Klassifisering av elektriske materialer

Et materiale er en gjenstand med en viss sammensetning, struktur og egenskaper, designet for å utføre visse funksjoner. Materialer kan ha forskjellige aggregattilstander: fast, flytende, gass eller plasma.

Funksjonene som utføres av materialer er forskjellige: å sikre flyten av strøm (i ledende materialer), opprettholde en viss form under mekaniske belastninger (i strukturelle materialer), gi isolasjon (i dielektriske materialer), konvertere elektrisk energi til varme (i resistive materialer) . Vanligvis har materialet flere funksjoner. For eksempel opplever et dielektrikum nødvendigvis en slags mekanisk stress, det vil si at det er et strukturelt materiale.

Materialvitenskap - en vitenskap som omhandler studiet av materialers sammensetning, struktur, egenskaper, materialers oppførsel under ulike påvirkninger: termisk, elektrisk, magnetisk, etc., samt når disse påvirkningene kombineres.

Elektriske materialer — dette er en gren av materialvitenskap som omhandler materialer for elektroteknikk og energi, dvs.materialer med spesifikke egenskaper som er nødvendige for design, produksjon og drift av elektrisk utstyr.

Materialer spiller en avgjørende rolle i energisektoren. For eksempel isolatorer for høyspentlinjer. Historisk sett den første som kom ut med porselensisolatorer. Teknologien til produksjonen deres er ganske kompleks og lunefull. Isolatorer er ganske klumpete og tunge. Vi lærte å jobbe med glass - glassisolatorer dukket opp. De er lettere, billigere og noe lettere å diagnostisere. Endelig er nyere oppfinnelser silikongummiisolatorer.

De første gummiisolatorene var ikke særlig vellykkede. Over tid dannes mikrosprekker på overflaten, hvor smuss samler seg, ledende spor dannes, hvoretter isolatorene brytes. En detaljert studie av oppførselen til isolatorer i det elektriske feltet til ledere av høyspentlinjer (OHL) under forhold med ytre atmosfæriske påvirkninger gjorde det mulig å velge en rekke tilsetningsstoffer som forbedrer motstanden mot atmosfæriske påvirkninger, motstanden mot forurensning og virkningen av elektriske utladninger. Som et resultat er det nå laget en hel klasse lette, slitesterke isolatorer for ulike driftsspenningsnivåer.

Til sammenligning er vekten av opphengte isolatorer for 1150 kV luftledninger sammenlignbar med vekten av ledningene i avstanden mellom støttene og utgjør flere tonn. Dette tvinger installasjonen av ytterligere parallelle strenger av isolatorer, noe som øker belastningen på støtten. Det krever bruk av mer holdbare, noe som betyr mer massive støtter. Dette øker forbruket av materialer, den store vekten av støttene øker kostnadene ved installasjon betydelig.Som referanse er installasjonskostnadene opptil 70 % av kostnadene ved å bygge en kraftledning. Eksemplet viser hvordan ett strukturelt element påvirker strukturen som helhet.

Dermed, elektriske materialer (ETM) er en av determinantene for den tekniske og økonomiske ytelsen til hver kraftsystemer.

Hovedmaterialene som brukes i energiindustrien kan deles inn i flere klasser - de er ledende materialer, magnetiske materialer og dielektriske materialer Felles for dem er at de arbeider under spenningsforhold, og derfor i et elektrisk felt.

Materialer til ledninger

Ledende materialer kalles materialer hvis viktigste elektriske egenskap er elektrisk ledningsevne, som er svært uttalt sammenlignet med andre elektriske materialer. Deres bruk i teknologi er hovedsakelig på grunn av denne egenskapen, som bestemmer den høye spesifikke elektriske ledningsevnen ved normal temperatur.

Både faste stoffer og væsker og, under de rette forholdene, gasser kan brukes som ledere av elektrisk strøm. De viktigste faste ledende materialene som praktisk talt brukes i elektroteknikk er metaller og deres legeringer.

Væskeledere inkluderer smeltede metaller og forskjellige elektrolytter. For de fleste metaller er imidlertid smeltepunktet høyt, og bare kvikksølv, som har et smeltepunkt på ca. minus 39 °C, kan brukes som flytende metallleder ved normale temperaturer. Andre metaller er væskeledere ved høye temperaturer.

Gasser og damper, inkludert metalliske, er ikke ledere med lav elektrisk feltstyrke.Men hvis feltstyrken overstiger en viss kritisk verdi som sikrer utbruddet av sjokk og fotoionisering, kan gassen bli en leder med elektronisk og ionisk ledningsevne. En høyt ionisert gass, med antall elektroner lik antall positive ioner per volumenhet, er et spesielt ledende medium kalt plasma.

De viktigste egenskapene til ledende materialer for elektroteknikk er deres elektriske og termiske ledningsevne, samt evnen til å generere termisk EMF.

Elektrisk ledningsevne karakteriserer et stoffs evne til å lede en elektrisk strøm (se - Elektrisk ledningsevne av stoffer). Mekanismen for strømpassasje i metaller skyldes bevegelsen av frie elektroner under påvirkning av et elektrisk felt.

Halvledermaterialer

Halvledermaterialer er de som er mellomliggende i sin spesifikke ledningsevne mellom ledende og dielektriske materialer og hvis særegne egenskap er den ekstremt sterke avhengigheten av den spesifikke ledningsevnen av konsentrasjonen og typen av urenheter eller andre defekter, så vel som i de fleste tilfeller av ytre energipåvirkninger (temperatur, lysstyrke osv.). NS.).

Halvledere inkluderer en stor gruppe elektronisk ledende stoffer hvis resistivitet ved normal temperatur er høyere enn for ledere, men lavere enn dielektriske og varierer fra 10-4 til 1010 ohm • cm. Innen energi brukes ikke halvledere direkte, men elektroniske komponenter basert på halvledere er mye brukt. Dette er all elektronikk på stasjoner, nettstasjoner, ekspedisjonskontorer, tjenester osv. Likerettere, forsterkere, generatorer, omformere.Det produseres også halvledere basert på silisiumkarbid ikke-lineære overspenningsavledere i kraftledninger (overspenningsavledere).

Dielektriske materialer

Dielektriske materialer kalles materialer hvis viktigste elektriske egenskap er evnen til å polarisere og hvor eksistensen av et elektrostatisk felt er mulig. Det virkelige (tekniske) dielektrikumet nærmer seg idealet, jo lavere er dets spesifikke ledningsevne og jo svakere er de forsinkede polarisasjonsmekanismene knyttet til spredning av elektrisk energi og frigjøring av varme.

Dielektrisk polarisering kalles utseende i den når den introduseres i det ytre elektrisk felt et makroskopisk indre elektrisk felt på grunn av forskyvningen av ladede partikler som utgjør de dielektriske molekylene. Dielektrikumet som et slikt felt har oppstått i kalles polarisert.

Magnetiske materialer

Magnetiske materialer er de som er designet for å fungere i et magnetisk felt ved direkte interaksjon med det feltet. Magnetiske materialer er delt inn i svakt magnetiske og sterkt magnetiske. Diamagneter og paramagneter er klassifisert som svakt magnetiske. Sterk magnetisk - ferromagneter, som igjen kan være magnetisk myke og magnetisk harde.

Komposittmaterialer

Komposittmaterialer er materialer sammensatt av flere komponenter som utfører ulike funksjoner og det er grensesnitt mellom komponentene.