Klassificering af elektriske materialer

Et materiale er et objekt med en bestemt sammensætning, struktur og egenskaber, designet til at udføre bestemte funktioner. Materialer kan have forskellige aggregattilstande: fast, flydende, gas eller plasma.

Funktionerne udført af materialer er forskellige: sikring af strømstrømmen (i ledende materialer), opretholdelse af en vis form under mekaniske belastninger (i strukturelle materialer), isolering (i dielektriske materialer), omdannelse af elektrisk energi til varme (i modstandsmaterialer) . Normalt har materialet flere funktioner. For eksempel oplever et dielektrikum nødvendigvis en form for mekanisk belastning, det vil sige, at det er et strukturelt materiale.

Materialevidenskab — en videnskab, der beskæftiger sig med studiet af materialers sammensætning, struktur, egenskaber, materialers opførsel under forskellige påvirkninger: termisk, elektrisk, magnetisk osv., samt når disse påvirkninger kombineres.

Elektriske materialer — dette er en gren af ​​materialevidenskab, der beskæftiger sig med materialer til elektroteknik og energi, dvs.materialer med specifikke egenskaber, der er nødvendige for design, fremstilling og drift af elektrisk udstyr.

Materialer spiller en afgørende rolle i energisektoren. For eksempel isolatorer til højspændingsledninger. Historisk set den første, der kom ud med porcelænsisolatorer. Teknologien til deres produktion er ret kompleks og lunefuld. Isolatorer er ret omfangsrige og tunge. Vi lærte at arbejde med glas - glasisolatorer dukkede op. De er lettere, billigere og noget nemmere at diagnosticere. Endelig er nyere opfindelser silikonegummiisolatorer.

De første gummiisolatorer var ikke særlig vellykkede. Med tiden dannes der mikrorevner på deres overflade, hvor snavs samler sig, dannes ledende spor, hvorefter isolatorerne går i stykker. En detaljeret undersøgelse af opførsel af isolatorer i det elektriske felt af ledere af højspændingsledninger (OHL) under forhold med ydre atmosfæriske påvirkninger gjorde det muligt at vælge en række additiver, der forbedrer modstanden mod atmosfæriske påvirkninger, modstandsdygtigheden over for forurening og virkningen af elektriske udladninger. Som et resultat er der nu skabt en hel klasse af lette, holdbare isolatorer til forskellige driftsspændingsniveauer.

Til sammenligning er vægten af ​​ophængte isolatorer til 1150 kV luftledninger sammenlignelig med vægten af ​​ledningerne i afstanden mellem understøtningerne og beløber sig til flere tons. Dette tvinger installationen af ​​yderligere parallelle strenge af isolatorer, hvilket øger belastningen på støtten. Det kræver brug af mere holdbare, hvilket betyder mere massive understøtninger. Dette øger forbruget af materialer, den store vægt af støtterne øger installationsomkostningerne betydeligt.Til reference er installationsomkostningerne op til 70% af omkostningerne ved at bygge en elledning. Eksemplet viser, hvordan ét strukturelt element påvirker strukturen som helhed.

Dermed, elektriske materialer (ETM) er en af ​​de bestemmende faktorer for hver enkelts tekniske og økonomiske ydeevne strømsystemer.

De vigtigste materialer, der bruges i energiindustrien, kan opdeles i flere klasser - det er ledende materialer, magnetiske materialer og dielektriske materialer. Fælles for dem er, at de arbejder under spændingsforhold og derfor i et elektrisk felt.

Materialer til ledninger

Ledende materialer kaldes materialer, hvis vigtigste elektriske egenskab er elektrisk ledningsevne, som er meget udtalt sammenlignet med andre elektriske materialer. Deres brug i teknologi skyldes hovedsageligt denne egenskab, som bestemmer den høje specifikke elektriske ledningsevne ved normal temperatur.

Både faste stoffer og væsker og under de rette forhold kan gasser bruges som ledere af elektrisk strøm. De vigtigste faste ledende materialer, der praktisk taget anvendes i elektroteknik, er metaller og deres legeringer.

Væskeledere omfatter smeltede metaller og forskellige elektrolytter. Men for de fleste metaller er smeltepunktet højt, og kun kviksølv, som har et smeltepunkt på omkring minus 39°C, kan bruges som flydende metalleder ved normale temperaturer. Andre metaller er flydende ledere ved forhøjede temperaturer.

Gasser og dampe, herunder metalliske, er ikke ledere med lav elektrisk feltstyrke.Men hvis feltstyrken overstiger en vis kritisk værdi, der sikrer indtræden af ​​stød og fotoionisering, så kan gassen blive en leder med elektronisk og ionisk ledningsevne. En højt ioniseret gas, med antallet af elektroner lig med antallet af positive ioner pr. volumenenhed, er et specielt ledende medium kaldet plasma.

De vigtigste egenskaber ved ledende materialer til elektroteknik er deres elektriske og termiske ledningsevne samt evnen til at generere termisk EMF.

Elektrisk ledningsevne karakteriserer et stofs evne til at lede en elektrisk strøm (se — Elektrisk ledningsevne af stoffer). Mekanismen for strømpassage i metaller skyldes bevægelsen af ​​frie elektroner under påvirkning af et elektrisk felt.

Halvledermaterialer

Halvledermaterialer er dem, der er mellemliggende i deres specifikke ledningsevne mellem ledende og dielektriske materialer, og hvis karakteristiske egenskab er den ekstremt stærke afhængighed af den specifikke ledningsevne af koncentrationen og typen af ​​urenheder eller andre defekter, såvel som i de fleste tilfælde af eksterne energipåvirkninger (temperatur, lysstyrke osv.). NS.).

Halvledere omfatter en stor gruppe af elektronisk ledende stoffer, hvis resistivitet ved normal temperatur er højere end lederes, men lavere end dielektriske og spænder fra 10-4 til 1010 Ohm • cm. Inden for energi bruges halvledere ikke direkte, men elektroniske komponenter baseret på halvledere er meget udbredt. Dette er al elektronik på stationer, understationer, ekspeditionskontorer, tjenester mv. Ensrettere, forstærkere, generatorer, omformere.Der produceres også halvledere baseret på siliciumcarbid ikke-lineære overspændingsafledere i højspændingsledninger (overspændingsafledere).

Dielektriske materialer

Dielektriske materialer kaldes materialer, hvis vigtigste elektriske egenskab er evnen til at polarisere, og hvor eksistensen af ​​et elektrostatisk felt er muligt. Den virkelige (tekniske) dielektrikum nærmer sig idealet, jo lavere dens specifikke ledningsevne og jo svagere er de forsinkede polariseringsmekanismer relateret til spredning af elektrisk energi og frigivelse af varme.

Dielektrisk polarisering kaldes udseende i det, når det indføres i det ydre elektrisk felt et makroskopisk indre elektrisk felt på grund af forskydningen af ​​ladede partikler, der udgør de dielektriske molekyler. Det dielektrikum, hvor et sådant felt er opstået, kaldes polariseret.

Magnetiske materialer

Magnetiske materialer er dem, der er designet til at arbejde i et magnetfelt ved direkte interaktion med dette felt. Magnetiske materialer er opdelt i svagt magnetiske og stærkt magnetiske. Diamagneter og paramagneter er klassificeret som svagt magnetiske. Stærk magnetisk - ferromagneter, som igen kan være magnetisk bløde og magnetisk hårde.

Kompositmaterialer

Kompositmaterialer er materialer sammensat af flere komponenter, der udfører forskellige funktioner, og der er grænseflader mellem komponenterne.