 |
ВОПРОС 33. Приведите классификацию диэлектриков по их свойствам и областям применения.
|
|
|
|
По стабильности параметров.
Активные(параметры, которых можно регулировать, изменяя напряжённость электрического поля, температуру, механическое напряжение и др.).
Применение: для генерации и преобразования электрических сигналов.
Пассивные(параметры, которых не изменяются при воздействие различных факторов) – электроизоляционные.
Применение: для создания электрической изоляции токоведущих частей
По агрегатному состоянию.
Газообразные.
а) Воздух (Епр.возд.=3МВ/м, самый дешёвый).
Применение: в высоковольтных выключателях с давлением 2-12 МПа, ЛЭП.
б) Азот N2(Епр.N2≈Епр.возд., не окисляет другие материалы)
Применение: в газовых конденсаторах, в силовых трансформаторах газовая подушка.
в) Водород Н2(Епр.Н2=0,59·Епр.возд., высокая теплопроводность, взрывоопасен).
Применение: электроизоляционная и охлаждающая среда в мощных электрических машинах (турбогенераторы).
г) Гексафторид серы (элегаз) SF6(Епр.SF2=2,5·Епр.возд., не разлагается при нагревании до 8000С, химически стоек, не токсичен, высокая стоимость).
Применение: в высоковольтных выключателях, герметично закрытых распределительных устройствах, пожаробезопасных силовых трансформаторах.
Д) Инертные газа: гелий He, неонNe, аргонAr, криптонKr, ксенонXe, радонRn.
Применение: добавляются к высокопрочным газам для повышения их дугогасительной способности.
Жидкие (повышают электрическую прочность, теплоотвод и дугогасящие св.).
Нефтяные масла(горят при 1700С, гигроскопичны, стареют).
А) Трансформаторное масло (малая вязкость).
Применение: для заливки реостатов, реакторов, маслонаполненных вводов, масляных выключателей, трансформаторов, и др.
|
|
|
Б) Конденсаторное масло (меньшие электрические потери).
Применение: для пропитки бумажных и плёночных конденсаторов.
В) Кабельное масло (повышенная вязкость, пониженные электрические свойства).
Применение: в пропитки изоляции силовых кабелей.
Синтетические(наиболее химически и нагревостойкие).
а) Хлорированные углероды (трихлордефинил C12H10Cl3, соволC12H5Cl5, гексол 20%C12H9Cl9, 80%C4Cl6– токсичны, негорючие, не гигроскопичны)
Применение: для пропитки конденсаторов, заливки трансформаторов.
б) Кремнийорганические соединения (полиметилсилоксановые (С2Н6OSi)nПМСЖ, полиэтилсилоксановые ПЭСЖ, полиметилфенилсилоксановые ПМФСЖ жидкости – нетоксичны, большая стоимость).
Применение: в специальных конденсаторах, импульсных трансформаторах, блоках электронной аппаратуре.
в) Фторорганические соединения (фторметан CFH3, фторхлорметан CFClH2 трифторбромметан CF3Br (фреоны, хладоны)– негорючие, при повышенных температурах разлагаются с выделением токсичных продуктов).
Применение: для пропитки и заливки конденсаторов и небольших трансформаторов, охладители в блоках электронного оборудования.
Твёрдые (самая большая группа).
Органические соединения, волокнистые материалы (бумага, ткани), минеральные материалы (слюда), стекло, керамика.
Применение: различные электроизоляционные детали и конструкции.
ВОПРОС 36. В чем сходство и различие магнитных свойств ферритов и ферромагнетиков?
Ферримагнетики имеют доменную структуру, состоящую из двух или более подрешеток, связанных антиферромагнитно (антипараллельно). Поскольку подрешетки образованы атомами (ионами) различных химических элементов или неодинаковым их количеством, они имеют различные по величине магнитные моменты, направленные антипараллельно. В результате появляется отличная от нуля разность магнитных моментов подрешеток, приводящая к спонтанному намагничиванию кристалла. Таким образом, ферримагнетики можно рассматривать как нескомпенсированные антиферромагнетики (у них магнитные моменты атомов не компенсированы). Свое название эти материалы получили от ферритов — первых некомпенсированных антиферромагнетиков, а магнетизм ферритов назвали ферримагнетизмом. У ферритов доменная структура, как и у ферромагнетиков, образуется при температурах ниже точки Кюри. К ферритам применимы все магнитные характеристики, введенные для ферромагнетиков. В отличие от ферромагнетиков, они имеют высокое значение удельного сопротивления, меньшую величину индукции насыщения, более сложную температурную зависимость индукции. Ферромагнетизм в металлах объясняется наличием обменного взаимодействия, которое образуется между соприкасающимися атомами, а также взаимной ориентацией спиновых магнитных моментов. В ферримагнетиках магнитные моменты ионов ориентированы антипараллельно, и обменное взаимодействие происходит не непосредственно, а через ион кислорода О2−. Такое обменное взаимодействие называют косвенным обменом или сверхобменом. Оно усиливается по мере приближения промежуточного угла от 0° к 180°.
|
|
|
ЗАДАЧА 2
Изоляционная конструкция высокого напряжения состоит из двух слоев изоляционного материалов.
Материал первого слоя имеет относительную диэлектрическую проницаемость εr1, удельное объемное сопротивление ρv1, удельное поверхностное сопротивление ρs1 тангенс угла диэлектрических потерь tg δ1 и толщину h1, материал второго слоя соответственно параметры εr2, ρv2, ρs2, h2,tg δ2. Изоляционная конструкция находится между двумя электродами прямоугольной формы длиной а и шириной b. К электродам прикладывается постоянное напряжение U.
Дано:
Длина а = 550 мм
Ширина b = 450 мм
Толщина h1 = 2,0 мм
Толщина h2 = 1,5 мм
Подводимое напряжение U = 1,9кВ
εr1 = 1,5
εr2 = 3,0
ρv1 = 1,5 *1013 Ом*м
ρv2 = 3,1 *1013 Ом*м
ρs1 = 2,5 *1012 Ом*м
ρs2 = 6,2 *1012 Ом*м
tg δ1 = 1,2*10-4
tg δ2 = 2,2*10-4
Решение:
1. Определим параметры R1, R2, C1, C2 схемы замещения
Найдем:
Rv1 = 3,5 *1013*1,4*10-3/(0,25*0,15) = 0,17*1012 Ом
Rs1 = 4,5 *1012*1,4*10-3/(2*(0,25+0,15)) = 0,79*1010 Ом
R1 = Rv1* Rs1/(Rv1+ Rs1) = 0,17*1012 *0,79*1010 /(0,17*1012 + +0,79*1010) = 0,48*1010Ом
Rv2 = 7,2 *1013*1,0*10-3/(0,25*0,15) = 0,192*1013Ом
|
|
|
Rs2 = 10 *1012*1,0*10-3/(2*(0, 25+0,15)) = 0,125*1011Ом
R2 = Rv2* Rs2/(Rv2+ Rs2) = 0,192*1013 * 0,125*1011 /(0,192*1013 +0,125*1011) =0,124*1011Ом
Найдем электрическую емкость первого и второго слоя:
ε0 = 8,85*10-12 Ф/м
С1 = 8,85*10-12*2,2*0,25*0,15/1,4*10-3 = 5,215*10-10 Ф
С2 = 8,85*10-12*4,2*0,25*0,15/1,0*10-3 = 1,39*10-9 Ф
2. Определим установившийся сквозной ток утечки Iу при приложении к электродам постоянного напряжения U
Iу = 1300/(0,75 *1010 +0,124*1011) = 6,53*10-8А
3. Рассчитаем и начертим зависимость тока i, потребляемого от источника постоянного напряжения U от времени t после подключения его к изоляционной конструкции.
где τ - постоянная время заряда изоляции равна:
τ =0,75*1010*0,124*1011*(5,215*10-10+1,39*10-9)/(0,75*1010 +0,124*1011) =8,9 с
Зависимость тока i, потребляемого от источника постоянного напряжения U от времени t
При t=1
i=6,53*10-8 +1300*(0,124*1011*1,39*10-9-0,75*1010 *5,215*10-10)2/
((5,215*10-10+1,39*10-9)2*0,75*1010*0,124*1011*(0,75*1010+0,124*1011))*e-1/8,9= 9,25*10-8А
4. По известной зависимости ток от времени рассчитаем и начертим зависимость сопротивления R изоляционной конструкции от времени после приложения постоянного напряжения
При t=1
R = 1300/9,25*10-8 = 1,4 *1010Ом
5. Определим значение напряжений на каждом слое в установившемся режиме
U1 = 1300*0,75*1010 /(0,75*1010 +0,124*1011)= 490 В
U2 = 1300*0,124*1011/(0,75*1010 +0,124*1011)= 810 В
6. Рассчитаем значение заряда абсорбции на границе раздела двух слоев
Q1 = 490*5,25*10-10= 2,57*10-7 Кл
Q2 =810*1,39*10-9= 1,126*10-6 Кл
Qаб = 1,126*10-6- 2,57*10-7= 8,69*10-7 Кл
7. Рассчитаем и построим зависимость напряжения саморазряда на каждом слое и на всей конструкции от времени после отключения напряжения
где 
- постоянные времени первого и второго слоя
τ1 = 0,75*1010 *5,215*10-10=3,9c
τ2 =0,124*1011*1,39*10-9= 17,24c
При t=1
Uc1=490*e-1/3,9 = 319,17 В
Uc2 = 810*e-1/17,24 = 764,35 В
Uc = 319,17+764,35 = 1083,52 В
8. Рассчитаем диэлектрические потери при приложении к диэлектрику постоянного напряжения U и синусоидального напряжения с действующим напряжением U и частотой 50 Гц
w =2*3,14*50 = 314 c-1
Uc1 = 1300*1,39*10-9/(5,215*10-10+1,39*10-9) = 94,5 В
Uc2 = 1300*5,215*10-10/(5,215*10-10+1,39*10-9)= 35,5 В
Р≈=94,52*314*5,215*10-10*1,9*10-4+35,52*314*1,39*10-9*2,9*10-4 = =2,82*10-7 Вт
ЗАДАЧА 3
Для заданных проводниковых материалов:
1. Укажите свойства заданных проводниковых материалов, область применения, кратко опишите материалы.
|
|
|
2. Приведите основные параметры проводников, поясните их физический смысл и укажите численные значения параметров заданных материалов.
Дано:
Алюминий
Кадмий
Решение:
Проводники – это электротехнические материалы, имеющие удельное сопротивление в пределах от 10-8 до 10-5Ом·м при нормальной температуре.
Наличие свободных электронов обуславливает высокую пластичность, характерный блеск металлов, высокую электро- и теплопроводность.
По величине удельного сопротивления проводники можно разделить
на два больших класса: материалы высокой проводимости и материалы с высоким удельным сопротивлением.
Общепринятая классификация проводниковых материалов отсутствует. Будем рассматривать следующие группы проводниковых материалов:
ü материалы высокой проводимости;
ü материалы с высоким удельным сопротивлением для резисторов и точных приборов;
ü контактные материалы;
ü сверхпроводники и криопроводники.
|
|
|
