VẬT LIỆU ĐIỆN (Bài tập và đề thi) Sinh viên Phạm Thái Điền

Vật liệu điện gồm hai phần chính Bài tập và đề thi do sinh viên Phạm Thái Điền soạn thảo. Tài liệu giúp cho sinh thuận lợi cho việc học tập trên lớp cũng như ôn thi các bài kiểm tra. Do soạn thảo khá gấp nên không tránh khỏi sự sai sót rất mong nhận được phản hồi từ các bạn đọc. Chúc các bạn học tốt.

Trang 1

SV PHẠM THÁI ĐIỀN

VẬT LIỆU

KỸ THUẬT ĐIỆN

(BÀI TẬP &ĐỀ THI)

SINH VIÊN LỚP KỸ THUẬT ĐIỆN A2 K44

KHOA CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Trang 2

MỤC LỤC

PHẦN I BÀI TẬP 3

BÀI TẬP 1 3

BÀI TẬP 2 8

BÀI TẬP 3 11

BÀI TẬP 4 14

PHẦN II ĐỀ THI 18

ĐỀ THI THAM KHẢO VẬT LIỆU ĐIỆN SỐ 01 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

Trang 3

- Xuất hiện moment lưỡng cực điện tạm thời do cảm ứng.

- Thời gian phân cực nhỏ, sự phân cực biến mất tức thời khi E = 0

- Không sinh ra tổn hao

b Phân cực ion.

- Xảy ra trong các điện môi có liên kết ion (muối ăn)

- Xuất hiện tổng moment điện tạm thời do cảm ứng

- Thời gian phân cực nhỏ, sự phân cực biến mất tức thời khi E = 0

- Không sinh ra tổn hao

c Phân cực lưỡng cực.

- Xảy ra trong các điện môi cực tính (nước, rượu cồn, acetone, các dung dịch điện phân, khi cực tính…)

- Điện môi cực tính tồn tại lưỡng cực điện cố định

- Thời gain phân cực lớn, sự phân cực biến mất từ từ khi E = 0

- Phụ thuộc vào nhiệt độ, sinh ra tổn hao

d Phân cực kết cấu.

- Xảy ra trong các điện môi có cấu tạo không đồng nhất hoặc cấu trúc lớp cách điện

- Bản chất của phân cực kết cấu là sự tập trung điện tích tạ bề mặt tiếp xúc giữa hai vật liệu hoặc giữa hai vùng của cùng một vật liệu

- Thời gian phân cực lớn, sinh ra tổn hao

1.2 Loại phân cực nào gây ra tổn hao điện môi ? Tần số của điện áp ảnh hưởng như thế nào đến tổn hao điện môi ?

- Phân cực gây tổn hao : Phân cực lưỡng cực và phân cực kết cấu

- Tổn hao diện môi tăng theo tần số của dòng điện Tần số điện áp càng cao khi tổn hao điện môi lớn và ngược lại

1.3 Khi khảo sát một chất điện môi điện môi đặc biệt, người ta xác định có 2 loại phân cực chậm Hằng

số điện môi tương đối là hàm của log f như hình 1 Sự thay đổi của ɛr tại fg là do phân cực kết cấu và tại fd là do phân cực lưỡng cực Điện trở suất của vật liệu ρ ~ 1016 Ωm.m

Trang 4

PHAM THAI DIEN CTU Electrical Engineering

Hình 1 Hằng số điện môi tương đối

Một tụ điện được chế tạo từ chất điện môi có tính chất được nêu ở phía trên, có độ dày cách điện d = 0,5 mm và diện tích bản cực là 2 m2 như hình 2

Hình 2 Mạch khảo sát phân cực điện môi

Sự phân cực của điện môi khi điện áp bước được áp lên tụ điện có thể được diễn tả như sau:

t t

Xây dựng công thức xác định mật độ dòng điện J đi qua tụ điện như là tham số của thời gian khi điện

áp bước được áp vào tụ điện, sử dụng công thức phân cực được nêu ở trên?

Dòng điện I chạy qua điện môi bằng tổng dòng phân cực và dòng rò

Trang 5

p p p p e e dt

dp

p p dt

Trình bày ngắn gọn các loại phân cực xảy ra trong điện môi?

Xác định biểu thức tính mật độ dòng điện J của mạch điện ở hình 3? Tính giá trị của các phần tử trong mạch bằng cách so sánh với kết quả ở câu 1.3?

.

0 0

m

R C g

R C d

U C

sR R C s R C s

R C R C

C C

.

Trang 6

g d

A A A

4 10

2.1 Vẽ mạch tương đương của điện môi và xác định giá trị các phần tử trong mạch?

2.2 Trình bày mạch tương đương đơn giản của điện môi khi

Trang 7

7518,8 1,33.10

Các phân cực chậm, không có đủ thời gian để hoàn thành, gây tổn hao phân cực tức thời

Nếu R0 >> Xcm (cực lớn) Khi ấy R0 không còn tồn tại



Trang 8

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

1.2 Tìm giá trị điện áp phóng điện nhỏ nhất của không khí:

Theo công thức tính giá trị điện áp phóng điện dễ thấy Umin khi (pd) nhỏ nhất

pd

e U

Trang 9

γlà hệ số ion hóa thứ 2 (xác suất để sinh ra một điện tử tự do một ion dương va đậm vào cathode) Theo

đề bài thì cứ 200 ion dương sẽ giải phóng 1 điện tử từ cathode nên ta suy ra:

( )

1 1 200 1

200

e e pd

A pd

kk BD kk

2.1 Tính điện áp phóng điện trong khí SF6 theo nguyên lý phóng điện Townsend.

Điều kiện phóng điện : I  ∞ như vậy phương trình mẫu bằng 0:

Trang 10

ln ln ln(750.1) ln

ln(1 200) 1

ln 1

kk BD

Bpd

A pd

SF

i BD

kk BD

U

k e U



Trang 11

là 1,5% (hằng số) Điện áp định mức và dòng điện định mức của cáp là 300 kV và 1000A Nhiệt độ môitrường Ty= 20 oC

Trang 12

Khi làm việc ở chế độ ổn định : P = Q nên ta có :U2ω εr ε0.A

Nhiệt độ môi trường t0 (oC)

Nhiệt độ cực đại cho phép Tmax (oC)

Tụ điện được thử nghiệm tại điện áp có tần số 50Hz trong 1 phút trước khi nghiệm thu Điện áp thử nghiệm được cho ở bảng 1

Trang 13

2.1 Trình bày ngắn gọn các loại phóng điện có thể xảy ra trong cách điện rắn

- Phóng điện riêng ( phóng điện điện tử, phóng điện thác hay dòng điện tích)

- Phóng điện điện cơ

- Phóng điện nhiệt

- Phóng điện do thoái hóa hóa học

- Phóng điện cục bộ

2.2 Xác định điện áp định mức lớn nhất của tụ điện khi nhiệt độ môi trường trong thí nghiệm điện áp chịu

đựng ở tần số 50 Hz trong 1 phút là 20 oC và nhiệt độ cực đại cho phép của điện môi là 80 oC Xem như với thời gian 1 phút nhiệt dộ trong điện môi đạt đến trạng thái ổn định

Trang 14

Quá trình lão hóa biểu diễn bằng phương trình : AB A B

Trong hóa học tốc độ lão hóa:

Khi tuổi thọ kết thúc t = tL : CAB  CABL  ln CAB  ln CABL (****)

Từ (*)  ln CAB  kt  ln CABO thay vào (****) ta được :

Lấy (***) thay vào (*****) ta được :

L L ABO

Trang 15

b Định luật Montsinger đối với chất cách điện phát biểu rằng khi nhiệt độ làm việc của chất cách

điện tăng thêm 8 o C thì tuổi thọ cách điện giảm phân nữa Sử dụng tính chất này đễ xác định tỷ số

Q/R Giả sử rằng chỉ tồn tại 1 nguyên lý thoái hóa cách điện và nhiệt độ làm việc của lõi dẫn là

80 o C.

Từ thí nghiệm tại 100 kV rms và 20 o C, xác định được tuổi thọ cách điện là 1 giờ Vẽ đồ thị tuổi thọ

cách điện như là hàm số của nghịch đảo thời gian tại 30 và 50 kV rms /mm với số mũ n = 10.

Từ công thức tuổi thọ cách điện ta có: 1

Trang 16

329,5 6899582,166 787,624

35 15.ln ln

Trang 17

1.2 a) Các yếu tố bên ngoài nào ảnh hưởng đến thoái hóa cách điện?

Thông thường các vật liệu cách điện có độ bền cơ cũng như độ bền hóa học tương đối cao Nhưng do tác động của môi trường tự nhiên cũng như con người chẳng hạn như: tác động nhiệt, không khí, độ ẩm, tác động cơ…ảnh hưởng đến thoái hóa của vật liệu cách điện Sự thoái hóa của vật liệu cách điện còn phụthuộc vào nhiệt dộ và ứng suất điện của môi trường ngoài và lõi dẫn Khi nhiệt độ và ứng suất điện trường càng cao thì ảnh hưởng của nó đến thoái hóa vật liệu cách điện càng nhiều và ngược lại

b) Liệt kê các nguyên lý thoái hóa quan trọng nhất đối với giấy cách điện, dầu cách điện, epoxy hay XLPE?

Trả lời:

Khi độ ẩm môi trường

xung quanh cao thì

giấy cách điện bị biến

số kim loại, Khi có tác dụng của ánh sáng, khi

có tác dụng của điện trường cao

Epoxy cần được bảo quản và lưu trữ ở những nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp chiếu vào, tránh nước và nơi

có độ ẩm cao

Ánh sáng mặt trời có thể làm suy giảm XLPE Sự xuống cấp làđáng kể nhanh chóng Ngoài ra, vật liệu này

có thể bị hư hại bởi một

số côn trùng

Trang 18

PHẦN II ĐỀ THI

ĐỀ THI THAM KHẢO VẬT LIỆU ĐIỆN SỐ 01

(Sinh viên không được sử dụng tài liệu)

NỘI DUNG ĐỀ

Câu 1

a Trình bày ngắn ngọn chu trình từ hóa của vật liệu sắt từ.

b Trình bày đặc điểm khác nhau giữa vật liệu sắt từ cứng và sắt từ mềm.

c Nêu ứng dụng của sắt từ mềm? Vật liệu sắt từ mềm phổ biến làm mạch từ trong thiết bị

a) Vẽ mạch tương đương của điện môi và xác định giá trị các phần tử mạch.

b) Tính tổn hao điện môi khi điện áp 220VAC, 50 Hz đặt vào tụ điện với tanδ = 0,001.

Trang 19

b) Xác định áp suất p để khe hở d = 5 mm có điện áp phóng điện nhỏ nhất.

c) Tìm điện áp phóng điện nhỏ nhất.

Với p=áp suất chất khí (750 mmHg) d=khoảng cách điện cực (5 mm) A= 14,6 (1/(mm Hg.cm))

B=365(V/(mm Hg.cm))

Trang 20

NỘI DUNG ĐỀ

Câu 1

a Trình bày ngắn ngọn lý thuyết phóng điện thác điện tử (Townsend) trong chất khí.

b Khí SF6 có đọ bền điên cao hơn hay thấp hơn so với không khí? Giải thích tại sao?

U=điện áp giữa hai bản cực

a) Sử dụng công thức xác định α) được xác định bằng công thức sau: và điều kiện để xảy ra phóng điện Townsend:

Trang 21

b) Tính tổn hao điện môi khi điện áp 220VAC, 50 Hz đặt vào tụ điện với tanδ = 0,001

Trang 23

NỘI DUNG ĐỀ Câu 1

a) Trình bày lý thuyết từ nguyên tử.

b) Giải thích sự khác nhau khi từ hóa ba loại vật liệu: thuận từ, nghịch từ và sắt từ.

U=điện áp giữa hai bản cực

a) Tìm giá trị điện áp phóng điện của không khí giữa hai bản cực kim loại (biết rằng nhờ va đập vào bản cực âm, trung bình 200 ion dương sẽ giải phóng 1 điện tử từ cathode).

b) Tìm giá trị điện áp phóng điện nhỏ nhất.

b) Tính tổn hao điện môi khi điện áp 220VDC, đặt vào tụ điện và khi điện áp 220VAC, 50

Hz đặt vào tụ điện với tanδ = 0,001.

Trang 24

NỘI DUNG ĐỀ Câu 1

a) Trình bày sự khác nhau giữa vật liệu sắt từ cứng và sắt từ mềm.

b) Trình bày các phương pháp làm giảm tổn hao sắt từ.

Câu 2

Tại nhiệt độ T=300K, trong điện môi của tụ điện phẳng xuất hiện một phân cực chậm với hằng

số thời gian τd=10-4s Hằng số điện môi tương đối ɛr = 8 tại điện áp DC và bằng 2,0 tại tần số rất cao Các thông số khác của điện môi ρ = 1015 Ωm.m, d = 1 mm, A = 1m2.

b) Tính tổn hao điện môi khi điện áp 220VAC, 50 Hz đặt vào tụ điện với tanδ = 0,001

Trang 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 PGS.TS Nguyễn Văn Dũng, “Bài giảng Vật liệu điện”, Bộ môn Kỹ thuật điện, Trường

Đại học Cần Thơ

2 TS Nguyễn Đình Thắng, “Vật liệu Kỹ thuật điện”, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật Hà

Nội.

3 Sơn Thạch, Bùi Văn Cường, Lưu Thanh Tâm, “Bài tập tổng hợp Vật liệu điện”, Sinh

viên ngành Kỹ thuật điện, Trường Đại học Cần Thơ

Định dạng
Số trang	25
Dung lượng	325,73 KB