Elektrisko materiālu klasifikācija

Materiāls ir priekšmets ar noteiktu sastāvu, struktūru un īpašībām, kas paredzēts noteiktu funkciju veikšanai. Materiāliem var būt dažādi agregātu stāvokļi: ciets, šķidrs, gāzes vai plazmas.

Materiālu veiktās funkcijas ir daudzveidīgas: strāvas plūsmas nodrošināšana (vadošos materiālos), noteiktas formas saglabāšana pie mehāniskām slodzēm (konstrukciju materiālos), izolācijas nodrošināšana (dielektriskajos materiālos), elektriskās enerģijas pārvēršana siltumā (pretestīvos materiālos) . Parasti materiālam ir vairākas funkcijas. Piemēram, dielektriķis noteikti piedzīvo kādu mehānisku spriegumu, tas ir, tas ir konstrukcijas materiāls.

Materiālzinātne - zinātne, kas nodarbojas ar materiālu sastāva, struktūras, īpašību, materiālu uzvedības izpēti dažādu iedarbībā: termiskā, elektriskā, magnētiskā utt., kā arī tad, kad šīs ietekmes tiek apvienotas.

Elektromateriāli — tā ir materiālu zinātnes nozare, kas nodarbojas ar materiāliem elektrotehnikai un enerģētikai, t.i.materiāli ar specifiskām īpašībām, kas nepieciešami elektroiekārtu projektēšanai, ražošanai un ekspluatācijai.

Materiāliem ir izšķiroša nozīme enerģētikas nozarē. Piemēram, izolatori augstsprieguma līnijām. Vēsturiski pirmais, kas iznāca ar porcelāna izolatoriem. To ražošanas tehnoloģija ir diezgan sarežģīta un kaprīza. Izolatori ir diezgan apjomīgi un smagi. Iemācījāmies strādāt ar stiklu – parādījās stikla izolatori. Tie ir vieglāki, lētāki un nedaudz vieglāk diagnosticējami. Visbeidzot, jaunākie izgudrojumi ir silikona gumijas izolatori.

Pirmie gumijas izolatori nebija īpaši veiksmīgi. Laika gaitā uz to virsmas veidojas mikroplaisas, kurās uzkrājas netīrumi, veidojas vadošas pēdas, pēc kurām izolatori saplīst. Detalizēts pētījums par izolatoru uzvedību augstsprieguma līniju (OHL) vadītāju elektriskajā laukā ārējās atmosfēras ietekmes apstākļos ļāva izvēlēties vairākas piedevas, kas uzlabo izturību pret atmosfēras ietekmi, izturību pret piesārņojumu un elektriskās izlādes. Rezultātā tagad ir izveidota vesela vieglu, izturīgu izolatoru klase dažādiem darba sprieguma līmeņiem.

Salīdzinājumam, piekaramo izolatoru svars 1150 kV gaisvadu līnijām ir salīdzināms ar vadu svaru attālumā starp balstiem un ir vairākas tonnas. Tas liek uzstādīt papildu paralēlas izolatoru virknes, kas palielina atbalsta slodzi. Tas prasa izmantot izturīgākus, kas nozīmē masīvākus balstus. Tas palielina materiālu patēriņu, lielais balstu svars ievērojami palielina uzstādīšanas izmaksas.Uzziņai, uzstādīšanas izmaksas ir līdz 70% no elektrolīnijas izbūves izmaksām. Piemērā parādīts, kā viens konstrukcijas elements ietekmē struktūru kopumā.

Tādējādi elektriskie materiāli (ETM) ir viens no katra tehnisko un ekonomisko darbību noteicošajiem faktoriem energosistēmas.

Galvenos enerģētikā izmantotos materiālus var iedalīt vairākās klasēs - tie ir vadošie materiāli, magnētiskie materiāli un dielektriskie materiāli.. Kopējais starp tiem ir tas, ka tie darbojas sprieguma apstākļos, tātad elektriskā laukā.

Materiāli vadiem

Vadītspējīgus materiālus sauc par materiāliem, kuru galvenā elektriskā īpašība ir elektrovadītspēja, kas ir ļoti izteikta salīdzinājumā ar citiem elektromateriāliem. To izmantošana tehnoloģijā galvenokārt ir saistīta ar šo īpašību, kas nosaka augsto īpatnējo elektrovadītspēju normālā temperatūrā.

Kā elektriskās strāvas vadītājus var izmantot gan cietas vielas, gan šķidrumus, gan atbilstošos apstākļos gāzes. Nozīmīgākie elektrotehnikā praktiski izmantotie cietie vadošie materiāli ir metāli un to sakausējumi.

Šķidruma vadītāji ietver izkausētus metālus un dažādus elektrolītus. Tomēr lielākajai daļai metālu kušanas temperatūra ir augsta, un tikai dzīvsudrabu, kura kušanas temperatūra ir aptuveni mīnus 39 ° C, var izmantot kā šķidru metālu vadītāju normālā temperatūrā. Citi metāli ir šķidri vadītāji paaugstinātā temperatūrā.

Gāzes un tvaiki, tostarp metāliskie, nav vadītāji ar zemu elektriskā lauka intensitāti.Taču, ja lauka intensitāte pārsniedz noteiktu kritisko vērtību, kas nodrošina trieciena un fotojonizācijas sākšanos, tad gāze var kļūt par vadītāju ar elektronisko un jonu vadītspēju. Ļoti jonizēta gāze, kuras elektronu skaits ir vienāds ar pozitīvo jonu skaitu tilpuma vienībā, ir īpaša vadoša vide, ko sauc par plazmu.

Elektrotehnikā vadošo materiālu svarīgākās īpašības ir to elektriskā un siltumvadītspēja, kā arī spēja radīt termisko EML.

Elektriskā vadītspēja raksturo vielas spēju vadīt elektrisko strāvu (sk. Vielu elektrovadītspēja). Strāvas pārejas mehānisms metālos ir saistīts ar brīvo elektronu kustību elektriskā lauka ietekmē.

Pusvadītāju materiāli

Pusvadītāju materiāli ir tie, kuru īpatnējā vadītspēja ir starp vadošiem un dielektriskiem materiāliem un kuru atšķirīgā īpašība ir īpatnējās vadītspējas ārkārtīgi lielā atkarība no piemaisījumu vai citu defektu koncentrācijas un veida, kā arī vairumā gadījumu no ārējās enerģijas ietekmes. (temperatūra, spilgtums utt.). NS.).

Pusvadītāji ietver lielu elektroniski vadošu vielu grupu, kuru pretestība normālā temperatūrā ir augstāka nekā vadītājiem, bet zemāka nekā dielektriķiem un ir robežās no 10–4 līdz 1010 omi • cm. Enerģētikā pusvadītājus neizmanto tieši, bet plaši izmanto elektroniskos komponentus, kuru pamatā ir pusvadītāji. Tā ir jebkura elektronika stacijās, apakšstacijās, dispečerpunktos, servisos utt. Taisngrieži, pastiprinātāji, ģeneratori, pārveidotāji.Tiek ražoti arī pusvadītāji uz silīcija karbīda bāzes nelineārie pārsprieguma novadītāji elektropārvades līnijās (pārsprieguma novadītāji).

Dielektriskie materiāli

Par dielektriskiem materiāliem sauc materiālus, kuru galvenā elektriskā īpašība ir spēja polarizēties un kur ir iespējama elektrostatiskā lauka esamība. Reālais (tehniskais) dielektriķis tuvojas ideālajam, jo ​​zemāka ir tā īpatnējā vadītspēja un jo vājāki ir aizkavētās polarizācijas mehānismi, kas saistīti ar elektriskās enerģijas izkliedi un siltuma izdalīšanos.

Dielektrisko polarizāciju sauc par izskatu tajā, kad to ievada ārējā elektriskais lauks makroskopisks iekšējais elektriskais lauks, ko izraisa lādētu daļiņu pārvietošanās, kas veido dielektriskās molekulas. Dielektriķi, kurā radies šāds lauks, sauc par polarizētu.

Magnētiskie materiāli

Magnētiskie materiāli ir tie, kas paredzēti darbam magnētiskajā laukā, tieši mijiedarbojoties ar šo lauku. Magnētiskie materiāli ir sadalīti vāji magnētiskos un stipri magnētiskos. Diamagnēti un paramagnēti tiek klasificēti kā vāji magnētiski. Spēcīgi magnētiski – feromagnēti, kas savukārt var būt magnētiski mīksti un magnētiski cieti.

Kompozītmateriāli

Kompozītmateriāli ir materiāli, kas sastāv no vairākām sastāvdaļām, kas veic dažādas funkcijas, un starp komponentiem ir saskarnes.