Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Контрольная работа
по материаловедению
Выполнил: студент ФДПО
Проверил: Воропаев В.В.
2009 г.
Задание 1
Исследование электропроводности твердых диэлектриков.
Медная шина прямоугольного сечения отделена от корпуса опорным изолятором (см. рис. 1). Материал, размеры (см. рис. 2) и количество звеньев опорного изолятора принять в соответствии с вариантом по таблицам 1.1 и 1.2. Определить объёмное и поверхностное сопротивления изолятора, объемный и поверхностный токи при напряжении постоянного тока. Технические параметры диэлектриков принять по приложению 1.
Рисунок1 Рисунок 2
1. Объемное сопротивление звена изолятора.
где сопротивление цилиндрической части изолятора.
сопротивление частей изолятора в виде усиленного конуса.
Рассмотрим поперечное сечение конусной части и выделим на расстоянии от верхней части малый элемент .
При данный элемент можно считать цилиндром.
Тогда площадь поперечного сечения проводника в этой части:
Сопротивление элемента длиной
Проинтегрировав полученное выражение по от 0 до,
где ,
получим:
Полное объемное сопротивление звена изолятора:
Объемное сопротивление четырехзвенного изолятора:
2. Поверхностное сопротивление изолятора определяем аналогично, разбивая звено на четыре участка с поверхностными сопротивлениями .
Поверхностные сопротивления цилиндрических частей изолятора.
, где длина боковой поверхности цилиндра.
поверхностное сопротивление частей изолятора в виде усеченного конуса.
Рассмотрим поперечное сечение конической части и выделим на расстоянии от верхней части конуса бесконечно малый элемент . Полученное сечение можно считать цилиндром с длиной боковой поверхности.
высота
Поверхностное сопротивление цилиндра:
Проинтегрировав полученное выражение по от до , и учитывая, что , , получим
Подставим числовые значения, получим:
Поверхностное сопротивление цилиндрической части:
Поверхностное сопротивление одного звена:
Поверхностное сопротивление четырехзвенного изолятора:
3. Объемный ток:
4. Поверхностный ток:
Ответ: ;
;
Три одножильных кабеля длиной напряжением питают нагрузку общей мощностью при . Сечение жилы кабеля выбрать по току нагрузки. По условию электрического пробоя рассчитать минимальное значение толщины изоляции и, приняв её за расчётную толщину, определить величину потерь мощности в жилах и потери мощности в изоляции всех трёх кабелей, а также годовые потери электроэнергии в жилах кабелей и их изоляции, если считать, что нагрузка в течение года была неизменна.
Расчёт провести дважды: сначала считая напряжение переменным частотой, затем постоянным.
Дано:
Решение:
Определяем ток нагрузки линии
По длительно допустимому току из стандартного ряда выбираем кабель сечением
Радиус токопроводящей жилы кабеля
Определим толщину изоляции кабеля из условий электрического пробоя
откуда
Для переменного тока
Для постоянного тока
Таким образом, выбираем
Получим
Принимая минимальное значение толщины изоляции за расчетную толщину, определим внутренний и наружный радиусы слоя изоляции
Приведенная длина для тела в форме трубы
где – длина кабеля.
Приведенная длина слоя изоляции
Емкость изоляции кабеля
Объемное сопротивление изоляции диэлектрика
Сопротивление токопроводящей жилы
А) При приложении к кабелю переменного напряжения частотой 50 Гц
- потери мощности в жилах:
;
- потери мощности в изоляции (используем последовательную схему замещения изоляции)
- годовые потери электроэнергии в жилах кабелей и изоляции
Б) При приложении к кабелю постоянного напряжения
- потери мощности в жилах:
;
Так как при постоянном токе потери в кабеле обусловлены только сквозной проводимостью, то для анализа на постоянном токе используем параллельную схему замещения конденсатора (кабеля). В этом случае диэлектрические потери:
- годовые потери электроэнергии в жилах кабелей и изоляции
Ответ: - для переменного напряжения
; ;
- для постоянного напряжения
; ;
Исследование влияния неоднородности электрических полей на электрический пробой диэлектриков
Две токоведущие части разделены двухслойной изоляцией. Толщина первого слоя – , второго слоя – .
Необходимо:
- Указать материал, который при повышении напряжения первым потеряет свои изоляционные свойства;
- Определить пробивное напряжение – минимальное напряжение, при котором хотя бы один из материалов потеряет свои изоляционные свойства;
- Построить график распределения напряжённости электрического поля в функции расстояния от одной из токоведущих частей.
Решить задачу для случаев:
а) токоведущие части – две обкладки плоского конденсатора площадью сечения и приложено переменное напряжение ;
б) токоведущие части – две обкладки плоского конденсатора площадью сечения и приложено постоянное напряжение;
в) токоведущие части – жила, и экран коаксиального кабеля площадью сечения жилы и приложено переменное напряжение ;
г) токоведущие части – жила, и экран коаксиального кабеля площадью сечения жилы и приложено постоянное напряжение.
Материал первого диэлектрика – поливинилхлорид, второго – гетинакс.
Дано:
Первый диэлектрик: Второй диэлектрик:
Решение:
1) Напряжение, при котором происходит пробой, определяется материалом диэлектрика и его толщиной.
Электрическая прочность диэлектрика :
где – пробивное напряжение, толщина диэлектрика.
а) Переменное напряжение частотой .
Если диэлектрик конденсатора состоит из двух материалов, то напряженности поля Е1 и Е2 в каждом из слоев диэлектрика связаны с их относительными диэлектрическими проницаемостями соотношением:
Так как <, то > , а т.к. < , то пробой конденсатора произойдет при напряженности поля , т.е. поливинилхлорид первым потеряет свои изоляционные свойства.
Напряженность поля во втором слое:
.
Пробивное напряжение:
б) При постоянном приложенном напряжении в конденсаторе для напряженностей поля в разных слоях справедливы соотношения
, где , - объемные удельные проводимости диэлектриков.
Так как < , то , а т.к. < , то пробой конденсатора произойдет при напряженности поля , т.е. поливинилхлорид первым потеряет свои изоляционные свойства.
Напряженность поля во втором слое:
Пробивное напряжение:
Напряженность поля в каждом из слоев будет, постоянна и график распределения в конденсаторе напряженности электрического поля в функции расстояния от одной из обкладок будет иметь вид:
2) Для коаксиального кабеля:
Радиус токопроводящей жилы кабеля
в) Переменное напряжение частотой 50 Гц.
Для двухслойного цилиндрического конденсатора напряженность в каждом из слоев на расстоянии x от оси:
где , соответственно внешний и внутренний радиусы 1 слоя, м;
, соответственно внешний и внутренний радиусы 2 слоя, м.
Для данного кабеля эти радиусы равны:
Максимальная напряженность поля в каждом из слоев будет иметь место в точках, расположенных в непосредственной близости от внутренней границы слоя – при для 1 слоя и при для 2-го слоя. Выражая эти напряженности через параметры кабеля, получим:
Из данных выражений следует, что максимальная напряженность в кабеле будет иметь место в точках, расположенных в непосредственной близости от внутренней границы 1-го слоя (т.к. знаменатель дроби в первом выражении меньше).
Так как < , то пробой кабеля произойдет при напряженности поля , т.е. поливинилхлорид первым потеряет свои изоляционные свойства.
Отсюда пробивное напряжение
г) Постоянное напряжение.
При постоянном приложенном напряжении в формулах для напряженности в слоях диэлектрика для переменного напряжения производим замену относительных диэлектрических проницаемостей на удельные объемные проводимости соответственно,
где
Тогда выражая максимальные напряженности слоев на их внутренних границах, получим:
Из данных выражений следует, что максимальная напряженность в кабеле будет иметь место в точках, расположенных в непосредственной близости от внутренней границы 1-го слоя (т.к. знаменатель дроби в первом выражении меньше).
Так как < , то пробой кабеля произойдет при напряженности поля , т.е. поливинилхлорид первым потеряет свои изоляционные свойства.
Отсюда пробивное напряжение
Для построения графиков зависимости напряженности в функции расстояния от осевой линии кабеля выразим зависимости напряженности в разных слоях в функции от :
- для переменного напряжения
где выражается в .
- для постоянного напряжения
Графики распределения напряженности для полученных зависимостей будут иметь вид:
Ответ: - для конденсатора - переменное пробивное напряжение .
постоянное пробивное напряжение .
- для кабеля - переменное пробивное напряжение .
постоянное пробивное напряжение .
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4