Klasifikácia elektrických materiálov

Materiál je predmet s určitým zložením, štruktúrou a vlastnosťami, určený na vykonávanie určitých funkcií. Materiály môžu mať rôzne agregované stavy: pevné, kvapalné, plynné alebo plazmové.

Funkcie materiálov sú rôznorodé: zabezpečenie toku prúdu (vo vodivých materiáloch), udržiavanie určitého tvaru pri mechanickom zaťažení (v konštrukčných materiáloch), poskytovanie izolácie (v dielektrických materiáloch), premena elektrickej energie na teplo (v odporových materiáloch) . Zvyčajne má materiál niekoľko funkcií. Napríklad dielektrikum nevyhnutne podlieha nejakému mechanickému namáhaniu, to znamená, že ide o konštrukčný materiál.

Náuka o materiáloch — veda zaoberajúca sa štúdiom zloženia, štruktúry, vlastností materiálov, správania sa materiálov pod rôznymi vplyvmi: tepelnými, elektrickými, magnetickými atď., ako aj vtedy, keď sa tieto vplyvy kombinujú.

Elektromateriály — ide o odbor materiálovej vedy, ktorý sa zaoberá materiálmi pre elektrotechniku ​​a energetiku, t.j.materiály so špecifickými vlastnosťami potrebnými pre návrh, výrobu a prevádzku elektrických zariadení.

Materiály zohrávajú kľúčovú úlohu v energetickom sektore. Napríklad izolátory pre vedenia vysokého napätia. Historicky prvý prišiel s porcelánovými izolátormi. Technológia ich výroby je pomerne zložitá a rozmarná. Izolátory sú dosť objemné a ťažké. Naučili sme sa pracovať so sklom – objavili sa sklenené izolanty. Sú ľahšie, lacnejšie a o niečo jednoduchšie na diagnostiku. Nakoniec, nedávnymi vynálezmi sú izolátory zo silikónovej gumy.

Prvé gumené izolátory neboli veľmi úspešné. Časom sa na ich povrchu vytvárajú mikrotrhliny, v ktorých sa hromadia nečistoty, vytvárajú sa vodivé stopy, po ktorých sa izolátory rozbijú. Podrobná štúdia správania sa izolantov v elektrickom poli vodičov vedení vysokého napätia (OHL) v podmienkach vonkajších atmosférických vplyvov umožnila vybrať množstvo prísad, ktoré zlepšujú odolnosť proti atmosférickým vplyvom, odolnosť voči znečisteniu a pôsobeniu elektrické výboje. Výsledkom je, že teraz bola vytvorená celá trieda ľahkých a odolných izolátorov pre rôzne úrovne prevádzkového napätia.

Pre porovnanie, hmotnosť závesných izolátorov pre nadzemné vedenie 1150 kV je porovnateľná s hmotnosťou drôtov vo vzdialenosti medzi podperami a predstavuje niekoľko ton. To si vynúti inštaláciu ďalších paralelných reťazcov izolátorov, čo zvyšuje zaťaženie podpery. Vyžaduje použitie odolnejších, čo znamená masívnejšie podpery. To zvyšuje spotrebu materiálov, veľká hmotnosť podpier výrazne zvyšuje náklady na inštaláciu.Pre porovnanie, náklady na inštaláciu sú až 70% nákladov na výstavbu elektrického vedenia. Príklad ukazuje, ako jeden konštrukčný prvok ovplyvňuje štruktúru ako celok.

teda elektrické materiály (ETM) sú jedným z determinantov technickej a ekonomickej výkonnosti každého z nich energetických systémov.

Hlavné materiály používané v energetike možno rozdeliť do niekoľkých tried - sú to vodivé materiály, magnetické materiály a dielektrické materiály.Spoločné medzi nimi je, že pracujú v podmienkach napätia, teda v elektrickom poli.

Materiály pre drôty

Vodivé materiály sa nazývajú materiály, ktorých hlavnou elektrickou vlastnosťou je elektrická vodivosť, ktorá je veľmi výrazná v porovnaní s inými elektrickými materiálmi. Ich využitie v technike je dané najmä touto vlastnosťou, ktorá podmieňuje vysokú mernú elektrickú vodivosť pri normálnej teplote.

Ako vodiče elektrického prúdu môžu byť použité pevné látky aj kvapaliny a za správnych podmienok aj plyny. Najdôležitejšími pevnými vodivými materiálmi prakticky používanými v elektrotechnike sú kovy a ich zliatiny.

Kvapalné vodiče zahŕňajú roztavené kovy a rôzne elektrolyty. Pre väčšinu kovov je však bod topenia vysoký a ako vodič tekutého kovu pri normálnych teplotách možno použiť iba ortuť, ktorá má bod topenia okolo mínus 39 °C. Ostatné kovy sú pri zvýšených teplotách kvapalné vodiče.

Plyny a pary, vrátane kovových, nie sú vodičmi s nízkou intenzitou elektrického poľa.Ak však intenzita poľa prekročí určitú kritickú hodnotu, ktorá zabezpečí nástup šoku a fotoionizácie, potom sa plyn môže stať vodičom s elektronickou a iónovou vodivosťou. Vysoko ionizovaný plyn s počtom elektrónov rovným počtu kladných iónov na jednotku objemu je špeciálne vodivé médium nazývané plazma.

Najdôležitejšie vlastnosti vodivých materiálov pre elektrotechniku ​​sú ich elektrická a tepelná vodivosť, ako aj schopnosť vytvárať tepelné EMF.

Elektrická vodivosť charakterizuje schopnosť látky viesť elektrický prúd (pozri — Elektrická vodivosť látok). Mechanizmus prechodu prúdu v kovoch je spôsobený pohybom voľných elektrónov pod vplyvom elektrického poľa.

Polovodičové materiály

Polovodičové materiály sú tie, ktoré sú vo svojej špecifickej vodivosti medzi vodivými a dielektrickými materiálmi a ktorých charakteristickou vlastnosťou je extrémne silná závislosť špecifickej vodivosti od koncentrácie a typu nečistôt alebo iných defektov, ako aj vo väčšine prípadov od vonkajších energetických vplyvov. (teplota, jas atď.). NS.).

Polovodiče zahŕňajú veľkú skupinu elektronicky vodivých látok, ktorých merný odpor je pri normálnej teplote vyšší ako odpor vodičov, ale nižší ako odpor dielektrík a pohybuje sa od 10-4 do 1010 Ohm • cm. V energetike sa polovodiče nepoužívajú priamo, ale vo veľkej miere sa využívajú elektronické súčiastky na báze polovodičov. Ide o akúkoľvek elektroniku na staniciach, rozvodniach, dispečingoch, službách a pod. Usmerňovače, zosilňovače, generátory, meniče.Vyrábajú sa aj polovodiče na báze karbidu kremíka nelineárne zvodiče prepätia v elektrických vedeniach (zvodiče prepätia).

Dielektrické materiály

Dielektrické materiály sa nazývajú materiály, ktorých hlavnou elektrickou vlastnosťou je schopnosť polarizácie a kde je možná existencia elektrostatického poľa. Reálne (technické) dielektrikum sa približuje k ideálu, čím je jeho merná vodivosť nižšia a tým slabšie sú oneskorené polarizačné mechanizmy súvisiace s disipáciou elektrickej energie a uvoľňovaním tepla.

Dielektrická polarizácia sa v nej nazýva vzhľad, keď je zavedená do vonkajšieho prostredia elektrické pole makroskopické vnútorné elektrické pole v dôsledku premiestnenia nabitých častíc, ktoré tvoria molekuly dielektrika. Dielektrikum, v ktorom takéto pole vzniklo, sa nazýva polarizované.

Magnetické materiály

Magnetické materiály sú tie, ktoré sú navrhnuté tak, aby pracovali v magnetickom poli priamou interakciou s týmto poľom. Magnetické materiály sa delia na slabo magnetické a silne magnetické. Diamagnety a paramagnety sú klasifikované ako slabo magnetické. Silné magnetické - feromagnety, ktoré zase môžu byť magneticky mäkké a magneticky tvrdé.

Kompozitné materiály

Kompozitné materiály sú materiály zložené z niekoľkých komponentov, ktoré vykonávajú rôzne funkcie a medzi komponentmi existujú rozhrania.