Главная → Новости → МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ Задания на контрольные работы с методическими указаниями УрГУПС Екатеринбург 2006

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ Задания на контрольные работы с методическими указаниями УрГУПС Екатеринбург 2006

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
Задания на контрольные работы с методическими указаниями для студентов заочного обучения специальностей
190401 — Электроснабжение железнодорожного транспорта
190303 — Электрический транспорт железных дорог
190402 — Автоматика и связь на железнодорожном транспорте
Уральский государственный университет путей сообщения УрГУПС
Екатеринбург 2006

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ Задания на контрольные работы с методическими указаниями УрГУПС Екатеринбург 2006

Задание на контрольные работы по материаловедению и технике высоких напряжений (ТВН) предназначено для студентов заочного отделения университета, изучающих дисциплины в соответствии с учебными планами и программами, и содержит две контрольные работы — по дисциплинам «Материаловедение» «Техника высоких напряжений» (ТВН).
Первая контрольная работа — по дисциплине «Материаловедение», содержит семь задач и методические указания для их выполнения. Первую контрольную работу выполняют студенты всех специальностей (190401, 190402, 190303).
Вторая контрольная работа — по дисциплине «Техника высоких напряжений», содержит восемь задач и методические указания к их решению. Вторую контрольную работу выполняют студенты специальностей (190401 и 190303).
В полном объеме первую и вторую контрольную работу выполняют только студенты специальности 190401.
Преподаватель, ведущий указанные дисциплины, имеет право скорректировать задание на контрольные работы.
Составили:
Г.Б. Дурандин, д-р техн. наук, профессор кафедры ТОЭ, УрГУПС,
Е.П. Никитина, ст. преподаватель кафедры ТОЭ, УрГУПС,
Е.П. Санникова, ст. преподаватель кафедры ТОЭ, УрГУПС.

1 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ЗАДАЧА 1
К плоскому конденсатору прямоугольной формы, имеющего пластины шириной а и длиной b, приложено напряжение U. Между обкладками конденсатора расположен диэлектрический слой толщиной d с относительной диэлектрической проницаемостью εr.
Известны: удельное объемное сопротивление диэлектрика ρ, удельное поверхностное сопротивление ρS, тангенс угла диэлектрических потерь tgδ.
Требуется:
1. Определить ток утечки, мощность потерь и удельные диэлектрические потери при включении конденсатора на постоянное напряжение.
2. Начертить упрощенную схему замещения реального диэлектрика и построить векторную диаграмму токов.
3. Определить диэлектрические потери при включении того же конденсатора на переменное напряжение с действующим значением U промышленной частоты.
4. Построить график зависимости диэлектрических потерь от частоты питающего напряжения (f1 ≤ f ≤ f2).

ЗАДАЧА 2
Диэлектрик изоляционной конструкции состоит из двух слоев различных материалов. Материал первого слоя имеет относительную диэлектрическую проницаемость ε
1, удельную проводимость γ1. Материал второго слоя — соответственно ε
2 и γ2, d1 и d2 — толщина первого и второго слоев диэлектрика, S — площадь электродов.
Требуется:
1. Начертить два варианта схемы замещения двухслойного диэлектрика и рассчитать их параметры.
2. Рассчитать и построить графическую зависимость емкости изоляционной конструкции от частоты приложенного напряжения в диапазоне от 0 до 100 Гц.
3. Определить степень увлажнения изоляции, считая, что причиной ее неоднородности является ее увлажнение.

ЗАДАЧА 3
Дайте определение проводника. Приведите практическую классификацию проводниковых материалов. Перечислите основные физические свойства проводников и кратко поясните их физический смысл.
Для заданных проводниковых материалов определите к какому классу они относятся, приведите их основные физические характеристики и кратко опишите свойства заданных материалов, укажите основные области их применения.

ЗАДАЧА 4
Дайте определение полупроводника. Приведите классификацию полупроводниковых материалов. Изучите и приведите основные свойства характеристики (физические, механические, химические) заданного полупроводникового материала, перечислите его отличительные особенности и области применения.
Укажите назначение заданного полупроводникового прибора, приведите его основные характеристики, начертите принципиальную схему и кратко опишите принцип его действия. Укажите, какие полупроводниковые материалы применяются для изготовления заданного прибора.

ЗАДАЧА 5
Сердечник из электротехнической стали прямоугольной формы с площадью сечения S и длиной l работает в переменном магнитном поле с частотой 50 Гц и амплитудой Вmax. Для материала сердечника заданы основная кривая намагничивания B = f (H) и зависимость удельных потерь от амплитуды магнитной индукции руд = φ (Вmax) для данной частоты.
Требуется:
1. Построить основную кривую B = f (H) намагничивания заданного материала.
2. Рассчитать и построить зависимость магнитной проницаемости материала сердечника от напряженности магнитного поля μ = f (H).
3. Начальную и максимальную магнитную проницаемость и индукцию насыщения материала.
4. Определить удельные магнитные потери в материале при заданной величине магнитной индукции, построить график зависимости удельных потерь от амплитуды магнитной индукции.
5. Рассчитать потери мощности в заданном сердечнике.

ЗАДАЧА 6
Задан магнитотвердый материал, из которого изготовлен постоянный магнит.
Требуется:
1. Изучить свойства и основные характеристики магнитотвердых материалов. Привести числовые значения основных магнитных параметров заданного материала, указать область использования данного материала.
2. Графически построить кривую размагничивания для заданного материала B = f (H). При построении учесть, что кривая размагничивания расположена во втором квадранте.
3. По кривой размагничивания определить остаточную индукцию и коэрцитивную силу.
4. Рассчитать и построить график зависимости удельной магнитной энергии в воздушном зазоре магнита от магнитной индукции W = f (B).
5. Определить максимальную удельную энергию в воздушном зазоре и соответствующие ей индукции и напряженность магнитного поля.
6. Вычислить коэффициент выпуклости кривой размагничивания.

ЗАДАЧА 7
Прожекторная установка, состоящая из n числа прожекторов, служит для освещения площадки ОРУ. Питание установки осуществляется от трехфазной питающей сети по одножильному (или многожильному) кабелю длиной l. Каждый прожектор потребляет мощность Р при номинальном напряжении U. Известна относительная потеря напряжения е.
Требуется:
1. Определить сечение жилы кабеля S.
2. Выбрать марку кабеля или провода.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Богородицкий Н. П., Пасынков В.В, Тареев Б. М. Электротехнические материалы. 7-е изд. — Л.: Энергоатомиздат, 1985.- 304 с.
2. Справочник по электротехническим материалам / Под ред. Ю.В. Корицкого. –М.: Энергия, 1985. Т.3. — 568 с.
3. Преображенский А. А. Магнитные материалы и элементы. — М.: Высшая школа, 1987. — 225 с.
4. Тареев Б. М. Физика диэлектрических материалов. — М.: Энергия, 1973. — 360 с.
5. И.И. Алиев, С.Г. Калганов. Электротехнические материалы и изделия. Справочник. — М.: ИП РадиоСофт. 2005. — 352 с.

2 ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

ЗАДАЧА 1
Для крепления и изоляции токоведущих частей электроустановки применена гирлянда подвесных изоляторов. По величине заданного номинального напряжения, назначению электроустановки и степени загрязненности атмосферы требуется:
1. Выбрать тип изолятора и обосновать его выбор.
2. Начертить эскиз конструкции выбранного изолятора и привести числовые значения его основных характеристик.
3. Определить необходимое количество изоляторов в гирлянде.
4. Рассчитать и построить график распределения падения напряжения вдоль гирлянды изоляторов.
5. Указать возможные пути выравнивания напряжения.

ЗАДАЧА 2
В трехфазной системе с изолированной нейтралью произошло короткое замыкание одной фазы на землю. Известно: номинальное напряжение сети UН, сечения проводов S (провод круглого сечения), средняя высота подвеса проводов над землей h, длине линии электропередачи l.
Требуется определить:
1. Величину тока однофазного короткого замыкания на землю.
2. Величину индуктивности дугогасящей катушки, выбираемой из условия идеальной компенсации тока замыкания на землю и пояснить достоинства и недостатки использования дугогасящих катушек.
3. Реактивную мощность дугогасящей катушки.
4. Величину возникшего перенапряжения на фазах трансформатора и его кратность по отношению к номинальному фазному напряжению, используя для этой цели векторную диаграмму при однофазном коротком замыкании на землю.
При расчете режим короткого замыкания следует считать установившимся.

ЗАДАЧА 3
Грозовой разряд произошел в столб телеграфной линии, расположенной на расстоянии а, от высоковольтной линии электропередачи (ЛЭП) номинальным напряжением UН. При этом зарегистрированная величина тока молнии была равна IМ. Высота подвеса проводов ЛЭП равна h, а стрела провеса ее проводов f. Требуется определить:
1. Величину индуктированного напряжения Uи на проводах высоковольтной ЛЭП.
2. Кратность перенапряжения.

ЗАДАЧА 4
Для защиты здания подстанции (шириной a, длиной b и высотой h) от прямых ударов молнии установлен одиночный стержневой молниеотвод (рис. 2.6). Задана глубина нижнего конца фундамента молниеотвода от поверхности земли hФ = 3,2 м; ширина фундамента аФ = 0,8 м; коэффициент, учитывающий сопротивление бетона kб = 1,7; удельное сопротивление грунта ρ и ток молнии I, кА.
Требуется:
1. Определить импульсное сопротивление заземления естественного заземлителя (фундамента молниеотвода), сделать вывод об его защищающих свойствах.
2. Рассчитать сложный контур заземления, состоящий из вертикальных и горизонтальных электродов.
3. Определить импульсное сопротивление контура заземления молниеотвода Rи.
4. Начертить эскиз рассчитанного контура заземления.
5. Определить минимально допустимое расстояние от молниеотвода до защищаемого объекта lmin, радиус зоны защиты r на высоте h, высоту молниеотвода H.
6. Определить шаговое напряжение Uш между точками на поверхности земли, удаленными на расстояние x и (x + aш) от молниеотвода, где aш — ширина шага, равная 0,8 м.

ЗАДАЧА 5
Волна перенапряжения u0 = f (t) приходит с линии с волновым сопротивлением z1 на высоковольтное оборудование с волновым сопротивлением z2 и минимальным разрядным напряжением Umin. Форма приходящей волны определяется уравнением.
Для защиты оборудования установлен вентильный разрядник РВ, с импульсным пробивным напряжением Uимп равным 100 кВ.
Требуется:
1. Построить график падающей на вентильный разрядник волны перенапряжения u0 = f (t).
2. Определить время фронта τФ и время импульса τимп падающей волны перенапряжения.
3. Построить вольт-секундную характеристику вентильного разрядника.
4. Сделать вывод об эффективности применения разрядника с данной вольтамперной характеристикой.

ЗАДАЧА 6
Задан одножильный маслонаполненный кабель с заземленной свинцовой оболочкой. Длина кабеля равна l, радиус токоведущей жилы r и радиус оболочки R. Изоляция кабеля имеет диэлектрическую проницаемость ε r. Кабель рассчитан на напряжение U.
Требуется:
1. Рассчитать емкость кабеля.
2. Определить характер изменения напряженности электрического поля у поверхности токоведущей жилы при увеличении ее радиуса от r до R.
3. Определить распределение потенциала в толще изоляции при неизменном радиусе внутренней жилы r.
4. Построить рассчитанные зависимости Ε = f (x), ? = f (x).

ЗАДАЧА7
Для линии электропередачи напряжением U и протяженностью равной l, выполненной из проводов радиусом r, расположенных равносторонним треугольником с расстоянием D между ними при температуре воздуха t 0C, давлении P мм рт ст., считая коэффициент негладкости провода равным m1.
Требуется:
1. Определить потери активной мощности на корону для данной линии при ясной погоде (m2 = 1).
2. Выбрать тип провода допустимый для данной линии.
3. Определить во сколько раз изменятся потери на корону при неясной погоде, считать коэффициент ненастной погоды m2 равным 0,8.

Задача 8
Волна атмосферного перенапряжения амплитудой U0 с прямоугольным фронтом распространяется по одному из проводов трехфазной линии электропередачи (рис. 2.10) с расчетным диаметром провода d1 и средней высотой подвески h1, встречая на своем пути реактор с индуктивностью L, переходит на провод другой линии электропередачи с расчетным диаметром провода d2 и высотой подвески h2.
Требуется:
1. Рассчитать волновые сопротивления каждой линии.
2. Определить коэффициенты отражения и преломления падающей волны атмосферного перенапряжения при переходе с первой линии на вторую (без учета реактора).
3. Начертить схему замещения.
4. Вычислить постоянную времени и построить графики преломленной и отраженной волны тока и напряжения через время t после прохождения ей реактора.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Техника высоких напряжений./Под общей ред. Д.В. Разевига. Изд.2-е, перераб. и доп., — М.: Энергия, 1976. — 488 с.
2. В.Д. Радченко. Техника высоких напряжений устройств электрической тяги. — М.: Транспорт, 1975. — 360 с.
3. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. — М.: Энергия, 1996. — 425 с.

Решение заказывается по Почте rgr-toe или ВКонтакте rgrtoe Василий Новицкий

решение задач по ТОЭ, Емкость, Выбор проводов, решение ТОЭ, Бессонов Теоретические основы электротехники Методические указания и контрольные задания, УрГУПС, теоретические основы электротехники, Бессонов Л.А., Бессонов, ТОЭ