Текст книги "Электротехнические материалы и оборудование"

Прочность. Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под влиянием внутренних напряжений, возникающих в результате действия на материал внешних нагрузок или других факторов. В построенном здании почти все конструкции испытывают нагрузки (вес частей здания, вес оборудования, вес мебели и др.), вследствие чего в материалах конструкций возникают напряжения, противодействующие внешним силам.

Основными показателями, характеризующими прочность материала, являются сопротивление сжатию, растяжению, изгибу. Прочность материала при сжатии и растяжении характеризуется его пределом прочности. Предел прочности, или временное сопротивление, – напряжение в материале образца, соответствующее нагрузке, при которой он разрушается.

Предел прочности различных материалов при сжатии и растяжении меняется в широких пределах – от 0,5 до 1000 МПа и более. Для многих материалов предел прочности при сжатии резко отличается от предела прочности при растяжении. Одинаково хорошо сопротивляются сжатию и растяжению такие материалы, как сталь, древесина. Плохо сопротивляются растяжению каменные материалы: природный камень, кирпич, бетон и т.п.

Примером прочности конструкции при изгибе может служить мост, доска через канаву, а также балка, на которую опираются плиты перекрытия, стропила крыши.

Твердость. Твердость – это способность материалов сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела. Твердость не всегда соответствует прочности материала. Существуют несколько способов определения твердости. Например, твердость каменных материалов оценивают шкалой Мооса, состоящей из десяти минералов, расположенных по степени возрастания их твердости. Показатель твердости испытуемого материала находится между показателями твердости двух соседних минералов, из которых один чертит, а другой сам чертится этим материалом.

1 Тальк или мел (легко чертится ногтем).

2 Гипс или каменная соль (чертится ногтем).

3 Кальцит или ангидрит (легко чертится стальным ножом).

4 Плавиковый шпат (чертится стальным ножом под небольшим нажимом).

5 Апатит (сталь) (чертится стальным ножом под большим нажимом).

6 Полевой шпат (слегка царапает стекло, стальным ножом не чертится).

7 Кварц (легко чертит стекло, стальным ножом не чертится).

8 Топаз.

9 Корунд.

10 Алмаз.

Износ. Износ – это разрушение материала при совместном действии истирания и удара. Прочность при износе оценивается потерей в массе, выраженной в процентах. Износу подвергаются материалы дорожных покрытий, полов промышленных предприятий, аэродромов и др.

Сопротивление удару. Сопротивление удару имеет большое значение для материалов, применяемых в дорожных покрытиях и полах. Испытание материалов на удар производят на специальном приборе – копре.

Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться тому или иному виду обработки. Так, древесина хорошо обрабатывается инструментами. Технологические свойства некоторых полимерных материалов включают способность сверлиться, обтачиваться, свариваться, склеиваться. Глиняные, бетонные и иные смеси обладают пластичностью, вязкостью, которые обеспечивают заполнение определенного объема.

Вязкость. Вязкость – это сопротивление жидкости передвижению одного ее слоя относительно другого. Когда какой-либо слой жидкости приводится в движение, то соседние слои также вовлекаются в движение и оказывают ему сопротивление, величина которого зависит от температуры и вещественного состава. Вязкостные свойства важны при использовании органических вяжущих веществ, природных и синтетических полимеров, красочных составов, масел, клеев. При нагревании вязкость этих материалов снижается, при охлаждении – повышается.

Упругость. Упругость является свойством материала восстанавливать после снятия нагрузки свою первоначальную форму и размеры. Пределом упругости считается напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают некоторой очень малой величины.

Пластичность – способность материала деформироваться без разрыва сплошности под влиянием внешнего механического воздействия и сохранять полученную форму, когда действие внешней силы закончится. Все материалы делятся на пластичные и хрупкие. К пластичным относят сталь, медь, глиняное тесто, нагретый битум и др.

Акустические свойства проявляются при действии звука на материал. Акустические материалы по назначению могут быть звукопоглощающие, звукоизолирующие, вибропоглощающие и виброизолирующие.

Звукопоглощающие материалы. Звукопоглощающие материалы предназначены для поглощения шумового звука. Их акустической характеристикой является величина коэффициента звукопоглощения, равная отношению количества поглощенной материалом звуковой энергии к общему количеству звуковой энергии, падающей на поверхность материала в единицу времени. Как правило, такие материалы имеют большую пористость или шероховатую, рельефную поверхность, поглощающую звук. Строительные материалы, у которых коэффициент звукопоглощения выше 0,2, называют звукопоглощающими.

Звукоизолирующие материалы. Звукоизолирующие материалы применяют для ослабления ударного звука, передающегося через строительные конструкции здания из одного помещения в другое. Звукоизоляционные материалы оценивают по двум показателям: относительной сжимаемости под нагрузкой в процентах и динамическому модулю упругости.

Вибропоглощающие и виброизолирующие материалы предназначены для предотвращения передачи вибрации от машин и механизмов к строительным конструкциям.

Ниже приводятся некоторые свойства строительных материалов.

Химические свойства характеризуют способность материалов реагировать на внешние воздействия, ведущие к изменению химической структуры, а также воздействовать в этом отношении на другие материалы. Основные химические свойства: растворимость и стойкость к коррозии (кислотостойкость, щелочестойкость, газостойкость).

Растворимость. Растворимость – это способность материала растворяться в жидких растворителях: воде, керосине, бензине, масле и других, образовывая новые растворы. Растворимость зависит от химического состава веществ, давления и температуры. Показателем растворимости является произведение растворимости, представляющее собой предельное содержание растворенного вещества в граммах на 100 мл раствора при нормальном давлении и заданной температуре.

Стойкость к коррозии. Стойкость к коррозии является свойством материала сохранять свои качества в условиях агрессивной среды. Такой средой могут быть вода, газы, растворы солей, щелочей, кислот, органические растворители, а также биологические организмы (бактерии, водоросли и т.п.). Древесина, пластмассы, битумы и некоторые другие органические материалы при обычных температурах относительно стойки к действию кислот и щелочей средней и слабой концентрации.

Адгезия. Адгезия представляет собой соединение, сцепление твердых и жидких материалов по поверхности. Это свойство обусловлено межмолекулярным взаимодействием. Адгезионные силы сцепления очень важны при получении строительных материалов, состоящих из многих компонентов, например железобетон.

Кристаллизация. Кристаллизия представляет собой процесс образования кристаллов из паров, растворов, расплавов при электролизе и химических реакциях, который сопровождается выделением тепла.

Долговечность. Долговечность представляет собой способность материала сопротивляться комплексному действию атмосферных и других факторов в условиях эксплуатации. Старение – это процесс постепенного изменения, ухудшения свойств материалов в условиях эксплуатации.

Знание этих и других свойств позволяет сравнивать материалы между собой и определять область их применения с учетом технико-экономической целесообразности. Так, в условиях эксплуатации гидротехнических сооружений строительные материалы, изделия и конструкции, из которых они построены, подвергаются периодическому или постоянному воздействию воды и агрессивных сред, поэтому к ним предъявляются повышенные требования по водостойкости, морозостойкости, водонепроницаемости, корроизонной стойкости и др.

Многие материалы под влиянием водопоглощения ярко проявляют повышенные пластические свойства. Практика строительства показывает, что выбор технически целесообразного материала обосновывают не только его прочностные характеристики, но стойкость к воздействию внешней среды, в которой работает конструкция. Обычно эта стойкость материала во времени (долговечность) неразрывно связана с его химическими и физико-химическими свойствами. Физико-химические в свою очередь тесно связаны со структурой материала и зависят от ее изменения под влиянием внешних и внутренних факторов.

Вследствие проникновения химических реагентов из внешней среды внутренние химические реакции с образованием новых соединений могут значительным образом отразиться на структуре. Изменение структуры (микроструктуры и макроструктуры) в первый период может привести к псевдоупрочнению, а в дальнейшем – к сокращению долговечности материала. Применяемый в строительстве материал обычно подвергают технологической обработке. Cпособность поддаваться такой обработке является порой решающим показателем при выборе материала. Так, при массовой заготовке щебня для бетонных работ учитывается способность горной породы дробиться без образования плоских щебенок, поэтому при выборе материалов всегда учитывают его способность реагировать на отдельные или взятые в совокупности следующие факторы: физические, механические, внешнюю среду, температуру и ее колебания, химические реагенты, технологические операции и т.д. Эта способность материала реагировать на указанные факторы определяется его свойствами.

Оценить технические свойства и сравнить материалы между собой возможно по показателям, которые получают при испытании материалов в полевых, производственных или лабораторных условиях. Полученные знания основных технических свойств строительных материалов и изделий дают возможность рационально их использовать в строительстве. Например, по известным значениям истинной и средней плотности строительных материалов можно рассчитать, какой плотностью (или пористостью) обладают эти материалы, и составить достаточно полное представление о прочности, теплопроводности, водопоглощении и других важных характеристиках строительных материалов, чтобы в дальнейшем на этом основании решать вопрос об их применении в тех или иных сооружениях и конструкциях.

Для расчета нагрузок при определении массы сооружений для транспортных расчетов и выбора емкости складских помещений необходимо знать величину средней плотности строительных материалов. Без данных о прочности применяемых материалов невозможны расчеты прочности и устойчивости сооружений и конструкций. Прогноз их долговечности невозможен без знания таких свойств материала, как отношение к влаге, воздействию окружающей среды, смене температур и др.

Свойства материалов не остаются постоянными, а изменяются во времени в результате механических, физико-химических и биохимических воздействий среды, в которой эксплуатируется строительная конструкция или изделие. Эти изменения могут протекать и медленно (разрушение горных пород), и быстро (вымывание из бетона растворимых веществ). Следовательно, каждый материал должен обладать не только свойствами, позволяющими применять его по назначению, но и определенной стойкостью, обеспечивающей долговечную эксплуатацию изделия или конструкции.

Знание основных свойств строительных материалов необходимо также для выполнения расчетов, позволяющих оценить их качество, соответствие техническим требованиям, возможность применения в конкретных условиях эксплуатации.

Употребляемые в строительстве материалы должны удовлетворять определенным требованиям, которые устанавливаются государственными стандартами (ГОСТами). В строительстве соответствие поступающих материалов требованиям ГОСТа проверяют специальные лаборатории.

Любой вид продукции обладает определенными свойствами, представляющими интерес для потребителей. Для строительных материалов важны такие качества, как прочность, плотность, теплопроводность, морозостойкость, стойкость по отношению к действию воды, агрессивных сред и др. Качеством называется сумма свойств, определяющих пригодность материала и изделия для использования по назначению. Так, для кровельных материалов оценка их качества производится по сумме таких свойств, как водостойкость, водонепроницаемость, термостойкость, прочность на изгиб, атмосферостойкость и др.

Контроль качества строительных материалов и изделий проводят по разработанным нормам, требованиям и правилам. В зависимости от контролируемого производственного этапа различают контроль входной, технологический и приемочный.

Входной контроль включает проверку соответствия поступающих материалов и изделий установленным требованиям. Например, на предприятиях сборного железобетона проверяют качество поступающих исходных материалов: заполнителей и цемента для бетона, арматурной стали, закладных деталей, отделочных и других материалов.

Технологический контроль состоит в проверке соответствия установленным требованиям температуры, давления, времени выдерживания, тщательности перемешивания и других показателей технологического процесса.

Приемочный контроль заключается в проверке соответствия готовых изделий требованиям стандартов или технических условий.

Все материалы и изделия выпускают по государственным и межгосударственным стандартам – ГОСТ, СТ СЭВ, ИСО, СТБ, СНБ. Деятельность стандартизации существует для повышения качества продукции, безопасности ее получения и безопасности. Методы испытаний также стандартизированы. Кроме этого, в строительстве существуют «Строительные нормы» и «Технические нормативные правовые акты», представляющие собой объединенные нормативные документы по проектированию, строительству и строительным материалам.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Работы по строительству современных зданий и сооружений, монтажу электротехнического оборудования, технологического, санитарно-технического оборудования, автоматике и слаботочным устройствам выполняют в соответствии со специально разрабатываемой на каждый объект документацией. При строительстве промышленных объектов рабочие чертежи должны содержать комплекты электротехнической, технологической, архитектурно–строительной и санитарно-технической документации.

Рабочие чертежи электротехнической части проекта, включающие техническую документацию на внешние и внутренние электрические сети, подстанции и другие устройства электроснабжения, силового и осветительного оборудования используют при электромонтажных работах. Для монтажа силового электрооборудования разрабатываются поэтажные планы здания и цехов с указанием и координацией на них трасс прокладки питающих и распределительных силовых сетей и размещения шинопроводов, силовых питающих пунктов и шкафов, электроприемников и пускорегулирующих аппаратов, для монтажа электрического освещения – с указанием и координацией на них питающих и групповых сетей, светильников и щитков.

Для производственных помещений со сложными коммуникациями при открытой или скрытой прокладке больших потоков труб электропроводок разрабатывается план разводки труб с маркировкой, привязкой и отметкой их выходов, а также мест заложения по трассе. Чертежи распределительных устройств, подстанций содержат план и разрезы объекта с указанием размещения узлов и блоков электрооборудования, прокладки сетей заземления, принципиальные и монтажные схемы главных и вторичных цепей, кабельные журналы.

Электромонтажные работы выполняют в соответствии с проектом производства работ, включающим в себя:

– проверку технологичности устанавливаемых в проектное положение электромонтажных и электротехнических конструкций;

– отбор существующих приспособлений и устройств для безопасного выполнения работ.

Для повышения качества и сокращения сроков монтажа большое внимание уделяют приемке зданий и сооружений под электромонтажные работы. К помещениям, предназначенным для установки электрических машин, при приемке под монтаж предъявляют следующие требования:

– все строительные и отделочные работы должны быть закончены до начала электромонтажа, убраны опалубки, излишние леса и строительный мусор, осушены и накрыты щитами кабельные каналы;

– фундаменты под монтаж принимают только при полном соответствии их проектным геометрическим размерам и схеме расположения закладных деталей и отверстий. Приемку готовности фундаментов оформляют актом.

В помещениях распределительных устройств, сдаваемых под монтаж, проверяют размеры постоянных или временных монтажных проемов, возможность монтажа блоков для прокладки токоподводов. Перед началом монтажа проверяют правильность хранения панелей и шкафов, демонтированных реле, приборов и шин, комплектность и соответствие маркировки проекту. На поверхности панелей и шкафов не должно быть трещин, вмятин и повреждений лакокрасочного покрытия. Двери шкафов должны открываться свободно, на угол не менее 120 градусов.

В процессе приемки закрытых распределительных устройств и подстанций под монтаж электрооборудования контролируют наличие постоянных или временных монтажных проемов, размеры которых зависят от габаритов электрооборудования, оценивают качество штукатурных и отделочных работ, полов и водонепроницаемость кровли. При осмотре полов учитывают, что некоторые материалы выделяют цементную пыль, присутствие которой в действующих электроустановках недопустимо (бетонные шлифованные полы с мраморной или гранитной крошкой цементной пыли не образуют). Водонепроницаемость кровли проверяют во время осмотра помещений после дождя.

Открытые распределительные устройства принимают под монтаж электрооборудования после установки, выверки и окончательного закрепления всех металлических и железобетонных конструкций.

Железобетонные изделия, изготовленные из ненапряженного бетона, проверяют на отсутствие обнаженной арматуры, раковин и выбоин, усадочных трещин шириной 0,005 мм при одной трещине на 1 м элемента.

Параллельно с производством строительных работ подготавливается под монтаж электрооборудование, электроконструкции и электропроводки, предусматривается производство всех подготовительных и заготовительных работ. Внутри сооружений и зданий выполняется монтаж опорных конструкций для установки электрооборудования, прокладки кабелей, проводов, шинопроводов, тролеев, монтаж стальных и пластмассовых труб для электропроводок, прокладку проводов скрытой проводки до штукатурных и отделочных работ. Вне зданий и сооружений ведется монтаж кабельных сетей и заземления. Перечисленные работы выполняют в сооружениях и зданиях по совмещенному графику – совместно с проведением основных строительных работ. На этой же стадии заготавливают узлы и пакеты силовых и осветительных электропроводок; собирают блоки электрооборудования, производят предварительную регулировку электрооборудования, проверяют и испытают аппаратуру и машины на стендах и т.п.

Далее начинают монтаж электрооборудования (укрупненные узлы и блоки), прокладывают кабели и провода (узлы и пакеты), шинопроводы и подключают кабели и провода к выводам электрооборудования. В электротехнических помещениях (машинных залах, помещениях распределительных щитов, постов и станций управления, камерах трансформаторов, кабельных полуэтажах, туннелях и каналах) работы выполняют после завершения комплекса общестроительных, отделочных работ и монтажа санитарно–технических устройств.

Материалы для электротехнических работ. В процессе монтажа электроустановок применяют материалы и изделия, которые условно разделяют на следующие группы:

– конструкционные материалы;

– трубы, провода, шнуры, электрические кабели;

– электроизоляционные материалы и изделия;

– монтажные и электроустановочные изделия.

Конструкционные материалы. Конструкционные материалы используют при изготовлении корпусов шкафов, щитов, пультов и щитков.

Для различных типовых поддерживающих конструкций (рам, кронштейнов, скоб) применяют холодногнутую профильную (угловую, корытную) и листовую сталь. Угловую, швеллерную, тавровую фасонную сталь горячего проката в настоящее время применяют в основном для изготовления рам и других поддерживающих конструкций. Полосовую и круглую сталь используют для выполнения сетей заземления и изготовления простых конструкций небольшого размера.

Сетчатые ограждения токоведущих частей изготавливают из стальной плетеной одинарной сетки с квадратными ячейками размером 10 и 20 мм, из проволок толщиной 1 – 2 мм. Металлические и пластмассовые трубы, гибкие металлические рукава применяют в основном для электропроводок.

Провода, шнуры, электрические кабели. Провода, шнуры, электрические кабели представляют собой изделия, содержащие одну или более изолированных жил, поверх которых, в зависимости от конструкции, имеются обмотки, оплетки и другие защитные оболочки. Установочным называют провод для электрических сетей низкого напряжения.

Электрическим шнуром называют провод с изолированными жилами повышенной гибкости, который служит для соединения с подвижными устройствами.

Марки провода (кабеля) – это буквенное обозначение, характеризующее материал токопроводящих жил, изоляцию, степень гибкости и конструкцию защитных покровов.

Для электромонтажных работ широко используют изолированные провода марок АПВ, ПВ1, ПВ2, ПВ3, ПВ4, АППВ, ППВ, ВПП, ПВКВ, РКГШ, РПШ, для внутриприборного и межприборного монтажа – МГШВ, НВ, НВМ.

Для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках используют кабели силовые с пластмассовой изоляцией. Кабели изготавливают в трех– и четырехжильном исполнении, с жилами одинакового или одной жилой меньшего сечения.

Для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках напряжением 1 кВ; 6 кВ; 10 кВ часто применяют кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией ААШвУ сечением жил 50 – 185 мм кв, ААБлУ – 50 – 240 мм кв. и АашвУнг – 50 – 240 мм кв. Для присоединения различных подвижных механизмов широко применяют кабели с резиновой изоляцией гибкие марок КГ, КГхл сечением 0,75 – 70 мм кв. Эти кабели изготавливают с одной, двумя, тремя и четырьмя жилами. Для соединения электросварочных аппаратов с электродержателем используют кабели марок КОГ, КГ сечением жил 10 – 120 мм кв.

Контрольные кабели с пластмассовой изоляцией марок АКВВГ, АКПсВГ сечением жил 2,5 – 6 мм кв. и количеством жил от 4 до 37 часто применяют для присоединения к электрическим приборам, аппаратам в электрических распределительных устройствах. Для воздушных линий электропередач и электрифицированного транспорта находят применение неизолированные провода марок А, АС, АСКС, АСУ сечением жил 16 – 450 мм кв.

Электротехнические предприятия производят провода неизолированные марки М сечением жил 4 – 400 м кв. и марки МФ – 65 – 150 мм кв.