Основные расчетные выражения и необходимые пояснения

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.

При постоянном напряжении потери зависят только от тока проводимости и равны:

Р_пост = , или в удельных величинах: Р_{пост. уд} = , (5.1)

В этих выражениях U – напряжение, приложенное к изоляционной конструкции, R – сопротивление изоляционной конструкции, E – напряженность электрического поля в материале, ρ_v – удельное объёмное сопротивление диэлектрика.

При переменном напряжении к потерям от проводимости добавляются потери от поляризации, характеризующиеся углом диэлектрических потерь d. Диэлектрические потери на переменном напряжении рассчитываются по выражениям:

Р_перем = U² wC tgd; Р_{перем.уд.} = E² we₀e tgδ (5.2)

Здесь С – ёмкость изоляционной конструкции, ω – круговая частота (ω = 2πf), δ – угол диэлектрических потерь.

Углом диэлектрических потерь, δ (дельта) называют угол, дополняющий до 90 градусов угол сдвига между током и напряжением в диэлектрике.

Если диэлектрик представить параллельной схемой замещения с емкостью С и сопротивлением R, то

tgd = (5.3)

В случае, когда от нагревающегося в электрическом поле диэлектрика нет теплоотвода, диэлектрические потери полностью расходуются на нагрев изоляции. При этом можно записать уравнение теплового баланса, где в левой части представлен расход электрической энергии, а в правой – затраты энергии на нагрев:

Р_потерь ´ t_сек = cdDT^o . (5.4)

Здесь с, d - теплоемкость и плотность материала ,t_сек – время нагрева диэлектрическими потерями; DT^o - разность конечной и начальной температур,

В заданиях также используется постоянная времени релаксации:

t = e₀er = СR, (5.5)

с помощью которой можно определить время разряда с напряжения U₀ до напряжения U заряженной изоляции через собственное сопротивление по выражению:

U = U₀ ´ (5.6)

5.2. Пример выполнения 5-го задания

1. Задание 5-61.

Опишите новомикалекс и церезин. Определите, что может явиться причиной расплавления церезина в такой конструкции: Между двумя листами новомикалекса, каждый из которых имеет толщину 4 мм, находится слой церезина толщиной 2 мм. Конструкция имеет начальную температуру 60⁰С и к ней перпендикулярно слоям приложено переменное напряжение.

2. Определение величин, необходимых для выполнения задания.

Очевидно, что причиной расплавления церезина будут диэлектрические потери. Следует, однако, определить, что нагревается больше: новомикалекс или церезин. Представим, что к многослойной конструкции приложено напряжение U частотой ω. По отношению к каждому из диэлектриков это напряжение распределится в соответствие с системой уравнений:

.

Здесь Е_нм и Е_ц , соответственно напряжённости поля в слоях новомикалекса и церезина; d_нм- суммарная толщина двух пластин новомикалекса; d_ц- толщина слоя церезина; ε_нм и ε_ц - диэлектрические проницаемости новомикалекса и церезина. Первое уравнение показывает, что приложенное напряжение представляет собой сумму падения напряжения в новомикалексе (Е_нм∙ d_нм) и падения напряжения в слое церезина (Е_ц∙ d_ц). Второе уравнение говорит о постоянстве потока электрического смещения в этих материалах при перпендикулярности силовых линий поверхности пластин (D=Е∙ε).

Решая эту систему уравнений, находим напряжённости поля в каждом из материалов:

.

Удельные диэлектрические потери в каждом из материалов составят:

Р_нм,уд=Е_нм² ∙ω∙ε₀∙ε_нм∙tgδ_нм ; Р_ц,уд=Е_ц² ∙ω∙ε₀∙ε_ц∙tgδ_ц.

Найдем отношение удельных диэлектрических потерь:

.

Таким образом, для выполнения задания нам необходимо знать значения диэлектрических проницаемостей и тангенса угла диэлектрических потерь новомикалекса и церезина при 60⁰С.

Угол диэлектрических потерь, δ (дельта) - это угол, дополняющий до 90 градусов угол сдвига между током и напряжением в диэлектрике.

Диэлектрическая проницаемость, ε - 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 в вакууме. /1/.

3. Описание материалов.

Новомикалекс,равно как и микалексотносятся к материалам высокой нагревостойкости /2, стр. 289-290/. Это композиционные материалы, состоящие из стекла с нагревостойкими наполнителями /2, стр. 210/. У новомикалекса в качестве наполнителя применяется искусственная слюда – фторфлогопит. При его изготовлении могут быть использованы более тугоплавкие стёкла, что повышает нагревостойкость новомикалекса. Новомикалекс имеет длительную рабочую температуру 600⁰С. Электрические и механические показатели новомикалекса приведены в табл. 1. /2, стр. 289, табл.25.45/.

Таблица 1.

Электрические и механические показатели новомикалекса

Удельное объёмное сопротивление, ρ – это параметр вещества, численно равный измеренному в плоско-параллельном поле сопротивлению образца длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 м².

Электрическая прочность, E_пр - это средняя напряженность электрического поля, при которой происходит электрический пробой

Электрическим пробоем диэлектрика называют скачкообразное увеличение электропроводности материала при воздействии определенного напряжения, вплоть до образования электропроводящего плазменного канала.

Предел прочности при изгибе σ_и, предельная сила, отнесённая к площади поперечного сечения образца и направленная параллельно сечению, после приложения которой изгиб образца проходит при снижении этой силы

Значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от температуры показаны на рис. 1 (/2, стр. 289, рис. 25.21/).

Рис.1. Температурные зависимости для новомикалекса

(1,3 – испытания в вакууме, 2,4 – испытания в воздухе)

Из приведённых температурных зависимостей можно определить, что при 60⁰ С у новомикалекса тангенс угла диэлектрических потерь tgδ=0,05, а диэлектрическая проницаемость ε=4.

Угол диэлектрических потерь, δ - это угол, дополняющий до 90 градусов угол сдвига между током и напряжением в диэлектрике.

Значение диэлектрической проницаемости вещества, εможно определить как отношение емкости конденсатора с данным веществом (диэлектриком) к емкости конденсатора тех же размеров, диэлектриком которого является вакуум /1/.

Церезин представляет собой смесь твёрдых углеводородов с эмпирической формулой от С₃₉Н₈₀ до С₅₃Н₁₀₈ /3, стр. 208/. Церезин полечают кислотно-контактной очисткой парафинистой пробки, которая является осадком парафинистой нефти на стенках буровых скважин, на дне резервуаров. Церезин имеет хорошие диэлектрические свойства. Церезин применяют в кабельном производстве, а также для производства электроизоляционных восковых композиций. Известен также синтетический церезин – воскообразный диэлектрик светло-жёлтого цвета, кристаллической структуры, представляющий собой смесь твёрдых углеводородов метанового ряда. Основные свойства церезинов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Показатели церезинов /3, стр. 209, табл. 7.2 и 7.3/

Кислотное число –количество щёлочи, необходимое для нейтрализации кислоты до рН=7.

Угол диэлектрических потерь и диэлектрическая проницаемость церезина сильно зависят от температуры. Эти зависимости показаны на рис. 2

Рис. 2.

Из приведённых температурных зависимостей можно определить, что при 60⁰ С у церезина тангенс угла диэлектрических потерь tgδ=0,003, а диэлектрическая проницаемость ε=2,1.

Решение.

Подставляем необходимые данные в полученное в п.2 выражение:

5.Вывод.

Удельные диэлектрические потери в новомикалексе в 68 раз выше, чем в церезине. Это связано в первую очередь с меньшими значениями диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь в церезине. Таким образом, церезин расплавиться от нагрева главным образом новомикалекса.

6. Использованная литература:

1. Ю.В. Целебровский, Шпаргалка по электроматериаловедению. Новосибирск, 2006. – 31 с.

2. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т.2/ Под редакцией Ю.В.Корицкого и др. – 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 464 с.: ил.

3. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т.1/ Под ред. Ю.В.Корицкого и др. – 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 368 с.: ил.

Тексты заданий

Задание 5-01. Отрезок высокочастотного коаксиального кабеля длиной 100 м имеет диаметр жилы 1 мм и диаметр оболочки - 10 мм. Изоляция между жилой и оболочкой (экраном) выполнена из фторопласта 4. При заземлённом экране кабель заряжается до напряжения на жиле 200 В, после чего источник питания отключается. Через час измерение показало, что напряжение составило 5 В. Опишите указанный материал (физические, электрические свойства и область применения), определите сопротивление изоляции при минимальном значении диэлектрической проницаемости. Рассчитайте удельное объёмное сопротивление изоляции и сравните его с удельным сопротивлением фторопласта.

Задание 5-02. Сопротивление изоляции коаксиального кабеля, выполненной из полиэтилена высокого давления ПЭВД - 102 - 01К, составляет 200 ГОм при длине кабеля 100 м, диаметре жилы 1 мм и диаметре оболочки 10 мм. Кабель заряжается до напряжения 220 В между жилой и экраном, после чего источник питания отключается. Опишите указанный материал (физические, электрические и область применения) и определите через какое время напряжение между жилой и экраном станет равным 100 В, если диэлектрическую проницаемость и удельное сопротивление принять минимальными для этого ПЭ. Сравните расчетное значение удельного объемного сопротивления изоляции со справочным.

Задание 5-03. Сопротивление изоляции коаксиального кабеля, выполненной из темплена, составляет 170 ГОм. Опишите указанный материал (физические, электрические и область применения) и определите мощность диэлектрических потерь в кабеле при частоте 10⁶ Гц и напряжении 100 В.

Задание 5-04. Мощность диэлектрических потерь в коаксиальном кабеле при частоте 10⁶ Гц и напряжении 100 В составляет 1 Вт. Изоляция кабеля выполнена из темплена термостойкого. Опишите указанный материал (физические, электрические и область применения) и определите сопротивление изоляции кабеля.

Задание 5-05. Сопротивление изоляции высоковольтного устройства, выполненной из кремнепласта ПДТ - Гр - К, составляет 1 ГОм. Опишите указанный материал (физические, электрические и область применения) и определите диапазон диэлектрических потерь в нем при частоте 10⁶ Гц и напряжении 1 кВ.

Задание 5-06. Определите удельные диэлектрические потери в жидкой изоляции из кремнийорганической полиэтиленсилоксановой жидкости ПЭС-3 при температурах жидкости 20^о С до 100^о С, частоте 100 Гц и напряженности поля 1 кВ/мм. Опишите указанный материал (физические, электрические свойства и область применения) и оцените значение удельного сопротивление жидкости при температуре 100^о С, полагая диэлектрическую проницаемость независимой от частоты в диапазоне 50-100 Гц и от температуры в диапазоне 20...100 ⁰С. Схему замещения диэлектрика принять параллельной.

Задание 5-07. Плоский конденсатор с изоляцией из хлорированного полиэтилена имеет площадь пластин 1 м² и расстояние между пластинами - 1 мм. Опишите указанный материал (физические, электрические и область применения) и определите, как изменится мощность диэлектрических потерь в нём при напряжении на пластинах 10 кВ, если рабочая частота изменится со значения 1 кГц до 1MГц.

Задание 5-08. Опишите физические, электрические свойства и область применения таких материалов как поливинилхлорид и поли-трифторхлорэтилен. Определить максимально возможное изменение сопротивления изоляции высоковольтного устройства при замене материала изоляции с поливинилхлорида на политрифторхлорэтилен, если диэлектрические потери в нём при напряжении 1 кВ и частоте 50 Гц изменились при этом с 2,8 до 4 Вт ?

Задание 5-09. Изоляция плоских конденсаторов с площадью пластин 1 м² и расстоянием между ними 1 мм выполнена из природного мусковита. При напряжении 380 В и частоте 50 Гц разброс диэлектрических потерь у разных образцов составляет от 1,125х10^-3 до 2,25х10^-2 Вт. Опишите физические, электрические свойства и область применения указанного материала и рассчитайте значение его диэлектрической проницаемости.

Задание 5-10. Диэлектрические потери в куске мрамора при частоте 50 Гц и напряжении 6,3 кВ составляет 0,001 Вт. Определите физические и электрические свойства и определите сопротивление этого куска (при той же схеме измерения) принимая значения удельных параметров равными минимальным табличным.

Задание 5-11. К поверхности двух сложенных вместе листов электротехнического стекла, содержащих соответственно 40 и 80 % алюмосиликатов, каждое толщиной 2 мм и площадью 0,6 м² приложено напряжение 660 В, частотой 10³ Гц. Опишите физические, электрические свойства и область применения указанных материалов и рассчитайте диэлектрические потери в этой системе при минимальных значениях угла диэлектрических потерь.

Задание 5-12. Из эпоксидной смолы ЭД - 20 (с отвердителем МТГФА) и мраморной крошки ЭМК - 5 изготовлена доска площадью 1 м² и толщиной 2 см. Опишите физические, электрические свойства и область применения указанных материалов и определите максимально возможное значение диэлектрических потерь в такой доске при напряжении 6 кВ и частоте 50 Гц если объёмное содержание мрамора равно 80 %. Схему замещения диэлектрика принять параллельной.

Задание 5-13. Керамический конденсатор ёмкостью 1 мкФ заряжается до напряжения 100 В и подключается к вольтметру с внутренним сопротивлением 10 МОм. Через 10 с напряжение заряда конденсатора стало равным 10 В. Известно, что диэлектриком в конденсаторе служит керамика на основе соединений титана (ГОСТ 20419-83). Опишите указанную керамику (физические, электрические свойства и область применения) и определите марку керамики.

Задание 5-14. Две пластины из электротехнического стекла толщиной 5 мм с содержанием алюмосиликатов 50 % склеены эпоксидным клеем К - 153 с толщиной проклейки 0,5 мм. Перпендикулярно плоскости стёкол приложено напряжение 1 кВ частотой 10 кГц. Опишите физические, электрические свойства и область применения указанных материалов и при условии независимости параметров материалов от частоты определите, что будет нагреваться больше стёкла или клеевая прослойка.

Задание 5-15. Конденсатор ёмкостью 1 мкФ имеет изоляцию из полиэтиленовой плёнки. Опишите эту плёнку, её особенности, свойства при применении в качестве электрической изоляции. Рассчитайте мощность диэлектрических потерь в этом конденсаторе при постоянном и переменном (на частоте 1 кГц) напряжениях, равных 3 кВ. Значение угла диэлектрических потерь считать независимым от частоты.

Задание 5-16. Опишите неполярные полимерные плёнки и сравните диэлектрические потери в полипропиленовой плёнке на постоянном напряжении с такими же потерями в полистирольной и полиэтиленовой плёнках при напряженностях, составляющих 0,1 от электрической прочности.

Задание 5-17. Опишите полиэтилентерефталатную плёнку (физические, электрические и область применения) и укажите её российское, американское и японское торговые названия. Постройте зависимость удельных диэлектрических потерь в этой плёнке от частоты (в диапазоне 10²-10⁵ Гц) при напряжённости электрического поля 1 кВ/мм.

Задание 5-18. Для изоляции проводов, работающих при высоких температурах, используется полярная полиимидная плёнка с односторонним фторполимерным покрытием. Что это за материал? Как его называют в США? Если тепло от диэлектрических потерь в такой изоляции никуда не отводится, то сколько нужно времени, чтобы от этих потерь при частоте 1кГц и напряжении 500 В плёнка нагрелась бы с 18^о С до 0,1 длительно допустимой температуры? Теплоемкость пленки принять равной минимальному значению теплоемкости полиэтилена высокого давления.

Задание 5-19. Высокочастотное устройство выполнено из ситалла марки СТ 50-1. Опишите этот материал и, пренебрегая теплоотводом, определите, какой можно ли ожидать расплавления материала при нагреве диэлектрическими потерями в течении минуты, если начальная температура была 20^о С, частота устройства - 10¹⁰ Гц, а напряженность приложенного поля составляет 0,001 от электрической прочности.

Задание 5-20. Отрезок коаксиального кабеля длиной 200 м имеет диаметр жилы 1 мм и диаметр экрана - 8 мм. Изоляция между жилой и экраном выполнена из полиэтилена высокого давления. При заземлённом экране кабель заряжается до напряжения на жиле 100 В, после чего источник питания отключается. Через 40 минут измерение показало, что напряжение составило 1 В. Опишите указанный материал (физические, электрические свойства и область применения), определите сопротивление изоляции, её расчетное удельное объёмное сопротивление и сравните последнее значение с удельным сопротивлением ПЭВД - 102-01К.

Задание 5-21. Сопротивление изоляции коаксиального кабеля, выполненной из фторопласта 4, составляет 100 ГОм при длине кабеля 150 м диаметре жилы 0,8 мм и диаметре оболочки 8 мм.. Кабель заряжается до напряжения 100 В между жилой и экраном, после чего источник питания отключается. Опишите физические, электрические свойства и область применения фторопласта 4 и определите через какое минимальное расчётное время напряжение между жилой и экраном станет равным 50 В ? Сравните расчетное значение удельного объемного сопротивления изоляции со справочным.

Задание 5-22. Сопротивление изоляции коаксиального кабеля, выполненной из поливинилхлорида И40-13 составляет 3 ГОм. Опишите физические, электрические свойства и область применения указанного материала и определите диапазон диэлектрических потерь в нём при частоте 50 Гц и напряжении 120 В.

Задание 5-23. Мощность диэлектрических потерь в коаксиальном кабеле при частоте 10⁶ Гц и напряжении 200 В составляет 10 Вт. Изоляция выполнена из полиэтилена низкого давления ПЭНД - 209-15. Опишите физические, электрические свойства и область применения указанного материала и определите сопротивление «идеальной» изоляции этого кабеля.

Задание 5-24. Сопротивление изоляции тягового электродвигателя составляет 2 ГОм. Изоляция выполнена из эпоксидного пресс-материала ПЭТ - Гр, относящегося к группе реактопластов. Опишите физические, электрические свойства и область применения указанного материала и определите мощность диэлектрических потерь в изоляции при частоте 50 Гц и напряжении - 1,5 кВ.

Задание 5-25. Плоский конденсатор с изоляцией из поливинилхлорида имеет площадь пластин 2 м² и расстояние между пластинами - 1 мм. Опишите физические, электрические свойства и область применения указанного материала и определите, как максимально изменится в нём мощность диэлектрических потерь при напряжении на пластинах 5 кВ и нормальной температуре, если частота изменится с 50 Гц до 1 МГц.

Задание 5-26. Как максимально изменится сопротивление изоляции высоковольтного устройства при замене материала изоляции с политрифторхлорэтилена на поливинилхлорид, при условии изменения толщины изоляции таким образом, что емкость устройства не меняется ? Диэлектрические потери в первоначальной изоляции при напряжении 2 кВ и частоте 50 Гц составляли 8 Вт. Опишите физические, электрические свойства и область применения указанных материалов.

Задание 5-27. Изоляция плоских конденсаторов с площадью пластин 0,5 м² и расстоянием между ними 0,5 мм выполнена из природного флогопита. При напряжении 220 В, частоте 1 кГц и 20^о С разброс диэлектрических потерь у разных образцов составляет от 4,84´10^-3 Вт до 9,69´10^-2 Вт. Опишите физические, электрические свойства и область применения указанного материала и определите значение его относительной диэлектрической проницаемости.

Задание 5-28. Опишите физические, электрические свойства и область применения мраморных досок. Рассчитайте максимальное значение диэлектрических потерь в мраморной доске толщиной 2 см при частоте 50 Гц и напряжении 80 % от пробивного, если её сопротивление составляет 1 МОм.

Задание 5-29. К поверхности двух сложенных вместе листов электротехнического стекла, содержащих соответственно 60 и 80 % алюмосиликатов, каждое из которых имеет толщину 1 мм приложено напряжение 100 В при частоте 10⁶ Гц. Опишите физические, электрические свойства и область применения указанного материала и определите от какого стекла к какому будет направлен тепловой поток, если углы диэлектрических потерь минимальны.

Задание 5-30. Опишите состав и свойства кремнийорганических компаундов, выберите из них такой, диэлектрические потери которого в постоянном поле при нормальной температуре максимальны, и рассчитайте для этого компаунда мощность удельных диэлектрических потерь при частоте 1 МГц, нормальной температуре и напряженности поля, составляющей 1 % от пробивной.

Задание 5-31. К плоскому двухслойному диэлектрику, выполненному карбоцепных полимеров, площадью 1 м², состоящему из слоя поливинилиденфторида толщиной 10 мм и слоя поливинилкарбазола толщиной 10 мм, приложено напряжение 70 кВ частотой 1 МГц. Определить на сколько нагреется каждый слой в течении 1 с. Теплопередачей между слоями пренебречь.

Задание 5-32. Керамический конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ заряжается до напряжения 100 В и подключается к вольтметру с внутренним сопротивлением 100 МОм. Через 2 с напряжение на нём падает до 1,9 В. Известно, что диэлектриком в конденсаторе является керамика на основе соединений титана. Опишите физические, электрические свойства и область применения керамик на основе титана и определите марку керамики.

Задание 5-33. Две пластины из стеклотекстолита размером 0,5х1,5х0,002 м³ склеены слоем парафина толщиной 1 мм. Перпендикулярно поверхности пластин приложено напряжение 6 кВ частотой 1 МГц. Опишите физические, электрические свойства и область применения указанных материалов и определите, что будет нагреваться больше парафин или стеклотекстолит.

Задание 5-34. Конденсатор ёмкостью 0,5 мкФ имеет изоляцию из полипропиленовой плёнки. Опишите эту плёнку и её свойства и рассчитайте диапазоны мощностей диэлектрических потерь в этом конденсаторе при постоянном и переменном напряжении 1 кВ и частоте 1 кГц.

Задание 5-35. Для защиты от коррозии алюминиевые оболочки кабелей можно изолировать поливинилхлоридной плёнкой. Что это за материал и каковы его свойства ? Чем он отличается от полипропиленовой плёнки, и каковы в этих плёнках удельные диэлектрические потери в электрическом поле напряженностью 1 кВ/мм частотой 1 кГц.

Задание 5-36. В качестве основы для металлизированной полимерной плёнки применяют, в частности, полиэтилентерефталат. Что это за материал и каковы его свойства ? Каковы его торговые названия в России, Англии, Франции ? Постройте зависимость удельных диэлектрических потерь в нём от температуры при частоте 50 Гц и напряженности электрического поля 1 кВ/мм ?

Задание 5-37. Для создания температуростойкого конденсатора ёмкостью 2 мкФ на напряжение 1 кВ использована американская полиимидная плёнка минимальной толщины. Опишите этот материал под американским названием. Если считать, что теплоёмкость полиимида равна теплоемкости полиэтилентерефталатной плёнки (лавсан), то за какое время этот конденсатор нагреется с начальных 18^о С до 0,1 длительно допустимой температуры за счёт диэлектрических потерь при частоте 1 кГц? Теплоотводом пренебречь.

Задание 5-38. Постройте зависимость удельных диэлектрических потерь в электротехническом ситалле от температуры в диапазоне от 20^о С до 400^о С при частоте 10¹⁰ Гц и напряженности поля, составляющей 0,1 от электрической прочности. Ситалл имеет марку СТ 50-2. Опишите этот класс материалов (физические, электрические свойства и область применения).

Задание 5-39. Опишите класс материалов, объединенных названием “фенопласты”. Среди фенопластов электроизоляционных выберите материал с наименьшими удельными диэлектрическими потерями при частоте 50 Гц. Во сколько раз эти потери отличаются от потерь на постоянном токе и потерь при частоте 1 МГц.

Задание 5-40. Среди всевозможных фенопластов (класс материалов, который следует описать в задании) выберите материалы с наименьшими и наибольшими удельными потерями на постоянном токе и определите удельные потери материалов выбранных марок при частоте 1 МГц и напряженности электрического поля 100 В/мм.

Задание 5-41. Опишите класс материалов, объединенных названием “кремнепласты”, и выберите среди них материал с наименьшими удельными диэлектрическими потерями при частоте 50 Гц. Во сколько раз эти потери отличаются от потерь на постоянном токе и потерь при частоте 1 МГц.

Задание 5-42. Среди кремнийорганических пресс-материалов выберите самый легкий, опишите этот материал (со сведениями о классе указанных материалов в целом) и определите удельные диэлектрические потери при напряженности поля 100 В/мм при частотах: 0, 50, 1000000 Гц.

Задание 5-43. Что такое “фенопласты”, на какие группы они подразделяются, какой из электроизоляционных фенопластов самый тяжелый и какие у него удельные диэлектрические потери на постоянном токе и частотах 50 Гц и 1 МГц, если напряженность электрического поля принять равной 100 В/мм ?

Задание 5-44. Опишите типы и марки поливинилхлоридов, их свойства и применение. Для типа поливинилхлорида, имеющего максимальное значение предела прочности при растяжении, сравните (относительно) удельные диэлектрические потери на постоянном токе и при частоте 1 МГц.

Задание 5-45. Среди неполярных полимерных пленок выберите и опишите марку (со сведениями о классе этих пленок в целом) с наименьшими диэлектрическими потерями на постоянном токе и рассчитайте диапазон полных потерь в пленке максимальной толщины площадью 1 м² при напряженности постоянного поля, составляющей 10 % от электрической прочности.

Задание 5-46. Среди полярных полимерных пленок выберите и опишите марку (со сведениями о классе этих пленок в целом) с наименьшими диэлектрическими потерями на частоте 1 кГц и определите диапазон возможных потерь в пленке минимальной толщины на постоянном напряжении при площади пленки, равной 10 м² и напряженности поля, составляющей 10 % от электрической прочности.

Задание 5-47. Выберите и опишите марку каучука, имеющего после вулканизации минимальное влагопоглощение, и рассчитайте для этой марки удельные диэлектрические потери в постоянном и переменном (50 Гц) полях при напряженностях поля, составляющих 90 % от электрической прочности.

Задание 5-48. Опишите полиэтиленовую плёнку и определите диапазон отношений удельных диэлектрических потерь в ней к таким же потерям в полистирольной и полипропиленовой плёнках при напряженностях, составляющих 0,1 от электрической прочности на постоянном напряжении.

Задание 5-49. Опишите полифениленоксидную плёнку (физические, электрические и область применения) и укажите её американское торговое название. Постройте зависимость удельных диэлектрических потерь в этой плёнке при частоте 1 кГц от напряжённости электрического поля в пределах от 0 до значения, равном 0,1 от электрической прочности на постоянном напряжении.

Задание 5-50. Для высокотемпературной изоляции используется органосиликатная пластмасса ОС-91-92 с мусковитом и асбестом в качестве наполнителя. Опишите этот материал. Если тепло от диэлектрических потерь в такой изоляции никуда не отводится и ее параметры в процессе заданного нагрева не изменяются, то сколько нужно времени, чтобы от этих потерь при частоте 1кГц и напряжённости электрического поля 5 МВ/м плёнка нагрелась бы с 18^о С до 0,1 допустимой температуры? Теплоёмкость и плотность материала принять равными минимальным значениям этих параметров для мусковита.

Задание 5-51. Среди форстеритовых высокочастотных керамик подберите материал с наименьшими ожидаемыми диэлектрическими потерями в переменном поле. Опишите этот материал и пренебрегая теплоотводом рассчитайте какой станет температура материала при нагреве диэлектрическими потерями в течении часа, если начальная температура была 20^о С, частота устройства 1 Мгц, а напряжённость электрического поля – 2 Кв/мм. При расчетах теплоемкость керамики принять равной теплоемкости электротехнического фарфора.

Задание 5-52. Для создания температуростойкого конденсатора на напряжение 3 кВ использована американская полиимидная плёнка минимальной толщины. Опишите этот материал под американским названием. Если считать, что теплоёмкость полиимида равна теплоемкости полиэтилентерефталатной плёнки (лавсан), то за какое время этот конденсатор нагреется с начальных 20^о С до 0,15 длительно допустимой температуры за счёт диэлектрических потерь при частоте 1 кГц? Теплоотводом пренебречь.

Задание 5-53. Постройте зависимость удельных диэлектрических потерь в электротехническом ситалле СТ 38-1 от температуры в диапазоне от 20^о С до 400^о С при частоте 10¹⁰ Гц и напряженности поля, составляющей половину от электрической прочности ситалла, имеющего наименьшее значение этого показателя. Предварительно пишите этот класс материалов (физические, электрические свойства и область применения).

Задание 5-54. Опишите класс материалов, объединенных названием “шлакоситаллы”, и определите возможные разбросы значений удельных диэлектрических потерь при частотах 10⁶ и 10¹⁰ Гц и напряженности электрического поля, составляющей 0,1 от электрической прочности.

Задание 5-55. Среди всевозможных каучуков (класс материалов, который следует описать в задании) выберите материалы с наименьшими и наибольшими удельными диэлектрическими потерями на постоянном токе. Определите удельные диэлектрические потери материалов выбранных марок при частоте 1 МГц и напряженности электрического поля 100 В/мм.

Задание 5-56. Опишите класс материалов, объединенных названием “кремнепласты”. Выберите среди них материал с наименьшими диэлектрическими потерями на постоянном токе и сравните эти потери с потерями при частоте 1 МГц и при частоте 50 Гц. В обоих случаях напряжённость электрического поля составляет 50% от электрической прочности.

Задание 5-57. Опишите кабельные изоляционные резины.Постройте кривые зависимостей удельных диэлектрических потерь от времени увлажнения кабельной резины типа РТИ-1 при 20^оС и при 70⁰С. Частота 50 Гц и напряженность электрического поля 1 кВ/мм.

Задание 5-58. Опишите мрамор, как электроизоляционный материал. Проведите относительное сравнение удельных диэлектрических потерь мрамора в постоянном поле и в поле промышленной частоты.

Задание 5-59. Опишите электроизоляционные стёкла.Найдите возможный разброс удельных диэлектрических потерь в электротехнических стеклах при частоте 1 кГц и напряженности поля, составляющей 0,1 от среднего арифметического значения электрической прочности описанных марок.

Задание 5-60. Опишите стеклоэмали для глазурования фарфоровых изделий. Подберите стеклоэмаль с минимальным значением температурного коэффициента диэлектрической проницаемости и постройте зависимость удельных диэлектрических потерь от температуры в диапазоне 20-200^оС при напряженности поля 1 кВ/мм. Порядок температурного коэффициента диэлектрической проницаемости считать равным 10^-5, а зависимость угла диэлектрических потерь от температуры принять линейной.

Ответы

5-01. 2,13×10¹¹ Ом; 5,8×10¹³ Ом×м 5-02. 876 с 5-03. 0,18 Вт 5-04. 30,6 ГОм 5-05. (1,9¸6,7) кВт 5-06. 4 Вт/м³; 400 Вт/м³; 2,49×10⁹ Ом×м 5-07. »5000 5-08. 590 5-09. 7 5-10. 441,4 кОм 5-11. 0,047 Вт5-12. 0,023 Вт 5-15. 17 Вт; (0,0046¸0,00046) Вт 5-16. Р_{уд. ПС}< Р_{уд. ПП}< Р_{уд. ПЭ} 5-18. 154 с 5-20. 42,3 ГОм 5-21. 477 с 5-22. (1,09×10^-5¸2,19×10^-3) Вт 5-23. (10,7¸26,7) ГОм 5-24. 0,34 Вт 5-25. 14,5¸19,2 5-27. 6 5-28. 444,8 Вт 5-30.75,1 кВт/ м³ 5-31. 123 ⁰С; 1,5 ⁰С5-34.(22,60,0046¸0,00046) Вт; (0,63¸0,71) Вт5-37.4 5-41. 5-42. 5-43.0,1Вт/м³; (3,3¸3,9) Вт/м³; 27,8 кВт/м³ 5-45. 5-46.(5,8¸64,8) мкВт5-47.26,6 Вт/м³; 8064 Вт/м³ 5-50.1675-51.257⁰С5-52. 2 с5-55. 2,36 кВт/м³; 1,54 МВт/м³5-59.227,6 кВт/м³; 19,4 МВт/м³