- •«Конструкционные и электротехнические материалы»
- •1 Цель и задачи практических занятий 6
- •2 План практического занятия 6
- •3 Методические указания к проведению практических занятий 6
- •2 Основные характеристики электротехнических материалов 15
- •4 Диэлектрические материалы 28
- •5 Диэлектрические материалы 45
- •4 Контрольные мероприятия 80
- •5 Требования при подведении итогов текущей и промежуточной аттестаций 80
- •6 Библиографический список рекомендуемой литературы 81
- •Введение
- •1 Цель и задачи практических занятий
- •2 План практического занятия
- •3 Методические указания к проведению практических занятий
- •Занятие № 1
- •1 Основные характеристики электротехнических материалов
- •1.1 Механические характеристики
- •1.2 Электрические характеристики
- •Занятие № 2
- •2 Основные характеристики электротехнических материалов
- •2.1 Тепловые характеристики
- •2.2 Физико-химические характеристики
- •Занятие № 3
- •3 Диэлектрические материалы
- •3.1 Газообразные диэлектрики
- •3.2 Жидкие диэлектрики
- •Занятие № 4
- •4 Диэлектрические материалы
- •4.1 Твердые диэлектрики
- •4.2 Твердеющие диэлектрики. Лаки, эмали, компаунды
- •4.3 Пластические массы
- •Занятие № 5
- •5 Диэлектрические материалы
- •5.1 Слоистые пластмассы
- •5.2 Слюдяные материалы
- •5.3 Электрокерамические материалы
- •5.21. Заполните табл. 5.6 и из двух приведенных материалов выберите
- •5.4 Бумаги и картоны
- •Занятие № 6
- •6 Проводниковые материалы и изделия
- •6.1 Проводниковые материалы с малым удельным сопротивлением
- •6.2 Проводниковые материалы с большим удельным сопротивлением
- •6.3 Жаростойкие проводниковые материалы
- •6.4. Неметаллические проводниковые материалы
- •6.5. Проводниковые (кабельные) изделия
- •Занятие № 7
- •7 Полупроводниковые материалы
- •7.1 Свойства полупроводников
- •7.2 Простые полупроводники
- •7.3 Полупроводниковые соединения
- •Занятие № 8
- •8 Магнитные материалы
- •8.1 Основные характеристики магнитных материалов
- •8.2 Магнитотвердые материалы
- •8.3 Магнитомягкие материалы
- •8.24. Уровень магнитных характеристик магнитомягких материалов
- •4 Контрольные мероприятия
- •5 Требования при подведении итогов текущей и промежуточной аттестаций
- •6 Библиографический список рекомендуемой литературы
- •6.1 Основная литература
- •Интернет-ресурсы
- •«Конструкционные и электротехнические материалы»
3.1 Газообразные диэлектрики
Теоретическая часть
К газообразным диэлектрикам относятся все газы и воздух, представляющий собой смесь газов и паров воды. Основными характеристиками газообразных диэлектриков являются электропроводность, напряжение пробоя в однородном электрическом поле, напряжение пробоя в неоднородном электрическом поле.
Преимуществами газов являются высокое удельное сопротивление, (малый тангенс угла диэлектрических потерь, малая (~1) диэлектрическая проницаемость). Наиболее важное свойство - востановление электрической прочности после разряда.
Кроме воздуха в качестве электрической изоляции широко используют двух- и трехатомные газы - азот, водород, углекислый газ. Электрическая
прочность у них примерно одинакова и близка к прочности воздуха.
В учебнике Богородицкого Н.П. на стр. 91 (табл. 6-1) приведены свойства воздуха и некоторых широко применяемых в технике газов, а также свойства тех же газов в сжиженном состоянии.
Лучше всего требованиям к газам, применяемым в электроизоляционных конструкциях, удовлетворяют элегаз SF6 (гексафторид серы) и фреон CCl2F2 (дихлорфторэтан). Гексафторэтан нельзя использовать при повышенных давлениях из-за низких критических параметров (PКР = 3,3 МПа, Т= -24 0С).
Азот применяется часто вместо воздуха для заполнения газовых конденсаторов и др., так как не содержит кислород, который является окислителем.
Водород имеет весьма высокий коэффициент теплопроводности, несмотря на его меньшую электрическую прочность по сравнению с воздухом и применяется в качестве электроизоляционной и охлаждающей среды в крупных турбогенераторах.
Элегаз и гексафторид серы (SF6) имеют электрическую прочность примерно в 2,5 раза больше чем у воздуха. Поскольку элегаз обладает низкой температурой кипения и высокой плотностью (примерно в 5,1 раза тяжелее воздуха), он может быть сжат до давления 2 МПа без сжижения. Он нетоксичен, химически стоек, не разлагается при нагреве до 800 0C. При повышенных давлениях он обладает существенно более высокой дугогасящей способностью. Применение: элегазовые выключатели, распредустройства в которые входят разъединители, короткозамыкатели, трансформаторы тока и напряжения, элегазовые кабели (высоковольтные).
Гелий - обладает уникальными свойствами: самая низкая температура сжижения; диэлектрическая проницаемость жидкого гелия весьма мала (того же порядка, что и газов); мало различие коэффициентов теплопроводности жидкого и газообразного гелия. Теплота испарения жидкого гелия чрезвычайно низка, что существенно для криогенной техники. Сжиженный гелий применяют в качестве низкотемпературного хладагента, в частности для устройств, в которых используется явление сверхпроводимости.
Иногда в качестве криогенного хладагента применяют жидкий неон (инертный газ, невзрывоопасен), но стоимость его очень высока (в 15000 раз дороже жидкого водорода).
Выполните задания
3.1. Заполните табл. 3.1 и среди перечисленных газов выберите обладающий наилучшими изоляционными свойствами. Укажите область его применения.
Таблица 3.1 - Основные характеристики газообразных диэлектриков
Газообразный диэлектрик |
Плотность, г/см3 |
Диэлектрическая проницаемость |
Электрическая прочность, МВ/м |
Удельная теплоемкость, Дж/(кг-К) |
Воздух |
|
|
|
|
Азот |
|
|
|
|
Водород |
|
|
|
|
Углекислый газ |
|
|
|
|
Элегаз |
|
|
|
|
Ответ:
3.2. Почему в области малых расстояний между электродами (h < 0,1 мм) пробой газа происходит при повышенных значениях пробивного напряжения?
3.3. В чем отличие однородного электрического поля от неоднородного?
3.4. Как однородность электрического поля влияет на пробой газа?
Выберите правильный ответ
3.5. Иногда в слое воздуха, непосредственно соприкасающемся с поверхностью проводов высокого напряжения, наблюдается светлое фиолетовое свечение — электрическая корона. Причиной ее возникновения является:
A. Ухудшение электроизоляционных свойств воздуха;
B. Воздействие на воздух повышенного напряжения;
C. Обе перечисленные причины;
D. Причина, не указанная в предыдущих ответах.
3.6. В нормальных условиях работы газообразных диэлектриков их проводимость:
A. Высокая;
B. Низкая;
C. Не зависит от условий работы;
D. Не соответствует ни одному из предыдущих ответов.
3.7. Изменение тока в зависимости от напряжения, приложенного к объему газа, выражается в виде кривой, называемой:
A. Газовой характеристикой;
B. Характеристикой электрической проводимости;
C. Вольт-амперной характеристикой;
D. Характеристикой с иным названием, чем перечисленные.
3.8. В момент пробоя газа напряжение и ток в нем ведут себя следующим образом:
A. Ток резко возрастает, а напряжение стремится к нулю;
B. Ток уменьшается, а напряжение увеличивается;
C. Ток и напряжение остаются неизменными, а изменяется давление газа;
3.9. Большое влияние на пробой газа в неоднородном поле оказывает:
A. Полярность электродов;
B. Наличие ионизированных частиц в газе;
C. Напряженность электрического поля;
D. Все перечисленные факторы.
3.10. Чтобы избежать возникновения электрической короны и повысить величину пробивного напряжения газообразного диэлектрика, необходимо:
A. Закруглить острые кромки электродов или закрыть их металличе скими колпаками (экранами) большего диаметра;
B. Изменить полярность электродов;
C. Заземлить электроды;
D. Выполнить все перечисленные действия.