Задания, необходимые для выполнения расчетно-графической работы (РГР) выдает преподаватель, осуществляющий проведение теоретических занятий с указанием рекомендуемых литературных источников. Расчетно-графическая работа (РГР) выполняется с целью практической проработки разделов дисциплины, что способствует закреплению, углублению и обобщению теоретических знаний, развивает творческую инициативу и самостоятельность, повышает интерес к изучению дисциплины и прививает навыки научно-исследовательской работы. Расчетно-графическая работа (РГР) выполняется каждым студентов в рамках самостоятельной работы, оформляется и защищается студентом самостоятельно. Подготовка к защите домашнего семестрового задания осуществляется самостоятельно каждым студентом с проработкой разделов лекционного материала, охватывающего тематику заданий, включает в себя выполнение РГР и оформление пояснительной записки в соответствии с требованиями. Пояснительная записка оформляется на листах белой бумаги форматом А4 и включает следующие разделы: титульный лист, задание, реферат, решение задач и пояснения к ним, выполнение графических заданий, выводы соответствующих зависимостей. В конце пояснительной записки приводится список литературных источников, используемых студентом при выполнении РГР, в том числе дается библиография методических указаний и пособий. Защита расчетно-графических работ проводится преподавателем, осуществляющим проведение лекционных занятий, в форме беседы или тестирования. Защита предусматривает решение практических задач или тестовых заданий и призвана выявить уровень знаний студента по теме дисциплины.
Контрольная работа должна быть оформлена на листах формата А4 и включать в себя:
· титульный лист;
· задание на контрольную работу;
· основные теоретические положения, расчётные формулы, расчёты, необходимые рисунки и характеристики;
· список используемой литературы.
Контрольная работа включает в себя 3 задания. Первое задание на тему «Электропроводность. Проводниковые, полупроводящие и изоляционные материалы», второе задание «Диэлектрическая проницаемость. Диэлектрики» и наконец, третье задание «Магнитные свойства материалов. Магнитные материалы».
Вариант выбираете по списку экзаменационной ведомости.
Варианты контрольных работ
Вариант 1.
1. Определите длину и сопротивление медной проволоки марки МТ диаметром 0,9 мм, если ее масса на катушке составляет 10 кг.
2. Определите, во сколько раз отличается напряжённость электрического поля в хладоне -113 и в опущенной в него изолирующей перегородке из фторлона-3, полагая, что в диапазоне частот 50-100 Гц, диэлектрическая проницаемость этих материалов остается неизменной.
3. У сплава марки 64Н сняли кривую намагничивания при комнатной температуре в диапазоне напряженностей магнитного поля от 50 до 500 А/м. Затем, не ослабляя напряженности, нагрели образец до 120о С и сняли при этой температуре обратный ход кривой. Постройте на графике результаты опыта.
Вариант 2
1. Между двумя коаксиальными кольцами находится слой затвердевшего алюминия. Определите, как следует изменить толщину этого слоя в расплавленном состоянии, чтобы сопротивление между кольцами не изменилось?
2.Рассчитайте, как соотносятся напряженности поля по концам проходного изолятора из новомикалекса, если один из концов стержня находится при комнатной температуре, а другой нагрет до 6000 С.
3. Постройте кривую намагничивания ферритового образца марки 1000НН при частоте 0,1 МГц в диапазоне напряженностей магнитного поля от 0 до 32 А/м.
Вариант 3
1.Электрический ток передается через землю с удельным сопротивлением 120 Ом∙м на расстояние 10 км и возвращается по алюминиевому проводу марки А из проволоки марки АТ сечением 50 мм2. Для ввода тока в землю и вывода из нее используются полушаровые электроды. Определить диаметр этих электродов при условии равенства сопротивлений “земляного” провода и провода из алюминия.
2.Выберите среди ударопрочных фенопластов и опишите такую пластмассу для изоляции электротехнического устройства, работающего в условиях облучения электронами, которая бы обеспечивала наибольшую ёмкость устройства и неизменность этой ёмкости при облучении электронами. Рассчитайте радиус полушара, вдавленного с поверхности в эту пластмассу, если его ёмкость - 10 пФ.
3.Полагая температурный коэффициент магнитной проницаемости феррита 3000НМ не зависящим от напряженности магнитного поля, постройте зависимость магнитной индукции от температуры при напряженности 16 А/м в диапазоне температур 0...140 оС.
Вариант 4
1.Опишите физические и электрические свойства, область применения хромели и алюмели и определить соотношение их длин при одинаковых сечении и сопротивлении.
2.Определите толщину наружной изоляции одножильного кабеля при условии равенства напряженностей поля частотой 1 кГц на поверхности изоляции и на границе раздела материалов изоляции. Конструкция изоляции следующая: Жила кабеля, имеющая диаметр 4 мм, покрыта слоем изоляции из хлорсульфированного полиэтилена толщиной 2 мм, затем на эту изоляцию нанесен слой кремнийорганического каучука.
3.Образец из феррита IY группы марки 3000 НМС нагрели до 120 оС и при этой температуре сняли зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля в диапазоне 0...240 А/м, после чего, не снижая напряженности, образец охладили до комнатной температуры и сняли обратный ход кривой. Постройте на графике полученные зависимости.
Вариант 5
1. Определите сопротивление 1 км военно-полевого провода для телефонной связи.Военно-полевой провод состоит из 7 стальных жил из стали марки 10 диаметром 0,1 мм и одной медной жилы из меди марки МТ того же диаметра.
2. Жила одножильного кабеля, имеющая диаметр 4 мм, покрыта слоем изоляции из хлорированного полиэтилена толщиной 1 мм, затем на эту изоляцию нанесен слой другого полиолефина толщиной 3,45 мм. Определите материал наружной изоляции при условии равенства напряженностей поля частотой 1 МГц на поверхности изоляции и на границе раздела материалов изоляции.
3. Определите, во сколько раз отличаются магнитные потери двух образцов феррита группы IV типа 3000НМС, если один из них имеет диаметр 0,5 см и длину 5 см и находится в поле напряженностью 20 А/м, а другой соответственно 1 см, 10 см и 40 А/м? Температура 120 оС, частота 16 кГц.
Вариант 6
1.Медный провод марки МТ сечением 0,75 мм2 и длиной 1 км имеет изоляцию из кабельной резины типа РТИ-1 толщиной 1 мм. Во сколько раз сопротивление изоляции больше сопротивления жилы провода?
2. Рассчитайте, как соотносятся напряженности поля частотой 1 кГц в двухслойной изоляции конденсатора, если один слой выполнен из политетрафторэтилена, а другой - из полифениленоксида.
3.Определите диапазон возможных значений индукции в ферритовом сердечнике из феррита V группы марки 1100НМИ, работающем при оптимальной напряженности.
Вариант 7
1.Определите минимальное значение тока утечки через полиэтиленовую изоляцию кабеля при напряжении на жиле 70 кВ. Одножильный кабель имеет длину 1 км, диаметр жилы 10 мм и толщину изоляции – 15 мм.
2. Провод покрыт поливинилхлоридной изоляцией толщиной 0,5 мм, имеет диаметр 1 мм и находится под напряжением 220 В. На поверхности провода, под изоляцией имеется воздушное включение. Определите напряженности электрического поля в этом включении и в твёрдой изоляции, прилегающей к проводу.
3.Электрошкаф для просушки образцов должен включаться при температуре 85...95 оС и выключаться при нагреве свыше 200 оС. Для управления этим режимом используются две катушки с ферритовыми сердечниками. Какие марки ферритов использованы в этих катушках?
Вариант 8
1. Минимальный ток утечки через изоляцию из хлорированного полиэтилена составляет 2 мкА. Подберите и опишите материал из того же класса, при котором в той же конструкции минимальный ток утечки через изоляцию понизился бы до 0,02 мкА.
2. В конденсаторе с двухслойной изоляцией “воздух-пленка из полиэтилентерефталата” толщиной по 1 мм каждого слоя, пробивается и шунтируется электрической искрой воздух. Во сколько и в какую сторону изменяется ёмкость конденсатора при пробое воздушной прослойки, если температура нормальная?
3.Опишите магнитодиэлектрики из пермаллоя. Постройте петлю гистерезиса для сердечника из пермаллоя марки ПК-60.
Вариант 9
1. Определите во сколько раз и в какую сторону изменится сопротивление изоляции кабеля из поливинилхлорида, если от протекающего тока он нагреется до 1400 С.
2. В плоский конденсатор, заполненный трансформаторным маслом марки ГК, с площадью пластин 1 м2 и зазором 1 см попала вода (e=81) в количестве 1 л. С какого значения до какого изменится ёмкость, если электроды расположены вертикально?
3. Определите значение магнитной проницаемости магнитотвердого сплава ЮНДК18 по кривой размагничивания в точке с максимальным значением произведения индукции в материале на напряжённость магнитного поля.
Вариант 10
1. Изоляционная деталь выполнена из полиформальдегида и имеет сопротивление изоляции 32 МОм. Подберите и опишите эпоксидную смолу с отвердителем, из которой можно было бы изготовить такую же деталь, но с сопротивлением не менее 3000 МОм.
2. Рассчитайте граничные значения ёмкости между проводом и металлическим экраном, если диаметр провода 1 мм и он изолирован от металлического экрана полиуретаном толщиной 0,1 мм при длине конструкции 10 м.
3.Постройте зависимость магнитной индукции от температуры в термомагнитном материале 28НХ4С при напряженности магнитного поля 112 кА/м.
Вариант 11
1. Оцените максимально возможное значение сопротивления изоляции провода, покрытого лаком марки ХС-9105, если диаметр проводника - 1 мм, толщина пленки - 0,03 мм, а длина провода - 1 м. Как изменится это сопротивление, если провод выдержать 4 суток при влажности 95 % и температуре 400 С?
2. Емкостный делитель в верхнем плече имеет изоляцию из трихлордифенила высшего сорта, а в нижнем из электроизоляционной полиамидной пленки. Как изменится отношение емкостей верхнего и нижнего плечей при повышении температуры с 200 до 900 С.
Зависимостью диэлектрической проницаемости от частоты в диапазоне 1Гц…1кГц пренебречь.
3.Постройте предельные петли гистерезиса для феррита типа ППГ марки 5ВТ.
Вариант 12
1. Подберите и опишите такой тип клеющего лака, чтобы сопротивление изоляции между пластинами было бы не менее 1 ГОм. Условие: Две металлические пластины площадью 1 м2 склеиваются лаком таким образом, что толщина пленки лака между пластинами составляет 0,2 мм.
2.Рассчитайте для нормальных условий ёмкость между шарами, вдавливаемыми в большой блок резины на значительном расстоянии друг от друга. Два шарика диаметром 1 см вдавливаются в резину до половины. При расчётах следует учесть и те половинки, которые находятся в воздухе.
3. Сердечник из аморфного магнитного сплава марки 10НСР имеет площадь поперечного сечения 60 мм2 и общую длину 500 мм. Постройте зависимость потерь в этом сердечнике от индукции при частоте 10 кГц.
Вариант 13
1. При изготовлении трансформатора тока его изоляция была выполнена из заливочного компаунда типа КФ-4, при этом сопротивление изоляции при 200С составило 60 МОм. Подберите и опишите такой заливочный компаунд, при котором сопротивление изоляции в тех же условиях можно повысить до 5,5 ГОм и более.
2. Рассчитайте, как соотносятся напряженности поля по концам проходного изолятора из компаунда ЭД-16, если они находятся под напряжением частотой 100 Гц. Один из концов стержня находится при температуре 200 С, а другой охлажден до криогенной температуры 770 К.
3.Опишите аморфные магнитные материалы. На сердечник из аморфного магнитного сплава марки 10НСР весом 150 г воздействует магнитное поле напряженностью 80 А/м. Построить зависимость потерь в нем от частоты в диапазоне 1...10 кГц.
Вариант 14
1. Оцените максимально возможное сопротивление изоляции между обкладками конденсатора ёмкостью 1 мкФ. Изоляция конденсатора выполнена из бумаги типа КМ-60.
2.Между двух концентрических сфер с радиусами 1 м и 1,1 м находится воздух при давлении 10 МПа. К сферам подведено постоянное напряжение 10В. Определите, с какого значения до какого изменится заряд этого сферического конденсатора, если давление в нем уравняется с атмосферным.
3.Сердечник импульсного трансформатора изготовлен из феррита марки 1100НМИ и имеет объём 16 см3. Постройте зависимость потерь в нем от напряженности импульсного магнитного поля при длине импульса 3 мкс, частоте следования 5 кГц и температуре 40о С.
Вариант 15
1. Необходимо выполнить изделие, состоящее из двух металлических пластин и двухслойной изоляции из асбестовых материалов между этими пластинами. Подберите и опишите такие материалы, которые бы создавали напряженность постоянного электрического поля у одной пластины в 1000 раз большую, чем у другой.
2. В конденсаторе с двухслойной изоляцией “воздух-пленка титанита бария, нанесенная методом СВЧ-распыления” толщиной по 0,5 мм каждого слоя, пробивается и шунтируется электрической искрой воздух. Как при этом изменяется ёмкость конденсатора?
3.Постройте кривую намагничивания сортовой электротехнической стали (ГОСТ 11036-75) марки 11895 для диапазона напряженностей магнитного поля от 500 до 2500 А/м.
Вариант 16
1.Опишите гетинакс и текстолит и выберите таки марки этих листовых материалов, чтобы сопротивление их оказалось одинаковым.
2. В плоский конденсатор, заполненный конденсаторным маслом сернокислотной очистки с площадью пластин 1 м2 и зазором 1 см попал воздух количестве 2 л. На сколько и в какую сторону изменится ёмкость, если электроды расположены горизонтально.
3.Как изменится значение относительной магнитной проницаемости электротехнической стали по ГОСТ 21427.3-75 марки 1562, измеренной при нормируемой магнитной индукции, если ее толщину изменить с 0,20 до 0,35 мм?
Вариант 17
1. Одножильный кабель с изоляцией из резины должен эксплуатироваться в воде. Выберите и опишите резину, которая обеспечивала бы сопротивление изоляции в этих условиях не менее 70 кОм/км при радиусе жилы 2 мм и толщине изоляции - 3 мм.
2. Провод, покрытый кремнийорганическим лаком КО-990 с толщиной покрытия 0,01 мм, намотан плотно в 1 слой на металлический стержень длиной 1 м и диаметром 12 мм. Определите значение ёмкости между стержнем и обмоткой.
3. Опишите магнитодиэлектрики из ферритовых порошков. Выберите самый легкий из бариевых порошкообразных ферритов и опишите его свойства.
Вариант 18
1.При изготовлении композиционного материала для сильноточных контактов марки КМК-А25 в него не добавили никель. Опишите правильный состав и свойства этого материала и сравните расчетное значение удельного сопротивления полученного материала со справочным для этой марки. При расчетах можно принять, что матрицей в этой композиции служит вольфрам, и учесть, что в справочнике содержание компонентов указано в долях массы.
2. Ёмкостный делитель напряжения имеет изоляцию верхнего плеча из Совтола-10, а нижнего из полиамидной пленки. Соотношение ёмкостей верхнего и нижнего плечей при 900 С составляет 1:1000. Как изменится это соотношение, если температура нижнего плеча понизится до 200 С?
3. Среди магнитотвердых сплавов найдите и опишите сплавы системы железо-никель-алюминий-кобальт (ЮНДК). Выберите среди них сплав с максимальной удельной магнитной энергией и определите значение магнитной проницаемости при комнатной температуре и напряженности магнитного поля - 40 кА/м.
Вариант 19
1. Выберите и опишите такую марку керамики, при которой сопротивление изоляции керамического конденсатора было бы наибольшим. Керамический конденсатор имеет емкость 0,01 мкФ, выполнен с применением керамики на основе диоксида титана и работает в интервале частот 0,5 - 5 МГц. Рассчитайте его сопротивление.
2.Определите, во сколько раз (максимально) можно уменьшить длину системы коаксиальных цилиндров, не уменьшая их ёмкости, если заменить, находящийся между цилиндрами электротехнический фарфор группы 100 на высокочастотную керамику на основе рутила?
3. Выберите среди магнитотвердых ферритов по ГОСТ 24063-80 марку с минимальным значением коэрцитивной силы и вычислите для этой марки значение магнитной проницаемости при напряженности магнитного поля - 60 кА/м.
Вариант 20
1.Рассчитайте параметры нового электротехнического материала, состоящего из измельченной слюды (мусковита) и полиуретана, значение диэлектрической проницаемости которого минимальное из возможных. Зная, что относительная диэлектрическая проницаемость слюды равна 7, предскажите значения диэлектрической проницаемости нового материала при содержании в нём слюды 30 % и 70 % по объему.
2. Конденсатор состоит из приложенных друг к другу алюминиевых пластин, поверхность которых окислена анодированием в плазме. Определите, во сколько раз (минимально) изменится ёмкость конденсатора, если пленку той же толщины получить методом электрохимического окисления.
3. Описать термомагнитные материалы, называемые термаллоями. Составьте для них таблицу значений магнитной проницаемости при разных температурах при напряженности магнитного поля 8 кА/м.
Вариант 21
1. Изоляция, выполненная путем пропитки пропиточным нагревостойким составом марки СПВ-914, при нагревании до 8500 С имеет сопротивление 2 МОм. Подберите такие пропиточные составы для изоляции того же устройства, чтобы сопротивление изоляции в тех же условиях повысилось, по крайней мере, до 25 МОм.
2.Выберите из справочника и опишите такой конденсаторный керамический материал, с помощью которого можно было бы создать цилиндрический конденсатор с ёмкостью не менее 1,64 нФ при частоте 0,5-5 МГц. Коаксиальные цилиндрические электроды конденсатора имеют радиусы 0,2 и 0,5 см и длину 0,1 м.
3. Выберите среди ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса марку с минимальным удельным электрическим сопротивлением и постройте для нее петлю гистерезиса.
Вариант 22
1. Деталь изолирована высоконагревостойким органосиликатным покрытием марки ОС-92-18 и имеет сопротивление изоляции 32 МОм при температуре 7000 С. Подберите такое покрытие, из которого можно было бы изготовить такую же деталь, но с сопротивлением в тех же условиях не менее 85 МОм.
2.Выберите марку жидкого диэлектрика на основе фторорганических соединений, при заливке которого в трансформатор ёмкость обмотки последнего по отношению к корпусу была бы минимальной. Определите, во сколько раз увеличится ёмкость по сравнению с трансформатором без этого жидкого диэлектрика?
3.Определите оптимальные значения магнитной индукции в ферритовом сердечнике из феррита группыV марки 300ННИ при частоте 0,5...5 кГц
Вариант 23
1. Рассчитайте длину алюминиевого проводника сечением 1,5 мм2 в поливинилхлоридной изоляции с минимальным значением удельного сопротивления толщиной 1 мм, при которой сопротивление проводника постоянному току будет в 109 раз меньше сопротивления его изоляции.
2.Выберите такую электроизоляционную неорганическую пленку, при которой можно получить максимальную ёмкость устройства, использующего эту пленку для изоляции между электродами. Во сколько раз ёмкость устройства уменьшится, если вместо пленки использовать воздушную изоляцию?
3. Постройте зависимость магнитной индукции от температуры для термомагнитного материала 33НХ3 при напряженности магнитного поля 112 кА/м.
Вариант 24
1. Рассчитайте сопротивление изоляции между контактными пластинами коллектора электрической машины с изоляцией из миканита во влажном состоянии, если в сухом состоянии оно равно 1 МОм.
2.Рассчитайте возможные длины электродной фольги, ширина которой равна 10 см, если изоляцией между электродами конденсатора с ёмкостью 1 мкФ служит конденсаторная бумага типа АНКОН (марки 1), пропитанная конденсаторным маслом сернокислотной очистки. Изоляция состоит из 10-и слоёв бумаги толщиной 12 мкм, спрессованной с коэффициентом запрессовки К=1,2. При расчетах учесть изменение диэлектрической проницаемости клетчатки бумаги в результате её пропитки маслом. Плотность клетчатки принять равной 1600 кг/м3.
3.Сердечник из аморфного магнитного сплава марки 10НСР имеет площадь поперечного сечения 1 см2 и общую длину 10 см и работает при индукции 0,1 Тл. Постройте зависимость магнитных потерь в этом сердечнике от частоты.
Вариант 25
1. Между двумя металлическими пластинами с площадью 1 м2 находится мраморная доска толщиной 1 см. Сопротивление необходимо рассчитать двумя способами, задаваясь: а) диэлектрической проницаемостью и удельным сопротивлением, б) только удельным сопротивлением.
2.Конденсатор выполнен из двух, приложенных друг к другу алюминиевых пластин, поверхность которых анодирована в плазме. Как изменится ёмкость конденсатора, если алюминиевые пластины заменить титановыми с теми же размерами и той же толщиной оксидной пленки?
3.Масса сердечника из аморфного магнитного сплава 10НСР – 100 г. Определите зависимость магнитных потерь в нем от напряженности магнитного поля в диапазоне 0...120 А/м при частоте 10 кГц.
Вариант 26
1.Имеется коаксиальный кабель, радиус медной жилы которого 1 мм, а радиус оплетки - 5 мм. Изоляция кабеля выполнена из полиэтилена. Найти длину, при которой сопротивление изоляции будет в 1010 раз больше продольного сопротивления медной жилы.
2. Провод изолирован политетрафторэтиленом толщиной 0,5 мм, имеет диаметр 1 мм и находится под напряжением 220 В. На поверхности провода под слоем изоляции имеется небольшое плоское воздушное включение. Определите напряжённости электрического поля в этом включении и в слое твёрдой изоляции, прилегающем к проводу.
3.Импульсный трансформатор на сердечнике из феррита 1000ННИ объёмом 12 см3 работает при температуре 20о С. Постройте зависимость потерь в нем от напряженности магнитного поля для импульсов длительностью 3 мкс с частотой следования 5 кГц.
Вариант 27
1. Барьерная изоляция масляного трансформатора выполнена из картона марки А. Рассчитайте диапазон значений полного сопротивления 1 м2 барьерной изоляции при изменении влагосодержания от 1 до 6 %.
2. В баке с трансформаторным маслом у поверхности масла находится полушаровый электрод, к которому при температуре масла 200 С приложено напряжение 10 В. Как следует изменить напряжение на этом электроде с целью сохранения его заряда, если температура масла повысилась до 900 С? При решении задачи ёмкостью полушара, находящегося в воздухе, можно пренебречь.
3. Постройте графики зависимости относительной магнитной проницаемости стали от напряженности магнитного поля для горячекатаной легированной стали (ГОСТ 21427.3-75) марки 1561 толщиной 0,35 и 0,20 мм.
Вариант 28
1.Найдите погонное сопротивление изоляции коаксиального двухслойного кабеля, состоящего из резины РНИ и РТИ-0, толщиной 1 мм каждый слой при радиусе жилы 3 мм. Ближе к жиле находится резина с большей электрической прочностью (Епр).
2. Одножильный кабель с изоляцией из политрифторхлорэтилена имеет длину 100 м, диаметр жилы 0,003 м и диаметр оболочки - 0,005 м. Какую площадь поверхности должен иметь плоский воздушный конденсатор с расстоянием между пластинами 0,001 м, имеющий равную с кабелем ёмкость?
3.Определите потери в 1 м3 стального магнитопровода, имеющего коэффициент заполнения сталью 0,95. Магнитопровод выполнен из холоднокатаной анизотропной стали с содержанием кремния 2,8...3,8 % при напряженности магнитного поля 100 А/м и частоте 50 Гц. Порядковый номер типа стали – 8, толщина листа – 0,27 мм.
Вариант 29
1.Рассчитайте диэлектрическую проницаемость изофлекса, воспользовавшись моделью статистической смеси. Перед этим ознакомьтесь также с изделиями из стеклянных волокон. Значения диэлектрической проницаемости компонентов примите минимальными, а объемную долю неорганического компонента - 0,1.
2. Рассчитайте, во сколько раз изменится площадь пластин плоского конденсатора, работающего при частоте 50 Гц, при замене находящегося между ними полиметилметакрилата на поливинилхлорид той же толщины при условии сохранения ёмкости.
3.Постройте кривую зависимости удельных потерь в холоднокатаной изотропной стали (ГОСТ 21427.2-83) марки 2012 с толщиной листа 0,65 мм от напряженности магнитного поля в диапазоне 1000-30000 А/м при частоте 50 Гц.
Вариант 30
1.К концам двух коаксиальных цилиндров из поликристаллического графита с наружными диаметрами 5 см и 10 см, толщиной стенки 1 см и длиной 1 м приложено напряжение 1 В. Определить токи в том и другом цилиндре.
2. Провод диаметром 2 мм покрыт полиамидной изоляцией толщиной 0,1 мм и затем слоем шеллака той же толщины, поверх которого находится медный экран. Рассчитать ёмкость между жилой этого провода и медным экраном при длине провода 100 м.
3. Постройте зависимость магнитной индукции от температуры для термомагнитного материала 33НХ3 при напряженности магнитного поля 112 кА/м.
Пример решения задания 1
Проверьте, сработает ли устройство защитного отключения (УЗО) при следующих условиях: Шахтный одножильный кабель диаметром 12 мм длиной 500 м, сечением жилы 35 мм2, с изоляцией из резины типа РТИ-1 попал в воду. Напряжение на жиле – 380 В. УЗО срабатывает, если утечка через изоляцию превысит 10 мА.
Решение
Для того, чтобы сработало УЗО необходимо, чтобы сопротивление изоляции провода было бы не более такого, при котором ток утечки был бы равен 10 мА. Найдём это сопротивление:
Rиз. ≤ 380 В / 0,01 А=38000 Ом.
Поскольку ток через изоляцию стекает с жилы, поле тока можно принять радиально-цилиндрическим, и сопротивление изоляции будет равно:
Неизвестным параметром в этом выражении является удельное сопротивление резины – ρрезины.
Рассчитаем удельное электрическое сопротивление электрической изоляции из резины РТИ-1, при котором может сработать УЗО. Для этого вначале определим радиус токопроводящей жилы через площадь её сечения - S:
.
Радиус внешней эквипотенциальной поверхности коаксиальной системы можно принять равным 6 мм, поскольку кабель находится в воде, а его диаметр равен 12 мм. Рассчитываем удельное электрическое сопротивление:
.
Таким образом, УЗО может сработать, если удельное сопротивление в результате увлажнения снизится до 2∙108 Ом∙м.
Вывод: сравнивания полученное значение со справочными значениями, видим, что удельное сопротивление резины РТИ-1 даже после 14-и дней увлажнения при любой температуре имеет значения на 4 порядка выше, чем полученное в нашем расчёте. Таким образом, при попадании резинового кабеля в воду срабатывания УЗО не произойдёт. То есть условия электробезопасности при эксплуатации резинового кабеля в воде соблюдаются. По-видимому, отключение УЗО может произойти, если в изоляции будут дополнительные повреждения, например, трещины от старения.
Пример решения задания 2
Определите напряжённость поля в воздушном включении, которое находится в изоляции одножильного кабеля с номинальным напряжением 10 кВ. Напряжение на жиле составляет 6 кВ. Жила диаметром 10 мм изолирована поликарбонатной пленкой "макрофоль" типа SN и имеет толщину изоляции 3 мм. При намотке пленки на жилу на поверхности жилы образовалось микроскопическое воздушное включение.
Решение
Если пренебречь искажением поля, которое вносит небольшое воздушное включение, то напряжённость поля на поверхности провода, создающего радиально-цилиндрическое поле, равна:
Здесь, на рисунке 1, r1 и r2 - соответственно радиусы жилы и оболочки, U - напряжение на жиле.
Рисунок 1 – Радиально-цилиндрическое поле
Напряжённость поля в воздушном включении по отношению к напряженности поля в изоляционной плёнке определяется обратным отношением диэлектрических проницаемостей материала воздуха eв и изоляции eп:
Из этого выражения видно, что для выполнения задания необходимо знать значения диэлектрических проницаемостей поликарбонатной пленки eп и воздуха eв.
Воздух является газообразным диэлектриком. Его электрическая прочность при расстоянии между электродами в 1 см и атмосферном давлении равна примерно 3 МВ/м. Это на порядок меньше, чем у твердых диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость воздуха при 200 С и давлении 101325 Па (760 мм рт.ст.) eв = 1,00059. При повышении давления с 0,1 до 10 МПа диэлектрическая проницаемость воздуха увеличивается 1,00058 до 1,0549. Кроме того, диэлектрическая проницаемость воздуха увеличивается с повышением влажности из-за большой диэлектрической проницаемости водяных паров.
Поликарбонатная пленка (ПК) изготавливается толщиной 0,002 - 0,8 мм из поли-6-диоксидифенил-2, 2-пропана без пластификаторов фирмой Bayer (ФРГ) под названием макрофоль. Плёнки бывают различных типов. Плёнки всех типов с одной стороны имеют шероховатую поверхность. Наилучшими электрическими и механическими свойствами обладают конденсаторные пленки KG и SKG.
Принимаем, что воздух в пузырьке находится при нормальном давлении. Следовательно, eв = 1,00059. Из п. 3 eп = 3,0.
Вывод: Напряжённость поля в воздушном пузырьке составит 7,655 МВ/м, что выше электрической прочности воздуха - 3 МВ/м. Это означает, что воздушный пузырёк будет пробиваться при напряжении на жиле выше, чем 3,8 кВ.
Пример решения задания 3
Оцените потери в стали 1521 при частоте 50 Гц и напряженности внешнего магнитного поля 2500 А/м и сравните эти потери с потерями в стали 1511 при тех же условиях.
В обозначении марок цифры означают:
Первая – класс по структурному состоянию и виду прокатки:
1 – горячекатаная, изотропная;
2 – холоднокатаная изотропная;
3 – холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой;
5 - холоднокатаная анизотропная с плоской кубической текстурой.
Вторая – содержание кремния:
0 – до 0,4% (нелегированная);
1 – (0,4…0,8) %;
2 - (0,8…1,8) %;
3 - (1,8…2,8) %;
4 - (2,8…3,8) %; удельные потери нормируются при магнитной индукции В=1,5 Тл и частоте f = 50 Гц;
5 - (3,8…4,8) %.
Третья – группу по основной нормируемой характеристике:
0 – удельные потери при магнитной индукции В=1,7 Тл и частоте f = 50 Гц;
1 - удельные потери при магнитной индукции В=1,5 Тл и частоте f = 50 Гц;
2 - удельные потери при магнитной индукции В=1,0 Тл и частоте f = 400 Гц;
4 -удельные потери при магнитной индукции В=0,5 Тл и частоте f = 3000 Гц;
6 – магнитная индукция в слабых полях при напряженности поля Н=0,4 А/м;
7 - магнитная индукция в средних полях при напряженности поля Н=10 А/м.
Четвёртая - порядковый номер типа стали.
Таким образом, заданные электротехнические стали характеризуются следующим образом:
1511 – горячекатаная изотропная сталь, с содержанием кремния - (3,8…4,8) %, удельные потери нормируются при магнитной индукции В=1,5 Тл и частоте f = 50 Гц, тип стали – 1.
1521 – эта сталь отличается от предыдущей только тем, что удельные потери нормируются при магнитной индукции В=1,0 Тл и частоте f = 400 Гц,
Эти стали поставляются в виде листов толщиной 0,1…1,0 мм шириной 500…1000 мм и длиной 600…2000 мм.
В соответствии с маркой стали магнитные потери для стали 1521 нормируются при магнитной индукции В=1,0 Тл и частоте f = 400 Гц и составляют 19,5 Вт/кг (3, табл. 2.5, табл.2.6) из (7) в списке литературы. При напряжённости внешнего магнитного поля 2500 А/м индукция в стали 1521 составляет 1,44 Тл. Следовательно, нормированные потери необходимо привести к условиям задания. Поскольку сталь магнитомягкая, то приближённо можно считать, что основная доля потерь – это потери на вихревые токи. Поэтому воспользуемся формулой потери на вихревые токи.
Рнорм= β Bнорм 2 ×fнорм 2.
искомые потери: Рх = β B1,44 2 ×f50 2.
Для стали 1521: 
Для стали 1511 потери нормируются при индукции 1,5 Тл. Поскольку у этой стали при напряжённости поля 2500 А индукция составляет 1,44 Тл, то нормируемые потери увеличатся в 1,52/1,442 = 1,085 раза, то есть составят 3Вт/кг×1,085=3,255 Вт/кг.
Вывод: Если сталь 1521, предназначенную для работы при частоте 400 Гц применять в условиях, аналогичных применению стали 1511, то есть при частоте 50 Гц, то магнитные потери в стали 1521 будут меньше, чем в стали 1511.
