Для корректной работы шпаргалки перед просмотром следующего ответа
не забывайте закрывать предыдущий ответ!
1.
Дайте определение
понятия «электротехнический материал»
и назовите классы материалов, применяемых в электроэнергетике.
Электротехническими материалами называются материалы, применяемые для создания электротехнических и электроэнергетических изделий и конструкций, работающие в сильных электромагнитных полях и обладающие заданными электромагнитными, тепловыми и механическими свойствами.
Электротехнические материалы подразделяются на классы:
конструкционные материалы,
магнитные материалы,
проводниковые материалы,
полупроводящие (слабопроводящие) материалы,
изоляционные материалы (диэлектрики),
сверхпроводники.
2.
Назовите
три основных параметра, характеризующие электротехнические свойства материала.
Электротехнические свойства материала проявляются при воздействии на него электромагнитного поля. Для численного определения этих свойств используются следующие величины (параметры):
удельное электрическое сопротивление – r, измеряемое в Ом×м или удельная электрическая проводимость -
g, измеряемая в См/м;
диэлектрическая проницаемость – e, безразмерная величина;
магнитная проницаемость – m, безразмерная величина.
Помимо этого каждый класс материалов имеет свои специфические параметры, имеющие
значение именно для этого класса (см. ниже).
3.
Как связаны
электрические и магнитные свойства со строением вещества и структурой материала?
Строение атома и особенности взаимодействия атомов в веществе определяют магнитные свойства вещества и значение магнитной проницаемости.
Вид химической связи и особенности строения вещества определяют его диэлектрическую проницаемость.
Вид химической связи, дефекты строения и примеси определяют удельное электрическое сопротивление вещества.
Для материалов, состоящих из нескольких веществ (компонентов) значения электромагнитных параметров зависят от соотношения компонентов, степени и характера их взаимодействия между собой.
4.
Назовите
четыре основных вида химической связи
Металлическая, обусловленная большой концентрацией свободных электронов, образующих «электронный газ», в котором на определенном расстоянии друг от друга (в узлах кристаллической решетки) удерживаются положительные ионы. Примеры материалов: металлы, сплавы.
Ковалентная, обусловленная «обобществлением» электронов двумя или несколькими атомами. Примеры материалов: водород? хлор, алмаз.
Ионная, обусловленная передачей валентных электронов одного атома другому и образованием вследствие этого положительного и отрицательного ионов, взаимоудерживаемых электростатическими силами. Примеры материалов: поваренная соль, щелочи, кислоты.
Межмолекулярная (Ван-дер-Ваальса), определяемая взаимодействием поляризованных молекул или мгновенных молекулярных диполей. Примеры материалов: сжиженные газы, полимеры.
Кроме этого существует большое число разновидностей и промежуточных видов связи, обладающих признаками двух или более из указанных. Пример:
Водородная связь, объясняемая слабой связью между протоном и электроном в атоме водорода, в результате чего электрон смещается к близко расположенному электроотрицательному (с большим сродством к электрону) атому. Следствием является связь атомов и молекул между собой. Примеры материалов: вода.
5.Что такое
«энергия связи»?
Наиболее общей характеристикой взаимодействия (связи) является энергия связи, равная работе, необходимой для разрыва этой связи и разнесения взаимодействующих частиц на такое расстояние, при котором их взаимодействием можно пренебречь.
Ориентировочные значения энергии связи для:
металлической связи (1…4)105 Дж/моль
ковалентной связи 10
6 Дж/моль,
ионной связи 10
6 Дж/моль,
межмолекулярной связи 10
3 Дж/моль.
6.
Увяжите
свойства материала с видом химической связи
При металлической связи большое число и «обобществленность» свободных электронов обусловливают высокую электропроводность и теплопроводность металлов, отражение ими электромагнитного поля (блеск и непрозрачность), пластичность.
При ковалентной связи наблюдается, как правило, большая механическая прочность материалов (алмаз).
Материалы с ионной связью хорошо растворяются в воде, молекулы которой полярны, и, взаимодействуя с ионами, разделяют их (сольватация).
Межмолекулярные (Ван-дер-Ваальса) связи проявляются в слабой механической прочности, отсутствии определенной температуры плавления, сложности и многообразия строения материала.
7.
Какие виды
строения твердых тел Вы знаете?
Аморфное – характеризуется наличием ближнего и отсутствием дальнего порядков в строении, изотропией свойств и отсутствием точки плавления.
Кристаллическое – характеризуется периодической повторяемостью строения в трех измерениях (многомерный дальний порядок), наличием точки плавления и (в большинстве случаев) анизотропией свойств.
Полимерное – характеризуется большой молекулярной массой, одномерным дальним порядком (ориентированное состояние), способностью к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям, отсутствием точки плавления.
8.
Назовите
основные дефекты в строении кристаллических тел.
Дефектом называется отклонение от идеального периодического строения кристаллического тела. Дефекты подразделяются на 4 группы:
Точечные: вакансии, замещенные атомы, междоузлия, центры окраски (комбинация вакансии с электроном проводимости или дыркой).
Линейные – дислокации (линейный набор точечных дефектов), которые могут являться местом скопления примесей.
Поверхностные – границы между разориентированными участками кристаллов, доменов. Часто – это ряды и сетки дислокаций.
Объемные – скопление вакансий, образующее поры и каналы, скопление выделений из пересыщенного расплава, скопление посторонних включений.
9.
Определите
роль дефектов в формировании свойств материала
Дефекты в кристаллах вызывают упругие искажения структуры и внутренние механические напряжения, изменяют электромагнитные свойства, механические параметры, оказывают влияние на тепловые характеристики.
10.
Что такое композиционный материал,
и какие Вы можете назвать примеры композиционных материалов?
Композиционным материалом называется материал, состоящий из двух или более компонентов, химически не связанных между собой, но в итоге изменяющих параметры материала в целом по сравнению с параметрами каждого из компонентов.
Примеры: бетон, текстолит, гетинакс, эком, бетэл, вилит, резина, стеклопластик, некоторые материалы для электрических контактов, магнитодиэлектрики и др.
11.
Назовите две модели
проводимости композиционных материалов
Матричная модель, содержащая два компонента: матрицу, которая обеспечивает непрерывную проводимость по всему объему материала, и наполнитель, дискретно заполняющий объем материала, не занятый матрицей.
Статистическая смесь – модель материала, два компонента которого в отношении структуры проводимости равноправны.
Примечание: термин «проводимость» является обобщенным наименованием таких свойств материала как электропроводность, диэлектрическая проницаемость, теплопроводность и т.п
12.
Определите понятие
«температура».
Абсолютная температура – эта мера кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа
13.
Назовите
несколько характерных температурных точек материалов
Температуры: парообразования,
плавления,
текучести,
каплепадания,
вспышки паров,
Дебая (Характеристическая температура твердого тела, выше которой работают законы классической статистической механики молекул, а ниже – начинают проявляться квантовые эффекты и необходимо пользоваться квантовой статистикой. Ниже температуры Дебая прекращаются высокочастотные типы колебаний решетки, меняется теплоемкость),
Кюри-Нееля (Температура разрушения упорядоченного магнитного строения соответственно ферромагнетиков-ферримагнетиков, и превращения их в парамагнетики),
длительная рабочая (она же нагревостойкость),
теплостойкость и т.д.
14.Определите понятие
«удельная теплоемкость».
Удельная теплоемкость –
это количество энергии (теплоты), необходимое для повышения температуры единицы
массы на 1 К. Размерность удельной теплоемкости –
15.Определите понятие
«удельная теплопроводность».
Удельная теплопроводность, l – это удельный тепловой поток через материал Р/S (мощность, проходящая перпендикулярно изотермической поверхности площадью 1 м2) при градиенте температуры (Т/l) один Кельвин на метр.
Размерность удельной теплопроводности -
.
16.Определите понятие
«температурный коэффициент».
Температурный коэффициент любого параметра «а», ТКа – это относительное изменение этого параметра при увеличении температуры на 1К.
при Т2 > Т1.
Независимо от размерности параметра (удельное сопротивление, длина и т. д.) размерность температурного коэффициента всегда одинакова - [К-1].
17.Определите понятие
«электропроводность»
и назовите величины, определяющие её численно.
Электропроводность – это способность вещества проводить электрический ток, обусловленная наличием свободных зарядов в веществе. Для численного определения этой способности вводятся величины «удельное электрическое сопротивление»,
r и «удельная электрическая проводимость», g.
18.
Назовите два основных параметра,
определяющих электропроводность вещества.
Значение удельной электрической проводимости вещества – g [См/м] определяется как произведение суммарного заряда свободных носителей в единице объема
nq [Кл/м3] и подвижности этих зарядов – u [м2/с
×B] :
; n – концентрация свободных зарядов, [1/м3],
q – заряд носителя, [Кл].
19.Что такое
«подвижность носителей заряда»?
Подвижностью носителей заряда, u называется величина, численно равная средней скорости движения зарядов в веществе
v, [м/с], при напряженности поля E = 1 В/м.
, [м2/Вс].
20.Какие Вам известны
типы электропроводности?
Названия типов электропроводности определяются названиями свободных носителей зарядов:
электронная (дырочная),
ионная, молионная.
Молионная электропроводность иногда называется катафоретической или электроосмотической – по названию явлений (электрофорез, электроосмос), связанных с движением молионов в электрическом поле.
21.Что такое
«молион»?
Молион – это заряженная микроскопическая частица твердого вещества в жидкой среде. Заряд молиона обусловлен избирательной адсорбцией поверхностью частицы из раствора ионов одного знака. В водной среде частицы обычно заряжаются отрицательно
22.
Сравните
размеры носителей заряда при разных типах электропроводности.
По мере возрастания размера, заряженные частицы располагаются следующим образом:
Электрон <ион<молион.
Соответственно снижается их подвижность.
23.Что такое
«удельное электрическое сопротивление»?
Удельное электрическое сопротивление, r – это параметр вещества, численно равный измеренному в плоско-параллельном поле сопротивлению образца длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 м2.
24.
В каких единицах
измеряются удельное электрическое сопротивление и удельная электрическая проводимость?
Удельное электрическое сопротивление измеряется в [
] или в [Ом
×м].
Удельная электрическая проводимость измеряется в [См/м].
25.
На какие классы
подразделяются вещества по значению удельного электрического сопротивления?
Проводники
r = 10-8…10-6 Ом
×м;
Слабопроводящие материалы (полупроводники)
r = 10-6…10+7 Ом
× м;
Диэлектрики (изоляционные материалы)
r = 10+6…1020 Ом
× м.
26. Дайте
определение
явлению поляризации.
Поляризацией называется смещение под действием электрического поля связанных в атомы, молекулы, кристаллы зарядов вещества в соответствии со знаками этих зарядов и направлением поля.
27. Какие Вы знаете
виды поляризации?
Поляризацию можно разделить на следующие виды и подвиды:
Атомная (электронная). Поляризации подвергаются заряды атома, в первую очередь деформируются электронные орбиты. Атомная поляризация может быть
упругой, при которой энергия электрического поля практически не переходит в тепло. Если при атомной поляризации за счет взаимодействия атомов часть энергии электрического поля переходит в тепловую, поляризация называется
релаксационной или тепловой.
Ионная. При поляризации изменяется относительное расположение ионов в молекуле и (или) кристалле. Ионная поляризация может быть также упругой или релаксационной.
Ориентационная (дипольная). При поляризации дипольные молекулы вещества стремятся ориентироваться по полю. Ориентируются также и диполи, образовавшиеся в результате ионной поляризации. При ориентационной поляризации часть энергии электрического поля переходит в тепло.
Миграционная – под действием поля по веществу перемещаются отдельные заряды, возвращающиеся на прежнее место при исчезновении (снятии) поля. Длина пути этих зарядов может достигать 10-3
м.
У некоторых веществ (сегнетоэлектриков) при образовании кристалла может возникнуть
спонтанная (самопроизвольная, без воздействия поля) поляризация, носящая ионный или дипольный характер. Микроскопические области со спонтанной поляризацией называются
доменами.
28.Что такое
«время релаксации»?
Временем релаксации называется промежуток времени t, в течение которого отклонение какого либо параметра системы от его равновесного состояния уменьшается в
e (2,7183) раз. Есть два времени релаксации: время установления поляризации и максвелловское время диэлектрической релаксации. При включении поля поляризация не устанавливается мгновенно: электроны должны сместиться в атоме в сторону положительного электрода, диполи должны повернуться в направлении поля, заряды должны мигрировать в направлении поля до равновесного положения, домены перестроиться, ориентируясь в направлении поля. понятие «релаксация» можно трактовать как возврат в состояние равновесия после исчезновения поля. Максвелловское время релаксации для каждого материала можно вычислить как произведение удельного сопротивления,
r на диэлектрическую проницаемость,
e (с учетом электрической постоянной):
t = e0
×e × r.
Физически оно означает время разряда собственной емкости через собственное сопротивление.
29.
Сравните
виды поляризации по времени установления поляризации.
tупругой поляризации ≈ 10-16…10-12
с
tрелаксационной поляризации ≈ 10-10…10-6
с
tориентационной поляризации ≈ 10-11…10-6
с
tспонтанной поляризации
≈ 10-9…10-4 с
tмиграционной поляризации
≈ 10-4…..10+4 с
Максвелловское время релаксации самое большое при атомной поляризации (секунды и минуты), затем при ориентационной поляризации – микросекунды и миллисекунды. Примерно такое же время при спонтанной поляризации.
31.Определите понятие «диэлектрическая проницаемость»
как меру изменения поля в веществе.
Диэлектрическая проницаемость, e - это мера ослабления поля в веществе по сравнению с внешним полем; её значение показывает во сколько раз поле в веществе слабее поля от того же источника (заряда) в вакууме.
32.Определите понятие «диэлектрическая проницаемость»
как меру емкости устройства с веществом.
Значение диэлектрической проницаемости вещества, e можно определить как отношение емкости конденсатора с данным веществом (диэлектриком) к емкости конденсатора тех же размеров, диэлектриком которого является вакуум.
33.
Сопоставьте
значение диэлектрической проницаемости с видом поляризации.
По мере возрастания значения диэлектрической проницаемости виды поляризации можно расположить в следующем порядке:
eпри атомной поляризации
< eпри ионной поляризации
< eпри ориентационной поляризации
< eпри доменной поляризации
Примеры:
eполиэтилена = 2, 2
eкаменной соли = 6,0
eводы = 81
eтитаната бария = 1500-2000
34.Что такое
«сегнетоэлектрики»?
Сегнетоэлектрики – это твердые вещества со спонтанной (самопроизвольной) поляризацией.
Сегнетоэлектрики обладают наибольшими значениями диэлектрической проницаемости – до 1000 и более.
Примеры:
Сегнетова соль – NaKC4H4´4H2O,
eсегн.соли = 500…600.
Титанат бария – BaTiO3, eтитаната бария = 1500…2000.
35.
Во сколько раз увеличивается емкость конденсатора
при замене воздуха между пластинами на известный Вам твердый диэлектрик?
Диэлектрическую проницаемость воздуха можно принять равной 1. Поэтому относительное увеличение емкости соответствует значению диэлектрической проницаемости диэлектрика. Например, диэлектрическая проницаемость трансформаторного масла лежит в пределах 2,2…2,5. Следовательно, при замене в конденсаторе воздуха на трансформаторное масло емкость конденсатора можно увеличить в 2,2…2,5 раза.
36.
Как распределяются
напряженности поля в двухслойном диэлектрике?
Напряженности поля в диэлектрике, состоящем из двух слоев различных материалов, и помещенном в равномерное электрическое поле, распределяются обратно пропорционально диэлектрическим проницаемостям материалов:
37.Определите понятие
«магнитный момент».
Магнитный момент- это основная векторная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Поскольку источником магнетизма является замкнутый ток, то значение магнитного момента
М определяется как произведение силы тока I на площадь, охватываемую контуром тока
S:
М = I´S А×м2.
Магнитными моментами обладают электронные оболочки атомов и молекул. Электроны и другие элементарные частицы имеют спиновый магнитный момент, определяемый существованием собственного механического момента – спина. Спиновый магнитный момент электрона может ориентироваться во внешнем магнитном поле так, что возможны только две равные и противоположно направленные проекции момента на направление вектора напряженности магнитного поля, равные
магнетону Бора – 9,274´10-24 А×м2.
39.Определите понятие
«магнитная восприимчивость».
Магнитная
восприимчивость вещества, κv – отношение намагниченности вещества к напряженности
магнитного поля, относящаяся к единице объема:
κv
= J/H, безразмерная величина.
Удельная магнитная восприимчивость,
κ – отношение магнитной восприимчивости к плотности вещества, т.е. магнитная восприимчивость единицы массы, измеряемая в м3/кг.
40.Определите понятие
«магнитная проницаемость».
Магнитная проницаемость, m – это физическая величина, характеризующая изменение магнитной индукции при воздействии магнитного поля. Для изотропных сред магнитная проницаемость равна отношению индукции в среде
В к напряженности внешнего магнитного поля Н и к магнитной постоянной
m0 :
.
Магнитная проницаемость – величина безразмерная.
Её значение для конкретной среды на 1 больше магнитной восприимчивости той же среды:
m = κv + 1, так как В =
m0(Н+J).
41.Дайте
классификацию
материалов по магнитным свойствам
По магнитному строению и значению магнитной проницаемости (восприимчивости) материалы подразделяются на:
диамагнетики m< 1 (материал «сопротивляется» магнитному полю);
парамагнетики m> 1 (материал слабо воспринимает магнитное поле);
ферромагнетики m>> 1 (магнитное поле в материале усиливается);
ферримагнетики m>>1 (магнитное поле в материале усиливается, но магнитная структура материала отличается от структуры ферромагнетиков);
антиферромагнетики m> 1 (материал слабо реагирует на магнитное поле, хотя по магнитной структуре схож с ферримагнетиками).
42.Опишите
природу диамагнетизма.
Диамагнетизм – это свойство вещества намагничиваться навстречу направлению действующего на него внешнего магнитного поля (в соответствии с законом электромагнитной индукции и правилом Ленца). Диамагнетизм свойственен всем веществам, но в «чистом виде» он проявляется у диамагнетиков. Диамагнетики – вещества, молекулы которых не имеют собственных магнитных моментов (их суммарный магнитный момент равен нулю), поэтому других свойств, кроме диамагнетизма у них нет. Примеры диамагнетиков:
Водород, κ = - 2 ×10-9 м3/кг.
Вода, κ = - 0,7 ×10-9 м3/кг.
Алмаз, κ = - 0,5 ×10-9 м3/кг.
Графит, κ = - 3×10-9 м3/кг.
Медь, κ = - 0,09×10-9 м3/кг.
Цинк, κ = - 0,17×10-9 м3/кг.
Серебро, κ = - 0,18×10-9 м3/кг.
Золото, κ = - 0,14×10-9 м3/кг.
43.Опишите
природу парамагнетизма.
Парамагнетизм – это свойство веществ, называемых парамагнетиками, которые, будучи помещены во внешнее магнитное поле, приобретают магнитный момент, совпадающий с направлением этого поля. Атомы и молекулы парамагнетиков в отличие от диамагнетиков имеют собственные магнитные моменты. При отсутствии поля ориентация этих моментов хаотична (из-за теплового движения) и суммарный магнитный момент вещества равен нулю. При наложении внешнего поля происходит частичная ориентация магнитных моментов частиц в направлении поля, и к напряженности внешнего поля
Н добавляется намагниченность J: В = m0(Н+J). Индукция в веществе усиливается. Примеры парамагнетиков:
Кислород, κ
= 108 × 10-9 м3/кг.
Титан,
κ = 3 × 10-9 м3/кг.
Алюминий, κ
= 0,6 × 10-9 м3/кг.
Платина, κ
= 0,97 × 10-9 м3/кг.
44.Опишите природу
ферромагнетизма.
Ферромагнетизм – это магнитоупорядоченное состояние вещества, при котором все магнитные моменты атомов в определенном объеме
вещества (домене) параллельны, что обусловливает самопроизвольную намагниченность домена. Появление магнитного порядка
связано с обменным взаимодействием электронов, имеющим электростатическую природу (закон Кулона).
В отсутствии внешнего магнитного поля ориентация магнитных моментов различных доменов может быть произвольной, и
рассматриваемый объем вещества может иметь в целом слабую или нулевую намагниченность.
При приложении магнитного поля магнитные моменты доменов ориентируются по полю тем больше, чем выше напряженность поля.
При этом изменяется значение магнитной проницаемости ферромагнетика и усиливается индукция в веществе.
Примеры ферромагнетиков:
Железо, никель, кобальт, гадолиний
и сплавы этих металлов между собой и другими металлами (Al, Au, Cr, Si и др.).
m ≈ 100…100000.
45.Опишите природу
ферримагнетизма.
Ферримагнетизм – это магнитоупорядоченное состояние вещества, в котором магнитные моменты атомов образуют в определенном объеме вещества (домене) магнитные подрешетки атомов или ионов с суммарными магнитными моментами не равными друг другу и направленными антипараллельно. Ферримагнетизм можно рассматривать как наиболее общий случай магнитоупорядоченного состояния, а ферромагнетизм как случай с одной подрешеткой. В состав ферримагнетиков обязательно входят атомы ферромагнетиков. Примеры ферримагнетиков:
Fe3O4; MgFe2O4; CuFe2O4; MnFe2O4; NiFe2O4; CoFe2O4…
Магнитная проницаемость ферримагнетиков имеет тот же порядок, что и у ферромагнетиков:
m ≈ 100…100000.
46.Опишите природу
антиферромагнетизма.
Антиферромагнетизм – это магнитоупорядоченное состояние вещества, характеризующееся тем, что магнитные моменты соседних частиц вещества ориентированы антипараллельно, и в отсутствии внешнего магнитного поля суммарная намагниченность вещества равна нулю. Антиферромагнетик в отношении магнитного строения можно рассматривать как частный случай ферримагнетика, в котором магнитные моменты подрешеток равны по модулю и антипараллельны. Магнитная проницаемость антиферромагнетиков близка к 1. Примеры антиферромагнетиков:
Cr2O3; марганец; FeSi; Fe2O3; NiO
m ≈ 1.
47. Какое
значение магнитной проницаемости
у материалов в сверхпроводящем состоянии?
Сверхпроводники ниже температуры сверхперехода являются идеальными диамагнетиками:
κ = - 1; m = 1.
48.Назовите несколько основных
механических характеристик материалов.
Модуль продольной упругости (модуль Юнга в законе Гука);
коэффициент Пуассона (отношение относительного уменьшения поперечных размеров образца к относительному удлинению, в упругой области);
предел пропорциональности (верхний предел нормального напряжения, при котором действителен закон Гука);
условный предел текучести (нормальное напряжение, при разгрузке от которого в образце впервые обнаруживается остаточная пластическая деформация, составляющая 0,2%);
предел прочности при растяжении (предельное нормальное напряжение, после которого относительное удлинение образца проходит при снижении нормального напряжения; предельное напряжение, выдерживаемое образцом);
предел прочности при сжатии (предельное нормальное напряжение, после которого относительное сжатие образца проходит при снижении нормального напряжения; предельное напряжение, выдерживаемое образцом);
твердость вдавливанием (по Бринеллю, по Роквеллу);
твердость царапаньем (шкала Мооса: тальк [1], гипс [2], кальций [3], флюорит [4], апатит [5], ортоглаз [6], кварц [7], топаз [8], корунд [9], алмаз [10]) ;
многоцикловая усталость (предельное напряжение, при котором происходит разрушение после 107 циклов знакопеременной нагрузки);
предел длительной прочности (предельное напряжение, выдерживаемое образцом в течение 100 или 1000 часов);
скорость роста трещины усталости и т.д.
49. Что такое
«модуль нормальной упругости?
Модуль нормальной упругости (модуль Юнга, Е) – коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением,
s и относительным удлинением –
d%:
s =Е´d
(закон Гука).
Размерность модуля нормальной упругости – [Па]. Закон Гука отражает поведение материала в упругой области. Значение модуля Юнга пропорционально энергии химических связей.
50. Что такое
«коэффициент Пуассона»?
Коэффициентом Пуассона, m называется
абсолютное значение отношения поперечной деформации, dy
к продольной, dx в упругой области:
.
52.Что такое
«сталь» и «чугун»?
Сталь и чугун – это сплавы железа с углеродом.
Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода меньше 2,14% (предел растворимости углерода в железе) называются сталями. В наиболее распространенных марках сталей обычно содержится до 1% углерода (по массе). Это придает сталям ковкость и пластичность.
Сплавы с содержанием углерода более 2,14% по массе отличаются хрупкостью, но обладают хорошими литейными свойствами. Они называются чугунами.
53. Назовите примерное
значение предела прочности
при растяжении конструкционной стали.
Предел прочности при растяжении для конструкционных сталей составляет 300 МПа и выше. Прочность повышается при увеличении содержания углерода до 1% и достигает значений порядка 1100 МПа.
54.Назовите примеры
примеры применения стали
в энергетике.
Сталь как конструкционный и электропроводящий материал применяется:
в опорах линий электропередачи;
в качестве механической основы (сердечника) сталеалюминиевых проводов;
для изготовления ячеек, в которых размещается оборудование, и закрытых распределительных устройств (ЗРУ);
для облицовки водоводов и изготовления затворов в плотинах гидроэлектростанций;
для заземлителей и заземляющих проводников;
для корпусов и баков трансформаторов и электрических аппаратов;
как арматура железобетонных конструкций и т.д.
55.Дайте пример
маркировки
конструкционной стали
Стали обыкновенного качества: Ст1, Ст2,…,Ст6.
Качественные конструкционные стали маркируются двузначными цифрами, обозначающими примерное содержание углерода в сотых долях процента: 10 (?0,1%), 20 (?0,2%),…,70 (?0,7%).
Легированные стали (содержащие добавки легирующих металлов) в марке содержат обозначения и содержание легирующих элементов. Например: коррозионностойкая и жаростойкая сталь марки 12Х18Н10Т содержит 0,12% углерода (цифра всегда на первом месте без буквенного обозначения), 18% хрома (Х), 10% никеля(Н), менее 1,5% титана(Т) (при содержании элемента менее 1,5% цифра после обозначения не ставится.
56.Что такое
«бетон»?
Бетон – это композиционный материал, состоящий из цементного камня (продукт взаимодействия цемента с водой) и инертных заполнителей – песка и щебня. Применяется в основном как конструкционный материал в железобетонных конструкциях линий электропередачи и подстанций (фундаменты, опоры, здания). Железобетонные конструкции, находящиеся в земле, могут использоваться как заземлители за счет электропроводности влажного бетона. При определенном минералогическом составе цемента, технологии изготовления и гидрофобизации специальными веществами бетон обладает хорошими изоляционными свойствами.
57.Каков
диапазон прочности бетона
при сжатии?
Прочность бетона при сжатии лежит в пределах 10…60 МПа. Она зависит от марки цемента, пористости (связанной с соотношением компонентов), вида и сроков твердения. Значение прочности, умноженное на 10, дает марку бетона.
58.От чего зависит
удельное электрическое сопротивление
бетона?
Удельное электрическое сопротивление бетона зависит от его структуры и влажности. Эта зависимость описывается эмпирическим выражением:
,
где W – влажность в весовых процентах, А коэффициент структуры для бетона М200.
59.Титан и его
основные достоинства.
Титан – это конструкционный материал, к основным достоинствам которого относятся:
- прочностные свойства, близкие к свойствам стали (предел прочности при растяжении 270…350 МПа, при добавках алюминия 3…7% повышается до 1000 МПа);
- меньшая, чем у стали плотность (4,5 Мг/м3), что позволяет создавать более легкие конструкции;
- большая коррозионная стойкость в различных средах, определяемая наличием на поверхности металла прочной пленки окисла TiO2.
Удельное электрическое сопротивление титана велико (0,47 мкОм?м). В электротехнике и энергетики титан пока не нашел широкого применения из-за высокой стоимости титана, обусловленной энергоёмкой технологией его получения.
60.Назовите
основные параметры,
характеризующие диэлектрик.
Удельное объемное сопротивление, ?v.
Удельное поверхностное сопротивление, ?s.
Диэлектрическая проницаемость, ?.
Тангенс угла диэлектрических потерь, tg?.
Электрическая прочность Eпр.
61.Что такое
«удельное поверхностное сопротивление»?
Удельным поверхностным сопротивлением, rs называется электрическое сопротивление квадратной поверхности диэлектрика в равномерном электрическом поле, направленном параллельно поверхности, перпендикулярно какой либо стороне квадрата.
Значение удельного поверхностного сопротивления зависит от свойств поверхности (гидрофобная, гидрофильная и т.д.) и от характера и степени её увлажнения и загрязнения.
Размерность удельного поверхностного сопротивления
-
.
62.Что такое
«диэлектрические потери»?
Диэлектрические потери –
это потери энергии в диэлектрике, находящемся в электрическом поле. Энергия
электрического поля расходуется на нагрев диэлектрика. Наибольшие потери бывают
при переменном электрическом поле. Энергия переменного электрического поля
расходуется на: - поляризацию диэлектрика, - электропроводность диэлектрика,
и
за счет указанных явлений нагревает диэлектрик.
63.Какие Вы знаете
схемы замещения диэлектрика?
Для расчета диэлектрических
потерь и других процессов в устройствах с диэлектриками последние замещаются
схемами, наиболее известными из которых являются: последовательная схема
замещения диэлектрика:параллельная схема замещения диэлектрика:
Схемы
замещения диэлектрика обязательно содержат емкость и активное сопротивление.
Емкость отражает способность диэлектрика накапливать заряды в постоянном поле, а
в переменном поле создает путь для тока смещения в диэлектрике. Активное
сопротивление - это элемент схемы, выделение энергии в котором отражает
диэлектрические потери.
64.Что такое
«угол диэлектрических потерь»?
Углом диэлектрических потерь, d (дельта) называют угол, дополняющий до 90 градусов угол
сдвига между током и напряжением в диэлектрике. Зная значение активного сопротивления R и
ёмкости С в схеме замещения, можно построить векторные диаграммы токов и напряжений для
диэлектрика, из которых определится угол диэлектрических потерь:
66.Назовите примерное
значение тангенса угла
диэлектрических потерь у диэлектриков.
электротехническое стекло tgd = 0,0005…0,025;
трансформаторное масло tgd = 0,01…0,25;
полиэтилен tgd = 0,00007…0,0002.
67.Что такое
«электрический пробой диэлектрика»?
Электрическим пробоем диэлектрика называют скачкообразное увеличение электропроводности
материала при воздействии определенного напряжения, вплоть до образования электропроводящего
плазменного канала. Явление электрического пробоя в газах или жидкостях часто называют
«электрическим разрядом», что говорит о разряде емкости через этот канал.
68.Что такое
«электрическая прочность»?
Электрической прочностью, Eпр называется средняя напряженность электрического поля, при
которой происходит электрический пробой. Напряжение, при котором происходит электрический
пробой, называют «пробивным напряжением»,Uпр.
где h- толщина диэлектрика (промежуток между электродами, разрядный промежуток).
Пробивное напряжение зависит от размера разрядного промежутка. При увеличении промежутка
пробивное напряжение возрастает, а электрическая прочность снижается.
69.Назовите явления
при электрическом пробое газов.
При электрическом пробое большого газового промежутка последовательно развиваются следующие явления:
I. Появление свободного электрона в газовом промежутке (случайного, из металлического электрода, в результате фотоионизации молекулы газа и т.п.)
II. Разгон свободного электрона электрическим полем до энергии, достаточной для того, чтобы при соударении с нейтральным атомом ионизировать последний (ударная ионизация).
III. Развитие электронной лавины как следствие множественных актов ударной ионизации.
IV. Рост стримера – проводящего плазменного канала, формирующегося из положительных ионов, оставшихся после прохождения лавины, и отрицательных зарядов, втягиваемых в положительную плазму.
V. Преобразование стримера в лидер за счет термоионизации, вызываемой прохождением емкостного тока по стримеру.
VI. Главный разряд происходит при замыкании каналом разряда разрядного промежутка.
При малых промежутках процесс пробоя может завершиться на стадиях III (лавинный пробой) и IV (стримерный пробой, искра).
style="DISPLAY: none; COLOR=#1142b7">
70.От чего зависит
электрическая прочность газов?
Электрическая прочность газов зависит в первую очередь от:
- давления (При увеличении давления уменьшаются расстояния между молекулами. Разгоняющемуся электрону необходимо получить больше энергии на пути разгона до столкновения, называемого длиной свободного пробега. Большего ускорения электрон может достичь за счет увеличения действующей на него силы – напряженности электрического поля. Экспериментальная зависимость пробивного напряжения газового промежутка от произведения давления «р» на величину промежутка «h» называется кривой Пашeна. Минимальное значение пробивного напряжения для воздуха при ph = 0,7Па
×м составляет примерно 330 В. Левее указанного значения ph электрическая прочность возрастает из-за малой вероятности столкновения электронов с молекулами газа.);
- сродства молекулы газа к электрону, электроотрицательности газа (Сродство к электрону – это способность некоторых нейтральных атомов и молекул присоединять добавочные электроны, превращаясь в отрицательные ионы. В электроотрицательных газах, состоящих из атомов с высоким сродством к электрону, требуется бoльшая энергия разгона электронов полем для образования электронной лавины).
71.Назовите некоторые
значения электрической прочности газов.
Электрическая прочность воздуха в промежутке 1 см при нормальных температуре и давлении составляет 3 кВ/мм. При давлении 0,3 МПа электрическая прочность воздуха может достигать 10 кВ/мм
Электрическая прочность элегаза (SF6, электроотрицательный газ) при нормальных температуре и давлении составляет 8,7 кВ/мм. При давлении 0,3 МПа электрическая прочность элегаза может достигать 20 кВ/мм.
72.С чего начинается
пробой в жидкости?
Электрическая прочность жидкого диэлектрика не связана непосредственно с химическим строением
жидкостей. Из-за близкого расположения молекул в жидком диэлектрике не реализуется механизм
ударной ионизации.
На значение электрической прочности влияет в первую очередь количество газа в жидкости и
состояние поверхности электродов.
Электрический пробой жидкого диэлектрика начинается, как правило, с пробоя микроскопических
газовых пузырьков. Из-за низкой диэлектрической проницаемости газа напряженность в пузырьке
выше, чем в жидкости. А электрическая прочность газа – ниже.
Частичные разряды в пузырьках приводят к росту последних, что в итоге завершается пробоем
жидкого диэлектрика.
73.Назовите
значение пробивного напряжения
качественного трансформаторного масла в стандартном разряднике.
Стандартный разрядник для испытаний жидких диэлектриков содержит электроды со сферической поверхностью, расстояние между которыми – 2,5 мм.
Пробивное напряжение качественного трансформаторного масла должно превышать 50 кВ и может достигать 70 кВ. (По теории ударной ионизации пробивное напряжение должно было составлять 2…3 МВ).
74.Как можно
повысить электрическую прочность
жидкого диэлектрика?
Электрическая прочность жидкого диэлектрика повышается при:
очистке от твердых проводящих микрочастиц (сажа, уголь и т.п.);
сушке жидкости (удалении воды);
дегазации жидкости (вакууммировании);
повышении давления.
75.Назовите
виды пробоя
твердых диэлектриков.
По времени воздействия напряжения (с момента подачи до пробоя) и физическим процессам,
происходящим при этом воздействии, различают:
электрический пробой (время воздействия – доли секунды);
тепловой пробой (время воздействия от секунд до часов);
пробой под действием частичных разрядов (время воздействия от нескольких часов до года
и более).
76.Опишите
явление электрического пробоя
твердого диэлектрика.
При электрическом пробое под действием приложенного напряжения разрываются химические связи,
и вещество перерабатывается в плазму. Электрическая прочность твердого диэлектрика
пропорциональна энергии химических связей.
77.
В чем причина
теплового пробоя диэлектрика?
Причиной теплового пробоя является разогрев диэлектрика, чаще всего за счет диэлектрических
потерь, когда мощность потерь превышает мощность, отводимую от диэлектрика.
При повышении температуры увеличиваются электропроводность (за счет увеличения числа носителей) и угол диэлектрических потерь, что приводит к дополнительному росту энерговыделения, что, в свою очередь, приводит к повышению температуры и т.д.
78.Что такое
«частичный разряд»?
Частичным разрядом, ЧР называют разряд, проходящий в какой-либо ограниченной области
изоляционного промежутка, и не замыкающий весь промежуток. Одним из примеров частичного
разряда является коронный разряд в газах в неравномерном электрическом поле, когда стримером
пробивается лишь область вблизи электрода с напряженностью поля выше электрической прочности
газа (например, у провода высоковольтной линии электропередачи). В твердых телах ЧР – это
локальный многолавинный разряд в газовой поре диэлектрика.
79.
При каких условиях
возникают частичные разряды в твердом диэлектрике?
Для возникновения частичного разряда в твердом диэлектрике необходимы два условия:
наличие воздушного включения, напряженность поля в котором всегда выше, чем в самом диэлектрике;
напряжение, приложенное к диэлектрику должно быть достаточным для того, чтобы напряженность поля в воздушном включении превысила пробивную воздуха.
При переменном поле, приложенном к диэлектрику, частичные разряды возникают на каждом полупериоде при достижении напряжением пробивного значения. Длительные периодические ЧР химически разрушают диэлектрик, увеличивают диэлектрические потери, что в конечном итоге приводит к пробою диэлектрика.
80.
Каков порядок электрической прочности
у твердых диэлектриков?
Твердые диэлектрики, как правило, имеют более высокую электрическую прочность, нежели жидкие и газообразные. Например:
Полиэтилен ≈ 30 кВ/мм.
Поливинилхлорид ≈ 40 кВ/мм.
Изоляционное стекло ≈ 70 кВ/мм.
81. Материалы с какими характеристиками относятся к
слабопроводящим (полупроводящим)?
К слабопроводящим (полупроводящим) материалам относят материалы с удельным электрическим
сопротивлением, лежащем в диапазоне от 10-6 до 10+7 Ом × м. Другой особенностью большинства простых и сложных полупроводников является наличие запрещенной зоны энергий (область энергий между верхним уровнем валентной зоны и нижним уровнем зоны проводимости), «ширина» которой составляет от 0,3 до 3 эВ. Кроме того, у многих полупроводящих материалов вольтамперная характеристика нелинейна. К слабопроводящим материалам, нашедшим применение в электроэнергетике и силовой электротехнике, относятся:
кремний (силовые выпрямители на кремниевых диодах);
оксидно-цинковая керамика (нелинейные ограничители перенапряжений);
вилит (вентильные разрядники);
бетэл (шунтирующие резисторы высоковольтных выключателей);
эком (резисторы, низкотемпературные нагреватели).
82.Что такое
«варистор»?
Варистором называют резистор с резко нелинейной вольтамперной характеристикой:
85.Что такое
«коэффициент нелинейности»?
Коэффициентом нелинейности, ? называют отношение статического сопротивления к динамическому:
Вольтамперная характеристика нелинейного резистора описывается выражением:
I = BUb.
86.Назовите состав и нарисуйте
вольтамперную характеристику вилита.
Вилит – это композиционный слабопроводящий материал, проводящим наполнителем которого служит карбид кремния (SiC, черный карборунд) – мелкодисперсный (10-2…10-1
мм) порошок с удельным сопротивлением меньше 0,01 Ом ×м. Зерна карборунда покрыты снаружи тонкой пленкой окиси кремния, удельное сопротивление которой 104…106 Ом
×м. Связкой вилита служит жидкое стекло (75%SiO2+24%Na2O+вода) с эмульгированным в нем мелом (CaCO3). Соотношение компонентов: 84%- карборунд, 16% - связка. Из указанной массы прессуются цилиндрические изделия и обжигаются при температуре 380
0С. Вилитовые диски использутся в вентильных разрядниках – аппаратах для защиты от перенапряжений. Коэффициент нелинейности варистора из вилита лежит в пределах 4,5…5,6, и вольтамперная характеристика качественно выглядит следующим образом:
Благодаря такой вольтамперной характеристике ток в искровых промежутках разрядника резко снижается при восстановлении в сети нормального напряжения и гаснет при прохождении через нуль. Разрядник снижает кратность перенапряжений до 3,5.
87.Нарисуйте вольтамперную характеристику и расскажите
о применении оксидно-цинковой керамики в энергетике.
Вольтамперная характеристика оксидно-цинковой керамики (в составе более 96% ZnO) имеет коэффициент нелинейности
b = 15…50, значение которого уменьшается с ростом тока. Качественно вольтамперная характеристика ZnO выглядит следующим образом:
На основе оксидно-цинковой керамики создан принципиально новый аппарат – ОПН – нелинейный ограничитель перенапряжений без искровых промежутков. ОПН позволяет снизить кратность перенапряжений до 2…2,5.
88.Назовите состав и диапазон значений
удельного электрического сопротивления бетэла.
Бетэл (бетон электропроводный) – композиционный слабопроводящий линейный материал. Проводящим наполнителем бетэла является мелкодисперсный поликристаллический графит с добавкой нескольких процентов сажи. Связкой бетэла служит цементный камень. Бетэл, как правило, содержит инертный наполнитель – песок. Диапазон значений удельного сопротивления бетэла: 0,01…10 Ом
×м. Бетэл нашел применение для изготовления мощных резисторов с кратковременным режимом работы, например, для шунтирования контактов высоковольтного выключателя. Недостатком бетэла является быстрое старение, в результате которого растет сопротивление материала.
89.Назовите состав и диапазон значений
удельного электрического сопротивления экома.
Эком (электропроводящая композиция) – композиционный слабопроводящий линейный материал. Проводящим наполнителем экома является мелкодисперсный силицированный графит (графит с небольшим содержанием карборунда). Связкой экома является фосфат железа, получаемый при изготовлении материала в результате реакции окиси железа с ортофосфорной кислотой. В состав экома также входит порошок корунда (Al2O3), который служит дополнительным поглотителем и распределителем тепла, выделяющегося в экоме при протекании тока. Эком можно получить с удельным сопротивлением от 10-3 до 106 Ом
×м. В электроэнергетике эком используется в низкотемпературных нагревателях и мощных резисторах, предназначенных для длительного протекания тока.
90.Какими параметрами характеризуются
магнитные материалы?
К магнитным материалам относятся материалы с упорядоченной магнитной структурой и большой магнитной восприимчивостью: ферромагнетики и ферримагнетики. Комплекс магнитных свойств магнитного материала описывается кривыми намагничивания-размагничивания (зависимостью индукции в материале от напряженности переменного магнитного поля) – петлями гистерезиса (hysteresis – отставание, запаздывание). Наиболее информативной является предельная петля гистерезиса, когда индукция в материале достигает максимально возможного значения для взятого образца (материал полностью намагничен). Предельная петля гистерезиса определяет следующие параметры магнитного материала:
начальная магнитная проницаемость, mнач (при напряженности магнитного поля на начальной кривой намагничивания близкой к нулю);
максимальная магнитная проницаемость,mмакс (в точке кривой намагничивания с максимальным значением производной);
индукция насыщения , Внас (индукция полного намагничивания образца);
остаточная индукция , Вост 9индукция на кривой размагничивания при напряженности магнитного поля, равной нулю);
коэрцитивная сила , Нс (напряженность магнитного поля на кривой размагничивания при индукции в образце равной нулю);
магнитные потери на гистерезис – потери энергии на перемагничивание, пропорциональные площади, охватываемой петлей гистерезиса.
Петля гистерезиса представлена на рисунке:
Предельная петля гистерезиса
91.От чего зависит значение
магнитной проницаемости
магнитных материалов?
Магнитная проницаемость – это производная индукции в материале по напряженности внешнего магнитного поля, и её значение зависит от этих параметров. При напряженности внешнего магнитного поля близкой к нулю магнитные моменты доменов материала образуют замкнутые магнитные цепи, что является причиной малых значений магнитной проницаемости (порядка 102),
называемой начальной – mнач . При росте напряженности внешнего магнитного поля домены материала перестраиваются, направление суммарного магнитного момента все больше соответствует направлению внешнего поля. Магнитная проницаемость достигает максимального значения -
mмакс. При дальнейшем увеличении внешнего магнитного поля перестройка доменов постепенно заканчивается и магнитная проницаемость снижается до 1.
92.Что такое
«индукция насыщения»?
Индукция насыщения, Внас – значение индукции магнитного материала, определяемое экстраполяцией из области напряженности магнитных полей, соответствующих намагниченности технического насыщения , к нулевому значению напряженности магнитного поля.
При намагниченности технического насыщения магнитная перестройка материала завершилась, и его магнитная проницаемость приблизилась к 1.
93. Что такое
«остаточная индукция»?
Остаточная индукция – индукция, сохраняющаяся в магнитном материале после намагничивания его до намагниченности технического насыщения и уменьшения напряженности поля в нем до нуля.
94.Что такое
«коэрцитивная сила»?
Коэрцитивная сила по индукции – величина, равная напряженности магнитного поля, необходимого для изменения магнитной индукции от остаточной до нуля.
Коэрцитивная сила по намагниченности – величина, равная напряженности магнитного поля, необходимого для изменения намагниченности от остаточной до нуля.
95.
ПО какому параметру
различают магнитомягкие и магнитотвердые материалы?
Магнитомягкие и магнитотвердые материалы различают по значению коэрцитивной силы. Условная граница – 4000 А/м.
У магнитомягких материалов коэрцитивная сила, как правило, ниже 40 А/м. Эти материалы используются, например, для магнитопроводов электрических машин переменного тока, и малая коэрцитивная сила обусловливает малые потери на перемагничивание.
Магнитотвердые материалы имеют коэрцитивную силу более 4000 А/м. Они имеют также большую остаточную индукцию и используются как материалы для постоянных магнитов.
Магнитомягкие материалы имеют малую площадь петли гистерезиса, а магнитотвердые – большую.
96.Назовите
виды магнитных потерь.
Потери на перемагничивание (на гистерезис) – потери энергии, нагревающие магнитный материал и связанные с перестройкой доменов в переменном магнитном поле. Удельная мощность потерь, расходуемых на гистерезис, пропорциональна максимальному значению индукции Вмакс (возникающей в материале при перемагничивании) в степени 1,6…2,0 и частоте, f:
Pгист ~ B(1,6…2)f.
Потери на вихревые токи – потери энергии, нагревающие магнитный материал и обусловленные индуктированными в нем переменным магнитным полем вихревыми токами, бoльшими при бoльшей электропроводности материала. Удельная мощность потерь, расходуемых на вихревые токи, пропорциональна квадрату максимального значения индукции Вмакс (возникающей материале при перемагничивании) и квадрату частоты, f:
Pвихр ~ B2f2.
97. Перечислите известные Вам
виды магнитных материалов.
Электротехническая сталь;
магнитомягкие сплавы;
магнитомягкие ферриты;
магнитодиэлектрики;
магнитотвердые закаливаемые стали;
магнитотвердые сплавы;
магнитотвердые ферриты;
магнитные материалы специального назначения (термомагнитные, магнитострикционные, с прямоугольной петлёй гистерезиса и т.д.).
98.Что такое
«электротехническая сталь»?
Электротехническая сталь – это магнитомягкий материал, представляющий собой сплав железа с кремнием (0,3…4,8%), углеродом (0,035…0,040%) и марганцем (< 0,3%). Электротехнические стали бывают сортовыми (кованная, калиброванная) и тонколистовыми (горячекатаная и холоднокатаная). Из электротехнической стали выполняются магнитопроводы всех видов для приборов, аппаратов и электрических машин постоянного и переменного (промышленной частоты) тока. В электрических машинах переменного тока для снижения потерь на вихревые токи магнитопровод выполняется из изолированных друг от друга тонких листов электротехнической стали.
Начальная магнитная проницаемость электротехнической стали лежит в пределах 200…300; максимальная магнитная проницаемость может достигать десятка тысяч; индукция насыщения не превышает 2 Тл.
99. Что такое
«феррит»?
Феррит – это керамический магнитный материал, кристаллическая решетка которого состоит из окисла железа (Fe2O3) и окислов других (одного-трех), как правило, двухвалентных металлов. Начальная магнитная проницаемость ферритов лежит в пределах от 10 до нескольких тысяч; максимальная магнитная проницаемость может достигать десятка тысяч; индукция насыщения не превышает 1 Тл.
100.
По какому параметру
ферриты принципиально отличаются от электротехнических сталей?
Основное отличие ферритов от электротехнических сталей состоит в том, что ферриты – это слабопроводящие материалы. Удельное электрическое сопротивление ферритов лежит в пределах от 0,02 до 1012 Ом
×м, а у электротехнических сталей – (0,14…0,6)10-6 Ом
×м. В результате потери на вихревые токи в ферритах практически отсутствуют, поскольку мощность потерь обратно пропорциональна удельному электрическому сопротивлению материала. Это позволяет использовать магнитомягкие ферриты для магнитопроводов высокочастотных устройств.
101.
На какие группы по назначению
можно подразделить проводниковые материалы?
материалы для проводов (медь, алюминий, сталь);
материалы с высоким сопротивлением для нагревателей, ламп накаливания, резисторов (нихром, вольфрам, кремниевые сплавы, манганин, константан, силит, дисилицид молибдена, углеграфитовые материалы и т.д.);
материалы для термопар (платина, платино-родиевый сплав, хромель, алюмель, копель и т.д.);
материалы для электрических контактов (медь, серебро, золото, контактные композиции).
102.Расскажите о
проводниковой стали.
В качестве проводниковых обычно используются стали обыкновенного качества.
Проводниковая сталь применяется в основном для заземляющих проводников и заземлителей,
грозозащитных тросов ВЛ, контактных рельсов метро и т.п. Удельное сопротивление проводниковых
сталей составляет примерно 0,1…0,3 мкОм ×м. Допустимая плотность тока для стальных проводов не
нормируется.
Сечение заземляющих проводников и грозозащитных тросов, S выбирается по значению
тока короткого замыкания, Iкз
и времени его протекания,
t (время отключения короткого замыкания защитой):
При длительном протекании тока по стальным проводникам плотность тока не должна превышать 1…2 А/мм2.
103.. Расскажите
о проводниковой меди
Проводниковая медь применяется:
для проводов ВЛ высокого напряжения (в основном за рубежом);
для проводов контактной сети электрифицированного транспорта;
для проводов обмоток вращающихся электрических машин и трансформаторов;
для шин распределительных устройств;
для жил кабелей и электропроводок напряжением до 1000 В.
Удельное сопротивление меди составляет 0,017 мкОм ×м. У твердой медной проволоки оно может повышаться до 0,018 мкОм
×м. Допустимая по условиям потерь плотность длительного тока в медных проводах составляет 7…10 А/мм2. Предельная плотность тока, «пережигающая» медный проводник за доли секунды, примерно в 20 раз выше.
104. Раскажите о
проводниковом алюминии.
Алюминий и его сплавы применяются для:
проводов воздушных линий электропередачи;
для жил и оболочек кабелей высокого и низкого напряжений;
для шин распределительных устройств.
Удельное сопротивление алюминия составляет 0,028 мкОм ×м. У алюминиевой проволоки марки АТ оно может повышаться до 0,032 мкОм
×м.
Допустимая по условиям потерь плотность длительного тока в алюминиевых проводах составляет 5…7 А/мм2. Предельная плотность тока, «пережигающая» алюминиевый проводник за доли секунды, примерно в 20 раз выше.
105.Назовите
примеры сплавов с высоким сопротивлением.
Нихром: сплав железа, никеля и хрома, имеет удельное сопротивление порядка 1 мкОм
×м, рабочие температуры 1000…11000С, и рабочие плотности тока от 15 до 25 А/мм2. Близкие характеристики у материала
фехраль.
Константан: сплав меди с никелем и кобальтом, имеет удельное сопротивление порядка 0,5 мкОм
×м, рабочую температуру до 500 0С и очень низкий температурный коэффициент сопротивления.
Манганин: сплав меди с марганцем и добавками никеля и кобальта, имеет удельное сопротивление порядка 0,5 мкОм
×м и очень низкий температурный коэффициент сопротивления.
106.Назовите материалы
для термопар.
"платина - платино-родиевый сплав ТПП": ТЭДС = -0,0095 мВ/0К, Т0С = -50...+1600;
"хромель - алюмель ТХА" : ТЭДС = +0,04 мВ/0К, Т0С = -50...+1300, (хромель - сплав никеля с хромом;
алюмель - сплав никеля с алюминием, кремнием, марганцем);
"хромель-копель ТХК": ТЭДС = +0,082 мВ/0К, Т0С = -50...+800, (копель - сплав меди к кобальтом и никелем);
"медь-константан": ТЭДС = +0,06 мВ/0К, Т0С = -200...+700.
107.Что Вы знаете о
материалах для электрических контактов?
Материал для электрического контакта должен обладать:
малым удельным электрическим сопротивлением,
высокой электроэррозионной стойкостью,
малой окисляемостью,
высокой механической износостойкостью,
большой теплопроводностью,
несвариваемостью.
Для выключателей высокого напряжения применяются, например, следующие контактные композиции:
Масляный баковый выключатель: композиция из вольфрама (50-70%) и меди.
Маломасляный выключатель: композиция из молибдена (73%) и меди.
Вакуумный выключатель: сплав из железа (70%), меди (21%), висмута и сурьмы.
108.Расположите известные Вам металлы в ряд
по признаку увеличения удельного сопротивления.
Серебро - 0,015 мкОм ×м;
медь - 0,017 мкОм ×м;
золото - 0,022 мкОм ×м;
алюминий - 0,028 мкОм ×м;
вольфрам - 0,055 мкОм ×м;
железо - 0,1 мкОм ×м;
олово - 0,113 мкОм ×м;
свинец - 0,190 мкОм ×м;
титан - 0,47 мкОм ×м.
109.Определите явление
«сверхпроводимость».
Сверхпроводимостью называется явление скачкообразного исчезновения электрического сопротивления материала при определенном сочетании значений внешних факторов, в частности при понижении температуры до значения температуры сверхпроводящего перехода Тс.
Вещество выходит из сверхпроводящего состояния, если становятся выше критических значения:
температуры,
магнитной индукции.
Это явление можно отразить на диаграмме состояния:
110.Назовите известные Вам вещества, обладающие свойством
сверхпроводимости.
Металлы: алюминий, ртуть, свинец, и др., всего 27 металлов (не удается достичь сверхпроводящего состояния у серебра, меди, золота, платины, щелочных, щелочноземельных, ферромагнитных металлов).
Сплавы:"Ниобий(50%)+Титан(50%)"; "Ниобий(50%)+Стронций(50%)";
НТ-50 (Ni-Ni-Sr), и др., всего несколько десятков.
Интерметаллические соединения:
силицид ванадия (V3Si),
станнид ниобия (Nb3Sn),
германид ниобия (Nb3Ge) и др., всего несколько сотен.
Химические соединения:
нитриды (TiN, MoN, всего больше десятка),
карбиды (TiC, NiC, MoC, всего около двух десятков),
бориды (ZrB, Nb2B5, TaB, всего около десятка),
гидриды (PdH2).
Керамики, содержащие медь и кислород.
111. Назовите состав
сверхпроводящей керамики.
В настоящее время известно несколько десятков составов сверхпроводящей керамики, включающих окислы меди, бария, иттрия, таллия и других металлов. Типичным и наиболее исследованным представителем является керамика из окислов Y2O3-BaO-CuO c добавлением лишних атомов кислорода:
YBa2Cu3O7-d.
Сверхпроводимость наблюдается при d <0,6. Температура сверхпроводящего перехода повышается с уменьшением
d и при d = 0,07 достигает 900К.
112. Назовите примерное
значение температуры перехода в сверхпроводящее состояние
у металла и сверхпроводящей керамики.
Примерные значения температур сверхпроводящего перехода (при В=0) и критических значений индукции магнитного поля (при Т = 0) для некоторых сверхпроводников приведены в таблице
|
Наименование материала
|
Тс 0К
|
Вс0
Тл
|
|
При температурах испаряющегося жидкого гелия (Т
исп = 4,22
0К)
|
|
Ртуть
Ниобий
Сплав НТ-50
Станнид ниобия
|
4,20
9,40
9,70
18,0
|
0,046
0,195
10
25
|
|
При температурах испаряющегося жидкого водорода (Т
исп = 20,28
0К) |
|
Германид ниобия |
23,0 |
40 |
|
При температурах испаряющегося жидкого азота (Т
исп = 77,40
0К) |
Керамика YBa2Cu3O6,93
Керамика Tl2Ba2Ca2Cu3O10
|
90
125
|
5,7
-
|
113.Определите понятие
"старение" материала.
Старением материала называются необратимые процессы физических и химических превращений материала, происходящие под действием внешних физических и (или) биологических факторов и вызывающие ухудшение электрических и механических показателей материала.
114.Назовите факторы,
вызывающие старение материала
|
Природные
|
Техногенные
|
|
переменная температура воздуха;
переменное давление воздуха, ветер, воздушные вихри;
грунтовые соль и пыль;
солнечная радиация;
биологические факторы (плесневые грибы и т.п.).
|
аномальные температуры
(от плазменных до криогенных);
механические нагрузки;
химически активные вещества;
ионизирующее излучение;
электрическое напряжение (ЧР, трек, дуга);
|
115.Определите понятие
«коррозия» материала
Коррозией материала называются химические превращения материала (прежде всего окисление), происходящие при участии внешней среды. Окисление некоторых материалов (например, трансформаторного масла) иногда неточно называют старением. Коррозия характерна для материалов, состав и структура которых далеки от природных
116.Назовите
три вида электрохимической коррозии металла
в электроустановках.
Коррозия во влажной среде (в грунте, при увлажнении туманом, дождем и т.п.). Происходит при разделении поверхности металла на участки с разными электрохимическими характеристиками (анодные и катодные зоны). В анодной зоне идет выход ионов металла из кристаллической решетки в окружающую среду и соединение с присутствующими там ионами. В катодной зоне приэлектродная реакция сводится к восстановлению отрицательных гидроксильных ионов:
Контактная коррозия. Происходит при контакте между собой различных металлов во влажной среде. Более "благородные" из этих металлов являются катодом в паре с менее "благородным" корродирующим анодом. Электрохимический ряд металлов, применяемых в электроэнергетике имеет следующий вид (вышерасположенные металлы более "благородны" по сравнению с нижерасположенными):
медь
свинец
сталь в бетоне
сталь в грунте
алюминий
цинк.
Электрокоррозия (коррозия под действием блуждающих токов). Происходит в водной и грунтовой средах в зонах, прилегающих к электрифицированному на постоянном токе транспорту (железная дорога, трамвай, метро). Предполагает наличие протяженных подземных коммуникаций, в которые попадает блуждающий ток. Места "входа" тока (катодные зоны) не корродируют; в местах "выхода" тока металл растворяется по закону Фарадея. В связи с движением источника тока (электровоз) катодные и анодные зоны на коммуникации меняют свое местоположение.
Главная страница Наука Образование Ссылки Карта сайта Автор
