Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра электрические станции, сети и системы

 

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Методические указания к выполнению расчетно-графических работ
для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика,5В081200- Энергообеспечение сельского хозяйства

 

 

Алматы 2013 г

СОСТАВИТЕЛИ: К.Х. Бекмагамбетова, Р.М. Кузембаева, Р.Т. Мукашева. Электротехническое материаловедение. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика, 5В081200- Энергообеспечение сельского хозяйства Алматы: АУЭС, 2013.- 43с.

 

Методическое указание содержит объем работы, теоретическое введение, примеры решения задач, предлагаемых студентам при выполнении РГР№ 2,3. Приведен перечень рекомендуемой литературы.

Ил.10, табл.1, библиогр.- 13 назв.

Рецензент: канд. техн. наук, проф. Р.М. Шидерова.

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2013 г.

© «НАО Алматинский университет энергетики и связи», 2013 г.

                                                                                       

Сводный план 2013г.,  поз 4

 

Введение

Электротехнические материалы имеют существенное значение в конструкциях самых разнообразных электротехнических и радиотехнических устройств и аппаратов. Учитывая тенденцию в современной электротехнике к увеличению напряжений и мощностей, уменьшению габаритов и веса отдельных машин и аппаратов и повышению их надежности, роль электроматериалов становится более значительной.

Задачами курса «Электротехническое материаловедение» являются изучение физических явлений, которые происходят в материалах при внесении их в электромагнитное поле, а также изучение свойств материалов, областей применения в электротехнических конструкциях и технологии производства. Успешное освоение этого курса возможно на базе таких дисциплин, как «Теоретические основы электротехники», «Физика», «Химия».

В учебном плане специальности 5В081200- Энергообеспечение сельского хозяйства  предусмотрены лекционные, лабораторные и практические занятия по курсу «Электротехнические материаловедение», а также выполнение двух РГР. Целью выполнения этих РГР является более глубокое усвоение теоретических закономерностей, умение оценивать количественные характеристики физических величин, научиться свободно переводить единицы измерений из практической системы в систему СИ и, наоборот, пользоваться справочной литературой для определения любых характеристик. 

На изучение данного курса по учебному плану отводится 2 кредита, при этом общее количество учебных часов – 90, из них аудиторных – 34 часа, лекций -17 часов, лабораторных – 8, практических – 9, самостоятельных – 56 часов.

Студент должен выполнить 2 расчетно-графических работы. При оформлении работ необходимо соблюдение требований фирменного стандарта «Работы учебные» [13].

 

1 Расчетно-графическая работы №1. Электротехнические материалы, применяемые для изготовления электрооборудования и электрических аппаратов

 

Содержание РГР №1

 

В соответствии с вариантом (по заданию преподавателя) дать описание назначения и принципа действия и привести конструкцию (можно рисунок из учебника) аппарата (2-3 страницы).Описать свойства и привести некоторые количественные характеристики электротехнических материалов, применяемых для изготовления аппарата (5-7 страниц).

 

Задания для выполнения РГР №1

 

1. Проводниковые материалы, используемые для энергообеспечения сельского хозяйства.

2. Изоляционные материалы, используемые для энергообеспечение сельского хозяйства.

3. Неизолированные провода, используемые для энергообеспечение сельского хозяйства.

4. Соединительные шнуры, используемые для энергообеспечение сельского хозяйства.

5. Одножильные кабели на напряжение 1….10 кВ.

6. Двухжильные силовые кабели.

7. Трехжильные силовые кабели.

8. Четырехжильные силовые кабели.

9. Телефонные кабели сельской связи.

10. Природа и свойства электроизоляционных материалов.

11. Обмоточные провода.

12. Лакоткани и стеклолакоткани.

13. Материалы на основе слюды и слюдяных бумаг.

14. Синтетические пленки и ленты.

15. Электроизоляционные пропиточные лаки и компаунды.

16. Изоляция обмоток роторов синхронных машин.

17. Изоляция обмоток якорей машин постоянного тока.

18. Заделка (оклетневка) выводных концов.

19. Номенклатура кабелей на напряжение 1….10 кВ.

20. Опорные, проходные и подвесные изоляторы.

21. Комплектные токопроводы.

22. Масляный баковый выключатель типа У-220.

23. Маломасляный выключатель типа ВМП -10.

24. Маломасляный выключатель типа МГГ-10.

25. Воздушный выключатель типа ВВБ -110.

26. Воздушный выключатель типа ВНВ -220.

27. Воздушный выключатель типа ВВГ-20.

28. Элегазовый выключатель.

29. Вакуумный выключатель типа ВВТЭ-10.

30. Электромагнитный выключатель типа ВЭМ-10.

31. Разъединитель типа РВР.

32. Разъединитель типа РНДЗ.

33. Короткозамыкатель типа КЗ-35.

34. Выключатель нагрузки.

35. Кварцевый предохранитель.

36. Автоматический выключатель серии А.

37. Автоматический выключатель серии Э.

38. Автоматический выключатель серии АВМ.

39. Электромагнитный контактор серии АС.

40. Магнитный пускатель серии ПАЕ.

41. Разъединитель типа РНВ.

42. Короткозамыкатели с элегазовым наполнением серии КЭ.

43. Отделитель с элегазовым наполнением типа ОЭ-110.

44. Предохранители с автогазовым гашением дуги серии ПВТ.

45. Выключатель баковый масляный типа С-35.

46. Выключатели серии ВГМ-20.

47. Трансформатор тока типа ТПОЛ.

48. Трансформатор тока типа ТПЛ.

49. Трансформатор тока типа ТШЛ.

50. Трансформатор тока типа ТФЗМ.

51. Трансформатор напряжения серии НОМ.

52. Трансформатор напряжения серии НТМИ.

53. Трансформатор напряжения типа НОЛ.

54. Трансформатор напряжения типа НКФ.

55. Трансформатор тока типа ТФН.

56. Трехфазный токоограничивающий реактор типа серии РБ.

57. Синхронный генератор.

58. Гидрогенератор.

59. Турбогенератор серии ТГВ.

60. Силовой трансформатор трехфазный трехобмоточный ТДТН.

61. Автотрансформатор однофазный серии АОДЦТН.

62. Синхронный компенсатор серии КСВ.

63. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым роторам.

64. Асинхронный двигатель с фазным ротором.

65. Синхронный двигатель.

66. Генератор постоянного тока.

67. Аккумуляторы типа СК-6.

68. Аккумуляторы типа СН-10.

69. Автотрансформатор трехфазный серии АТДЦТН.

70. Вентильный разрядник типа РВС.

71. Магнитно-вентильный разрядник типа РВМГ.

72. Трубчатый разрядник.

73. Соединительные, концевые и стопорные муфты.

74. Высоковольтные кабели с вязкой пропиткой.

75. Высоковольтные маслонаполненные кабели.

76. Высоковольтные газонаполненные кабели.

77. Высоковольтные кабели в стальном трубопроводе с маслом или газом под давлением.

78. Силовые конденсаторы на 6,3 кВ.

79. Проходной изолятор конденсаторного типа с бумажно-масляной изоляцией.

80. Изоляторы и изоляционные конструкции открытого распределительного устройства.

81. Изоляция воздушных линий электропередачи.

82. Плавке предохранители, применяемые в сетях до 1000 В.

83. Контакты шин и аппаратов.

84. Шкаф КРУ с выключателем ВМП-10.

85. Шкаф КРУ серии К-ХХVII с выключателем ВМПЭ-10.

86. Шкаф КРУН серии К-34 с выключателем ВММ-10.

87. Шкаф КРУН серии К-47 с выключателем ВК-10.

88. Комплектные РУ-110кВ с элегазовой изоляцией.

89. Изоляция крупноблочного ОРУ-35.

90. Токоведущие части распределительных устройств.

91. Силовые кабели с резиновой изоляцией на напряжения 1-10 кВ.

92. Конденсаторы с твердым диэлектриком: слюдой, керамикой и стеклом.

93. Конденсаторы переменной емкости с сегнетоэлектрической керамикой.

94. Изоляционные материалы, применяемые при производстве кабелей.

95. Обмоточные провода с эмалевой, бумажной, волокнистой и пластмассовой изоляцией.

96. Силовые кабели с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 1-10 кВ.

97. Четырехжильные силовые кабели.

98. Силовые кабели на напряжение 20-35 кВ с бумажно-пропитанной изоляцией.

99. Маслонаполненные кабели на напряжение 110-525 кВ.

100. Силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 1-10 кВ.

101. Высоковольтные силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 35-110 кВ.

102. Автогазовый выключатель типа УПС-35У.

103. Вакуумный выключатель типа ВВК-35Б.

104. Выключатель электромагнитный ВЭ-10-40.

105. Воздушный выключатель ВВБК.

106. Выключатель маломасляный типа ВМТ-110.

107. Выключатель ВГМ-20.

108. Слоистые пластики для изготовления печатных плат.

109. Разъединитель подвесного типа РПД-500.

110. Разъединитель катящегося типа РВК-20.

111. Изоляция двухобмоточного трансформатора 110 кВ.

112. Генератор постоянного тока.

113. Асинхронные двигатели серии 4А.

114. Двигатель постоянного тока.

115. Маслонаполненные высоковольтные вводы.

116. Осветительные лампы.

117. Полимерные изоляторы.

118. Изоляторы для линий электропередачи.

119. Изоляция самонесущих изолированных проводов.

120. Обмоточные провода.

 

2 Расчетно-графическая работа №2. Задачи по ЭТМ

 

РГР №2 состоит в решении набора задач согласно варианту. Студент решает по одной задаче из каждой темы. Всего тем 9. Номер варианта выбирается по первой букве фамилии и последней цифре номера зачетной книжки по таблице 1. В качестве примеров в каждый теме дано решение 2-3 задач.

 

Т а б л и ц а 1 – Варианты заданий

Первая буква фамилии студента

Последняя цифра зачетной книжки

№ тем

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Номера задач

А,Б,

В,Г,

Д,Е,

Ж,З,

И,К,

 

0

1

10

5

18

16

3

27

22

1

1

2

11

7

1

17

4

1

25

2

2

3

13

11

2

18

5

2

26

3

3

4

14

12

5

19

6

3

29

5

4

5

15

14

6

8

7

4

1

6

5

6

4

15

8

1

8

6

2

7

6

7

1

1

10

2

9

8

3

8

7

8

2

2

13

3

12

1

5

9

8

11

3

3

15

4

15

2

6

10

9

12

4

5

18

5

16

3

7

12

Л,М,

Н,О,

П,Р,

С,Т,

У,Ф,

0

13

5

7

1

6

21

4

11

13

1

14

6

11

2

8

22

6

12

14

2

15

7

12

1

12

23

8

18

15

3

16

8

14

2

13

24

9

21

1

4

17

9

15

5

14

25

10

22

2

5

21

10

5

6

16

3

11

25

3

6

22

11

7

8

17

4

13

26

5

7

23

13

1

10

18

5

14

29

6

8

24

14

2

13

19

6

15

12

7

9

25

15

3

15

1

7

16

1

8

Х,Ц,

Ч,Ш,

Щ,Э,

Ю,Я

1

27

1

5

18

2

8

17

2

9

2

29

2

7

1

3

9

18

3

10

3

1

3

11

2

4

12

19

5

12

4

2

4

12

5

5

15

20

6

13

5

3

5

14

6

6

16

21

7

14

6

4

6

15

8

8

21

22

11

15

7

5

7

1

10

12

22

23

12

16

8

6

8

2

13

13

23

24

18

22

0

27

1

14

8

5

12

20

3

12

9

7

9

3

15

14

24

25

21

25

 

2.1 Физика диэлектриков

 

2.1.1 Поляризация диэлектриков.

Поляризацию следует представлять как ограниченное смещение связанных зарядов или ориентацию дипольных молекул в диэлектрике, возникающи при воздействии на него электрического поля. Оценить степень поляризации можно отношением заряда на обкладках конденсатора, когда между ними находится диэлектрик, к заряду на обкладках, когда между ними находится вакуум. Это отношение называют относительной диэлектрической проницаемостью вещества - .

- количественная характеристика явления поляризации: она показывает способность диэлектрика образовывать емкость. Величина  входит в ряд основных уравнений, характеризующих физические процессы, протекающие в диэлектрике. Используя , можно определить поляризованность – Р(Кл/м), силу взаимодействия двух точечных зарядов – F(Н), электрическое смещение – Д (Кл/м), напряженность поля, создаваемого точечным зарядом – Е(В/м), напряженность поля в слоях многослойной изоляции и др.

 

Задача 1

Композиционный диэлектрик состоит из хаотической смеси двух компонентов с объемным содержанием компонента 1-40%, компонента 2-60%. Определить диэлектрическую проницаемость композиционного диэлектрика , если диэлектрическая проницаемость компонента 1- =3, компонента 2-=8.

 

Решение

Диэлектрическая проницаемость сложных диэлектриков, представляющих собой механическую смесь двух компонентов с разными , может быть определена (при небольшом различии  компонентов) на основании логарифмического закона смешения:

                              ,                                                         (1)

где  - относительная диэлектрическая проницаемость первого

компонента смеси;

 - то же для второго компонента смеси;

 - объемная концентрация первого компонента смеси;

 - то же для второго компонента смеси;

х – константа, характеризующая распределение компонентов.

В частном случае при хаотическом распределении компонентов:

 

 

                              ln=ln+ln,                                                    (2)

 

                                   ln tgδ= ln tgδ1+ ln tgδ2,

 

ln=0,4 ln3+0,6 ln8=1,687,

отсюда: =5,4.

Ответ: =5,4.

 

Задача 2

 

Двухслойный диэлектрик включен на переменное напряжение. Напряжение на первом слое U1= 4,5 кВ, на втором – U2= 9 кВ, толщины слоев соответственно равны 0,5 мм и 2 мм. Определить диэлектрическую проницаемость первого слоя, если диэлектрическая проницаемость второго слоя – 6.

 

Решение

Простейший случай двухслойного конденсатора представлен на рисунке 1.

 

Для двухслойного диэлектрика

                                    ,                                                                  (3)

где Е1 – напряженность поля в первом слое, В/м;

       Е2 – то же во втором слое.

       Е1 и Е2 определяются через напряжение между обкладками конденсатора -U, толщины слоев h1 и h2 и относительные диэлектрические проницаемости слоев  и :

                                  ,                                                 (4)

 

                                                      (5)                                                                                       

или через напряжения слоев из выражения:

 

                                  U1=Е1 h1 ,                                                                   (6)

 

       U2=Е2 h2.                                                                 (7)

Отсюда:

                               

 

                      .

         

В соответствии с (3)

            ;                    

 

          Ответ: .

 

          Задачи. Тема 1

 

1. Определить электрическое смещение в точке электрического поля

напряженностью 10 кВ/см, если изолирующей средой является воздух.

2. Определить величину заряда конденсатора емкостью 2 мкФ, если напряжение между его выводами 100 В.

3. Определить величину связанного заряда, индуктированного на проводящей пластинке в 1 см2, внесенной в электрическое поле перпендикулярно силовым линиям. Напряженность электрического поля 12 кВ/см. Изолирующей средой является трансформаторное масло с =2,5.

4. Определить емкость плоского однослойного конденсатора, имеющего площадь электродов 10 см2 и расстояние между ними 0,7 мм при =6.

5. Плоский конденсатор емкостью, равной , Ф включен на напряжение 200 кВ. Определить Д – электрическое смещение в слое его изоляции с  = 6 и размером пластин S=1 м2.

6. Двухслойный диэлектрик включен под переменное напряжение. Напряжение на первом слое U1= 6 кВ, на втором - U2= 12 кВ. Толщины слоев соответственно 1 и 4 мм. Определить 1 первого слоя, если для второго слоя =5.

          7. Определить емкость конденсатора в мкФ, если при f = 50 Гц в цепи с конденсатором ток равен 5 мА, а напряжение, приложенное к электродам, 400 В.

          8. Найти ТК конденсаторной керамики, если ее емкость при возрастании температуры от минус 400С до плюс 600С снижается от 104,5 пФ до 97,0 пФ (ТК=-6К-1).

          9. Назвать виды поляризации, сопровождающиеся током абсорбции и потерями энергии в диэлектриках.

          10. Дать определение видов поляризации, не вызывающих потерь энергии в диэлектриках.

          11. При температуре 200С диэлектрическая проницаемость воздуха . Средний температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТК=--6 К-1. Вычислить  воздуха при Т = 00С.

          12. У смеси керамических материалов при нагреве от 200С до 800С изменяется  от 8 до 60. Чему равен температурный коэффициент относительной диэлектрической проницаемости ТК смеси керамических материалов?

          13. Композиционный диэлектрик состоит из хаотической смеси двух компонентов с объемным содержанием компонента 1-40%, компонента 2-60%. Определить диэлектрическую проницаемость композиционного материала, если для компонента 1- =3, компонента 2-=8.

          14. Плоский конденсатор имеет пластины 50х50 мм2 и расстояние между ними 1мм. Рассчитать емкость данного  конденсатора: а) если между ними находится воздух; б) если  между пластинами помещена пленка полиэтилена толщиной 0,5 мм. Для воздуха =1, для полиэтилена =2,3.

          15. Рассчитать емкость плоского конденсатора, имеющего пластины 30х30 мм2 и расстояние 0,5 мм. Промежуток между обкладками на 1/3 заполнен полистиролом, на 2/3 бакелитовым лаком. Для полистирола =2,62, для бакелитового лака =4.

          16. Двухслойный диэлектрик включен на переменное напряжение. Напряжение на первом слое U1=3 кВ, U2=9 кВ. Толщины слоев соответственно равны 0,5 мм и 2 мм. Определить диэлектрическую проницаемость первого слоя, если диэлектрическая проницаемость второго слоя =6.

          17. Определить относительную диэлектрическую проницаемость кварцевого стекла, если емкость конденсатора с данным диэлектриком С=135 пФ, площадь обкладки S=200 см2, толщина h=5 мм.

          18. Описать методы расчета диэлектрической проницаемости диэлектрика по измеренной емкости.

          19. Описать свойства, позволяющие отнести  материалы к электроизоляционным.

          20. Описать свойства, которыми должен обладать диэлектрик, предназначенный для изготовления конденсаторов.

          21. Определить относительную диэлектрическую проницаемость фторопласта, если емкость конденсатора с данным диэлектриком С=50 пФ, площадь S=80 см2, толщина фторопласта h=3 мм.

          22. При нагревании образца от 200С до 700С его емкость изменилась от 100,5 пФ до 99,6 пФ. Определить величину ТКс.

          23. Диэлектрик конденсатора представляет собой смесь двух керамических материалов: титанит циркония Т-20 и ультрафарфор. Каково должно быть соотношение составных частей, чтобы температурный коэффициент диэлектрической проницаемости смеси был равен нулю? Чему равна диэлектрическая проницаемость такой смеси? Данные для смеси:

          =80,  = --3К-1, =8, ТК=-4К-1.

          24. Плоский конденсатор имеет пластины 50х50 мм2 и расстояние между пластинами 1мм. Рассчитать емкость конденсатора, если между пластинами находится воздух.

          25. Композиционный диэлектрик состоит из 40% ультрафарфора и 60% керамики на основе соединений Тi. Определить относительную диэлектрическую проницаемость смеси, если для ультрафарфора =8, для керамики на основе Тi =80.

          26. Найти диэлектрическую проницаемость аргона при Т=1000С, если при Т=200С она составляет =1,00043, полагая при этом, что температурный коэффициент равен ТК= - (-1)/Т.

          27. Рассчитать величину относительного изменения емкости силового конденсатора, состоящего из комбинированного диэлектрика (полистирол + поликарбонат), при изменении температуры от минус 200С до плюс 650С, если номинальная емкость этого конденсатора при 200С составляет 0,01 мкФ. Считать, что температурный коэффициент емкости в области рабочих температур остается неизменным и равен минус 50 К-1.

          28. Рассчитать температурный коэффициент емкости силового конденсатора с комбинированным диэлектриком, состоящим из слоя поликарбонатной пленки толщиной  h1=20 мкм, =3,0; ТК= --6К-1 и слоя полиэтилентерефталата толщиной  h2=1,0 мкм, =3,3; ТК= +200 К-1:

          а) при последовательном соединении слоев диэлектрика;

          б) при параллельном соединении слоев диэлектрика.

Номинальная емкость конденсатора при комнатной температуре составляет     0,01 мкФ.

          29. Коаксиальный кабель со сплошной изоляцией из полиэтилена имеет диаметр внутреннего провода 1 мм и внешний диаметр изоляции 7 мм. Определить емкость (в пикофарадах) на один м кабеля. Диэлектрическая проницаемость полиэтилена 2,3.

 

 

 

 

2.1.2    Электропроводность диэлектриков.

В конденсаторе с диэлектриком, включенном в электрическую цепь, при ее замыкании по объему и поверхности диэлектрика потечет ток утечки, обусловленный приложением неизменяющегося во времени напряжения:

 

                                         Iу =Iv + Is ,                                                          (8)

 

где Iv – объемный ток, А;

      Is – поверхностный ток, А.

Ток утечки - Iу постепенно затухает до некоторого установившегося значения (т.к. затухают поляризационные процессы).

Для твердых изоляционных материалов необходимо различать поверхностную и объемную проводимость, для сравнительной оценки которых пользуются значением удельного объемного -  и удельного поверхностного -  сопротивлений:

                                                           Rv ,                                                  (9)

где Rv =- объемное сопротивление диэлектрика, Ом,  при  приложенном  напряжении -U, В;

S и h -площадь электрода, м2  и толщина образца, м. Pv измеряется в системе СИ в Ом × м.

                                                                 ,                                             (10)

где  - поверхностное сопротивление диэлектрика, Ом, при приложенном напряжении U;

d - ширина электродов на поверхности диэлектрика, м.

l – расстояние между электродами, м;                                                           

- измеряется в системе СИ в Ом.

 

Задача 1

 

На две противоположные грани кубика из электроизоляционного стекла с ребром 30 мм нанесены слои металла, служащие электрода­ми, через которые кубик включается в электрическую цепь. Определить величину установившегося тока через кубик при постоянном напряжении 2 кВ, если для этого стекла  Рv=8×1012 Ом×м, =1011 Ом.

 

Решение

По закону Ома

I=,

где R - полное сопротивление кубика определяется по закону преобразования двух параллельных сопротивлений:

                                                             .

Из (9)

 

                                                           

          Из (10)

                                                        

                                                        

               

                                                       

 

Ответ: I =1, -8 А.

 

Задача 2

 

Керамический конденсатор (=15) был заряжен от источника напряжения 1,7 кВ и оставлен разомкнутым. Через 8 мин. разность потенциалов на его обкладках оказалась равной 170 В. Определить v диэлектрика конденсатора.

 

Решение

Напряжение на электродах конденсатора спустя время  после отключения его от источника напряжения - U можно определить из [1]:

                                         ,                                                   (11)

где Uo - напряжение, до которого был заряжен конденсатор ( =0),В;

        Rиз×С- постоянная времени саморазряда конденсатора, с :;    

        Rиз - сопротивление изоляции, 0м;

      С - емкость конденсатора, Ф.

 

                                                                                          (12)

Отсюда:  .

 из выражения (11).

;  ;

                                  

 

 

Ответ: 1, 12 Ом∙м.

 

Задачи. Тема 2

 

1. Конденсаторная керамика при 200С имеет проводимость  =10-13См/см. Какова проводимость    при 250 0С, если температурный коэффициент ТК=0,8?

2. На две противоположные грани кубика из микалекса с ребром 20 мм нанесены слои металла, служащие электродами, через которые кубик включается в электрическую цепь. Определить величину установившегося тока через кубик при постоянном напряжении 2 кВ, если для микалекса

3. Определить удельное объемное сопротивление диэлектрика
плоского конденсатора, если известно, что ток через конденсатор
при постоянном напряжении 10 кВ равен -7 А. Толщина диэлектрика 0,2 мм, площадь обкладок с каждой стороны 25 см2 (поверхностной утечкой пренебречь).

4. Полый цилиндр с наружным диаметром 50 мм, внутренним диаметром 35 мм и высотой 125 мм с удельным объемным сопротивлением 11 Ом∙см и удельным поверхностным сопротивлением 11 0м зажат между металлическими электродами, к которым приложено напряжение 1500 В постоянного тока. Определить ток, протекающий через цилиндр, и потери мощности в нем.

5. Керамический конденсатор (=12) был заряжен от источника напряжения 1,5 кВ и оставлен разомкнутым. Через 10 мин. разность потенциалов на обкладках оказалась равной 150 В. Определить v диэлектрика конденсатора.

6. Диэлектрик плоского конденсатора имеет следующие характеристики:

=1015; =5. Размер обкладок конденсатора 50x50 см2 , толщина диэлектрика 25 мм. Определить величину тока утечки при постоянном напряжении 5 кВ.

7. Плоский конденсатор содержит диэлектрик с удельным объ­емным

сопротивлением v=1013  и полным сопротивлением изоляции Rиз=1010 Ом. Поверхность сопротивления с электродом равна 50х50 мм2, а толщина диэлектрика 3мм. Вычислить величину удельного поверхностного сопротивления .

8. На поверхности плоского конденсатора посредством вазелина наклеены две параллельные полоски из алюминиевой фольги. Вычислить поверхностное сопротивление диэлектрика, если его удельное сопротивление =1013Ом, расстояние между полосками 2 см, длина полоски 5 см. Привести рисунок с указанием размеров электродов и принципиальную схему измерений поверхностного сопротивления.

9. Полистирол при частоте 1 МГц имеет параметры: =2,6; tg= 4,0-4; v=1016 . Вычислить удельное сопротивление  полистирола при переменном напряжении. Объяснить, почему ~<- .

10. Рассчитать ток утечки плоского конденсатора, к которому приложено постоянное напряжение 600 В, если принять, что площадь
обкладок конденсатора равна 1,50-3 м2, толщина диэлектрика 2,50-3 м, его удельное объемное сопротивление =1012 Ом∙м.

11. Куб с ребром 0-2 м из эбонита с удельным сопротивлением 1013  имеет две противоположные грани, покрытые слоями металла. Эти слои металла служат электродами, через которые куб включен под постоянное напряжение 200 В. Определить сквозной ток утечки через куб и потери мощности в нем. (Поверхностной утечкой пренебречь).

12. Какое назначение имеет охранное кольцо при измерениях удельного объемного сопротивления твердых диэлектриков?

13. Определить объемное сопротивление диэлектрика плоского конденсатора, к которому приложено напряжение 3 кВ, а измеренный объемный ток .

14. Определить поверхностное сопротивление диэлектрика плоского

конденсатора, к которому приложено напряжение 2 кВ, а измеренный поверхностный ток Is= 0-8 А.

15. Куб с ребром 15 мм из диэлектрика с удельным объемным сопротивлением 1016  и удельным поверхностным сопротивлением 015 Ом имеет две противоположные грани, покрытые слоем металла, которые служат электродами. К этим электродам подведено постоянное напряжение =2000 В. Определить величину тока, проходящего через куб.

 

2.1.3. Диэлектрические потери.

Диэлектрические потери – это мощность, рассеиваемая в диэлектрике, при воздействии на него электрического поля и вызывающая нагрев диэлектрика.

В электрической цепи с реальным диэлектриком сдвиг фаз между током и напряжением составляет  угол j, меньший 900. Угол, дополняющий j до 900, называется углом диэлектрических потерь - d. Для сравнения диэлектриков пользуются относительной характеристикой - tgd, равной отношению активной мощности к реактивной:

 

                                                               tgd = .                                                 (13)

 

tgd пропорционален активной мощности потерь - Р, Вт, которую  можно

рассчитать по формуле:

 

                                                                ,                                   (14)

где U – приложенное напряжение, В;

      - угловая частота, с;

       f – частота поля, Гц;

       с – емкость диэлектрика, Ф.

Конденсатор с данным диэлектриком на схеме замещения можно представить идеальным конденсатором с последовательно или параллельно включенным активным сопротивлением в соответствии с рисунками 2 и 3.

 

Рисунок 2- Последовательная схема замещения

                           Рисунок 3- Параллельная схема замещения

 

Из [1] выражения tg через параметры схем соответственно:

 

                                                      ,                                        (15)

 

                                                     .                                      (16)

 

 

 

Задача 1

 

Вычислить удельные потери мощности - р в керамическом конден­саторе, который работает при частоте f= 50000 Гц и действующей напряженности поля- Е=103 В/м. Характеристики керамики: , .

 

Решение

Выражение для удельных диэлектрических потерь – р, т.е. мощ­ности, рассеиваемой в единице объема диэлектрика, имеет вид из [1]:

 

                                    ,                                                (17)

следовательно,

                           .

Ответ:

Задача 2

 

В плоском конденсаторе площадь электродов равна 80 см2, Расстояние между ними -3 мм. Найти величину диэлектрических по­терь в конденсаторе при напряжении 3000 В и частотах 50 Гц и 50 кГц. Диэлектрик конденсатора - слюда; = 6; tg =1,0-2 при частоте 50 Гц и tg=0-3 при частоте 50 кГц.

 

Решение

Емкость конденсатора

,

 

Ответ: Р1= 5,98∙10-3 Вт, Р2= 0,797 ВТ.

 

Задачи. Тема 3

 

1. Диэлектрик плоского конденсатора представлен параллель­ной схемой замещения. Определить tg для этой схемы, если  С = 100 пФ, R=7,909 Ом, f=50 Гц.

2. Керамический конденсатор, диэлектриком которого является материал типа Т-150, имеет емкость 0-10Ф. Найти величину диэлектрические потерь в этом конденсаторе при напряжении 3000 В и частотах 50 Гц и 50 кГц, если известно, что tg=0,005.

3. Вычислить удельные потери р конденсатора переменной емкости, применяемого в радиотехнике (диэлектрик-воздух), tg=10-6, который работает при частоте 1 МГц и действующей напряженности  Е=10 В/см.

4. Через конденсатор емкостью 100 пФ, включенный под напряжение 100 В частотой 10 МГц, протекает ток 7,280-4А. Вычислить составляющие токов - емкостную и активную, а также активное сопротивление rn параллельной схемы замещения диэлектрика и его добротность.

5. Определить tg и  капроновой лакоткани, приняв в ней объемное соотношение капрона и связующей смолы 2:1, tg капрона равен 0,01, смолы- 0,03. Диэлектрическая проницаемость  капрона =4, смолы -6.

6. Определить диэлектрические потери на километр длины в изоляции коаксиального кабеля из полиэтилена при постоянном токе и при переменном токе частотой 25 МГц. Диаметр медного провода 4,0-3 м, толщина изоляции 1,0-3 м. Значение tg при этой час­тоте составляет 0-4, а диэлектрическая проницаемость полиэтиле­на =2,3; рабочее напряжение 3 кВ, v= 1015 .

7. Диэлектрик плоского конденсатора имеет следующие характеристики: ; tg=0,005; =7. Размеры обкладок конденсатора (0,2x0,2) м2, толщина диэлектрика 0,01 м. Определить: а) величину тока утечки и рассеиваемую в диэлектрике конденсато­ра мощность при постоянном напряжении 3 кВ; б) рассеиваемую в диэлектрике конденсатора мощность при переменном напряжении 3 кВ и частотах электрического поля 50 Гц и 50 кГц. Поверхностной утечкой пренебречь. Принять, что характеристики диэлектрика от частоты не зависят.

8. Двухслойный диэлектрик помещен между электродами, к которым подведено напряжение U=14 кВ. Требуется найти изменение tg в зависимости от частоты, меняя ее от 0 до ¥ Гц, пользуясь схемой замещения, представленной на рисунке 4.

 

Рисунок 4 – Схема замещения двухслойного диэлектрика

 

Поле направлено перпендикулярно слоям. Определить критическую частоту, при которой tg  имеет максимум.

Характеристики  диэлектрика:

;

= 2,5; =1.

9. Двухслойный диэлектрик помещен между электродами, к которым подведено напряжение U=14 кВ. Требуется найти изменение tg в зависимости от частоты, меняя ее от 0 до ¥ Гц, пользуясь схемой замещения, представленной на рисунке 5.

Риcунок 5- Схема замещения двухслойного диэлектрика

Поле направлено вдоль слоев. Определить критическую часто­ту, при которой tg  имеет максимум.

Характеристики диэлектрика:

S1 =S2=1см2; h1=h2=1см;

= 2∙109 ;

= 012Ом см; =3;

=1.

10. Как выражается тангенс угла диэлектрических потерь через параметры эквивалентных схем?

11. Рассчитать тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 50 Гц для последовательной эквивалентной схемы замещения, представленной на рисунке 6, с параметрами С0=100 пФ, Ro=015 Ом.

 

Рисунок 6 – Последовательная схема замещения диэлектрика

12. Рассчитать тангенс угла диэлектрических потерь на  частоте 50 Гц для параллельной эквивалентной схемы замещения, представленной на рисунке 7, с параметрами С0=800 пФ, Ro=09 Ом.

Рисунок 7 – Параллельная  схема замещения диэлектрика

 

               13.  Построить векторную диаграмму, показывающую зависимость между электрическим напряжением U и током I при подаче на конденсатор, обладающий диэлектрическими потерями, переменного напряжения U, атакже дать эквивалентною схему замещения такого конденсатора.

14. При измерении сопротивления изоляции керамического конденсатора емкостью 100 пФ получили R=011 Ом, при измерении на частоте f=1 МГц, получили tg=0-4. Рассчитать эквивалентное параллельное сопротивление R1 на частоте 1 МГц и сравнить его со значением сопротивления R.

15. Плоский конденсатор, диэлектриком которого является титаноцирко-ниевая керамика Т-20, имеющая характеристики =24,8; tg=0-4, включен под напряжение 1000 В при частоте 50 Гц. Нарисовать последовательную

схему замещения диэлектрика и векторную диаграмму с указанием на них вычисленных величин: сопротивления, емкости, активных и реактивных составляющих напряжения и тока. Толщина диэлектрика 50 мкм, площадь электрода 25 см2 .

16. Каковы примерные значения тангенса угла диэлектрических потерь диэлектриков различных типов (жидких, твердых, газообразных, неполярных, полярных)?

 

2.1.4 Пробой диэлектриков.

Явление пробоя - это явление образования в диэлектрике проводящего канала под действием электрического поля. Она характеризуется пробивным напряжением – Uпр и электрический прочностью - Епр. Минимальное приложенное к диэлектрику электрическое напряжение, приводящее его к пробою, называется пробивным – Uпр, В.

Электрическая прочность определяется

                                          ,                                                      (18)

 

где h - толщина диэлектрика, м.

Наиболее удобной для практических расчетов единицей измерения Епр является кВ/мм: 1 кВ/мм = 106  В/м.

На электрическую прочность газов, жидких и твердых диэлектриков влияют различные факторы: вид источника энергии, форма и материал электродов, температура, давление, влажность, частота поля и др, При расчетах электрической прочности необхо­димо учитывать факторы в соответствии с данными, приведенными в [1.2].

 

Задача 1

 

Расстояние между плоскими металлическими электродами, создающими равномерное электрическое поле, составляет 0-2м. Между электродами находится воздух. Определить, какой величины напряжение необходимо приложить к электродам для того, чтобы прои­зошел пробой межэлектродного промежутка. Электрическая прочность воздуха равна 06 В/м.

 

Решение

В равномерном электрическом поле из (18

 

.

 

Uпр=06 0-2=204В = 270 кВ.

Ответ: Uпр=270 кВ.

Задача 2

Определить пробивное напряжение изоляции одножильного кабе­ля с диаметром жилы 0,9 см и толщиной поясной изоляции h=11 мм. Изоляция имеет пробивную напряженность 80 кВ/мм.

 

Решение

Одножильный кабель можно рассматривать как цилиндрический конденсатор, для которого связь между приложенным напряжением и

напряженностью электрического поля выражается зависимостью из [2]

 

                                               ,                                                  (19)

где г1 - радиус внутреннего электрода (для задачи - радиус жилы кабеля см;

       г2 - радиус внешнего электрода.

По заданной толщине изоляции можно определить радиус внешнего электрода:

r2=r1+h.

 

Из (19) пробивное напряжение:

 

Ответ: Uпр = 576 кВ.

Задачи. Тема 4

 

1. Плоский конденсатор с воздушной изоляцией имеет емкость 100 пФ и заряжен до U=2 кВ. Определить напряженность электрического поля между электродами, имеющими площадь 500 см2.

2. Определить напряженность электрического поля в диэлектрике конденсатора емкостью 200 пФ, если он заряжен до 3 кВ. Диэлектрик конденсатора слюда с =8, площадь обкладок 500 см2.

3. Миканит состоит из 10 слоев слюды толщиной по 25 мкм и 9 слоев лака толщиной по 5 мкм. Определить пробивное напряжение Unp листа миканита при частоте 50 Гц. Для слюды  =8, для лака =4.Электрическая прочность слюды - 75 кВ/мм, лака -50 кВ/мм.

4. Определить пробивное напряжение композиции из двух диэлектриков воздуха и фарфора. Толщина воздушной прослойки 0,1 мм, фарфора 5 мм. Для фарфора  =8. Оба диэлектрика плоской формы.

5. Как влияют перечисленные факторы на напряжение пробоя Unp твердого диэлектрика:

а) толщина образца;

б) площадь электродов;

в) вид источника энергии (~, = );

г) форма электродов;

д) температура, влажность, механические напряжения.

6. Как влияют перечисленные факторы на напряжение пробоя Unp электроизоляционного масла:

а) Р - давление;

б) Т - температура;

в) f - частота;

г) чистота масла;

д) материал и форма электродов.

7. Определить среднюю напряженность электрического поля на частке протяженностью 0,4 мм, если разность потенциалов между точками, ограничивающими участок, 600 В.

8. Потенциалы электродов изолированного от земли конденсатора равны ± 2000 В. Определить напряжение, действующее между его выводами.

9. Одиночная сфера в воздухе имеет емкость 20 пФ и заряжена до напряжения 30 кВ. Определить напряженность электрического поля у поверхности сферы, если ее радиус 20 см.

10. Определить пробивное напряжение изоляции одножильного кабеля с диаметром жилы 15,3 мм и толщиной изоляции 10мм, если пробивная напряженность изоляции равна 300 кВ/см.

11. Определить пробивное напряжение для электрокартона толщиной 1,5мм, если известно, что при испытаниях в условиях неравномерного поля образец толщиной 0,8мм пробивается при напряжении 3,5 кВ.

12. Определить напряжение теплового пробоя для цилиндрического

бакелитового изолятора, имеющего радиус токоведущего стержня 2,0см, наружный радиус изоляции 3,0 см, f=50 Гц, tg=0,04; коэффициент возрастания потерь 0,045, удельная теплопроводность 1,0-3 Вт/см∙град; коэффициент теплопередачи от электродов к воздуху 0,001 Вт/см2 ∙град.

13. Как изменится электрическая прочность воздуха при нормальном давлении, если промежуток между электродами изменить от 1 см до 0,01см ?

14. Электрическая прочность пленки конденсаторного масла толщиной 0,12 мм при частоте 50 Гц равна 60 кВ/мм. Объяснить, почему конденсаторное масло, испытанное на электрическую прочность в стандартном сосуде при расстоянии между электродами 2,5 мм, имеет прочность меньшую (30 кВ/мм), чем у пленки.

15. Трансформаторное масло при температуре 200С и давлении 760 мм рт.ст. имеет электрическую прочность в семь раз больше, чем воздух. Определить электрическую прочность масла и воздуха  при указанных условиях. Какое давление должен иметь воздух, чтобы достигнуть электрической прочности масла? Зависимость пробивного напряжения воздуха от произведения давления на расстояние между электродами (кривые Пашена) приведена в [1.2].

16. Конденсаторную бумагу марок КОН при изготовлении бумажных конденсаторов пропитывают конденсаторным маслом. Как изменяется при пропитке Епр бумажного конденсатора?

17. Электрические прочности непропитанной конденсаторной бумаги и конденсаторного масла соответственно равны 35 и 20 кВ/мм. После пропитки бумаги маслом прочность возрастает до 50 кВ/ мм, то есть становится больше, чем отдельные электрические прочности непропитанной бумаги и масла. Объяснить почему. Принимая запас прочности К=5, вычислить рабочее напряжение Upaб и напряженность Ераб бумажного конденсатора, толщина изоляции которого равна 60 мкм.

18. Расстояние между плоскими металлическими электродами, создающими равномерное электрическое поле, составляет 0-2м. Между электродами находится воздух. Определить напряжение, которое необходимо приложить к электродам для того, чтобы произошел пробой межэлектродного промежутка. Электрическая прочность воздуха 06В/м.

19. Одножильный кабель напряжением 40 кВ имеет радиус заземленной свинцовой оболочки 3,0-2м. Определить характер изменения напряженности  электрического поля у поверхности токоведущей жилы при постоянном увеличении ее радиуса от 0, 0-2 до 3, 0-2 м.

20. Определить величину пробивного напряжения для пластины текстолита толщиной 10 мм. Характеристики материала: диэлектрическая проницаемость =5; tg= 0,05 при 20°С и tg= 0,1 при 50°С; удельная теплопроводность 1,20-3 Вт/, рабочая температура +40°С, частота приложенного напряжения 50 Гц.

Указание. Расчет вести по теории В.Фока. При нахождении параметра с считать электроды чрезвычайно тонкими, т.е. принять =0. График функции j(с) в [1]. Коэффициент теплопередачи принять 1,20-3 Вт/см2 град.

 

2.2 Физико-механические, химические и тепловые свойства диэлектриков

 

Надежность работы изоляции определяется не только электрическими свойствами, но и физико-механическими и тепловыми.

В зависимости от условий работы те или иные механические или физико-химические характеристики могут оказаться решающими при выборе материала. Так, например, при выборе изоляторов для дальних линий электропередач решающей может оказаться механическая прочность материала изоляторов, а при выборе изоляции для электрических машин решающей оказывается теплостойкость изоляции. Но в любом случае должны быть удовлетворены необходимые требования к электрическим характеристикам изоляции.

Все необходимые выражения для определения неэлектрических характеристик приведены в [1.2]. В качестве дополнения .к данному вопросу ниже рассмотрена методика определения срока службы изоляции, которая не освещена в указанной литературе.

Задача 1

Для хлопчатобумажной, пропитанной лаком изоляции класса А допустимая температура Т0доп = 1050С при сроке службы 20 лет. Как изменится срок службы, если изоляция будет эксплуатироваться при температуре Т0=1150С?

 

 

Решение

Выражение длительности срока службы изоляции в годах

 

                                           ,                                                         (20)

где: А - постоянная для данной изоляции;

        - эмпирический коэффициент;

Т0- температура, при которой работает изоляция.

Экспериментально установлено, что при повышении рабочей температуры на, 80С, срок службы изоляции уменьшается примерно в два раза.

Чтобы избежать неточностей, вносимых постоянной А, пользуются так называемым относительным сроком служба изоляции:

 

                                 ,                                 (21)

где доп - срок службы изоляции при допустимой температуре .

В данном случае относительный срок службы изоляции

 

,

где =0,088 - для хлопчатобумажной, пропитанной лаком, изоляции.

Таким образом, при повышении эксплуатационной температуры на 100С срок службы данной изоляции составит:

= 20 отн = 2,409 = 8,2 года.

Ответ: срок службы изоляции составит 8,2 года.

 

Задача 2

 

При температуре 200С динамическая вязкость кварцевого стекла равна 1014 , а воздуха - 0,0181 сП. Во сколько раз вязкость стекла больше вязкости воздуха?

 

Решение

Динамическая вязкость - в системе СИ измеряется в (Па×с), а в системе СГС- в пуазах, П:

1 Па×с=10П, следовательно динамическая вязкость воздуха в системе СИ:                                                       

.

Вязкость стекла больше вязкости воздуха:

раз.

Ответ: вязкость стекла больше вязкости воздуха в 5,018 раз.

Задачи. Тема 5

 

1.   Как определяется номер пряжи, применяемой в электротехнике?

2.   Как определяют твердость материалов?

3.   Что такое термическое расширение?

4.   Чем отличается процесс высыхания растительных масел от процесса высыхания лаков?

5.   Что такое старение материалов?

6.   Динамическая вязкость кабельного масла при Т=300С равна 40 сП, а плотность =0,86 г/см3. Вычислить кинематическую вязкость масла в единицах СИ (м2 /с).

7. Определить допускаемую величину силы Р, изгибающей сво­бодно лежащую на двух опорах стальную балку длиной 1 м. Сечение балки прямоугольное, b=4 см, h= 6 см, предел текучести материала sТ=3000 кг/см2 запас прочности k=15.

8. Определить относительное удлинение стержня, если первоначальная его длина l= 250 мм, а длина после растяжения l1= 250,5 мм.

9. Круглый стержень диаметром d=2мм при растяжении силой Р=800 кг получил абсолютное удлинение Dl=0,5 мм. Определить модуль упругости Е  материала, если известно, что напряжение в стержне не превосходило предела пропорциональности.

10. Вычислить удельную теплоемкость цинка при температуре 300°К.

11. Какова удельная теплоемкость цинка при температуре 1000C?

12. Имеется раствор серной кислоты плотностью 1,41. Определить, сколько необходимо взять такого раствора и дистиллированной воды для приготовления 5 л электролита плотностью 1,22.

13. Определить, сколько надо взять серной кислоты плотностью 1,84 для приготовления 10 л электролита плотностью 1,274.

14. Кинематическая вязкость n,м2/с полиметилсилоксановой жидкости при температуре 25°С равна 0,65 сСт, а плотность =0,76 г/см3. Вычислить абсолютную (динамическую) вязкость  (Н×с/м2) этой жидкости в системе СИ.

15. Органическая изоляция класса нагревостойкость А использовалась длительно при рабочей температуре, соответствующей классу F. Вычислить срок службы изоляции, если нормальный срок службы изоляции равен 60 годам.

Указание. Срок службы органической изоляции уменьшается в два раза на каждые 10 градусов, превышающих температуру данного класса изоляции.

16. При температуре 200С динамическая вязкость неорганических стекол равна 1012 H × с/м2, воздуха 0,0181 сП. Во сколько раз вязкость стекол больше вязкости воздуха?

17. Каковы воздействия на материалы в условиях тропиков?

18. Каковы основные критерии для оценки влагостойкости диэлектриков?

19. Какие данные положены в основу при составлении классов нагревостойкости?

20. Какие полимеры имеют высокую радиационную стойкость?

 

2.3 Диэлектрические материалы

 

К этой группе относятся электроизоляционные материалы и материалы, применяемые в качестве диэлектриков в конденсаторах для создания электрической емкости, а также активные диэлектрики с управляемыми свойствами.

По агрегатному состоянию их можно разделить на газообразные, жидкие и твердые; особая группа - твердеющие; по химической природе - на органические, неорганические и элементоорганические. Изучая любой изоляционный материал, нужно уметь отнести этот материал к соответствующей группе диэлектриков по агрегатному состоянию, по химической природе, по виду поляризации, знать способы получения и применения его в электротехнической промышленности, при необходимости использовать справочную литературу для определения всех его количественных характеристик.

 

Задачи. Тема 6

 

1. Описать свойства, которыми должен обладать диэлектрик, предназначенный для изготовления конденсатора.

2. Описать свойства, позволяющие отнести материал к электроизоляционным.

3. Какие газообразные диэлектрики относят к газам низкой электрической прочности? Где их применяют?

4. Какие газообразные диэлектрики относят к газам высокой электрической  прочности? Где их применяют?

5. Перечислить достоинства и недостатки твердой органической и неорганической изоляции.

6. Температурный коэффициент линейного расширения стекла, применяемого в электровакуумной технике, . В сочетании с какими перечисленными проводниками его можно применять:

а) ртуть ;

б) молибден ;

в) вольфрам .

7. При испытаниях трансформаторного масла, находящегося в эксплуатации, в электротехнической лаборатории получили следующие характеристики: n=17,9 мм2/с при 200С; кислотное число-0,09 гКОН/кг; Т0всп=+139°С; Т0заст=510С; tg=0,0028; электрическая прочность-Unp /2,5=28 кВ/мм. Можно ли использовать это масло для дальнейшей эксплуатации? Если можно, то для какого класса напряжения? Если нельзя, что необходимо предпринять? Какие меры принимают против старения трансформаторного масла?

8. Образуется ли на железе сплошная оксидная пленка Fe2O3. Данные для определения объемного коэффициента оксидирования: молекулярная масса оксида М=159,68, плотность Fe-=7,78 Мг/м3, плотность оксида 18,4 Mг/м3, атомная масса А=53,84.

9. Чем отличаются термопластичные полимеры от термореактивных?

10. Привести химическую формулу целлюлозы и объяснить, какие группы атомов, входящих в молекулы целлюлозы, придают ей полярность. Назвать в качестве примера простые и сложные эфиры целлюлозы, являющиеся диэлектриками.

11. Выписать величины , Епр трансформаторного масла. Каковы достоинства и недостатки трансформаторного масла, в каких помещениях его нельзя применять и почему?

12. Указать химический  состав исходных компонентов для производства электротехнического фарфора. Какие компоненты обусловливают большое значение tg фарфора, делающие его непригодным при высоких частотах?

13. Каковы возможности применения активных диэлектриков?

14.  Посредством осциллографа сняты зависимости Q=f(U) для

линейного и нелинейного диэлектриков, где Q и U - заряд и напряжение на электродах плоского конденсатора с этими диэлектриками. Нарисовать указанные зависимости для линейного и нелинейного диэлектриков.

15. Чем объясняется выбор водорода, как охлаждающей среды, для мощных электрических машин?

16. Каковы структура и свойства слюды?

17. Как изменяется удельная поверхностная проводимость стекла при повышении влажности воздуха?

18. Какие пластмассы следует использовать в конструкциях, где возможно появление поверхностных разрядов?

19. Перечислить марки гетинакса, привести их основные характеристики и указать области применения.

20. Как маркируется коллекторный миканит? Перечислить типы миканитов.

21. Дать характеристики фторорганических электроизоляционных

материалов (фторопласт-4, фторопласт-3).

22. В чем заключается отличие лаков от компаундов? Как они маркируются? Где применяются те и другие в электроизоляционной технике?

23. Описать различные виды электроизоляционных бумаг и картонов, их свойства и области применения в электроизоляционной технике.

24. Как классифицируются электроизоляционные стекла по химическому составу и назначению?

25. Какие материалы называются керамическими? Указать важнейшие типы и области применения керамических электроизоляционных материалов.

 

2.4 Проводниковые материалы

 

Основной тип проводниковых материалов, применяемых в электротехнике, - это твердые проводники с электронной электропроводностью  (проводники 1 рода) - металлы и их сплавы. Основными ха­рактеристиками проводников являются:

- удельная проводимость - g или обратная ей величина - удельное сопротивление - r = 1/ g;

- температурный коэффициент удельного сопротивления - ТК;

- коэффициент теплопроводности -gт;

- контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила;

- предел прочности при растяжении sр и относительное удлинение перед разрывом -D.

В [1,2]  приведены соотношения между указанными характеристиками, а также справочные значения удельных сопротивлений, плотностей, коэффициентов термоэдс и других величин, необходи­мых для решения задач этой теме.

 

Задача 1

 

Сопротивление провода при температурах 20°С и 800С равно соответственно 1,75 Ом и 2,19 Ом. Чему равно среднее значение температурного коэффициента сопротивления – ТКR этого провода? Какому металлу оно соответствует?

 

Решение

В соответствии с [1]

 

                                                                                   ,                                                         (22)

где p - температурный коэффициент удельного сопротивления, К-1;

а l -температурный коэффициент линейного расширения проводников, К-1.

Для чистых металлов аl<<, поэтому аl  можно пренебречь и считать .

Средний температурный коэффициент сопротивления в диапазоне температур от 20 °С до 600С равен:

.

Из справочных данных, приведенных в [1,2], этот ТКR соот­ветствует  алюминию.

Ответ: ТКR= 0,0042 К-1 ,и это соответствует алюминию.

 

Задача 2

 

Два отрезка медной и алюминиевой проволоки длиной 1м имеют одинаковое электрическое сопротивление. Какой из отрезков весит меньше и на сколько, если сечение медной проволоки равно 16 мм2?

 

Решение

Исходя из условия равенства сопротивлений проводников, мож­но определить сечение алюминиевой проволоки

 

  .

Из справочных данных [1,2]:

 

 

Стандартное сечение проволоки из алюминия 25 мм2. Для опре­деления веса из справочных данных: плотность меди – dСа = 8,94 г/см3; плотность алюминия – d - 2,70 г/см3.

Массы проводников равны:

 

Ответ: алюминиевый провод легче медного в 2,1 раза.

 

Задачи. Тема 7

 

1. Алюминиевый и медный провода имеют соответственно удельное сопротивление 2,78×10-8 и 1,72×10-8 Ом∙м, а плотность 2,7×103 и 8,94×103 кг/м3, причем алюминий на 10%  дешевле меди. Вычис­лить для этих проводов одинаковой длины отношение сопротивлений, весов и стоимости при одинаковом поперечном сечении проводов.

2. На рисунке 8 дана зависимость удельного сопротивления металлов таллия Т и никеля Ni от температуры, близкой к абсолютному нулю. Какой из металлов и при какой температуре обладает сверхпроводимостью?

 

Рисунок 8 – Зависимость ρ = ψ (T) для Тl и  Ni

 

3. Описать свойства и применение чистой меди и ее сплавов.

4. Привести характеристики алюминия и его сплавов, области применения.

5. Вычислить термо-э.д.с. UТ термопары, медь-константан, при Т1= 100°С и Т2= 400°С. Указание Uт = UТ1-UТ2, где термо-э.д.с. UТ1 вычисляется при Т0=О °С и  Т1 = 400°С, a U Т2 при Т0= 0°С и Т2=100° С.

6. Удельное сопротивление меди при T=600°С равно  = 0,05 Ом×мм2/м. Вычислить при этой температуре коэффициент теплопроводности - К меди, используя справедливое для металлов со отношение (K×)/T=L, где L - число Лоренца, равное 2,44×10-3 В2/К2 , Т-температура в градусах Кельвина.

7. Определить удельное сопротивление для ленты из алюминированного никеля при 20°С, если толщина алюминия с каждой сторо­ны 15 мкм, а толщина ленты 0,15 мм.

8. Сопротивление провода при температуре 200С и 1000С равно соответственно 6,10 и 9,03 0м, Определить среднее значение температурного коэффициента сопротивления этого провода и указать, какому металлу оно соответствует. Чему равно сечение провода, если его длина равна 1000 м? Изменением размеров провода при изменении температуры пренебречь.

9.Определить размеры (сечение и диаметр) алюминиево-медной проволоки (алюминий внутри, медь снаружи), предназначенный для замены медной проволоки контрольных кабелей сечением 10 мм2, обладающей той же проводимостью. Принять, что сечение меди составляет 20% общего сечения алюминиево-медной проволоки. Данные об алюминии и меди взять из учебника

10. Сопоставьте вес и размеры алюминиевой проволоки сечением 6 мм2 и биметаллической (сталь-медь), имеющей ту же проводимость, что и алюминиевая проволока. Принять сечение меди в биме­таллической проволоке равным сечению стали. Данные об алюминии, меди, стали взять из учебника.

11. Два отрезка медной и алюминиевой проволоки длиной по 1м имеют одинаковое электрическое сопротивление. Какой из отрезков весит меньше и на сколько, если сечение медной проволоки равно 4 мм2?

12. Мощность, потребляемая электронагревательным элементом при напряжении 220 В, равна 500 Вт. Подсчитать длину требующей­ся для изготовления этого элемента нихромовой и константовой проволоки диаметром 0,2 мм. Нагревательный элемент из константа работает при температуре 400°С, элемент из нихрома - при температуре 9000С, Данные о материалах взять из учебника.

13. Определять потери мощности в голом медном проводе длиной 100 м и сечением 16 мм2 при температурах провода минус 20°С и плюс 60°С, если величина тока в проводе равна 75 А.

14. Какого диаметра нужен провод для тока 250 мА при допустимой плотности тока 2 А/мм.

15. Медный провод катушки индуктивности покрыт слоем серебра толщиной 28 мкм. Найти минимальное значение частоты, при которой сопротивление провода определяется в основном только сечением слоя серебра, если глубина проникновения тока , (мм), где а=0,064 для серебра, а частота f выражена в МГц.

16. Определить, во сколько раз возрастает сопротивление при частоте f многожильного провода, состоящего из n=77 жил диаметром d= 0,3 мм, если

его заменить сплошным проводом диаметром D того же сечения? Глубина проникновения тока (мм), где а=0,064, а частота f = 0,5 МГц.

17. При намотке добавочного сопротивления к милливольтметру была ошибочно применена проволока  из константана. Какая погрешность появится при измерении напряжения U=20 мВ, если температурa холодного спая минус 10°С, а горячего-плюс 50°С?

18. Перечислить проводниковые материалы высокой проводимости, назвать области их применения.

19. Перечислить сплавы высокого сопротивления, назвать области их

применения.

20. Каков принцип измерения температуры с помощью термопары?

21. Какие требования предъявляются к сплавам, применяемым для изготовления термопар? Области применения термопар.

22. Какие металлы и сплавы применяют для изготовления контактов? Какие требования предъявляют к контактным материалам?

23. Как и почему зависят удельная электрическая проводимость и удельное электрическое сопротивление металлических проводников от температуры?

24. Что такое сверхпроводимость? Перспективы использования сверхпроводников. Какие материалы являются перспективными сверхпроводниками?

25. Что такое криопроводимость? Где можно ее использовать?

26. В каких пределах находится удельное сопротивление металлов при нормальной температуре?

27. Для линии электропередачи длиной 100 км использовался твердотянутый медный провод, имеющий 19 жил. Полное сечение провода равно 300мм2, удельное сопротивление для стандартной электролитической меди  Каково сопротивление всей линии?

28. Нихром, который представляет собой сплав, содержащий 80% Ni и

20% Сг, при 20°С имеет = 1,03×10-6 Ом×м. Температурный коэффициент сопротивления в диапазоне температур от 20°С до 1000°С  равен 2,31×10-4К-1. Определить удельное сопротивление при 1000°С.

29. На сколько могут различаться ТК у свариваемых стекол и металла?

30. Сравнить между собой электрическое сопротивление и вес 1000 м

голых медного и алюминиевого проводов сечением 35, 50 и 95 мм2. Требующиеся для расчетов данные взять из учебника [1].

32. Сталеалюминевый провод с номинальным сечением 150 мм2 состоит из 7 стальных и 30 алюминиевых проволок диаметром 2,5мм каждая. Как изменится сопротивление этого провода при возрастании температуры от 20°С до 100°С? Вычислить среднее значение температурного коэффициента сопротивления сталеалнминиевого провода. Данные об алюминии и стали взять из учебника [1].

 

2.5 Полупроводниковые материалы

 

Природа электрической проводимости полупроводников и проводников различна.

Электрическая проводимость полупроводников в сильной степени зависит от примесей и от внешних энергетических воздействий (температуры, излучений, электрического поля и др.). Наличие у полупроводников 2-х типов электропроводимости - электронной (n) и электронно-дырочной (р) позволяет получить полупроводниковые изделия с р - n переходом.

Беспримесный полупроводник обладает собственной проводи­мостью, величина которой -  определяется

 

                                                                                                  (2.2)

где е - заряд электрона =1,6×10-19К;

      ni -концентрация собственных носителей, 1/м3;

      ni = п = р - для беспримесного полупроводника;

      Un=Up - подвижности электронов и дырок, м2/В×с.

Удельная проводимость электронного полупроводника - n равна:

 

                                                                                                  (2.3)

где - удельная примесная электропроводность,

 

,                                                           (2.4)

где - концентрация свободных электронов, образовавшихся за счет ионизации донорной примеси, 1/м3.  

В дырочном полупроводнике

 

                                           ,                                                   (2.5)

где  

      - концентрация дырок, образовавшихся за счет ионизации акцепторной примеси, 1/м3.

 

Задача 1

 

При Т=300° К концентрация донорных примесей в германии =/cм3 . Найти удельную проводимость.

 

Решение

В соответствии с [8] при комнатной температуре у германия и кремния », так как донорная примесь практически полностью ионизирована, а собственная электропроводность прояв­ляется еще слабо и   . Однако при повышении температуры  увеличивается и наступает момент, когда  становится много больше, чем . При Т=300°К можно считать, что все примесные атомы ионизирования, следовательно

где un=3900 см2/В с – подвижность электронов для германия из [1].

 

Ответ: = 0,624 1/

 

 

 

Задача 2

 

Определить постоянную Холла для мышьяковистого индия с удельной проводимостью 1/Ом×см и собственной концентрацией носителей 1/см3; коэффициент А=1,2.

 

Решение

В соответствии с [8] в полупроводнике с током, помещенном в поперечное магнитное поле, возникает поперечная э.д.с. – ux -э.д.с. Холла

 

                                                ,                                                   (26)

где I - ток, протекающий по полупроводнику, А;

      В - магнитная индукция, Тл;

      d - толщина пластины полупроводника, м;

      RХ- коэффициент Холла, м3/К.

Коэффициент Холла зависит от типа полупроводника и является положительным для дырочного полупроводника и отрицательным для электронного.

Для полупроводника n-типа

 

                                           ,                                                        (27)

где А - коэффициент, определяемый механизмом рассеяния но­сителей при различных температурах;

nо - концентрация основных носителей – электронов.

Для полупроводника р- типа

 

                                                 ,                                                          (28)

где ро -концентрация дырок.

При заданной  коэффициент Холла можно определить из выражения [3 ]

                                                ,                                                               (29)

где un=30000 см2/В×с - подвижность электронов из [3].

Ответ: =9 см3/К.

 

 

Задачи. Тема 8

 

1. Вычислить удельную проводимость кристалла кремния Si, если коэффициент Холла для него R=2,0-4 -1.

2. Определить  подвижность электронов в германии n-типа, для которого при некоторых условиях удельное сопротивление =1,6×10-2 Ом. м и коэффициент Холла 7×10-3  м3 К-1.

3. Когда  электропроводность  полупроводников является собственной, а когда-примесной?

4. Какие химические элементы имеют полупроводниковые свойства? Области применения.

5. Свойства р-n перехода (вентильный эффект).

6. В чем заключается эффект Холла?

7. Концентрация донорных примесей в германии  1/см3 при Тк=3000К. Найти проводимость.

8. Определить собственную концентрацию в полупроводнике если подвижность дырок см2/В×с, а его удельная проводимость 8×10-8 1Ом×см.

9. Назовите интервал величин удельного сопротивления всех полупроводников, и в частности, германия и кремния.

10. Поясните, какая проводимость полупроводника - примесная или собственная - оказывается большей при нормальной работе полупроводниковых диодов и транзисторов?

11. При 200С известны подвижности электронов un=0,39 м2/В×с, и дырок uр=0,19 м2/В×с, а также концентрация одного из носителей тока 1,58×10131/см3) собственного германия. Вычислить собственное удельное сопротивление германия.

12. Собственное удельное сопротивление Si при Т=200С равно 2000 Ом×м, а подвижности электронов и дырок соответственно 0,14 и 0,05 м2/В×с. Какую концентрацию носителей тока имеет собственный кремний?

13. Назвать полупроводники, являющиеся химическими соединениями. Область их применения.

14. Какие полупроводники используют для получения датчиков Холла?

15. Пластинка полупроводника имеет толщину 1мм, длину 5мм, ширину 3 мм. Как нужно расположить пластинку по отношению к магнитному полю Н и в каком направлении пропустить электрический ток I через нее, чтобы э.д.с. Холла была наибольшей?

16. Как опытным путем определяют величину запрещенной зоны полупроводника?

17. Как влияет величина запрещенной зоны полупроводника на его рабочую температуру?

18. У конца, слитка германия, прошедшего очистку методом направленной кристаллизации, удельное сопротивление равно 0,5 Ом×см. Считая примесь донорной, вычислить концентрацию примеси, если подвижность электронов равна 0,39 м2/В×с.

19. Предельная чистота  германия, прошедшего зонную плавку, такова, что в нем содержится всего лишь 10-12% примеси. Сколько атомов примеси содержится в 1 см3 германия?

20. В кристалле кремния массой 120 г равномерно по объему распре-делены 25,7 мкг фосфора и 38,2 мкг галлия. Считая, что атомы примеси полностью ионизированы, вычислить удельное сопротивление.

          21. В беспримесном кремнии при повышенной температуре определена собственная концентрация носителей =2,5×10131/см3. Найти проводимость.

22. Собственная концентрация носителей полупроводника составляет 106 1/см3. Определить удельную проводимость, если подвижность носителей составляет up=0,8 см2 /В×с, un=2 см2 /В×с, а со­отношение =10.

23. Почему можно утверждать, что кристалл InАs с собствен­ной проводимостью обладает проводимостью n-типа?

24. При каких условиях в полупроводнике, имеющем свободные
носители заряда, не наблюдается эффект Холла?

25. Сопротивление кристалла PbS при температуре 20°С равно 104 Ом.

Определить его сопротивление при Т=+800С.

26. Удельное сопротивление чистого германия при 300°К равно 0,47 Ом×м, рассчитать плотность собственных носителей при 300°K, если подвижности электронов и дырок соответственно равны 0,38 и 0,182 м2/B×c.

          27. Определить постоянную Холла для мышьяковистого индия с
удельной проводимостью =4×103 1/Ом×см и собственной кон­центрацией носителей ni = 2×1015 1/см3 , коэффициент А=1,2.

28. В дырочной области германия концентрация дырок р=10171/см3, в электронной - концентрация электронов n=10151/см3. Найти потенциальный барьер j0  р-n - перехода при Т=3000К.

Указание. Для данного  вида германия концентрация собственных носителей ni=2,5×10 13 1/см3.

29. Определить удельную проводимость беспримесного селенистого свинца при нормальных условиях.

 

2.6 Магнитные материалы

 

В электротехнике применяются ферромагнитные материалы и ферримагнетики.

Ферромагнетики классифицируются на магнитомягкие, магнитотвердые и материалы с особыми магнитными свойствами. Процессы намагничивания магнитомягких и магнитотвердых материалов протекают аналогично, но количественное соотношение характеристик различно. Для промышленных магнитомягких материалов коэрцитивная сила - Нс<4 кА/м, а для магнитотвердых Нс>4 кА/м (до 800 кА/м). Кроме Нс, к основным характеристикам магнитных материалов относятся:

- - относительная магнитная проницаемость;

- Внас - индукция насыщения, Тл;

- Вг - остаточная индукция, Тл;

- Ткюри - температура 0К.

Для магнитотвердых, кроме перечисленных, при оценке качества этих материалов определяется параметр Wмах, Дж/м3- максимальная удельная магнитная энергия, отдаваемая магнитом во внешнее пространство.

Магнитные цепи с постоянными магнитами должны быть разомкнутыми, т.е. иметь полезный (рабочий) воздушный зазор.

На рисунке 9 приведены кривые, характеризующие свойства магнитотвердых материалов. Магнит намагничен до индукции насыщения, после снятия внешнего магнитного поля свойства материала характеризуются кривой размагничивания. Магнитный поток, а следовательно, магнитная энергия в замкнутом состоянии (в виде кольцевого сердечника) находятся внутри него. При наличии воздушного зазора между полюсами часть энергии оказывается связанной с полем вне объема материала магнита. Величина ее зависит от длины зазора. Причем индукция в зазоре будет меньше остаточной вследствие размагничивавшего действия полисов магнита.

Удельная энергия в зазоре:

                                                         ,                                            (30)

где В - индукция, Тл, соответствующая напряженности поля Н, А/мt кривой размагничивания.

При замкнутом магните: В = Вг, Н= 0 и W= 0, если зазор очень велик, то В=0; Н = Нc; W =0.

При некоторых значениях  Н и В энергия достигает максимального значения:

 

                                                     ,                                      (31)

где А- точка на кривой, соответствующая Wмах.

 

Рисунок 9- Кривые размагничивания (1) и магнитной энергии в воздушном зазоре (2)

 

Часто множитель 1/2 опускают, используя произведение (ВН) мах для характеристики магнитотвердых материалов.

 

Задача 1

 

Для одного из сплавов с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) поле старта Но=14 А/м, коэрцитивная сила Нс=12 А/м, коэффициент переключения Sф =32 А×мкс/м. Найти время переключения.

 

Решение

Магнитные материалы с ППГ широко применяются в вычислительной технике. В основе методов записи и получения информации лежит процесс переключения сердечников из одного магнитного состояния в другое.

Характеристиками материалов с ППГ, кроме перечисленных выше, является: коэффициент прямоугольности -р:

 

                                                           .                                                   (32)

 

 - напряженность поля старта - минимальное значение напряженности поля, необходимого для перехода из одного состояния в другое, например, от - Вг к + Вг; время переключения- - это время, необходимое для указанного перехода.

В соответствии с [3], коэффициент переключения Sф равен

 

                                                     ,                                   (33)

 

где Нmах = 4/3 Нc - напряженность, соответствующая максимальной индукции.

Отсюда:

 мкс.

 

Ответ:

 

Задача 2

 

Магнитодиэлектрик выполнен из порошков  никелево-цинкового феррита НН400 и полистирола с объемным содержанием магнитного материала =0,4. Определить и  магнитодиэлектрика, если = 40.

 

Решение

Магнитодиэлектрики состоят из связующего вещества-диэлектрика и магнитных зерен наполнителя. Благодаря низкой проводимости, малым магнитным и диэлектрическим потерям и высокой температурной стабильности, они, в некоторых случаях, применяются вместо ферритов, имеющих более высокую магнитную проницаемость.

В соответствии с [3]  и  магнитодиэлектрика определяются из

выражений:

                                              ;                                                          (34)

 

                                                      ;                                                    (35)

 

;

 

,

где - для полистирола [1].

Ответ: ; = 7,5.

 

Задачи. Тема 9

 

1. Чем объясняются магнитные свойства различных материалов?

2. В чем заключается процесс намагничивания вещества?

3. Каковы магнитные свойства сверхпроводников в сверхпроводящем состоянии?

4. Почему при циклическом перемагничивании магнитных материалов возникают магнитные потери? Каковы механизмы возникновения магнитных потерь? Способы уменьшения магнитных потерь в магнитных материалах?

5. Определить значение магнитной проницаемости пермендюра при Н=800 А/м. Пользоваться рисунком 10.

 

 

Рисунок 10 - Основная кривая намагничивания пермендюра

 

6. Магнитодиэлектрик выполнен из порошков никелево-цинкового феррита НН 400 и полистирола с объемным содержанием магнитного материала =0,4. Определить и магнитодиэлектрика, если =40.

7. Определить величины (ВН)мах для сплава ЮНДК 35 Т5 с повышенными свойствами. Пользоваться рисунком из учебника.

8. Какова область применения пермаллоев?

9. Какие параметры определяют свойства магнитомягких материалов? Назначение магнитомягких материалов?

10. Какие параметры определяют свойства магнитотвердых материалов? Назначение магнитотвердых материалов?

11. Для одного из сплавов с прямоугольной петлей гистерезиса поле старта Но=14 А/м, коэрцитивная сила Нс=12 А/м, коэффициент переключения Sф=32 кс/м. Найти время переключения .

12.Определить величину (ВН)мах для сплава ЮНДК 25 А. Пользоваться рисунком из учебника.

13. Как маркируют электротехническую сталь?

14. Укажите единицы измерения магнитных характеристик вещества в системе СИ:

 - напряженность магнитного пола - Н;

 - магнитная индукция -В;

 - намагниченность - М;          

 - магнитный поток -Ф; магнитодвижущая сила –м.д.с, F;

 - индуктивность - L;

 - магнитная постоянная - ;

 - магнитное сопротивление - Rм.

15. Что представляют собой ферриты? Каковы магнитные свойства ферритов?

16. Каковы особенности ферритов, обусловливающих их практическое

применение?

17. Кольцевой магнитопровод имеет площадь сечения S=1см2, среднюю

длину магнитного контура =10 см. На сердечник намотана обмотка с числом витков N=100, индуктивность полученной катушки равна L, по ней протекает ток I=1А. Определить магнитный поток, если относительная магнитная проницаемость материала сердечника  =2000.

18. Объяснить в общих чертах основные понятия и явления, характеризующие ферромагнетики:

 - магнитное насыщение;

 - магнитные домена и спонтанная намагниченность;

 - гистерезис;                                                             .

 - точка Кюри;

 - магнитострикция;

 - магнитная текстура.

19. Объяснить кратко смысл указанных магнитных проницаемостей:

 - максимальная - ;

 - нормальная - ;

  - начальная - ;

 - дифференциальная - .

20. Описать способ построения зависимости В от Н.

21. Построить кривую магнитной проницаемости (Н) для техни-ческого железа (зависимость В-Н взять из литературы) и определить начальную магнитную проницаемость - и максимальную- мах.

22. В чем различие между горячекатаной и холоднокатаной сталями в области структуры, свойств и применения?

23. Какие сплавы имеют прямоугольную петлю гистерезиса? Каковы их структура и состав?

24. В чем особенности технологии получения сплавов с магнитной текстурой?

25. Что представляют собой магнитодиэлектрики? Основные свойства и назначение магнитодиэлектриков.

26. Каковы интервалы максимальных величин индукции и проницаемости у современных металлических ферромагнетиков?

27. Нарисовать последовательную схему замещения катушки индуктивности. Чем отличается угол всей катушки бк от угла магнитных потерь бm?

 

 

 

 

 

 

3 Расчетно-графическая работа №3. Задачи по ЭТМ

 

Задача 1

 

К диэлектрику прямоугольный формы размерами а, в и высотой h приложено напряжение. Напряжение подводится к противоположным граням ав, покрытым слоями металла. Размеры диэлектрика, удельное объемное сопротивление – , удельное поверхностные сопротивление – , относительная диэлектрическая проницаемость – , тангенс угла диэлектрических потерь -  при С задаются в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1

Первая буква фамилия студента

Последняя цифра шифра зачетной книжки

а,

мм

в

мм

 

h

мм

,

Ом·м

,

Ом

ƹ

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

0

100

90

2

2,0

1

120

95

3

2,1

2

140

100

4

2,2

3

160

105

5

2,3

4

180

110

6

2,4

5

200

115

7

2,5

6

220

120

8

2,6

7

240

125

9

2,7

8

260

130

10

2,8

9

280

135

2

2,9

И

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

0

300

140

3

3,0

1

320

145

4

3,1

2

340

150

5

3,2

3

110

80

6

3,3

4

130

85

7

3,4

5

150

90

8

3,5

6

170

95

9

3,6

7

190

100

10

3,7

8

210

110

2

3,8

9

230

120

3

3,9

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Э

Ю

Я

 

0

250

130

4

4,0

1

270

140

5

4,1

2

290

150

6

4,2

3

310

160

7

4,3

4

90

80

8

4,4

5

95

85

9

4,5

6

105

90

10

4,6

7

115

95

2

4,7

8

125

100

3

4,8

9

135

110

4

4,9

Требуется определить:

1) Ток утечки, мощность потерь и удельные диэлектрические потери при постоянном напряжении .

2) Мощность потерь и удельные диэлектрические потери при температурах  и  при переменном напряжении U=1000 B и частоте . Коэффициент, характеризующий температурную зависимость тангенса угла диэлектрических потерь, .

 

            Задача 2

 

Расстояние между плоскими токоведущими частями d1 заполнено диэлектриком, имеющим значение относительной диэлектрической проницаемости  и электрической прочности .     Какое предельное напряжение можно приложить к токоведущим частям и на сколько снизится это напряжение, если между токоведущими частями появится микротрещина – воздушная прослойка толщиной d2? Электрическая прочность воздуха , а относительная диэлектрическая проницаемость  

          Величины  приведены в таблице 3.2.

 

          Таблица 3.2

Первая буква фамилия студента

Последняя цифра зачетной книжки

мм

мм

,

кВ/мм

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

0

1

0,01

2,5

50

1

2

0,02

3,0

70

2

3

0,03

1,9

30

3

4

0,04

2,7

20

4

5

0,1

3,5

30

5

6

0,07

2,9

25

6

7

0,1

4

35

7

8

0,2

2,0

25

8

9

0,1

2,3

40

9

10

0,3

2,1

60

И

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

 

0

1

0,05

4,5

65

1

2

0,07

3,9

30

2

3

0,1

4,7

28

3

4

0,08

4,1

30

4

5

0,1

2,1

27

5

6

0,15

2,7

30

6

7

0,18

3,1

33

7

8

0,2

3,8

40

8

9

0,25

4,2

45

9

10

0,15

4,5

50

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Э

Ю

Я

0

1

0,02

3,5

40

1

2

0,04

4,2

28

2

3

0,06

4,5

37

3

4

0,08

3,0

20

4

5

0,1

4,8

45

5

6

0,12

4,2

40

6

7

0,18

2,3

45

7

8

0,2

4,0

30

8

9

0,25

2,8

50

9

10

0,3

3,5

40

Список литературы

1. Богородицкий Л.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М, Электротехнические материалы. 2-е изд. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. -304 с.

2. Корицкий Ю.В. Электротехнические материалы. 3-е изд.- М.: Энергия, 1985.-319 с.

3. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. – М.: Высшая школа, 1990.-306 с.

4. Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В. Корицкого. т.1-3 - М.: Энергия, 1988.

5. Бекмагамбетова К.Х. Электротехническое материаловедение. - Алматы: «Ғылым», 2000.-256 с.  

6. Журавлева Л.В. Электроматериаловедение.-М.: Academia, 2003-311с.

7. Алиев И.И., Калганова С.Г. Электротехнические материалы и изделия: Справочник.-М: Academia, 2005.-270 с.

8. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций.- М: Энергоатомиздат, 1987.- 647 с.

9.  Кацман М.М. Электрические машины.- М: Высшая школа, 1990-62с.

10. Алиев И.И., Казанский С.Б. Кабельные изделия. Справочник. М: РадиоСофт, 2002.-224 с.

11. Привезенцев В.А., Ларина Э.Т. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии.- М.: энергия, 1995.-425 с.

12. Техника высоких напряжений: Учебник / под. ред. Г.С.Кучинского. – С.-П.: Энергоатомиздат, 2003.- 606 с.

13. Работы учебные. Фирменный стандарт. ФС РК 10352-1910-Уе-001-2002. изд. АИЭС, 2002.

Содержание

Введение

1 Расчетно-графическая работы №1 

2 Расчетно-графическая работа №2 

3 Расчетно-графическая работа №3 

Список литературы