phụ yếu.
 < 900: vật liệu hấp phụ tốt (hình 3.8a).
 > 900: vật liệu hấp phụ yếu (hình 3.8b).




b)

a)
Hình 2.3

Vật liệu hấp phụ tốt sẽ dễ bị phóng điện, dòng dò lớn do  (). Sự hấp thụ của
vật liệu cách điện phụ thuộc vào loại vật liệu, kết cấu vật liệu, áp suất, nhiệt độ, độ
ẩm,...của môi trường.
4. Nhận xét
Qua phân tích ta thấy rằng tính hút ẩm của vật liệu cách điện không những phụ
thuộc vào kết cấu và loại vật liệu mà nó còn phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, độ
ẩm...của môi trường làm việc. Nó sẽ làm biến đổi tính chất ban đầu của vật liệu, dẫn
đến lão hóa và làm giảm phẩm chất cách điện của vật liệu, tg, có thể dẫn đến phá
hỏng cách điện. Đặc biệt là đối với các vật liệu cách điện ở thể rắn.
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.
Tăng bề mặt điện môi, thường xuyên vệ sinh bề mặt vật liệu cách điện, tránh bụi
bẩn bám vào làm tăng khả năng thấm ẩm có thể gây phóng điện trên bề mặt.
2.2.2. Tính chất cơ học của vật liệu cách điện
Trong nhiều trường hợp thực tế, vật liệu cách điện còn phải chịu tải cơ học, do đó
khi nghiên cứu vật liệu cách điện cần xét đến tính chất cơ học của nó.
Khác với vật liệu dẫn điện kim loại có độ bền kéo σ k , nén σ n và uốn σ u hầu như
gần bằng nhau, còn vật liệu cách điện, các tham số trên chênh lệch nhau khá xa. Căn
19

cứ các độ bền này, người ta tính toán, chế tạo cách điện phù hợp với khả năng chịu lực
tốt nhất của nó.
Ngoài ra, khi chọn vật liệu cách điện cũng cần phải xét đến khả năng chịu va đập,
độ rắn, độ giãn nở theo nhiệt của vật liệu. Đặc biệt chú ý khi gắn các loại vật liệu cách
điện với nhau cần phải chọn vật liệu có hệ số giãn nở vì nhiệt gần bằng nhau.
2.2.3. Tính hóa học của vật liệu cách điện
Tính chịu nhiệt của vật liệu cách điện là khả năng chịu tác dụng của nhiệt độ cao
và sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ. Mỗi loại vật liệu cách điện chỉ chịu được một
nhiệt độ nhất định (tức là có độ bền chịu nhiệt độ nhất định). Độ bền chịu nhiệt được
xác định theo nhiệt độ làm thay đổi tính năng của vật liệu cách điện.
Đối với vật liệu cách điện vô cơ, độ bền chịu nhiệt được biểu thị bằng nhiệt độ
mà nó bắt đầu có sự biến đổi rõ rệt các phẩm chất cách điện như tổn hao tg tăng, điện
trở cách điện giảm sút...
Đối với vật liệu cách điện hữu cơ, độ bền chịu nhiệt là nhiệt độ gây nên các biến
dạng cơ học, những biến dạng này đương nhiên sẽ dẫn đến sự suy giảm các phẩm chất