Раздел 1

Электротехнические и конструкционные материалы

Задача 1.1

Сердечник из электротехнической стали прямоугольной формы с площадью сечения S и длиной l и значением максимальной магнитной индукции Вmax работает в переменном магнитном поле с частотой 50 Гц. Для материала сердечника заданы основная кривая намагничивания B = f (H) и зависимость удельных потерь от амплитуды магнитной индукции руд = φ(Вmax) для данной частоты.

Задание. Построить основную кривую B = f (H) намагничивания заданного материала. Рассчитать и построить зависимость m = f (H). Определить удельные магнитные потери в материале при заданной величине магнитной индукции и построить график зависимости удельных потерь от амплитуды магнитной индукции и определить удельные потери. Рассчитать потери мощности в сердечнике.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.1–1.3.

Таблица 1.1

Таблица 1.2

Таблица 1.3

Задача 1.2

Имеется постоянный магнит, изготовленный из заданного магнитотвердого материала.

Задание. Построить кривую размагничивания для заданного материала и определить остаточную индукцию и коэрцитивную силу. Рассчитать и построить график зависимости удельной магнитной энергии в воздушном зазоре магнита от магнитной индукции W = f (B). Определить максимальную удельную энергию в воздушном зазоре и соответствующие ей значения индукции и напряженности магнитного поля. Вычислить коэффициент выпуклости кривой размагничивания.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.4–1.5.

Таблица 1.4

Таблица 1.5

Задача 1.3

Прожекторная установка, состоящая из n числа прожекторов, служит для освещения площадки открытого распределительного устройства.

Питание установки осуществляется от трехфазной питающей сети по одножильному или многожильному кабелю длиной l. Каждый прожектор потребляет мощность Р при номинальном напряжении U и значении относительной потери напряжения е.

Задание. Определить поперечное сечение жилы кабеля (провода) S и выбрать марку кабеля (провода).

Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.6 и 1.7.

Таблица 1.6

Таблица 1.7

Задача 1.4

При коротком замыкании в электровозе переменного тока на стоянке были измерены ток короткого замыкания Iкз и переходное сопротивление «контактный провод-токоприемник» Rп.

Задание. Выбрать марку контактного провода. Определить время t, по истечении которого температура контактного провода достигнет предельно допустимой для меди температуры Tпр, равной 200 °C.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.8 и 1.9.

Таблица 1.8

Примечание — Условные обозначения проводов: М — медный; Ф — фасонный; О — овальный; НЛОл — низколегированный; 0,04 — присадка олова 0,04 %; Бр — бронзовый.

Таблица 1.9

Задача 1.5

К плоскому конденсатору прямоугольной формы, с пластинами шириной а и длиной b, приложено напряжение U. Между обкладками конденсатора расположен диэлектрический слой толщиной d с относительной диэлектрической проницаемостью er.

Для диэлектрика известно: удельное объемное сопротивление r, удельное поверхностное сопротивление rS, тангенс угла диэлектрических потерь tgd.

Задание. Определить ток утечки, мощность потерь и удельные диэлектрические потери при включении конденсатора на постоянное напряжение. Начертить упрощенную схему замещения реального диэлектрика и построить векторную диаграмму токов. Определить диэлектрические потери при включении того же конденсатора на переменное напряжение с действующим значением U промышленной частоты.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.10.

Таблица 1.10

Задача 1.6

Задан ряд конструкционных материалов.

Задание. Расшифровать обозначения заданных конструкционных материалов и указать область их применения.

Таблица 1.11

Раздел 2

Электроизоляционные конструкции и испытания изоляции

Задача 2.1

Многослойная изоляция состоит из двух слоев различных диэлектрических материалов. Материал первого слоя имеет относительную диэлектрическую проницаемость e₁, удельную проводимость γ1. Материал второго слоя — соответственно e2 и γ2. Толщина первого и второго слоев диэлектриков — соответственно d₁ и d₂, площадь электродов — S.

Задание. Начертить один из вариантов схемы замещения двухслойной изоляции и рассчитать ее параметры. Рассчитать и построить графическую зависимость емкости изоляции от частоты приложенного напряжения в диапазоне от 0 до 100 Гц. Определить степень увлажнения изоляции, считая, что причиной ее неоднородности является ее увлажнение.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Задача 2.2

В силовом трансформаторе одновременно происходит тепловое и электрическое старение его внутренней изоляции под действием двух факторов: повышенной температуры и наличия частичных разрядов.

Изоляция трансформатора рассчитана на срок службы, равный tн, при значении воздействующего напряжения U, рабочей температуре Тн, допустимой для данного класса нагревостойкости изоляции, и при отсутствии частичных разрядов.

Задание. Выбрать материал для внутренней изоляции трансформатора согласно заданному классу его нагревостойкости и описать его основные свойства. Определить расчетный срок службы изоляции при температуре Т, превышающей допустимую рабочую температуру на 10 %, и при наличии в ней частичных разрядов, если известно, что напряжение возникновения частичных разрядов Uчр составляет 0,5 значения напряжения U.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Задача 2.3

Подобрать тип подвесного изолятора в гирлянде для крепления и изоляции токоведущих частей электроустановки, по заданному номинальному напряжению, назначению электроустановки и степени загрязненности атмосферы.

Задание. Обосновано выбрать типа изолятора. Начертить эскиз конструкции выбранного типа изолятора и привести числовые значения его основных характеристик. Определить необходимое количество изоляторов в гирлянде. Рассчитать и построить график распределения падения напряжения вдоль гирлянды изоляторов. Указать возможные пути выравнивания напряжения.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Задача 2.4

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 er. Кабель рассчитан на рабочее напряжение U.

Задание. Рассчитать емкость кабеля и определить характер изменения напряженности электрического поля у поверхности токоведущей жилы при увеличении ее радиуса от r до R.

Определить распределение потенциала в толще изоляции при неизменном радиусе внутренней жилы r и построить рассчитанные зависимости E = f(x), j = f(x).

Исходные данные для расчета приведены в табл. 2.7.

Таблица 2.7

Раздел 3

Перенапряжения и защита от них высоковольтных установок

Задача 3.1

Грозовой разряд произошел в столб телеграфной линии, расположенной на расстоянии а, м, от высоковольтной линии электропередачи напряжением U, кВ.

Высота подвеса проводов h, м, стрела провеса проводов f, м. Зарегистрированная величина тока I, кА.

Задание. Определить величину индуктированного напряжения Uи на проводах ЛЭП. Рассчитать кратность перенапряжения.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Задача 3.2

Для защиты здания подстанции (ширина здания a, длина — b, высота — h) от прямых ударов молнии установлен одиночный стержневой молниеотвод (рис. 3.2). Глубина нижнего конца фундамента молниеотвода от поверхности земли hФ составляет 3,2 м; ширина фундамента аФ равна 0,8 м; коэффициент, учитывающий сопротивление бетона kб равен 1,7; удельное сопротивление грунта r и ток молнии I, кА.

Задание. Определить импульсное сопротивление заземления естественного заземлителя (фундамента молниеотвода). Рассчитать контур заземления, состоящий из вертикальных и горизонтальных электродов. Определить импульсное сопротивление контура заземления молниеотвода Rи. Определить минимально допустимое расстояние от молниеотвода до объекта lmin, радиус зоны защиты r на высоте h, высоту молниеотвода H.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Задача 3.3

Волна атмосферного перенапряжения (с амплитудой U₀ и прямоугольным фронтом) распространяется по одному из проводов трехфазной линии электропередачи с расчетным диаметром провода d1 и средней высотой подвески h1.

При прохождении через реактор с индуктивностью L волна переходит на провод другой линии электропередачи с расчетным диаметром провода d₂ и высотой подвески h₂ (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Прохождение волны через индуктивность

Задание. Рассчитать волновые сопротивления каждой линии. Определить коэффициенты отражения и преломления падающей волны атмосферного перенапряжения при переходе с первой линии на вторую (без учета реактора) и постоянную времени Т.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4