1. Przedstawić zmiany prądui zachodzące w czasie pomiaru rezystancji dielektryku.

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

3. Przedstawić proces produkcyjny szkła izolatorowego

Szkło otrzymywane jest ze stopionej mieszaniny odpowiednich materiałów (tlenków), która przy chłodzeniu ze stanu ciekłego przechodzi w stan szklisty, odpowiadajacy przeobra>onej cieczy przechłodzonej. Temperatura przeobrażenia zależy od składu chemicznego szkła i wynosi 400 - 600 C dla zwykłych szkieł sodowo-wapiennych, a 1200 C dla szkła kwarcowego. Szkło otrzymywane jest ze stopionej mieszaniny odpowiednich materiałów (tlenków), która przy chłodzeniu ze stanu ciekłego przechodzi w stan szklisty, odpowiadajacy przeobra>onej cieczy przechłodzonej. Temperatura przeobrażenia zależy od składu chemicznego szkła i wynosi 400 - 600 C dla zwykłych szkieł sodowo-wapiennych, a 1200 C dla szkła kwarcowego. Szkło otrzymywane jest ze stopionej mieszaniny odpowiednich materiałów (tlenków), która przy chłodzeniu ze stanu ciekłego przechodzi w stan szklisty, odpowiadający przeobrażonej cieczy przechłodzonej.

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

5. Co to jest wytrzymałość eklektyczna.

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], [kV/m], [kV/mm] Ep=Upśr/aśr

6. Od jakich parametrów zależy wytrzymałość elektryczna powietrza

Wytrzymałość elektryczna powietrza zależy od:

• ciśnienia,

• temperatury,

• geometrii elektrod

• rodzaju przyłożonego napięcia

• odległości elektrod

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 temperaturę krzepnięcia o 5 do 20oC

Inhibitory - Związki chemiczne spowalniające reakcje chemiczną - spowalniają starzenie.

9. Przedstawić wady i zalety askareli jako cieczy izolacyjnych.

Zalety:

• duża przenikalność elektryczna w = 4,8 - 5,3 (kondensatory)

• niepalność (do temperatury wrzenia)

• niewybuchowość

• tgα90˚C <=0,05 dla transformatorowych i <=0,02 dla kondensatorowych

•ρ 90˚C > 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 palenisko temperaturze płomienia 1500 -1800°C (techniki plazmowe) i musi być specjalnie kontrolowane

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

10. 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

11. 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

12. Czym jest preszpan i gdzie jest stosowany.

- stosowany na izolację główną - transformatorów mocy

- formowany w procesie prasowania - wilgotnych jeszcze warstw papieru bez

udziału jakiegokolwiek materiału łączącego

- 1 mm preszpanu = 35 warstw

13. Wymienić stosowane w elektrotechnice włókna naturalne i syntetyczne.

Włókna naturalne:

• celuloza (drewno, bawełna, juta, len)

• włókna pochodzenia zwierzęcego (wełna owcza itp.,)

• azbest

Włókna syntetyczne:

• nylon,

• włókno ar amidowe (Nomex ®, kevlar)

Inne:

• szklane,

• węglowe

• mineralne

• tlenkowe (Al203, ZrO2)

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 jest z wysokooczyszczonej, niebielonej, celulozy

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

16. Proszę scharakteryzować stan szklisty

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. 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.

18. 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

19. Jak można scharakteryzować: 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

20. Wymień materiały termoplastyczne powszechnie stosowane w elektrotechnice

polietylen, PCV, szkło organiczne, teflon

21. 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.

22. Polietylen termoplastyczny - wymień metody otrzymywania

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

23. 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 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. 

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

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

PAPIER TRANSFORMATOROWY

rezystywność skrośna [Ω ∙ cm] -
-

przenikalność elektryczna - 1,5 - 3,5

współczynnik strat tgδ - 0,002 - 0,004

26. Przedstawić na rysunku oraz opisać proces magnesowania ferromagnetyku.

Każda z domen magnetycznych charakteryzuje się namagnesowaniem nasycenia (w objętości każdej domeny wszystkie momenty magnetyczne skierowane są w tę samą stronę). Wypadkowe namagnesowanie jest wektorową sumą namagnesowań poszczególnych domen (waga - stosunek objętości domen do objętości ferromagnetyka)

27. Od jakich parametrów zależą straty mocy w obwodach magnetycznych (straty w żelazie).

28. Proszę scharakteryzować materiały magnetyczne twarde i miękkie (podać przykłady, narysować na jednym rysunku pętle histerezy dla obu rodzajów ferromagnetyków)

- materiały magnetyczne miękkie (np. stopy Fe i Si, Fe i Ni, Fe i Co)

Magnesują się łatwo ale nietrwale - natężenie powściągające Hc nie

przekracza kilkuset A/m -> małe straty na histerezę -> zastosowanie w

obwodach magnetycznych pracujących w zmiennym polu magnetycznym

(maszyny elektryczne, dławiki, elektromagnesy)

- materiały magnetyczne twarde (np. .stopy metali ferromagnetycznych)

Duża powierzchnia pętli histerezy -> wymagany duży wydatek energii na

namagnesowanie ale raz namagnesowane do nasycenia zachowują

trwale swe właściwości magnetyczne -> do budowy magnesów trwałych

29. Anizotropia magnetokrystaliczna - opisać zjawisko, podać obszary występowania w

technice.

30. Półprzewodniki domieszkowe i samoistne - opisać i podać przykłady.

Półprzewodnik samoistny (np. czysty german) - półprzewodnik, którego materiał jest idealnie czysty, bez żadnych zanieczyszczeń struktury krystalicznej. Koncentracja wolnych elektronów w półprzewodniku samoistnym jest równa koncentracji dziur.

Półprzewodniki niesamoistne wytwarza się najczęściej na bazie germanu lub

krzemu z odpowiednio dobranymi domieszkami.

W zależności od rodzaju domieszek uzyskuje się półprzewodniki:

typu n

Wprowadzając do chemicznie

czystego germanu lub krzemu (IV)

domieszki pierwiastka z grupy V

(arsen, antymon)

typu p

Wprowadzając do chemicznie

czystego germanu lub krzemu (IV)

domieszki pierwiastka z grupy III

(glin, bor, gal)

31. Przedstawić na wykresie zmiany rezystywności w zależności od temperatury dla dielektryków, przewodników, półprzewodników samoistnych i niesamoistnych.

32. Przedstawić na wykresie zmiany rezystywności w zależności od temperatury dla stopów jednorodnych i niejednorodnych.

33. Na czym polega zjawisko nadprzewodzenia (czym charakteryzuje się materiał w stanie nadprzewodzącym).

Nadprzewodnictwem nazywamy zjawisko całkowitego zanikania oporu elektrycznego pewnych materiałów przy ochładzaniu ich do temp. bliskiej zeru bezwzględnemu.

34. Podać i opisać (graficznie) krytyczne parametry nadprzewodnictwa.

Temperatura krytyczna Tk

Krytyczne pole magnetyczne - jeżeli natężenie pola magnetycznego, w którym

umieszczono nadprzewodnik osiągnie wartość krytyczną Hk to nadprzewodnictwo

zaniknie. Po zmniejszeniu pola poniżej Hk nadprzewodnictwo powróci

Krytyczne gęstość prądu

35. Podać różnice między nadprzewodnikami I-go i II-go rodzaju.

Nadprzewodniki I-go rodzaju charakteryzują się małymi wartościami indukcji pola krytycznego (ołów, rtęć aluminium, cyna).

Nadprzewodniki II-go rodzaju charakteryzują się:

- wysoką temperaturę krytyczną,

- dużym polem krytycznym,

- dużą krytyczną gęstością prądu.

36. Podać własności oraz zastosowania miki

Własności miki

• Fizyczne:

jest przeźroczystą, optycznie płaską, łatwo podzielną na cienkie warstwy,

bezbarwna w cienkich warstwach, elastyczna i nieściśliwa

• Chemiczne:

- mika to zespół wodnego krzemianu aluminium zawierający potas, magnez,

żelazo, fluor sód i/lub lit, a także ślady kilku innych pierwiastków.

- Jest stabilna i całkowicie odporna na wodę, kwasy (za wyjątkiem kwasu fluorowodorowego i skoncentrowanego kwasu siarkowego),

- odporna na rozpuszczalniki alkaliczne, olej i działanie atmosferyczne.

• Elektryczne:

wysoka wytrzymałość elektryczna,

równomierna stała dielektryczna i stabilność pojemnościowa,

niski współczynnik strat mocy,

wysoki elektryczny opór właściwy,

• Termiczne:

jest ognioodporna, niepalna, nietopliwa,

odporna na temperaturę 600 °C - 900 °C zależnie od gatunku.

Mika ma niską przewodność cieplną, doskonałą stabilność termiczną, może

być poddana wpływowi wysokiej temperatury bez widocznych defektów, niski

współczynnik temperaturowy i pojemnościowy

• Mechanicznie:

łatwo poddaje się obróbce, może być cięta ręcznie, maszynowo lub matrycą,

mika jest giętka, elastyczna i twarda o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie.

• jako dielektryk w kondensatorach o małej pojemności,

• do izolowania wycinków komutatorów,

• jako izolacja żłobkowa,

• do odizolowywania elementów elektronicznych.

DODATKOWO:

37. Wymienić procesy (mechanizmy) przebicia dielektryku.

1. mechanizm elektryczny lub przebicia istotnego,

następujący w czasie krótszym niż 1 s,

2. mechanizm cieplny, następujący w czasie niezbędnym do wystąpienia

niestabilności cieplnej, czyli 1¸104s,

3. mechanizm jonizacyjno-starzeniowy, następujący w wyniku stopniowej

degradacji właściwości izolacyjnych dielektryka.

38. Jak chemiczne zbudowane jest drewno.

Drewno składa się z:

• 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.)

39. 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)

40. 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.

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

Wysoką wytrzymałością temperaturową, dużą rezystywnością powierzchniową.

---