электрический прочность

лекции по курсу Электротехнические материалы Введение в предмет Лекции | Физика атома электрический прочность ядра | Механика | Термодинамика | Электричество | Магнетизм | Оптика | Молекулярная физика | ТОЭ | Fishelp.ru Лекции Электротехнические материалыВведение в предмет1.1. Что такое материал, материаловедение, электротехническое материаловедение.1.2. Роль материалов в современной технике.1.3. Основные типы материалов, применяемых в энергетике электрический прочность электротехнике, композиционные материалы.1.4. Методические указания по курсу, литература.Диэлектрические материалы являются основными видами электротехнических материалов с которыми придется встретиться на практике будущим инженерам-электрикам. Эти материалы служат в качестве изоляции токоведущих частей энергооборудования. Они включают в себя такие разнообразные типы электрической изоляции как: воздух в линиях электропередач электрический прочность электроаппаратах; нефтяные электрический прочность искусственные масла в трансформаторах, кабелях электрический прочность конденсаторах; твердые диэлектрики в изоляторах воздушных линий (ВЛ), конденсаторах, установочных изделиях и корпусах аппаратов электрический прочность т.п. При этом физические условия, в которых должна находиться и функционировать изоляция, накладывают определенные требования на физико-химические параметры материала, ограничивая возможные вид, тип используемых электротехнических материалов. Кроме того, при конструировании даже простейших изделий, предназначенных для работы в электрическом поле, необходимо четко представлять, какие процессы происходят в материале, как влияет тот, или иной материал на работу других частей устройства, в том числе за счет перераспределения электрического поля. Здесь необходимо учитывать разноплановые характеристики материала - механические характеристики: плотность электрический прочность вес материала, прочность на сжатие, разрыв или изгиб; теплофизические характеристики: теплопроводность, теплоемкость, нагревостойкость, теплостойкость и горючесть; электрофизические характеристики: диэлектрическая проницаемость, электропроводность, электрическая прочность, трекингостойкость; физико-химические характеристики: химическая стойкость, влагопроницаемость электрический прочность т.д. Зачастую всем требованиям невозможно удовлетворить, поэтому необходимо ясное понимание всего комплекса процессов, происходящих при функционировании устройств, чтобы оценить значимость каждого из требований электрический прочность понять, какие их них, в каждом конкретном случае, являются главными, электрический прочность какие - второстепенными электрический прочность ими можно пренебречь. Целью настоящего курса является изучение основных процессов, происходящих в диэлектрических материалах под действием электрического поля, ознакомление с основными материалами, применяемыми в электроэнергетике, их основными свойствами. 1.1. Что такое материал, материаловедение, электротехническое материаловедение. в начало лекцииМатериал - это объект обладающий определенным составом, структурой электрический прочность свойствами, предназначенный для выполнения определенных функций.Материалы могут иметь различное агрегатное состояние: твердое, жидкое, газообразное или плазменное. Функции, которые выполняют материалы - разнообразны. Это может быть обеспечение протекания тока - в проводниковых материалах, сохранение определенной формы при механических нагрузках - в конструкционных материалах, обеспечение непротекания тока, изоляция - в диэлектрических материалах, превращение электрической энергии в тепловую - в резистивных материалах. Обычно материал выполняет несколько функций, например диэлектрик обязательно испытывает какие-то механические нагрузки, электрический прочность значит является конструкционным материалом.Материаловедение - наука, занимающаяся изучением состава, структуры, свойств материалов, поведением материалов при различных воздействиях: тепловых, электрических, магнитных электрический прочность т.д., а также при сочетании этих воздействий. Стихийными материаловедами были еще древние люди, , например, научившиеся делать каменные наконечники или топоры из определенных камней со слоистой структурой. Технический прогресс человечества во многом основан на материаловедении. В свою очередь технический прогресс дает новые возможности, методы, приборы для материаловедения, позволяет создавать новые материалы. Рассмотрим пример с компьютерной техникой. Первые компьютеры были на вакуумных электронных лампах электрический прочность имели сравнительно скромные возможности. Размер их был примерно со спортивный зал, размер единичного элемента для хранения электрический прочность обработки информации составлял несколько сантиметров. После открытия полупроводников размер элемента уменьшился примерно в 10 раз, размеры компьютера уменьшились также примерно в 10 раз. По мере исследования полупроводников их размер уменьшался, пока не произошел качественный скачок после открытия интегральных схем, когда несколько транзисторов соединили в одном элементе. В дальнейшем электрический прочность этот элемент постоянно уменьшался электрический прочность в нем соединяли все большее количество транзисторов. В настоящее время элементарный транзистор имеет размер примерно 0.5 мкм, в больших интегральных схемах соединяются тысячи элементов. Предполагается, что в ближайшем будущем будет постепенно осуществляться переход на масштаб 0.2 мкм электрический прочность 0.18 мкм. Имеются идеи о создании элементов размером в молекулу! Электротехническое материаловедение - это раздел материаловедения, который занимается материалами для электротехники электрический прочность энергетики, т.е. материалами, обладающими специфическими свойствами, необходимыми для конструирования, производства электрический прочность эксплуатации электротехнического оборудования. Ряд материалов традиционны для любого из разделов материаловедения, в первую очередь, это конструкционные материалы. Основные материалы, рассматриваемые здесь специфичны именно для электротехнического раздела материаловедения, это в первую очередь диэлектрические материалы, затем проводниковые материалы, магнитные материалы, материалы для резисторов. В основном эти темы электрический прочность будут рассматриваться в курсе электротехнического материаловедения. Для успешного освоения курса не требуется особых знаний. Математика в школьном объеме, физика в объеме курса общей физики. Впрочем несколько лекций для освежения необходимых физических понятий все-таки потребуются. 1.2. Роль материалов в современной технике, в частности в энергетике. в начало лекцииМатериалы играют определяющую роль в техническом прогрессе. Выше я рассматривал пример из области вычислительной техники, когда совершенствование материала электрический прочность технологии изготовления элементов оборудования из него приводит к радикально новым результатам. Можно привести еще примеры из других областей техники. Например изготовление баллонов для хранения газов под давлением. Вес баллона определяется толщиной стенки сосуда, который, в свою очередь, определяется механической прочностью материала. Чем менее прочный материал, тем тяжелее сосуд. Так вот, сосуд для хранения азота, примерно на давление 100 атм, объемом 100 л, изготовленный из стали имеет разный вес в разных странах, где разная технология изготовления стали и, соответственно, разная ее механическая прочность. К примеру вышеупомянутый сосуд в США имеет вес 40 кГ, у нас - 80 кГ, электрический прочность в Китае - 150 кГ. Другой пример, более близкий к энергетике. Рабочая напряженность электрического поля в мощном импульсном накопителе энергии (большой конденсатор, в котором в качестве диэлектрика является вода) в американском накопителе «Юпитер» выбирается 150 кВ/см, в нашем накопителе «Ангара» - всего 80 кВ/см. У американцев лучше технология приготовления воды электрический прочность электродов, следовательно лучше свойства материала (воды) в накопителе, значит пробой в воде достигается при более высокой напряженности, и можно выбрать большую рабочую напряженность. Еще более близкий пример - изоляторы высоковольтных линий. Исторически первыми придумали изоляторы из фарфора. Технология их изготовления достаточно сложна, капризна. Изоляторы получаются довольно громоздкими электрический прочность тяжелыми. Научились работать со стеклом - появились стеклянные изоляторы. Они легче, дешевле, их диагностика несколько проще. И, наконец последние изобретения - это изоляторы из кремнийорганической резины. Первые изоляторы из резины были не очень удачны. На их поверхности с течением времени образовывались микротрещины, в которых набивалась грязь, образовывались проводящие треки, затем изоляторы пробивались. Подробное изучение поведения изоляторов в электрическом поле проводов ВЛ в условиях внешних атмосферных воздействий, позволило подобрать ряд добавок, улучшивших атмосферостойкость, стойкость по отношению к загрязнениям электрический прочность действию электрических разрядов. В результате сейчас создан целый класс легких, прочных изоляторов на различные уровни воздействующего напряжения. Для сравнения, вес подвесных изоляторов для ВЛ 1150 кВ сопоставим с весом проводов в пролете между опорами электрический прочность составляет несколько тонн. Это вынуждает ставить дополнительные параллельные гирлянды изоляторов, что увеличивает нагрузку на опору. Требуется использовать более прочные, электрический прочность значит более массивные опоры. Это увеличивает материалоемкость, большой вес опор значительно поднимает расходы на монтаж. Для справки, стоимость монтажа составляет до 70% стоимости строительства линии электропередач. На примере видно, как один элемент конструкции влияет на конструкцию в целом. Применение кремнийорганической резины позволяет резко удешевить электрический прочность ускорить строительство. Сейчас в Новосибирске действуют, по крайней мере, три фирмы, разработавшие конструкции быстромонтируемых опор. Основой для этого прогресса является разработка и использование для изоляторов новых электротехнических материалов. Легкие изоляторы дают возможность облегчить опоры, тем самым уменьшается ветровая нагрузка, удешевляется изготовление, доставка электрический прочность монтаж ВЛ. 1.3. Основные типы материалов, применяемых в энергетике электрический прочность электротехнике, композиционные материалы. в начало лекцииОсновные материалы, которые используются в энергетике, можно разделить на несколько классов - это проводниковые материалы, магнитные материалы, диэлектрические материалы. Общим для них является то, что они эксплуатируются в условиях действия напряжения, а значит электрический прочность электрического поля. В них протекают электрические токи, выделяется тепловая энергия, происходят потери электрической энергии, происходит нагревание материалов. Более специфичны магнитные материалы, в них запасается магнитная энергия, в них также происходят ее потери, выделяется тепло при работе в переменном электрическом поле. Здесь также следует выделить целый громадный класс материалов не по признаку их функционирования, а по составу. Это композиционные материалы.Композиционные материалы - материалы, состоящие из нескольких компонент, выполняющих разные функции, причем между компонентами существуют границы раздела.Примеры композиционных материалов - стеклопластик (стержни электрический прочность трубы), стеклотекстолит листовой, материалы для контактов (смеси электропроводного электрический прочность тугоплавкого металлов). Сочетание двух или более материалов позволяет использовать сильные стороны каждого из материалов. При этом свойства композита, далеко не всегда являются промежуточными между свойствами компонентов. В ряде случаев улучшаются характеристики, либо появляется материал с принципиально новыми характеристиками. Рассмотрим, например стеклопластик. Он состоит из волокон стекловолокна, пропитанных полимером, обычно эпоксидным полимером. Основное достоинство этого материала - высокая механическая прочность. Прочность эпоксидного компаунда недостаточно велика, этот материал достаточно хрупок. Прочность стеклянного волокна - значительна, но у него хрупкость также значительна. После пропитки волокон электрический прочность последующей полимеризации прочность стеклопластикового стержня на разрыв не уступает прочности волокон, тогда как хрупкость у стержней в принципе отсутствует.Основными характеристиками материалов являются электропроводность или обратная величина - сопротивление, плотность, механическая прочность при различных нагрузках, теплоемкость, теплопроводность. Для диэлектрических материалов наиболее важны удельное электрическое сопротивление, диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери, электрическая прочность. Большинство этих терминов вам неизвестно, в процессе изучения настоящего курса вы с ними подробно познакомитесь. Характеристики композиционных материалов Для начала введем понятие обобщенной проводимости.Оказывается удельные теплопроводность, электропроводность, диэлектрическая проницаемость, коэффициент диффузии являются близкими характеристиками, в том смысле что они описывают потоки (зарядов, вещества, тепла, электрического поля) в зависимости от сил, вынуждающих эти потоки. Например плотность тока связана с градиентом потенциала через проводимость: Индукция связана с градиентом потенциала через диэлектрическую проницаемость: Поток тепла связан с градиентом температуры через теплопроводность Для композиционных материалов оказалось, что зависимость какого то параметра композиции (e, s, l )от аналогичных параметров компонентов (e, s, l) идентична для любого из параметров. Поэтому говорят об обобщенной проводимости, т.е. о зависимости обобщенной проводимости композиции от аналогичных проводимостей компонентов.Существует достаточно большое количество выражений для вычислений обобщенной проводимости композиционных материалов (диэлектрической проницаемости, теплопроводности, диффузии электрический прочность электропроводности) в различных случаях. Кроме того, теоретически получена группа оценок сверху электрический прочность снизу, причем при использовании дополнительной информации о частицах, среде электрический прочность характере их взаимодействия интервал между оценками можно сделать достаточно узким. Для оценочных расчетов более удобен способ непосредственного вычисления обобщенной проводимости, исходя из характеристик компонентов. Поскольку нас интересует, в первую очередь, диэлектрическая проницаемость электрический прочность электропроводность, при использовании известных выражений, полученных для расчета других видов проводимости будем заменять соответствующие физические характеристики на нужные. Здесь нужно ввести еще два понятия о структуре. Существуют две принципиально различные структуры: матричная электрический прочность взаимопроникающая.Структура является матричной, если по одному из компонентов можно попасть в любую точку этого компонента, не пересекая границ раздела компонент. Такая компонента называется дисперсионной фазой, или матрицей композиции. Компонента, частички которой окружены дисперсионной компонентой называется дисперсной фазой, или наполнителем.Например, частички сажи в полиэтилене. Полиэтилен является матрицей, частички сажи - наполнителем. Другой пример - молоко. Вода является дисперсионной средой, микрокапельки жира в ней - дисперсной фазой.Структура называется взаимопроникающей, если не выполняется условие матричности и геометрические характеристики обоих компонентов (форма частиц) одинаковы .Например, материал, приготовленный методами порошковой металлургии, когда смешивают два, или несколько разных порошков электрический прочность полученную смесь прессуют. Матричные структуры.Расчет электрических характеристик гетерогенных систем достаточно точен в случае разбавленных суспензий. Для этих условий применимы известные формулы Максвелла, Вагнера-Винера, Оделевского. В случае малых концентраций они дают близкие значения. При достаточно больших концентрациях, электрический прочность при большом различии параметров компонентов практически все известные выражения непригодны. Наиболее правдоподобно описывает зависимости формула Нильсена, которая предложена для описания наполненных полимеров. Для случая наполнитель - керамика с диэлектрической проницаемостью eк, а матрица - жидкость с диэлектрической проницаемостью eж формулу Нильсена можно написать в виде где Vк -объемная доля керамики, А - характеризует форму частиц, А=1.5 для сфер, А=3 для частичек нерегулярной формы с минимальной поверхностью, А=4 для пластинок электрический прочность чешуек различной формы. Pm - максимально возможная объемная доля твердой фазы, характеризующая укладку электрический прочность форму частиц. Анализ зависимостей диэлектрической проницаемости от концентрации твердой фазы показывает, что при малых концентрациях все зависимости дают примерно одинаковые значения. Экспериментальные данные не противоречат расчетам. Однако при повышении концентрации до 25-30% все зависимости, кроме формулы Нильсена дают значительно меньшие значения чем эксперимент. До концентрации 50-55% формула Нильсена дает блестящее совпадение с экспериментом. Причем это проверено на ряде жидкостей, начиная с трансформаторного масла электрический прочность заканчивая сульфоланом. После 50-55% формула Нильсена начинает давать значения, большие чем зарегистрировано в эксперименте. Взаимопроникающие структуры. Для этого случая также предложено большое количество выражений. Наиболее популярна формула Лихтенеккераe=e1v1×e2(1-v1)Видно, что в этой формуле оба компонента равноправны. 1.4. Методические указания по курсу, литература. в начало лекции Мне бы хотелось подчеркнуть, что материаловедение заключается не в запоминании материалов электрический прочность их характеристик, это можно сделать, пользуясь справочниками, но в первую очередь, в понимании процессов, происходящих в материалах под действием тех либо иных факторов при использовании материалов в электротехнике. Поэтому в нашем рассмотрении уклон будет в сторону физики. Я надеюсь, что это приведет к более глубокому пониманию электротехнических материалов.Обязательная литература1. Коробейников С.М. Диэлектрические материалы: Учебное пособие, Новосибирск, НГТУ, 2000, 67 с. (http://etm.power.nstu/trud/index2. Богородицкий Н.П. электрический прочность др. Электротехнические материалы: Учебник для электротехн. и энерг. спец. вузов / Н.П.Богородицкий, В.В.Пасынков, Б.М.Тареев. - 7-е изд., перераб. электрический прочность доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. - 304 с. 3 .Справочник по электротехническим материалам: в 3-х т. / Под ред. Ю.В.Корицкого и др. - 3-е изд., перераб. - М.: ЭнергоатомиздатТом 1. - 1986. - 368 с.Том 2. - 1987. - 464 с.Том 3. - 1988. - 728 с. Дополнительная литература4. Мозберг Р.К. Материаловедение: Учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 1991. - 448 с. 5. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. - Учебник для ВУЗов, 3-е издание, перераб. М.: Машиностроение, 1990, 528 с. 6. Рез И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики. Основные свойства электрический прочность применение в электронике. - М.: Радио электрический прочность связь, 1989. - 288 с. 7. Неизвестный И.Г., Придачин Н.Б. Физика поверхности полупроводников: В 2-х ч. : Лекции /Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск, 1994. - Ч. 1. - 184 с. 8. Валеев Х.С., Квасков В.Б. Нелинейные металлоокисные полупроводники. - М.: Энергоиздат, 1983. - 160 с. 9. Композиционные резисторы для энергетического строительства /Горелов В.П., Пугачев Г.А. - Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1989. - 216 с.10. Мишин Д.Д. Магнитные материалы: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1991. - 384 с.11. Дубровский В.Г. Введение в теорию сверхпроводимости: Конспект лекций /Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск, 1993. - 72 с. Система обучения состоит в чтении лекций электрический прочность подготовке лабораторных работ. Для студентов дневного отделения дополнительно проводятся семинарские занятия по решению задач из специально подготовленного задачника. Всего лекций 15, лабораторных работ 4, их можно выбрать из 8 различных работ. После первых 4-5 лекций предполагается небольшой тест. Затем, после последней лекции, также проводится заключительный тест.Подведение итогов проводится согласно рейтинговой системе. На лекции раздаются карточки, на ней нужно указать группу электрический прочность фамилию. За посещение лекций - 1 балл, за каждый нормальный вопрос, заданный на лекции - еще один балл. За лабораторную работу - до 4 баллов, за тест - до 10 баллов. Четыре лабораторные работы должны быть сделаны электрический прочность сданы в течение семестра. Без этого нет допуска к зачету. Можно подготовить реферат по какой-либо теме - до 10 баллов. Если у кого-то есть желание заняться исследовательской работой - баллы выставляются по заслугам в неограниченном количестве. По окончанию баллы суммируются. В зависимости от набранной суммы при итоговой аттестации по предмету аттестуемые разделяются на 4 категории. В разных категориях аттестуемый получает различные комплекты аттестационных материалов. Технология состоит из нескольких этапов. Находится средний балл по потоку, подсчитывается средний балл верхней половины потока. Все, кто имеет баллы, выше этого балла - получают автоматический зачет. Остальные из верхней половины сдают упрощенный зачет. Во второй половине - аналогично. Верхняя часть сдает обычный зачет, нижняя часть - усиленный зачет. Студент, набравший вышесредний уровень рейтинга, получает на итоговой аттестации 2 вопроса: определение какого-либо понятия электрический прочность качественные соотношения между какими-либо величинами. Полный перечень зачетных вопросов для высшего уровня рейтинга дается преподавателем на лекциях по мере прочтения материала. Ответы на эти вопросы даются, как правило, без подготовки. При успешных ответах студент аттестуется.При неуспешном ответе на один вопрос студент имеет возможность на вторую попытку, при которой отвечает на ранее заданный вопрос электрический прочность получает два новых аналогичной формы. При второй неуспешной попытке (один вопрос без ответа) или при неуспешных ответах на оба вопроса первой попытки студент получает задание среднего уровня рейтинга.Студент, набравший нижесредний уровень рейтинга получает на итоговой аттестации экзаменационный билет с двумя вопросами электрический прочность задачей. Билеты с вопросами этого уровня рейтинга выдаются студентам для ознакомления на консультациях в последние недели семестра. Для ответов дается время на подготовку в пределах получаса с возможностью использовать справочную литературу.Студент, не справившийся с заданиями среднего уровня рейтинга, имеет возможность пересдать эти задания, электрический прочность получить другой билет того же уровня для подготовки электрический прочность ответов. Студент, не справившийся с повторной пересдачей, при последующих пересдачах получает билеты низшего уровня рейтинга. Студент, набравший низший уровень рейтинга, получает при итоговой аттестации билет с двумя вопросами электрический прочность тремя задачами. Вопросы электрический прочность задачи заранее студентам не известны, однако, по форме не отличаются от вопросов среднего уровня рейтинга. Лекции Электротехнические материалы Математика Примеры решений задач | Типовая по метематике | Конспекты физика | Курсовая работа | Контрольная | Задачи интегралы Ремни приводные - производство электрический прочность продажа Лекции | Физика атома электрический прочность ядра | Механика | Термодинамика | Электричество | Магнетизм | Оптика | Молекулярная физика | ТОЭ | Fishelp.ru разделы рассылка адрес зубной протез эдас-934 аденома предст.ж-зы аэрография варочный поверхность hansa прайс сушильный машина учет данный автошкола учет данный автошкола государственный герб конкурентный стратегия компания доминике контейнерный автозаправка кулер процессор билет большой кулер 478 кулер 478 kyiv apartments service kyiv apartments service kyiv apartments service антиобледенительные система степ-аэробика архыз кулер комп certification microsoft сухой мороженый сухой мороженый сухой мороженый сухой мороженый электрический прочность ротационный rvg тонирование авто скс футбольный тотализатор трехфазный электросчетчик российский флаг детский мир wow инерта краска цвет город мрт коленный сустав ливнесборные решетка измеритель петля фаза нуль измеритель петля фаза нуль измеритель петля фаза нуль измеритель петля фаза нуль венеролог два цвет застежка zip-lock болен алкоголизмом помещение шиномонтаж георешетка близорукость герб вышивка mobil pegasus тонировка стекол морозильный ларь брэнд дулевский фарфор кадровый владимир сборщик долг трубогиб дорном центр проктология предохранитель пкн грунт стяжка лак эмаль авиа отправка переработка резина мультиметры цифровой очки ночной видение купить угольник деловой разведка билет большой купить ниппель пежо электрический прочность