Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехническое материаловедение. Сборник практических заданий. Учебное пособие
.pdf
Список использованной литературы
R
р
1. Целебровский Ю.В. Материаловедение для электриков в вопро-
сах и ответах
Изд-во НГТУ
Целебровский Ю.В. Первокурсникам об электричестве: учеб. по-
2.
собие / Ю
Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т. 1 /
3.
под ред Ю
, 1986. – 368 с.
дат
4.
https://ru.wikipedia.org
: учеб. пособие / Ю.В. Целебровский. – Новосибирск:
, 2010. – 64 с.
.В. Целебровский. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2012. – 48 с.
.В. Корицкого и др. – 3-е изд., перераб. – М,: Энергоатомиз-
4.1.2. РАСЧЁТ ТОКА УТЕЧКИ ЧЕРЕЗ ИЗОЛЯЦИЮ
1. Задание 2-61
Опишите свойства электроизоляционных кабельных резин. Проверьте
следующих условиях
12 мм длиной 500 м
па РТИ-1 попал в воду
ет
, сработает ли устройство защитного отключения (УЗО) при
. Шахтный одножильный кабель диаметром
2
, сечением жилы 35
мм
с изоляцией из резины ти-
. Напряжение на жиле 380 В. УЗО срабатыва-
, если утечка через изоляцию превысит 10 мА.
2. Определение величин, необходимых для выполнения задания
Для того чтобы сработало УЗО
ние изоляции провода было не более такого
был бы равен 10 мА
. Найдём это сопротивление:
≤ 380 В / 0,01 А = 38 000 Ом. (1)
из
Поскольку ток через изоляцию стекает с жилы
принять радиально-цилиндрическим
, необходимо, чтобы сопротивле-
, при котором ток утечки
, поле тока можно
, и сопротивление изоляции будет
равно
r
2
ln
r
В выражении
зины
,
(2):
Rl
из резины
– удельное объёмное сопротивление ре-
езины
111
1
. (2)
2
12 мм /2 6 ммr
р
р
р
м
2
35 мм
S
r
1
(1), (2) и известных значений радиусов находим, что устрой-
Из
2
– радиус кабеля,
3, 34 мм .
ство защитного отключения сработает
ны её удельное объёмное сопротивление
ния
:
адиус жилыкабеля
(3)
, если из-за увлажнения рези-
упадёт ниже значе-
езины
R
ln
из
r
2
r
1
резины
38 000 Ом 2500 м
20,210 Ом.
l
ln
9
6
3, 34
(4)
Неизвестным параметром в этом выражении является удельное
объёмное сопротивление резины
увлажнения
.
и его зависимость от
езины
Удельное объёмное сопротивление ρ – это параметр вещества,
численно равный сопротивлению образца длиной 1 м с площадью попе-
речного сечения 1
ко-параллельном поле
2
. Это сопротивление должно измеряться в плос-
.
3. Описание материалов
Резина представляет собой вулканизированную многокомпонентную смесь на основе каучуков
[1]. Резиновая смесь изготовляется вве-
дением в каучук минеральных или углеродных порошкообразных наполнителей
и др
учук является естественным продуктом коагуляции
жащимся в соке
растущих в странах с тропическим климатом
стиц в дисперсных системах; ведёт к выпадению из коллоидного раствора
хлопьевидного осадка или образованию студня [2].
(мел, тальк, каолин, техуглерод), вулканизирующих агентов
.
Каучуки бывают натуральные и синтетические
. Натуральный ка-
6)
частиц, содер-
, который извлекают из стволов каучуковых деревьев,
. Синтетические каучу-
6)
Коагуляция [лат. сoaguulatio – свёртывание, сгущение] – укрупнение ча-
112
ки – это продукт полимеризации (вулканизации) смесей разнообразных
E
химических веществ
этилена
, пропилена, хлоропрена и др.
: изопрена, бутадиена, стирола, изобутилена,
Резины типа РТИ относятся к кабельным изоляционным резинам
. е. применяются при изготовлении кабелей наряду с изоляционно-
т
защитными резинами
проводящими резинами
водящей жилы до 65 ºС
щего назначения типов РТИ-0
защитные резины типов РТИШ и РТИШМ
лирования кабелей
, резинами для защитных оболочек и электро-
. Для изоляции, допускающей нагрев токопро-
, применяются резины на основе каучуков об-
, РТИ-1, РНИ, а также изоляционно-
. Наиболее широко для изо-
, проводов и шнуров применяют резины типа РТИ-1.
Эти резины соответствуют эксплуатационным требованиям всех
кабельных изделий на переменное напряжение до 660 В и постоянное
до 1000 В
а относительное удлинение при разрыве не менее 350 %
.
Прочность при растяжении резины РТИ-1 составляет 5
,88 МПа,
[1, с. 107,
табл. 17.4].
Электрические характеристики резин типа РТИ-1 в зависимости
от времени увлажнения показаны в табл
Зависимость электрических характеристик резины
от времени увлажнения [1, с. 109, табл. 17.6 ]
. 1.
Таблица 1
,
Время
увлажнения,
сут
0 2,4·10130,021 3,4 41,9 2,4·10130,021 3,6 41,9
1 8,0·10120,022 3,8 37,5 3,9·10120,013 4,2 13,9
4 1,3·10120,026 3,9 17,9 3,9·10120,012 4,3 9,8
7 1,2·10120,026 3,8 15,1 3,9·10120,012 4,6 8,0
14 1,1·10120,027 3,8 14,1 3,6·10120,015 4,6 6,0
Увлажнение при 20 ºС Увлажнение при 70 ºС
ρ,
Ом · м
tg δ ε
,
E
пр
МВ/м
ρ,
Ом · м
tg δ ε
,
E
пр
МВ/м
В таблице помимо удельного объёмного сопротивления приводятся
также значения тангенса угла диэлектрических потерь
трической проницаемости
Определения по
[3]
(ε) и электрической прочности (
(tg δ), диэлек-
).
пр
Углом диэлектрических потерь δ (дельта) называют угол, допол-
няющий до 90 º угол сдвига между током и напряжением в диэлектрике
113
.
Диэлектрическая проницаемость ε является мерой поляризации
E
вещества в электрическом поле
Электрической прочностью
ность электрического поля
пробой
.
.
называется средняя напряжён-
пр
, при которой происходит электрический
4. Решение
Из вычислений, проведённых в п. 2, видим, что УЗО может сработать
, если удельное объёмное сопротивление в результате увлажне-
8
210
ния снизится до
Ом · м.
5. Вывод
Сравнивая полученное значение со значениями в таблице п
дим
, что удельное объёмное сопротивление резины РТИ-1 даже после
. 3, ви-
14 дней увлажнения при любой температуре имеет значения на 4 порядка выше
, чем полученное в нашем расчёте. Таким образом, при по-
падании резинового кабеля в воду срабатывания УЗО не произойдёт
т
. е. условия электробезопасности при эксплуатации резинового кабе-
ля в воде соблюдаются
изойти
мер
, если в изоляции будут дополнительные повреждения, напри-
, трещины от старения.
. По-видимому, отключение УЗО может про-
Список использованной литературы
1. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т. 2 /
под редакцией Ю
атомиздат
2
. Cовременный словарь иностранных слов: / Изд-во «Русский
. – Ок. 20 000 слов. – М.: Рус. Яз., 1993. – 740 с.
язык»
3
. Целебровский Ю.В. Материаловедение для электриков в вопро-
сах и ответах
Изд-во НГТУ
.В. Корицкого и др. – 3-е изд., перераб. – М.: Энерго-
, 1987. – 464 с.: ил.
: учеб. пособие / Ю.В. Целебровский. – Новосибирск:
, 2010. – 64 с.
,
114
4.1.3. РАСЧЁТ НАГРЕВА ПРОВОДНИКОВ
м
К
ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОМ ПРОТЕКАНИИ ТОКА
1. Задание 3-61
Опишите низкоуглеродистую сталь марки 10 для полупроводниковых приборов и парафин
. Лента из стали марки 10 толщиной 2,5 мм и
шириной 30 мм покрыта для защиты от коррозии парафином и используется для заземляющего проводника в помещении с температурой 20 ºС
мыкания 2000 А
. По проводнику в течение 1 с протекает ток короткого за-
. Начнёт ли плавиться парафин за это время?
2. Определение величин, необходимых для выполнения задания
Парафин начнёт плавиться, если температура стали за время
протекания достигнет температуры плавления парафина
туру нагрева
t
стали током короткого замыкания
к
I
. Темпера-
определяем из
кз
выражения
21
Itt
кз
21
Stt
Здесь
S = 2,5 · 30 = 75
с – теплоёмкость стали
cd
ТК
мм
ln
tt
2
– сечение заземляющего проводника;
; d – её плотность;
ТК
ТК
tk
t
.
0
ТК
и
t
– соответ-
t
ственно удельное электрическое сопротивление и температурный
коэффициент удельного электрического сопротивления стали
τ = 1 с – время протекания тока,
t
= 20 ºC – начальная температура.
0
Теплоёмкость с – это энергия, которую нужно сообщить единице
массы материала
1 К
. Размерность – [Дж/кг · К].
, чтобы повысить температуру материала на
Плотность d – это масса единицы объёма материала. Размер-
ность –
[кг/м3].
Удельное электрическое сопротивление ρ – это параметр веще-
, численно равный сопротивлению образца длиной 1 м с площадью
ства
2
поперечного сечения 1
, измеренному в плоскопараллельном поле.
Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления
ления при увеличении температуры на 1 К
ТKρ – это относительное изменение удельного сопротив-
. Размерность – [
115
1
].
;
Указанные величины, а также температуру плавления парафина
м
К
необходимо разыскать в справочниках
.
3. Описание материалов
Сталь – это сплав железа с углеродом при содержании углерода
менее 2
,14 % [1]. Сталь марки 10 содержит 0,1 % углерода [2, с. 349].
С повышением содержания углерода возрастают твёрдость стали и
предел прочности при растяжении
ностью к глубокой вытяжке
сваривается
, однако при повторном нагреве до температуры 500…600 ºС
ется
; при горячей штамповке, ковке и прокатке она упрочня-
упрочнение может быть снято
толщиной от 0
,05 до 2,5 мм и шириной до 400 мм. Физические свой-
ства стали марки 10 показаны ниже
Плотность ..................................................................... 7
. Сталь марки 10 обладает способ-
, хорошо обрабатывается резанием и
. Сталь изготовляется в виде лент
[2, с. 350, табл. 13.17].
,86 Мг/м
3
Температура плавления ..................................................... 1500 ºС
Коэффициент теплопроводности
при 20 ºС ............................................................... 73 Вт/м · К
при 500 ºС .............................................................. 29 Вт/м · К
Температурный коэффициент линейного расширения
при 20 ºС ........................................................................ 1
Удельное сопротивление ..................................... 0,10·10
,2·10
–6
–5 К–1
Ом · м
Коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность)
– это удельный тепловой поток через материал Р/S (мощность,
λ
проходящая перпендикулярно изотермической поверхности площадью
2
1
) при градиенте температуры (Т/l) один Кельвин на метр [1].
Температурный коэффициент линейного расширения – это от-
носительное изменение длины при увеличении температуры на 1 К
1
[
Размерность –
В справочнике
].
[2] отсутствуют значения теплоёмкости стали
.
марки 10 и температурного коэффициента удельного электрического
сопротивления
. Примем эти параметры такими же, как у железа
(в связи с весьма малым содержанием углерода) по таблице 10.1 на
. 184 [2]:
с
31
453 Дж/кг К,6,210Кпри 20 C.
c ТKt
t
116
Парафин [3, с. 207–208] представляет собой смесь предельных
твёрдых углеводородов ряда
СН
ярко выраженной в изломе кристаллической структурой
ный на ощупь
, материал. Парафин получают из дистиллятов
финовой и высокопарафиновой нефти
жащие парафин
, подвергают очистке от воды, смол и грязи. Парафин
. Это бесцветный, без запаха, с
22пп
, слегка жир-
. Тяжёлые дистилляты, содер-
7)
пара-
из них выкристаллизовывают при охлаждении и очищают от ненасыщенных соединений обработкой серной кислотой
желтоватого цвета производят дополнительную очистку адсорбен-
8)
том
.
; для устранения
Парафины имеют следующие физико-химические и электрические
параметры
Плотность .............................................................. 850…900 кг/м
, общие для различных марок.
3
Температурный коэффициент линейного
расширения ...................................................... 0
,0011…0,0035 К
Удельное объёмное сопротивление .................. 10
13
…1015 Ом · м
–1
Удельное поверхностное сопротивление ......... 1015…1016 Ом · м
Диэлектрическая проницаемость ................................... 2
Тангенс угла диэлектрических потерь ........................
,1…2,2
(3…7)·10
–4
Электрическая прочность при 20 ºС ..................... 20…30 МВ/м
Удельным поверхностным сопротивлением ρ
называется элек-
S
трическое сопротивление квадратной поверхности диэлектрика в
равномерном электрическом поле
ности и перпендикулярно какой-либо стороне квадрата
, направленном параллельно поверх-
[1].
Углом диэлектрических потерь δ (дельта) называют угол, допол-
няющий до 90º угол сдвига между током и напряжением в диэлектрике
[1]. При повышении температуры угол диэлектрических потерь
увеличивается
)
7
Дистиллят – продукт дистилляции. При перегонке нефти дистиллятами
будут бензин, керосин, смазочные масла и др. Дистилляция (перегонка) – разделение жидких смесей на отличающиеся по составу фракции; основана на
различии в температурах кипения компонентов смеси [4].
)
8
Адсорбент – тело, на поверхность которого происходит адсорбция – по-
глощение вещества поверхностным слоем [4].
[3, рис. 7.2, с. 207].
117
Диэлектрическая проницаемость ε служит мерой поляризации
E
вещества в электрическом поле
значение диэлектрической проницаемости снижается
[1]. При увеличении температуры
[3, рис. 7.3,
с. 207].
Электрической прочностью
ность электрического поля
пробой
[1].
, при которой происходит электрический
называется средняя напряжен-
пр
Температура плавления парафинов в зависимости от марки лежит в пределах 50…62 ºС
Парафин применяют для пропитки конденсаторов
пустимая рабочая температура не превышает 45 ºС
производстве парафин применяют в смеси с церезином
хлопчатобумажной оплётки проводов и кабельной пряжи
кабельной бумаги для предохранения их от гниения
[3, табл. 7.1, с. 208].
, у которых до-
. В кабельном
9)
для пропитки
, а также
.
4. Решение
Искомая величина
лим вначале значение логарифма
12
ТKttIТK
tk tt
ln 1, 238
Таким образом
12212
ТKtt Scd
t
,
t ТKttТKt
3,45(161, 29 293 293) (161, 29 293) 688, 2 415KC
t
входит по знак логарифма. Поэтому опреде-
к
:
236
кз
0
1
ТKtt
tk
1
ТKtt
t
3, 45
kt t
2000 6, 2 10 0,1 10 1
0
11
75 10 453 7860
1,238
е
0
.
3, 45,
.
5. Вывод
Поскольку конечная температура заземляющего проводника
(415 ºС) превышает максимально возможную температуру плавления
парафина
9)
дов с эмпирической формулой от С
(62 ºС), парафин при коротком замыкании расплавится.
Церезин представляет собой смесь твёрдых алифатических углеводоро-
39Н80
118
до С53Н
[3, с. 208].
108
Список использованной литературы
f
B
1. Целебровский Ю.В. Материаловедение для электриков в вопро-
сах и ответах
Изд-во НГТУ
. Справочник по электротехническим материалам / под ред.
2
Ю
.В. Корицкого, В.В. Пасынкова, Б.М. Тареева. – Т.3. – 3-е изд., пере-
. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. – 728 с.: ил.
раб
3
. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т. 1 /
под ред
дат
. Ю.В. Корицкого и др. – 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиз-
, 1986. – 368 с.: ил.
. Современный словарь иностранных слов. – Ок. 20 000 слов. – М.:
4
Русский язык
4.1.4. РАСЧЁТ ПОТЕРЬ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ,
: учеб. пособие / Ю.В. Целебровский. – Новосибирск:
, 2010. – 64 с.
, 1993. – 740 с.
ИСПОЛЬЗУЕМОЙ НЕ ПО НАЗНАЧЕНИЮ
1. Задание 4-61
Опишите электротехнические стали с нормированными магнитными свойствами в переменных полях
, в частности стали 1511 и 1521.
Оцените потери в стали 1521 при частоте 50 Гц и напряжённости
внешнего магнитного поля 2500 А/м и сравните эти потери с потерями в стали 1511 при тех же условиях
.
2. Определение величин, необходимых для выполнения задания
Магнитные потери являются нормированной характеристикой
электротехнической стали
для определённых условий
сти магнитного поля или определённой индукции в материале
но предположить
, что данная в задании напряжённость поля (и со-
ответствующая ей индукция
условиям
нормируемым
перемагничивание
. Для оценки потерь необходимо привести условия задания к
. Для этого воспользуемся выражениями для потерь на
:
гист
22
f
.
В этих выражениях В и f – соответственно индукция и частота
определяющие значения потерь
. Их значения приводятся в справочниках
(например, при определённой напряжённо-
). Мож-
) не соответствуют нормированным
()1, 6 2
PB
, и на вихревые токи:
. Если их найти в справочных данных,
119
P
вихр
,
то можно определить коэффициенты и β, а по ним – привести по-
B
тери к условиям, заданным в задании. Возможно, потребуется пересчёт заданной напряжённости поля в индукцию по выражению
, где μ – магнитная проницаемость рассматриваемых сталей
H
0
при заданной напряжённости магнитного поля Н
7
410
янная
0
Гн/м.
. Магнитная посто-
Сталь – это сплав железа с углеродом при содержании углерода
менее 2
,14 % [1].
Магнитные потери – превращение энергии электромагнитного
поля в тепло за счёт перемагничивания магнитного материала и вихревых токов в этом материале
. Вихревые токи – токи, возникающие в
электропроводящем магнитном материале по закону электромагнитной индукции
(при переменном магнитном потоке).
Магнитная индукция В – векторная величина, равная плотности
магнитного потока в заданной точке
: В = dФ/dS [2, с. 15].
Магнитная проницаемость μ – это физическая величина, харак-
теризующая изменение магнитной индукции при воздействии магнитного поля
ношению индукции в среде
поля
. Для изотропных сред магнитная проницаемость равна от-
В к напряжённости внешнего магнитного
Н и к магнитной постоянной
. Описание материалов
3
0
[1].
Электротехнические стали с нормированными свойствами в переменных полях относятся к магнитомягким металлическим материа-
[3, с. 18–31]. Электротехнические стали обычно легируются
лам
кремнием
ной силы
вихревые токи
. Легирование кремнием вызывает: уменьшение коэрцитив-
, увеличение удельного сопротивления и снижение потерь на
, некоторое снижение индукции насыщения, большую
магнитную проницаемость в слабых и средних полях вследствие магнитной мягкости материала
В обозначении марок цифры означают следующее
Первая – класс по структурному состоянию и виду прокатки
1 – горячекатаная
, изотропная;
2 – холоднокатаная изотропная
3 – холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой
5 – холоднокатаная анизотропная с плоской кубической текстурой
.
.
:
;
;
.
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]