Шпора по электротехнике и электротехническим материалам - файл n1.docx

приобрести
Шпора по электротехнике и электротехническим материалам
скачать (71.8 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx72kb.08.07.2012 20:45скачать

n1.docx


Билет 1Материал это объект, обладающий определенным составом,структурой и свойствами, предназначенный для выполнения определенных функций. Материалы могут иметь различное агрегатное состояние: твердое, жидкое,газообразное или плазменное

Материаловедение – наука, занимающаяся изучением состава,структуры, свойств материалов, поведением материалов при различ-

ных воздействиях: тепловых, электрических, магнитных и т. д

Электротехническое материаловедение – это раздел материаловедения, который занимается материалами для электротехникии энергетики, т. е. материалами, обладающими специфическими свойствами, необходимыми для конструирования, производства и эксплуатации электротехнического оборудования

Проводниковыми называют материалы, основным электрическим свойством которых является сильно выраженная, по сравнению

с другими электротехническими материалами, электропроводность

Полупроводниковыми называют материалы, которые являются

по своей удельной проводимости промежуточными между проводни-

ковыми и диэлектрическими материалами

Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля

Магнитными называют материалы, предназначенные для работы в магнитном поле при непосредственном взаимодействии с этим

полем

Композиционные материалы – это материалы, состоящие из нескольких компонент, выполняющих разные функции, причем между компонентами существуют границы раздела

Электротехнические материалы (ЭТМ) являются

одним из определяющих факторов технико-экономических показателей любой системы электроснабжения.Основные материалы, которые используются в энергетике,можно разделить на несколько классов – это проводниковые материалы, магнитные материалы и диэлектрические материалы. Общим для них является то, что они эксплуатируются в условиях действия напряжения, а значит и электрического поля

Билет 2Поляризацией диэлектрика называют возникновение в нем при внесении во внешнее электрическое поле макроскопического собст-

венного электрического поля, обусловленного смещением заряженных частиц, входящих в состав молекул диэлектрика. Диэлектрик,

в котором возникло такое поле, называется поляризованным.

Существует два основных вида поляризации диэлектриков:а) поляризация под воздействием электрического поля практи-

чески мгновенная, вполне упругая, без рассеяния энергии, т. е. безвыделения теплоты;

б) поляризация, совершаемая не мгновенно, а нарастающая и убывающая замедленно и сопровождаемая рассеянием энергии в ди-

электрике, т. е. его нагреванием. Такой вид поляризации называют релаксационной поляризацией

Электронная поляризация представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов. Время установления электронной поляризации ничтожно мало (около 10-15 с).Диэлектрическая проницаемость вещества с чисто электронной поляризацией численно равна квадрату показателя преломления света п.Смещение и деформация электронных орбит атомов или ионов не зависит от температуры,электронная поляризация вещества уменьшается с повышением

Ионная поляризация характерна для твердых тел с ионным строением и обусловливается смещением упругосвязанных ионов.

С повышением температуры она усиливается в результате ослабления упругих сил, действующих между ионами, из-за увеличения расстоя-

ния между ними при тепловом расширении. Время установления ионной поляризации около 10-13 с

Дипольно-релаксационная (дипольная) поляризация отличается от электронной и ионной тем, что она связана с тепловым движением

частиц. Дипольные молекулы, находящиеся в хаотическом тепловом движении, частично ориентируются под действием поля, что и является причиной поляризации. Дипольная поляризация возможна, если молекулярные силы не препятствуют диполям ориентироваться вдоль поля.Примером вещества с этим видом поляризации является целлюлоза


Билет 3Ионно-релаксационная поляризация наблюдается в неоргани-

ческих стеклах и в некоторых ионных кристаллических неорганиче-

ских веществах с неплотной упаковкой ионов. В этом случае слабо

связанные ионы вещества под воздействием внешнего электрического

поля среди хаотического теплового движения смещаются в направле-

нии поля. После снятия электрического поля ионно-релаксационная

поляризация постепенно ослабевает по экспоненциальному закону,

а с повышением температуры – заметно усиливается

Миграционная поляризация является дополнительным механизмом поляризации, проявляющаяся в твердых телах неоднородной структуры при макроскопических неоднородностях и наличии примесей. Эта поляризация проявляется при низких частотах и связана со значительным рассеянием электрической энергии. Причинами такой поляризации являются проводящие и полупроводящие включения в технических диэлектриках, наличие слоев с различной проводимо-

стью и т. д

Остаточная поляризация

Характерна для веществ, называемых электретами. Эти вещества способны сохранять поляризованное состояние и при снятии электрического поля.2). Электрический дипольный момент единицы объема диэлектрика

При повышении напряженности электрического поля в твердом диэлектрике, так же как в жидком и газообразном возникают ионизационные процессы, связанные с увеличением сквозного тока, высоковольтной поляризацией, ударной ионизацией, диэлектрическими потерями, нагревом диэлектрика. Ома: плотность тока растет по экспоненциальному закону в функции напряженности поля; напряжение начинает падать, а ток резко возрастает, стремясь к бесконечности - наступает пробой диэлектрика

Билет 4Газы при небольших значениях напряженности электрического поля обладают очень малой проводимостью. Ток в газах может возникнуть только при наличии в них ионов или свободных электронов. Ионизация нейтральных молекул газа возникает либо под действием внешних факторов, либо вследствие соударений ионизированных частиц самого газа, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа (ударная ионизация)Внешними факторами, вызывающими ионизацию газа, являются рентгеновские, ультрафиолетовые и космические лучи, радиоактивное излучение, а также термическое воздействие (сильный нагрев газа). Одновременно с процессом ионизации, при котором происходит образование положительных и отрицательных ионов или электронов, часть положительных ионов, соединяясь с отрицательными частицами, образует нейтральные молекулы. Этот процесс называют рекомбинацией. http://ctl.mpei.ru/pubs/phd/4.1.files/image003.jpgПо мере возрастания приложенного напряжения ионы уносятся к электродам, не успевая рекомбинировать, и при некотором напряжении все ионы, создаваемые в газовом промежутке, разряжаются на электродах. Дальнейшее увеличение напряжения уже не вызовет возрастания тока, что соответствует горизонтальному участку кривой рис. 4.3 (ток насыщения при напряжениях от http://ctl.mpei.ru/pubs/phd/4.1.files/image004.gif). Ток насыщения для воздуха в нормальных условиях и расстояния между электродами http://ctl.mpei.ru/pubs/phd/4.1.files/image005.gif наблюдаются при напряженностях поля около http://ctl.mpei.ru/pubs/phd/4.1.files/image006.gif.

Плотность тока насыщения в воздухе весьма мала и составляет около http://ctl.mpei.ru/pubs/phd/4.1.files/image007.gif. Поэтому воздух можно рассматривать как совершенный диэлектрик, до тех пор, пока не создадутся условия для появления ударной ионизации. Ток при увеличении напряжения остается постоянным, пока ионизация осуществляется под действием внешних факторов. При возникновении ударной ионизации ток начинает быстро увеличиваться с возрастанием напряжения.


Билет5Электропроводность жидких диэлектриков тесно связана со строением молекул жидкости. В неполярных жидкостях электропроводность определяется наличием диссоциированных примесей, в том числе влаги. В полярных жидкостях электропроводность зависит не только от примесей; иногда она вызывается диссоциацией молекул самой жидкости.Ток в жидкости может быть обусловлен как передвижением ионов, так и перемещением относительно крупных заряженных коллоидных частиц.Невозможность полного удаления способных к диссоциации примесей из жидкого диэлектрика затрудняет получение электроизоляционных жидкостей с малой удельной проводимостью.Полярные жидкости по сравнению с неполярными всегда имеют повышенную удельную проводимость, причем возрастание диэлектрической проницаемости приводит к росту проводимости. Сильнополярные жидкости отличаются настолько высокой удельной проводимостью, что рассматриваются уже не как жидкие диэлектрики, а как проводники с ионной электропроводностью.Очистка жидких диэлектриков от содержащихся в них примесей дает заметное повышение их удельного объемного сопротивления.Удельная проводимость любой жидкости в значительной степени зависит от температуры. С увеличением температуры в результате уменьшения вязкости возрастает подвижность ионов и может увеличиваться степень тепловой диссоциации. Эти факторы влияют на увеличение удельной проводимости: http://ctl.mpei.ru/pubs/phd/4.2.files/image001.gifгде http://ctl.mpei.ru/pubs/phd/4.2.files/image002.gif – постоянные, характеризующие материал.

Билет6 Электропроводность твердых тел обусловлена как передвижением ионов самого диэлектрика, так и ионов случайных примесей, а у некоторых материалов может быть вызвана наличием свободных электроновВ твердых диэлектриках ионного строения электропроводность обусловлена главным образом перемещением ионов, вырываемых из решетки под влиянием флуктуации теплового движения. При низких температурах передвигаются слабо закрепленные ионы, в частности ионы примесей. При высоких температурах движутся основные ионы кристаллической решетки В диэлектриках с атомной или молекулярной решеткой электропроводность зависит от наличия примесей

B анизотропных кристаллах удельная проводимость неодинакова по разным его осям. Например, в кварце удельная проводимость в направлении, параллельном главной оси, примерно в 1000 раз больше, чем в направлении, перпендикулярном этой оси.В кристаллических телах с молекулярной решеткой (сера, алмаз) удельная проводимость мала и определяется в основном примесями.У твердых пористых диэлектриков при наличии в них влаги даже в ничтожных количествах значительно увеличивается удельная проводимость. Высушивание материалов повышает их электрическое сопротивление, но при нахождении высушенных материалов во влажной среде сопротивление вновь уменьшается.Наиболее заметное снижение удельного объемного сопротивления под влиянием влажности наблюдается у пористых материалов, которые содержат растворимые в воде примеси, создающие электролиты с высокой проводимостью. Для уменьшения влагопоглощения и влагопроницаемости пористые изоляционные материалы подвергают пропитке.При больших напряженностях электрического поля необходимо учитывать возможность появления в твердых диэлектриках электронного тока, быстро возрастающего с увеличением напряженности поля, в результате чего наблюдается отступление от закона Ома

Билет7 Диэлектрическими потерями называют мощность, рассеивае-

мую в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вызывающую нагрев диэлектрика Поляризационные потери обусловлены расходом энергии на пе-

ремещение частиц в твердом или жидком диэлектрике в результате

его поляризации. Этот вид потерь имеет место только в переменном

электрическом поле Изоляционные потери обусловлены наличием сквозного тока

и обнаруживаются в твердых или жидких диэлектриках, имеющих

заметную объемную или поверхностную проводимость. Этот вид по-

терь наблюдается как в переменном, так и в постоянном электрическом поле Ионизационные потери свойственны газообразным диэлектри-

кам и проявляются в неоднородных электрических полях при напря-

женностях, превышающих значение, соответствующее началу иони-

зации газа. Потери энергии в газе возникают из-за протекания тока,

обусловленного наличием свободных электронов, появившихся

в процессе ионизации газа

Билет8 Если неполярная жидкость не содержит примесей с дипольными молекулами, то потери в них обусловлены только электропроводностью. Удельная проводимость нейтральных частых жидкостей очень мала, поэтому малы и диэлектрические потери. Примером может служить тщательно очищенное от примесей нефтяное конденсаторное масло, http://ctl.mpei.ru/pubs/phd/2.2.files/image001.gif которого очень мал и поддается расчету по формуле.Полярные жидкости в зависимости от условий (температуры, частоты) могут обладать заметными потерями, связанными с дипольно-релаксационной поляризацией, помимо потерь на электропроводность. Удельная проводимость таких жидкостей при комнатной температуре составляет http://ctl.mpei.ru/pubs/phd/2.2.files/image015.gif.Дипольно-релаксационные потери, наблюдаемые в вязких жидкостях при переменном напряжении, особенно при высоких частотах, значительно превосходят потери на электропроводность.Дипольно-релаксационные потери в маловязких жидкостях при низких частотах незначительны и могут быть меньше потерь на электропроводность. При радиочастотах дипольно-релаксационные потери даже в маловязкой жидкости велики и превосходят потери на электропроводность. Ввиду этого полярные жидкости не могут быть использованы при высокой частоте.




Билет9 Диэлектрики, имеющие молекулярную структуру с неполярными молекулами и не содержащие примесей, обладают ничтожно малыми диэлектрическими потерями. К таким диэлектрикам относятся сера, церезин, неполярные полимеры – полиэтилен, политетрафторэтилен, полистирол и др. Указанные вещества в связи с их малыми потерями применяют в качестве высокочастотных диэлектриков.Твердые диэлектрики, состоящие из полярных молекул, представляют собой главным образом органические вещества, широко используемые в технике: полярные полимеры – эпоксидные компаунды, кремнийорганические и феноло-формальдегидные смолы, полиамиды (капрон), полиэтилентерефталат (лавсан), гетинакс и др. Все они благодаря присущей им дипольно-релаксационной поляризации имеют большие потери, особенно при радиочастотах

В веществах с кристаллической структурой и плотной упаковкой ионов в отсутствие примесей, искажающих решетку, диэлектрические потери весьма малы. При повышенных температурах в этих веществах обнаруживаются потери на электропроводность. К веществам данного типа относятся многочисленные кристаллические неорганические соединения, имеющие большое значение в современном производстве электротехнической керамики, например, корунд, входящий в состав ультрафарфора. Примером соединений такого рода является также каменная соль, чистые кристаллы которой обладают ничтожными потерями; малейшие примеси, искажающие решетку, резко увеличивают диэлектрические потери.К диэлектрикам, имеющим кристаллическую структуру с неплотной упаковкой ионов, относится ряд кристаллических веществ, характеризующихся релаксационной поляризацией, вызывающей повышенные диэлектрические потери. Многие из них входят в состав керамических масс, изоляторного фарфора, огнеупорной керамики и т. д.Диэлектрические потери в квазиаморфных веществах с ионной структурой – неорганических стеклах – отличаются некоторыми особенностями. В стеклах за релаксацию ответственны слабосвязанные ионы, совершающие перескоки из одной ячейки пространственной структурной решетки в другую. Потенциальные барьеры, ограничивающие движение слабосвязанных ионов, неодинаковы вследствие локальных неоднородностей структуры стекла. Поэтому релаксационные потери в стеклах определяются широким набором времен релаксации, что приводит к расширению и некоторому сглаживанию максимумов в температурной и частотной зависимостях тангенса угла диэлектрических потерь

Билет10 Электрический пробой – это нарушение электрической проч-

ности диэлектрика под действием электрического поля.Напряженность поля, при которой происходит пробой, называ-

ется электрической прочностью диэлектрика и рассчитывается по

формуле:

где Uпр – напряжение, при котором произошел пробой диэлектрика;

h – толщина диэлектрика в месте пробоя.

Пробой газообразных диэлектриков обусловлен ионизацией газа во внешнем поле. При этом вначале возникает автоионизация, а затем ударная ионизация, термоионизация и фотоионизация, приводящие к появлению электронных лавин и стримера.Автоионизация – это вырывание электрона из молекулы за счет действия сильного электрического поля. Ударная ионизация – это увеличение числа электронов и ионов

в разрядном промежутке за счет столкновения электронов с повышенной энергией с нейтральными молекулами.Термоионизация – это появление свободных электронов и ионов за счет тепловой энергии.Фотоионизация – это выбивание электронов фотонами при

энергии фотона не меньше чем энергия ионизации.Электронная лавина – это экспоненциальный рост количества

носителей заряда в промежутке от катода к аноду за счет ударной ионизации молекул электронами.

Стример – это явление распространения с высокой скоростью в разрядном промежутке электропроводящего и светящегося плаз-

менного канала.После пробоя газообразный диэлектрик практически мгновенно

восстанавливает свою электрическую прочность

Билет11 Пробой жидких диэлектриков обусловлен имеющимися в них

примесями. Самым значительным фактором, снижающим электриче-

скую прочность жидких диэлектриков, является влага. Благодаря под-

вижности частиц, жидкий диэлектрик после пробоя восстанавливает

свою электрическую прочность по прошествии некоторого времениНа электрический пробой жидких диэлектриков влияют многие факторы, числу которых относятся материал электродов, примеси, загрязнение жидкости; дегазация жидкости и электродов; длительность воздействия напряжения; скорость возрастания напряжения и его частоты; температура, давление и др.В неочищенных жидкостях пробивное напряжение определяется действующим значением (тепловой характер пробоя), в очищенных-амплитудным (электрическая форма пробоя). Более сильное влияние примесей и загрязнений как жидких, так и газообразных сказывается на низких частотах. Увеличение электрической прочности трансформаторного масла происходит при фильтрации и сушке (при частоте 50 Гц- втрое, на частоте 105 Гц- только на 30%).Для многих жидкостей в зависимости пробивного напряжения от температуры имеется максимум при температурах 30-80°С, высота которого уменьшается с ростом частоты (в пределах 0,4-12 МГц). Кривая тангенса угла диэлектрических потерь при температуре максимума проходит через минимум.Увеличение давления от 60 до 800 мм. рт. ст. увеличивает пробивное напряжение на 200-300%.Добавка к жидкости частиц вещества с диэлектрической проницаемостью большей, чем у жидкости, приводит к росту тока в несколько раз

билет121) электрический пробой макроскопически однородных диэлектриков;2) электрический пробой неоднородных диэлектриков;3) тепловой (электротепловой) пробой;4) электрохимический пробой.Электрический пробой макроскопически однородных диэлектриков.Электрический пробой по своей природе является чисто электронном процессом, когда из немногих начальных электронов в твердом теле создается электронная лавина.Чисто электрический пробой имеет место, когда исключено влияние электропроводности и диэлектрических потерь, обусловливающих нагрев материала, а также отсутствует ионизация газовых включений.Электрический пробой неоднородных диэлектриков.Такой пробой характерен для технических диэлектриков, содержащих газовые включения, и так же, как и электрический пробой однородного диэлектрика, весьма быстро развивается.


Билет13 Тепловой пробой.Тепловой пробой возникает в том случае, когда количество теплоты, выделяющейся в диэлектрике за счет диэлектрических потерь, превышает количество теплоты, которое может рассеиваться в данных условиях; при этом нарушается тепловое равновесие, а процесс приобретает лавинообразный характер.В общем случае тепловой пробой — более сложное явление,чем было рассмотрено.Электрохимический пробой.Электрохимический пробой электротехнических материалов имеет существенное значение при повышенных температурах и высокой влажности воздуха.Кроме того, электрохимический пробой может иметь место при высоких частотах, если в закрытых порах материала происходит ионизация газа, сопровождающаяся тепловым эффектом и восстановлением, например в керамике, оксидов металлов переменной валентности.В керамике, содержащей оксидыметаллов переменной валентности (например, ТЮ2), электрохимический пробой встречается значительно чаще, чем в керамике, состоящей из оксидов алюминия, кремния, магния, бария.Электрохимический пробой наблюдается и у многих органических материалов.Электрохимический пробой во многом зависит от материала электродов.Под действием сил поля увлажненные волокна не только втягиваются в места, где поле сильнее, но и располагаются по направлению силовых линий, что весьма облегчает пробой масла.

Билет14 Влажностные свойства диэлектриковВлагостойкость – это надежность эксплуатации изоляции при нахождении ее в атмосфере водяного пара близкого к насыщению. Влагостойкость оценивают по изменению электрических, механических и других физических свойств после нахождения материала в атмосфере с повышенной и высокой влажностью; по влаго- и водопроницаемости; по влаго- и водопоглощаемости.Влагопроницаемость – способность материала пропускать пары влаги при наличии разности относительных влажностей воздуха с двух сторон материала.Влагопоглощаемость – способность материала сорбировать воду при длительном нахождении во влажной атмосфере близкой к состоянию насыщения.Водопоглощаемость – способность материала сорбировать воду при длительном погружении его в воду.Тропикостойкость и тропикализация оборудования – защита электрооборудования от влаги, плесени, грызунов.

Билет15

Тепловые свойства диэлектриковДля характеристики тепловых свойств диэлектриков используются следующие величины.

Нагревостойкость – способность электроизоляционных материалов и изделий без вреда для них выдерживать воздействие высокой температуры и резких смен температуры. Определяют по температуре, при которой наблюдается существенное изменение механических и электрических свойств, например, в органических диэлектриках начинается деформация растяжения или изгиба под нагрузкой.Теплопроводность – процесс передачи тепла в материале. Характеризуется экспериментально определяемым коэффициентом теплопроводности ?т. ?т – количество теплоты, переданной за одну секунду через слой материала толщиной в 1 м и площадью поверхности – 1 м2 при разности температур поверхностей слоя в 1 °К. Коэффициент теплопроводности диэлектриков изменяется в широких пределах. Самые низкие значения ?т имеют газы, пористые диэлектрики и жидкости (для воздуха ?т = 0,025 Вт/(м·К), для воды?т = 0,58 Вт/(м·К)), высокие значения имеют кристаллические диэлектрики (для кристаллического кварца ?т = 12,5 Вт/(м·К)). Коэффициент теплопроводности диэлектриков зависит от их строения (для плавленого кварца ?т = 1,25 Вт/(м·К)) и температуры.

Тепловое расширение диэлектриков оценивают температурным коэффициентом линейного расширения: http://chem-bsu.narod.ru/chemradweb/ch5/ch5.files/image009.gif. Материалы с малым тепловым расширением, имеют, как правило, более высокую нагревостойкость и наоборот. Тепловое расширение органических диэлектриков значительно (в десятки и сотни раз) превышает расширение неорганических диэлектриков. Поэтому стабильность размеров деталей из неорганических диэлектриков при колебаниях температуры значительно выше по сравнению с органическими

Бтлет163.Химические
-Должны противостоять активной(агрессивной) средеСпособность склеиватьсяРастворение в лаках и растворителях, склеиваться
МеханическиеЗащита металлических проводников от коррозии Радиационная стойкостьПредел прочности, твердостиОбработка инструментомТеплопроводность – способность изоляции отводить тепло от проводников и магнитопроводов в окружающую среду.Растворимость – способность диэлектрика переходить в раствор при контакте с жидким диэлектриком.Химическая стойкость способность изоляционных материалов надежно работать в агрессивных средах: при воздействии окислителей, радиации, кислот и т. д.

К механическим характеристикам твердых диэлектриков относят прочность при растяжении, сжатии и изгибе. При работе в электроус-

тановке диэлектрик может подвергаться как одному, так и нескольким видам механических нагрузокХрупкость – способность твердого диэлектрика разрушаться без заметной пластической деформации.Вязкость – свойство жидкостей и газов оказывать сопротивле-

ние перемещению одной их части относительно другой.

Билет17

Основными газообразными диэлектриками, применяющимися в электротехнике, являются: воздух, азот, водород и элегаз (гексафторид серы )По сравнению с жидкими и твердыми диэлектриками, газы обладают малыми значениями диэлектрической проницаемости и, высоким удельным сопротивлением и пониженной электрической прочностью

Воздух используется в качестве естественной изоляции между токоведущими частями электрических машин и линий электропередач. Недостатком воздуха является его окислительная способность из-за наличия кислорода и низкая электрическая прочность в неоднородных полях. Поэтому в герметизированных устройствах воздух используется редко.

Азот применяется в качестве изоляции в конденсаторах, высоковольтных кабелях и силовых трансформаторах.

Водород имеет пониженную электрическую прочность по сравнению с азотом и применяется в основном для охлаждения электрических машин. Замена воздуха водородом приводит к значительному улучшению охлаждения, так как удельная теплопроводность водорода значительно выше, чем у воздуха. Кроме того, при применении водорода снижаются потери мощности на трение о газ и вентиляцию. Поэтому водородное охлаждение позволяет повысить как мощность, так и КПД электрической машины

Наибольшее распространение в герметизированных установках получил элегаз. Он применяется в газонаполненных кабелях, делителях напряжения, конденсаторах, трансформаторах и высоковольтных выключателях.Преимуществами кабеля, заполненного элегазом, является малая электрическая емкость, то есть пониженные потери, хорошее охлаждение, сравнительно простая конструкция. Такой кабель представляет собой стальную трубу, заполненную элегазом, в которой при помощи электроизоляционных распорок укреплена проводящая жила.

Заполнение элегазом трансформаторов делает их взрывобезопасными.

Элегаз используется в высоковольтных выключателях, – элегазовых выключателях – так как обладает высокими дугогасящими свойствами.

Билет18

Нефтяные масла представляют собой смесь углеводородов парафинового (СnН2n+2) и нафтенового (СnН2n) рядов. Они широко применяются в электротехнике в качестве трансформаторного, кабельного и конденсаторного масел. Масло, заполняя промежутки и поры внутри электротехнических установок и изделий, повышает электрическую прочность изоляции и улучшает теплоотвод от изделий.Трансформаторное масло получают из нефти путем перегонки. Электрические свойства трансформаторного масла в значительной степени зависят от качества очистки масла от примесей, содержания в нем воды и степени обезгаживания. Диэлектрическая проницаемость масла 2,2, удельное электрическое сопротивление 1013 Ом·м.

Назначение трансформаторных масел – повышать электрическую прочность изоляции; отводить тепло; способствовать дугогашению в масляных выключателях, улучшать качествоэлектроизоляции в электротехнических изделиях: реостатах, бумажных конденсаторах, кабелях с бумажной изоляцией, силовых кабелях - путем заливки и пропитки.

Трансформаторное масло в процессе эксплуатации стареет, что ухудшает его качество. Старению масла способствуют: контакт масла с воздухом, повышенные температуры, соприкосновение с металлами (Сu, Рb, Fе), воздействие света. Для увеличения срока службы масло регенерируют очисткой и удалением продуктов старения, добавлением ингибиторов.

Кабельное и конденсаторное масла отличаются от трансформаторного более высоким качеством очистки.




Билет19Синтетические жидкие диэлектрики  применяются в тех случаях, когда необходимо обеспечить длительную и надежную работу высоковольтных электрических аппаратов при повышенных тепловых нагрузках и напряженности электрического поля, в пожаро- или взрывоопасной среде. Жидкие диэлектрики находят применение и для заливки герметичных кожухов, в которых располагаются блоки электронной аппаратуры.

Наибольшее применение получили синтетические жидкости на основе хлорированных углеводородов, что связано с их высокой термической устойчивостью, электрической стабильностью, негорючестью, повышенным значением диэлектрической проницаемости и относительно невысокой стоимостью. По зарубежным данным, если цену нефтяного масла принять равной единице, то стоимость хлорированных углеводородов по отношению к маслу равна 4 ё10, кремнийорганических жидкостей - от 80 до 370, фторорганических жидкостей - до 1150. Однако в связи с токсичностью хлорированных углеводородов их применение сначала ограничилось, а в настоящее время почти повсеместно запрещено, хотя в эксплуатации еще имеется их значительное количество.

Билет20Волокнистыми называют материалы, состоящие из частиц удлиненной формы – волокон. К ним относят дерево, бумагу, картон,

фибру, текстильные материалы, синтетические волокна, стеклоткани.

Волокнистые материалы имеют высокую электрическую проч-

ность и относительно невысокую стоимость. Однако они гигроскопичны и имеют низкий класс нагревостойкости: в непропитанном со-

стоянии – класс Y, в пропитанном состоянии – класс A. На сегодняшний день наибольшее применение имеют следующие породы дерева: бук, береза, дуб, ольха, клен. Древесина, как правило, используется для изготовления изолирующих штанг, различных

опор и крепежных деталейМатериалы из натуральных волокон бывают следующих разновидностей: хлопчатобумажная пряжа, кабельная пряжа, хлопчатобумажные изоляционные ленты, изоляционный шелк. Данные материалы применяются в качестве верхних защитных покровов изоляции.

Материалы из искусственных волокон бывают следующих разновидностей: вискозный шелк, ацетатный шелк. Ткани из этих воло-

кон прочны и эластичны

Билет21

Реакцию образования полимера из мономера называют полимеризацией. В процессе полимеризации вещество может переходить из газообразного или жидкого состояния в состояние весьма густой жидкости или твердое. Реакция полимеризации не сопровождается отщеплением каких-либо низкомолекулярных побочных продуктов. При полимеризации полимер и мономер характеризуются одинаковым элементным составом.

Полимеризация соединений с двойными связями, как правило, протекает по цепному механизму. Для начала цепной реакции необходимо, чтобы в исходной инертной массе зародились активные частицы. В цепных реакциях одна частица вовлекает в реакцию тысячи неактивных молекул, образующих длинную цепь. Первичными активными центрами являются свободные радикалы и ионы.

Радикалы — это части молекулы, образующиеся при разрыве электронной пары и содержащие неспаренный электрон (например, метил CH3- , фенил C6H6-, этиловая группа C2H5- и т. д.). Образование первоначальных радикалов и ионов может происходить под действием теплоты, света, различных ионизирующих излучений, специально вводимых катализаторов.


Билет22Поликонденсация — процесс синтеза полимеров из полифункциональных (чаще всего бифункциональных) соединений, обычно сопровождающийся выделением низкомолекулярных побочных продуктов (воды, спиртов и т. п.) при взаимодействии функциональных групп.

Молекулярная масса полимера, образовавшегося в процессе поликонденсации, зависит от соотношения исходных компонентов, условий проведения реакции.

В реакции поликонденсации могут вступать как один мономер с двумя различными функциональными группами: например, синтез поли-?-капроамида (найлона-6, капрон) из ?-аминокапроновой кислоты, так и два мономера, несущие различные функциональные группы, например, синтез найлона-66 поликонденсацией адипиновой кислоты и гексаметилендиамина; при этом образуются полимеры линейного строения (линейная поликонденсация, см. Рис.1). В случае, если мономер (или мономеры) несут более двух функциональных групп, образуются сшитые полимеры трёхмерной сетчатой структуры (трёхмерная поликонденсация). С целью получения таких полимеров к смеси мономеров нередко добавляют «сшивающие» полифункциональные компоненты.

Особняком стоят реакции синтеза полимеров из циклических мономеров по механизму раскрытия цикла — присоединение, например, синтез найлона-6 из капролактама (циклического амида?-аминокапроновой кислоты); несмотря на то, что выделение низкомолекулярного фрагмента при этом не происходит, такие реакции чаще относят к поликонденсации.

Билет23В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. Важнейшими, практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами, являются металлы

и их сплавы. Электропроводность характеризует способность вещества проводить электрический ток. Механизм прохождения тока в металла обусловлен движением свободных электронов под воздействием электрического поля. Поэтому количественная оценка электропро-водности описывается дифференциальной формой закона Ома:j = ? E ,где j – плотность тока; ? – удельная проводимость материала; Е – напряженность электрического поляВеличина ?, обратная удельной проводимости ?, называется

удельным сопротивлением, которое для проводника сопротивлением R,

длиной L и поперечным сечением S вычисляется по формуле

L

? = R ? SТакже следует отметить, что электропроводность металлов за-

висит от их температуры (рис. 12). Зависимость удельного сопротивления металла ? от температуры ? (в диапазоне, до температуры плавления) имеет вид:где ?1 и ?2 – удельные сопротивления проводника при температурах ?1 и ?2, °С; ? – температурный коэффициент сопротивления проводника, 1/єС. Теплопроводность – способность материалов передавать теплоту, что количественно описывается законом Фурье:? = ? ??,где ? – плотность теплового потока; ? – удельная теплопроводность;?? – разность температур на единичном участке длины материала

Билет24

Металлы высокой проводимости используются для изготовления контактов, проводов и кабелей, обмоток электрических

машин и трансформаторов и т. п. К наиболее широко распространенным материалам высокой

проводимости следует отнести медь и алюминий

В отдельных случаях помимо чистой меди в электротехнике применяются ее сплавы с оловом, кремнием, фосфором, бериллием,

хромом, магнием, кадмием. Такие сплавы, носящие название бронз. Вторым по значению (после меди) проводниковым материалом

является алюминий. Алюминий приблизительно в 3,5 раза легче меди. Железо – наиболее дешевый и доступный металл. Однако его удельное сопротивление в 5 раз выше, чем у меди и алюминия. Сталь,представляющая собой железо с примесью углерода и других элементов,как проводниковый материал используется в виде шин, рельсов трамваев, электрических железных дорог и прВажное значение в электротехнике имеет выбор проводников

для изготовления электрических контактов. Материалы для контактов

должны обладать особыми свойствами. Они должны быть стойкими

против коррозии, электрической эрозии и уноса материала, не свари-

ваться, иметь высокую износостойкость на истирание, легко обраба-

тываться, притираться друг к другу, иметь высокую тепло и электро-

проводность.

Билет25Сверхпроводимость – явление резкого снижения удельного

электрического сопротивления, практически до нуля, при весьма низких температурах. Металлы, обнаруживающие это явление, называют сверхпроводниками, Для практики представляют интерес криопроводники – металлы с очень малым удельным сопротивлением при криогенных темпера-

турах (температура кипения жидкого азота порядка 30–70 К). Примером криопроводников является алюминий

Билет26КРИ́ОПРОВОДНИКИ́, металлы, удельное сопротивление которых при охлаждении снижается плавно, без скачков и достигает малых значений при криогенных температурах (см. Низкие температуры). Снижение сопротивления криопроводников при низких температурах достигается за счет уменьшения рассеяния электронов проводимости на тепловых колебаниях кристаллической решетки. Сверхпроводящее состояние в этих материалах не наблюдается.

Так как в криопроводниках при низких температурах основной вклад в величину удельного сопротивления вносит рассеяние электронов проводимости на дефектах кристаллической решетки (в том числе и на примесных атомах), материал должен быть подвергнут отжигу и иметь высокую степень чистоты. В качестве криопроводников при температуре жидкого водорода применяют чистые медь и алюминий (марки А999 с 0.001% примесей), при температуре жидкого азота – технически чистый бериллий (0.1% примесей) (см. Чистое вещество). При температуре жидкого гелия удельное электрическое сопротивление алюминия А999 достигает значений 1.10-12Ом.м.

Основное применение криопроводников — изготовления токопроводящих жил кабелей и проводов, работающих при температурах жидкого водорода (-252,6оС) и азота (-195,6оС)

Билет27Для изготовления резисторов и электронагревательных приборов

используют сплавы высокого сопротивления: манганин, константан.

Манганин – сплав меди, марганца и никеля, характеризуется

низким температурным коэффициентом сопротивления (? = 5·10-6 К-1)

и применяется для изготовления резисторов.

Константан – сплав меди с никелем, по свойствам аналогичный

манганину, но с более высокой нагревостойкостью. Применяется для

изготовления реостатов и электронагревательных элементов. Для из-

готовления нагревательных элементов используют также сплавы на основе железа: нихром (железо-никель-хром) и хромаль (железо-хром-алюминий).

Для теории электротехнических проводниковых материалов

важное значение имеет явление сверхпроводимости

Билет28

Магнитными называют материалы, применяемые в технике

с учетом их магнитных свойств. Магнитные свойства вещества зави-

сят от магнитных свойств микрочастиц, структуры атомов и молекул.

37

Магнитные материалы делят на слабомагнитные и сильномаг-

нитные. К слабомагнитным относят диамагнетики и парамагнетики.

К сильномагнитным – ферромагнетики, которые, в свою очередь, мо-

гут быть магнитомягкими и магнитотвердыми.

Формально отличие магнитных свойств материалов можно оха-

рактеризовать относительной магнитной проницаемостью r ? .

Диамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых

не обладают результирующим магнитным моментом. Внешне диа-

магнетики проявляют себя тем, что выталкиваются из магнитного

поля. У диамагнетиков ? < 1 r . К ним относят цинк, медь, золото,

ртуть и другие материалы.

Парамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых

обладают результирующим магнитным моментом, не зависящим от

внешнего магнитного поля. Внешне парамагнетики проявляют себя

тем, что втягиваются в неоднородное магнитное поле. У парамагне-

тиков ? ? 1 r . К ним относят алюминий, платину, никель и другие ма-

териалы.

Ферромагнетиками называют материалы, в которых собствен-

ное (внутреннее) магнитное поле может в сотни и тысячи раз превы-

шать вызвавшее его внешнее магнитное поле. У ферромагнетиков

? >>1 r .__

Билет29Электротехническая кремнистая сталь является основным магнитным материалом массового потребления. Это сплав железа с

кремнием. Легирование кремнием позволяет уменьшить коэрцитивную силу и увеличить удельное сопротивление, то есть снизить поте-

ри на вихревые токи.Листовая электротехническая сталь, поставляемая в отдельныхлистах или рулонах, и ленточная сталь, поставляемая только в рулонах, являются полуфабрикатами, предназначенными для изготовления магнитопроводов (сердечников). Магнитопроводы формируют либо из отдельных пластин, получаемых штамповкой или резкой, ли-

бо навивкой из лент.Железоникелевые сплавы называют пермаллоями. Они обладают большой начальной магнитной проницаемостью в области слабыхмагнитных полей. Пермаллои применяют для сердечников малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей и реле.

Билет30Ферриты представляют собой магнитную керамику с большим

удельным сопротивлением, в 1010 раз превышающим сопротивление

железа. Ферриты применяют в высокочастотных цепях, так как их

магнитная проницаемость практически не снижается с увеличением

частоты. Недостатком ферритов является их низкая индукция насы-

щения и низкая механическая прочность. Поэтому ферриты приме-

няют, как правило, в низковольтной электронике.К магнитотвердым материалам относят:1. Литые магнитотвердые материалы на основе сплавов Fe-Ni-Al.

2. Порошковые магнитотвердые материалы, получаемые путем прессования порошков с последующей термообработкой.

3. Магнитотвердые ферриты.Магнитотвердые материалы – это материалы для постоянных магнитов, использующихся вэлектродвигателях и других электротехнических устройствах, в которых требуется постоянное магнитное

поле.


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации