Razvrstitev električnih materialov

Material je predmet z določeno sestavo, strukturo in lastnostmi, namenjen opravljanju določenih funkcij. Materiali imajo lahko različna agregatna stanja: trdno, tekoče, plinasto ali plazma.

Funkcije, ki jih opravljajo materiali, so različne: zagotavljanje toka (pri prevodnih materialih), ohranjanje določene oblike pri mehanskih obremenitvah (pri konstrukcijskih materialih), zagotavljanje izolacije (pri dielektričnih materialih), pretvorba električne energije v toploto (pri uporovnih materialih) . Običajno ima material več funkcij. Na primer, dielektrik nujno doživi nekakšno mehansko obremenitev, to je konstrukcijski material.

Znanost o materialih - veda, ki se ukvarja s proučevanjem sestave, strukture, lastnosti materialov, obnašanja materialov pod različnimi vplivi: toplotnimi, električnimi, magnetnimi itd., Pa tudi ko se ti vplivi kombinirajo.

Elektromateriali — to je veja znanosti o materialih, ki se ukvarja z materiali za elektrotehniko in energetiko, t.j.materiali s posebnimi lastnostmi, potrebnimi za načrtovanje, izdelavo in delovanje električne opreme.

Materiali igrajo ključno vlogo v energetskem sektorju. Na primer izolatorji za visokonapetostne vode. Zgodovinsko gledano prvi, ki je prišel ven s porcelanastimi izolatorji. Tehnologija njihove proizvodnje je precej zapletena in muhasta. Izolatorji so precej zajetni in težki. Naučili smo se delati s steklom - pojavili so se stekleni izolatorji. So lažji, cenejši in jih je nekoliko lažje diagnosticirati. Nazadnje, nedavni izumi so izolatorji iz silikonske gume.

Prvi gumijasti izolatorji niso bili zelo uspešni. Sčasoma na njihovi površini nastanejo mikrorazpoke, v katerih se nabira umazanija, nastanejo prevodne sledi, po katerih se izolatorji zlomijo. Podrobna študija obnašanja izolatorjev v električnem polju vodnikov visokonapetostnih vodov (VN) v pogojih zunanjih atmosferskih vplivov je omogočila izbiro številnih dodatkov, ki izboljšajo odpornost na atmosferske vplive, odpornost proti onesnaženju in delovanje električne razelektritve. Kot rezultat je zdaj ustvarjen cel razred lahkih, trpežnih izolatorjev za različne nivoje delovne napetosti.

Za primerjavo, teža visečih izolatorjev za nadzemne vode 1150 kV je primerljiva s težo žic v razdalji med nosilci in znaša več ton. To prisili v vgradnjo dodatnih vzporednih nizov izolatorjev, kar poveča obremenitev nosilca. Zahteva uporabo bolj trpežnih, kar pomeni bolj masivnih nosilcev. To poveča porabo materialov, velika teža nosilcev znatno poveča stroške namestitve.Za referenco, stroški namestitve znašajo do 70% stroškov izgradnje daljnovoda. Primer prikazuje, kako en strukturni element vpliva na strukturo kot celoto.

torej električni materiali (ETM) so eden od dejavnikov tehnične in ekonomske uspešnosti vsakega elektroenergetski sistemi.

Glavne materiale, ki se uporabljajo v energetiki, lahko razdelimo v več razredov - to so prevodni materiali, magnetni materiali in dielektrični materiali, skupno pa jim je, da delujejo pod napetostjo, torej v električnem polju.

Materiali za žice

Prevodni materiali so materiali, katerih glavna električna lastnost je električna prevodnost, ki je v primerjavi z drugimi električnimi materiali zelo izrazita. Njihova uporaba v tehnologiji je predvsem posledica te lastnosti, ki določa visoko specifično električno prevodnost pri normalni temperaturi.

Kot prevodniki električnega toka se lahko uporabljajo tako trdne snovi kot tekočine in pod pravimi pogoji tudi plini. Najpomembnejši trdni prevodni materiali, ki se praktično uporabljajo v elektrotehniki, so kovine in njihove zlitine.

Tekoči prevodniki vključujejo staljene kovine in različne elektrolite. Vendar pa je za večino kovin tališče visoko in samo živo srebro, ki ima tališče okoli minus 39 ° C, se lahko uporablja kot tekoči kovinski prevodnik pri normalnih temperaturah. Druge kovine so pri povišanih temperaturah tekoči prevodniki.

Plini in hlapi, vključno s kovinskimi, niso prevodniki nizke električne poljske jakosti.Če pa poljska jakost preseže določeno kritično vrednost, ki zagotavlja nastanek sunka in fotoionizacije, potem lahko plin postane prevodnik z elektronsko in ionsko prevodnostjo. Visoko ioniziran plin, katerega število elektronov je enako številu pozitivnih ionov na enoto prostornine, je poseben prevodni medij, imenovan plazma.

Najpomembnejše lastnosti prevodnih materialov za elektrotehniko so njihova električna in toplotna prevodnost ter sposobnost ustvarjanja toplotnega EMF.

Električna prevodnost označuje sposobnost snovi, da prevaja električni tok (glej — Električna prevodnost snovi). Mehanizem prehoda toka v kovinah je posledica gibanja prostih elektronov pod vplivom električnega polja.

Polprevodniški materiali

Polprevodniški materiali so tisti, ki so po svoji specifični prevodnosti vmesni med prevodnimi in dielektričnimi materiali in katerih značilna lastnost je izjemno močna odvisnost specifične prevodnosti od koncentracije in vrste primesi ali drugih napak ter v večini primerov od zunanjih energijskih vplivov. (temperatura, svetlost itd.). NS.).

Polprevodniki vključujejo veliko skupino elektronsko prevodnih snovi, katerih upornost pri normalni temperaturi je višja od upornosti prevodnikov, vendar manjša od upornosti dielektrikov in se giblje od 10-4 do 1010 Ohm • cm. V energetiki se polprevodniki ne uporabljajo neposredno, se pa široko uporabljajo elektronske komponente na osnovi polprevodnikov. To je vsaka elektronika na postajah, trafopostajah, dispečernicah, službah itd. Usmerniki, ojačevalniki, generatorji, pretvorniki.Proizvajajo se tudi polprevodniki na osnovi silicijevega karbida nelinearni odvodniki prenapetosti v električnih vodih (odvodniki prenapetosti).

Dielektrični materiali

Dielektrični materiali so materiali, katerih glavna električna lastnost je sposobnost polarizacije in kjer je možen obstoj elektrostatičnega polja. Realni (tehnični) dielektrik se približuje idealu, manjša je njegova specifična prevodnost in šibkejši so zapozneli polarizacijski mehanizmi, povezani z disipacijo električne energije in sproščanjem toplote.

Dielektrična polarizacija se imenuje pojav v njej, ko se vnese v zunanjost električno polje makroskopsko notranje električno polje zaradi premikanja nabitih delcev, ki tvorijo dielektrične molekule. Dielektrik, v katerem je nastalo takšno polje, se imenuje polariziran.

Magnetni materiali

Magnetni materiali so tisti, ki so zasnovani za delovanje v magnetnem polju z neposredno interakcijo s tem poljem. Magnetne materiale delimo na šibko magnetne in močno magnetne. Diamagneti in paramagneti so razvrščeni kot šibko magnetni. Močni magneti - feromagneti, ki so lahko magnetno mehki in magnetno trdi.

Kompozitni materiali

Kompozitni materiali so materiali, sestavljeni iz več komponent, ki opravljajo različne funkcije in med komponentami obstajajo vmesniki.