1. Przedstawić zmiany rezystancji zachodzące w czasie pomiaru rezystancji dielektryku o długich czasach relaksacji.

Ćw. 6 z laborków - te wykresy ze sprawozdania dla próbek wsadzonych w kondensator, którykolwiek.

2. Przedstawić proces produkcyjny szkła izolatorowego.

Surowcem do produkcji tradycyjnego szkła jest piasek kwarcowy oraz dodatki, najczęściej: węglan sodu (Na₂CO₃) i węglan wapnia (CaCO₃), topniki: tlenki boru i ołowiu (B₂O₃, PbO) oraz pigmenty, którymi są zazwyczaj tlenki metali przejściowych (kadm, mangan i inne). Surowce są mieszane, topione w piecu (tzw. wannie szklarskiej) w temperaturze 1200-1300 °C (dzięki dodaniu węglanu sodu), po czym formowane w wyroby przed pełnym skrzepnięciem.

3. Podać związek jaki zachodzi pomiędzy składnikami przenikalności elektrycznej wyrażonej za pomocą liczby zespolonej a współczynnikiem (tangensem kąta) strat dielektrycznych.

4. Przedstawić na rysunku zależność indukcji magnetycznej od natężenia pola magnetycznego dla paramagnetyku, diamagnetyku, ferromagnetyku i próżni.

Ferromagnetyk (tylko niebieska linia):

5. Co to jest wytrzymałość elektryczna.

Napięcie, przy którym następuje przebicie materiału nosi nazwę napięcia przebicia, a iloraz tego napięcia i grubości izolacji między elektrodami (do których doprowadzono napięcie) określa wytrzymałość elektryczną. Jednostka [V/m]

6. Wymienić procesy (mechanizmy) przebicia dielektryku.

- mechanizm elektryczny lub przebicia istotnego, następujący w czasie krótszym niż 1 s,

- mechanizm cieplny, następujący w czasie niezbędnym do wystąpienia niestabilności cieplnej, czyli 1,104s,

- mechanizm jonizacyjno-starzeniowy, następujący w wyniku stopniowej degradacji właściwości izolacyjnych dielektryka.

7. Gdzie jest stosowany olej mineralny (elektrotechniczne obszary zastosowań).

- Transformatory - izolacja, chłodzenie

- Wyłączniki - izolacja.

8. Czym są i gdzie znajdują zastosowanie depresatory i inhibitory.

- Depresatory - związki organiczne dodawane do olejów ilości 0,005-1% w celu obniżenia ich temperatury krzepnięcia o 5 do 20^oC;

- Inhibitory - związki chemiczne spowalniające reakcje chemiczną - spowalniają starzenie;

9. Podaj wymagania jakie stawia się materiałom włóknistym stosowanym w izolacji transformatorów, kondensatorów i kabli.

- Kondensatory: bardzo cienka bibułka kondensatorowa, dodatkowo w procesie produkcyjnym dodaje się cząstki o bardzo wysokiej przenikalności elektrycznej;

- Transformatory: wysoka wytrzymałość mechaniczna - siły zwarciowe, stabilność parametrów w wysokiej temperaturze;

- Kable: elastyczność, mały współczynnik strat dielektrycznych;

10. Przedstawić wady i zalety askareli jako cieczy izolacyjnych.

Zalety:

- duża przenikalność elektryczna ε_w = 4,8 - 5,3 (kondensatory);

- niepalność (do temperatury wrzenia);

- niewybuchowość;

- tgδ_90oC =< 0,05 dla transformatorowych i =< 0,02 dla kondensatorowych;

- ρ_90oC > 10 GΩm dla transformatorowych i > 20 GΩm dla kondensatorowych;

Wady:

Niektóre PCB i PCT, o dużej liczbie atomów chloru w cząsteczce, są uznane za związki stanowiące poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego. Ich szkodliwość wynika z następujących właściwości:

- praktycznie są one nierozkładalne biologicznie;

- następuje ich kumulacja w organizmach żywych;

- ich obecność w tkankach organizmów żywych powoduje uszkodzenia komórek nerwowych, zakłócenia w funkcjonowaniu wielu organów oraz zniekształcanie kodu genetycznego;

- spalane tworzą dioksyny i furany - związki niezwykle toksyczne i kancerogenne;

- metody utylizacji PCB i PCT wymagają stosowania specjalnych, kosztownych technologii;

- ich spalanie wymaga stosowania palenisk o temperaturze płomienia 1500 - 1800°C (techniki plazmowe) i musi być specjalnie kontrolowane;

- w niższych temperaturach w rezultacie spalania PCB i PCT powstają toksyczne dioksyny;

11. Czym jest preszpan i gdzie jest stosowany.

Rodzaj wielowarstwowej, mocno prasowanej tektury, w której surowcem jest papier o grubości od 0,1mm do 50mm.

- materiał izolujący w transformatorach;

12. Wymienić stosowane w elektrotechnice włókna naturalne i syntetyczne.

Włókna naturalne:

- celuloza (drewno, bawełna, juta, len)

- włókna pochodzenia zwierzęcego (wełna owcza itp.,)

- azbest

cd.12

Włókna syntetyczne:

- nylon,

- włókno aramidowe (Nomex ®, kevlar)

Inne:

- szklane,

- węglowe

- mineralne

- tlenkowe (Al₂.0₃, ZrO₂)

13. Jak chemiczne zbudowane jest drewno.

- 50-56 % celuloza - alfa (ok. 2000 cząsteczek w łańcuchu,

- 15-25 % hemi-celuloza - (łańcuchy krótsze niż 200 cząsteczek),

- 27-29 % lignina - („chemiczny cement” łączący spajający ze sobą włókna celulozy.)

14. Wymień zalety i wady izolacji włóknistej.

Preszpan, którego 1mm składa się z 35 warstw papieru ma świetne właściwości mechaniczne. Arkusze preszpanu pozbawione są wewnętrznych naprężeń , dzięki czemu wykonane z niego elementy zachowują swój kształt pracując w gorącym oleju przez wiele lat.

Jednak czynniki takie jak woda, temperatura , tlen i inne wpływają na starzenie się celulozy, co wpływa na właściwości materiału, tzn. zmniejszenie stopnia polimeryzacji, a tym samym pogorszenia wytrzymałości mechanicznej układu izolacyjnego.. Prowadzi to do awarii podczas zwarć, gdy na układ izolacyjny działają wielkie siły mechaniczne. Zawilgocenie powoduje również obniżenie temperatury do poziomu przy którym następuje groźne dla transformatora zjawisko gwałtownego wydzielania pęcherzyków pary wodnej (buble effect).Zawilgocona izolacja zawilgaca olej, który przestaje spełniać wymagania.

15. Czym jest i gdzie znajduje zastosowanie transformerboard.

Specjalny wysokiej jakości preszpan wytwarzany z wysokooczyszczonej, niebielonej,celulozy.

- wytworzony specjalnie do zastosowań w transformatorach (Weidmann LTD 1920's);

16. Proszę scharakteryzować stan szklisty.

Charakteryzuje substancje o wewnętrznie nie uporządkowanej strukturze, podobnej do struktury cieczy. W stanie szklistym w miarę obniżania się temperatury, zwiększa się tarcie wewnętrzne tak znacząco, że przemieszczanie cząsteczek względem siebie ustaje, a więc nie może wytworzyć się uporządkowana budowa krystaliczna, z tego powodu szkła uważa się za ciecze przechłodzone, nie będące w równowadze termodynamicznej ze swymi fazami krystalicznymi.

17. Podać podział cieczy izolacyjnych ze względu na pochodzenie i skład chemiczny.

Podział ze względu na pochodzenie

- oleje mineralne

- oleje syntetyczne

- oleje roślinne

Podział ze względu na skład chemiczny

- oleje mineralne( węglowodory parafinowe i węglowodory aromatyczne)

- askarele

- oleje silikonowe

- ciekłe węglowodory aromatyczne

- estry organiczne

18. Wymienić stosowane w technice izolacyjnej gazy i scharakteryzować jeden z nich.

- Powietrze

- Azot

- Wodór

- Sześciofluorek siarki SF₆

- Freon (CF₂Cl₂)

Azot (N) - niepalny - nietoksyczny - tani - chemicznie obojętny - słabo rozpuszczalny w związkach organicznych; - właściwości elektryczne zbliżone do powietrza;

- pod ciśnieniem kilkunastu atmosfer ma wytrzymałość elektryczną zbliżoną do oleju mineralnego;

19. Proszę wymienić najpopularniejsze składniki szkieletowe szkła.

Surowcem do produkcji tradycyjnego szkła jest piasek kwarcowy oraz dodatki, najczęściej: węglan sodu (Na₂CO₃) i  węglan wapnia (CaCO₃), topniki: tlenki boru i ołowiu (B₂O₃, PbO) oraz pigmenty, którymi są zazwyczaj tlenki metali przejściowych (kadm, mangan i inne).

20. Proszę wymienić najpopularniejsze topniki.

Topnik (odtleniacz) - substancja ułatwiająca lutowanie (miękkie i twarde) poprzez chemiczne oczyszczanie łączonych metali.

Powszechnie stosowane topniki: chlorek amonu lub kalafonia do lutowania lutem cynowo-ołowiowym, kwas solny lub chlorek cynku do lutowania powłok ocynkowanych, boraks do lutowania twardego metali żelaznych.

21. Wymienić frakcje oleju mineralnego i scharakteryzować jedną z nich.

Naftenowa, parafinowa, aromatyczna

Aromatyczna - zawartość w oleju po destylacji ok. 30%, bezbarwne, mała lepkość, słabe właściwości dielektryczne, jest to naturalny inhibitor, zmniejsza lepkość kompozycji.

22. Jakimi parametrami (własnościami) powinno charakteryzować się szkło izolatorowe.

• wysoką wytrzymałością temperaturową;

• dużą rezystywnością powierzchniową;

23. Czym są tworzywa termoplasty i duroplasty.

Duroplasty są to substancje (głównie żywice epoksydowe) termoutwardzalne. Pod wpływem wysokiej temperatury robią się plastyczne. Następnie zachodzą w nich nieodwracalne reakcje chemiczne, które odpowiadają za stwardnienie danego elementu.

Termoplasty są to substancje, których właściwości plastyczne rosną wraz ze wzrostem temperatury, nie zachodzą w tym procesie reakcje chemiczne więc dany element można formować wielokrotnie przez zwiększenie temperatury i obróbkę mechaniczną.

24. Wymień materiały termoplastyczne powszechnie stosowane w elektrotechnice

polietylen, PCV, szkło organiczne, teflon

25. Podaj wzór oraz zastosowanie polietylenu.

CH₂=CH₂

Używany do wyrobu: folii, rur, pojemników, nart, żagli, markerów, zmywaczy do paznokci oraz toników. W wędkarstwie, żeglarstwie oraz wspinaczce często stosowane są żyłki lub liny plecione z polietylenu o nazwie handlowej Spectra.

26. Polietylen termoplastyczny - wymień metody otrzymywania.
Polietylen powstaje po przez polimeryzacje etenu pod wpływem ciśnienia, temperatury lub katalizatora; albo poprzez kopolimeryzacje etenu z alkenami.

27. Czym jest proces sieciowania polietylenu i w jakim celu się go przeprowadza.

Sieciowanie to proces wykorzystywany w przetwórstwie tworzyw. Prowadzi do powstania trójwymiarowej sieci nadcząsteczkowej na skutek powstawania mostków między różnymi cząsteczkami chemicznymi. Sieciowanie powoduje odszczepienie niektórych atomów wodoru od

cd.27

polimeru. W efekcie dwa sąsiadujące łańcuchy polimerów łączą się w miejscach, gdzie nastąpiło odszczepienie atomów wodoru. Tym samym tworzy się silne połączenie łańcuchów zwane "siecią". Jeżeli tak usieciowany polietylen zostanie ogrzany powyżej temperatury topnienia kryształów, zmieni się w miękki, elastyczny materiał, a nie ciągliwą płynną masę, jaką przybrałby polietylen nieusieciowany. Właściwości usieciowanych materiałów zmieniają się w zależności od stopnia usieciowania. W miarę wzrostu stopnia usieciowania materiał staje się bardziej sztywny, zmienia się jego konsystencja. Polimery usieciowane są nierozpuszczalne, a poddane działaniu rozpuszczalników pęcznieją. W wyniku usieciowania polimer przestaje być tworzywem termoplastycznym. Oznacza to, że nie jest topliwy i nie zgrzewa się, nie może być też powtórnie przetworzony. Zalety sieciowania materiałów sa szerokie. Należy do nich m.in. pamięć kształtu. Polietylen w wyniku sieciowania radiacyjnego uzyskuje właściwość zwaną "pamięć kształtu", która wykorzystywana jest do produkcji wyrobów termokurczliwych.

28. Przedstawić na krzywej Paschen'a obszary, które znalazły zastosowanie w technice.

29. Podaj przykładowe wartości, rezystywności skrośnej, przenikalności elektrycznej względnej i współczynnika strat dla dobrego nisko-polarnego dielektryku.

PAPIER TRANSFORMATOROWY

rezystywność skrośna [Ω ∙ cm] - 10¹⁵ - 10¹⁷

przenikalność elektryczna - 1,5 - 3,5

współczynnik strat tgδ - 0,002 - 0,004

30. Od jakich parametrów zależy wytrzymałość elektryczna powietrza.

- ciśnienia,

- temperatury,

- geometrii elektrod

- rodzaju przyłożonego napięcia

- odległości elektrod

---