Общие методические указания. Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников

всех специальностей электротехнического факультета

Екатеринбург 2002

УДК 621.027

Составитель С.Р. Яковенко

Научный редактор доц., канд.техн.наук В.И. Лузгин

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ. Методические указания и контрольные задания./С. Р. Яковенко. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 2002. 15 с.

Методические указания включают программу для самостоятельного изучения курса и вопросы контрольной работы, выполняемой студентами при подготовке к зачету.

Приводятся правила выбора варианта задания и оформления контрольной работы.

Библиогр.:6 назв.

Подготовлено кафедрой «Техника высоких напряжений»

© Уральский государственный технический университет – УПИ, 2002 г.

Общие методические указания

При проектировании, эксплуатации и изготовлении самых разнообразных машин, аппаратов, приборов, устройств большое значение имеет правильный выбор применяемых в них материалов. Именно материалы в значительной степени определяют качество продукции, ее долговечность, стоимость, экономичность эксплуатации, габариты, надежность, технологичность и т.п. Мощность электрической машины при заданных габаритах также зависит, в первую очередь, от выбранных материалов (изоляционных, магнитных, проводниковых).

Знания по курсу электротехнических материалов важны при выполнении курсовых и дипломных проектов, а также в практической работе.

Курс состоит из следующих разделов:

Раздел 1. Электроизолирующие материалы.

1. Газообразные диэлектрики.

1.2 Твердые диэлектрики.

1.3 Жидкие диэлектрики.

Раздел 4. Проводниковые и контактные материалы.

Раздел 5. Полупроводниковые материалы.

Раздел 6. Магнитные материалы.

Каждый из разделов включает в себя как теоретическую часть, посвященную изучению физических процессов в материалах, так и рассмотрению основных свойств конкретных материалов.

Основное внимание следует обратить на понимание физических процессов в материалах в постоянных и переменных электрических и магнитных полях. Необходимо хорошо представить, от каких факторов и почему зависят те или иные электрические, магнитные и другие характеристики материалов.

При изучении общего куса математический аппарат для описания физических процессов привлекается в очень малой степени. Поэтому нужно уметь все физические процессы и закономерности объяснять чисто качественно. Необходимо, в частности уметь объяснить ход кривых на графиках, приведенных в учебнике. Нужно хорошо представлять физические основы способов регулирования свойств материалов. Большое количество магнитных материалов изготовляется на основе железа, Но при этом в одних случаях получают материалы магнитомягкие, а в другом – магнитотвердые. Следует перечислить факторы, влияющие на магнитную мягкость железа, и объяснить механизм этого явления.

Свойства пористых изоляционных материалов можно существенно улучшить путем пропитки. При этом электрическая прочность повышается, удельное объемное сопротивление возрастает, тангенс угла потерь и гигроскопичность уменьшаются, увеличивается срок службы изоляции, возрастает теплопроводность и теплостойкость материала. В ряде случаев увеличивается механическая прочность. Подобных примеров регулирования свойств материалов можно привести много.

Следует обратить внимание на методы измерения характеристик материалов, частности, на применяемые для этого схемы и способы уменьшения погрешностей измерения.

При изучении конкретных материалов необходимо особое внимание обратить на достоинства данного материала, на его недостатки, область применения, технологичность использования, вопросы экономики, возможность замены. Качество каждого конкретного материала оценивается приводимыми в справочниках численными характеристиками (электрическими, магнитными, механическими и др.). К характеристикам электроизолирующих материалов, например, относятся электрическая прочность, тангенс угла диэлектрических потерь, удельное объемное сопротивление, диэлектрическая проницаемость, механические характеристики, тепловые характеристики и многие другие. Запоминать численные значения характеристик для каждого материала не следует, но нужно представлять порядок этих величин для отдельных материалов или для групп материалов, и диапазон изменения этих характеристик.

С целью облегчения работы над курсом в каждом параграфе программы указаны страницы учебников, на которых указан соответствующий материал.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

Газообразные диэлектрики.

2.1.1. Ионизация газов. Объемная и поверхностная ионизация. Энергия и потенциал ионизации. Ступенчатая ионизация. Рекомбинация. Виды ионизации: объемная и поверхностная.

Ионизация в объеме газа. Ударная ионизация. Фотоионизация в объеме газа. Роль фотонов, возникающих при рекомбинации. Термическая ионизация. Условие возникновения ионизации, способы предотвращения.

Ионизация на поверхности электродов. Энергия выхода электронов из металла. Термоэлектронная эмиссия. Электростатическая (холодная эмиссия). Поверхностная фотоионизация. Бомбардировка электродов заряженными частицами (вторичная эмиссия).[1, с.71-72,103-106]

2.1.2. Вольтамперная характеристика электрического разряда в газах и формы разрядов. Вид вольтамперной характеристики (зависимость плотности тока от напряженности). Ток насыщения. Самостоятельный и несамостоятельный разряды. Стадии формирования разряда в газе. Пробой газа. Различные формы самостоятельного разряда (тлеющий, дуговой, искровой, коронный). ).[1, с.72-73]

Корона. Влияние степени неравномерности поля на разрядные процессы. Использование короны. Последствия короны. Борьба с ней. Электрическая дуга. Способы гашения дуги. Применение электрической дуги в электротехнологических установках. [1, с.111-112]

2.1.3.Разряды в резко неоднородных несимметричных полях. Влияние полярности электродов на разрядные напряжения в несимметричных полях. Влияние барьеров на разрядные напряжения при постоянном и переменном напряжениях. Использование экспериментальных данных при проектировании устройств высокого напряжения. [1, с.111-112, 2, с. ]

2.1.4.Разряд при импульсах. Виды импульсов. Форма грозового импульса, принятого для стандартных испытаний. Длительность фронта импульса и длительность полного импульса. Величина пробивного напряжения при импульсах. Время запаздывания разряда. Причины запаздывания разряда. Статистическое время запаздывания и время формирования разряда, зависимость величины от различных факторов. Вольт-секундная характеристика изоляции, ее построение. Применение вольт-секундных характеристик.

2.1.5.Влияние различных факторов на пробивное напряжение газа. Состав газа; влажность; запыленность. Форма электродов. Качество обработки поверхности электродов. Форма кривой проложенного напряжения. Расстояние между электродами. Увеличение электрической прочности при малых расстояниях. Плотность газа (давление и температура). Относительная влажность воздуха. Зависимость напряжения от плотности воздуха. Приведение разрядных напряжений к нормальным условиям (и обратно). Закон Пашена. Влияние полярности электродов, наличие барьеров. [1, с.106-111, 2, с.7-8]

2.1.6.Разряды по поверхности твердого диэлектрика. Последовательность стадий поверхностного разряда. Скользящий разряд, его вредные последствия и меры борьбы с ним. Поверхностное перекрытие. Зависимость напряжения поверхностного перекрытия от различных факторов. Влияние скользящих разрядов на напряжение поверхностного перекрытия. [1, с.112-122, с.10-13]

2.1.7.Применение газов для изоляции. Преимущества и недостатки газовой изоляции. Воздух. Азот. Водород. Газы повышенной электрической прочности. Свойство электроотрицательности газов. Элегаз. Пары фторорганических жидкостей. Применение элегаза в кабелях, трансформаторах, конденсаторах, выключателях и другой аппаратуре. Достоинство и недостатки элегаза. [1,с. 110-111]