Clasificarea materialelor electrice

Un material este un obiect cu o anumită compoziție, structură și proprietăți, conceput pentru a îndeplini anumite funcții. Materialele pot avea diferite stări agregate: solid, lichid, gaz sau plasmă.

Funcțiile îndeplinite de materiale sunt diverse: asigurarea fluxului de curent (în materiale conductoare), menținerea unei anumite forme sub sarcini mecanice (în materiale structurale), asigurarea izolației (în materiale dielectrice), transformarea energiei electrice în căldură (în materiale rezistive) . De obicei, materialul are mai multe funcții. De exemplu, un dielectric suferă în mod necesar un fel de stres mecanic, adică este un material structural.

Știința materialelor — o știință care se ocupă cu studiul compoziției, structurii, proprietăților materialelor, comportamentului materialelor sub diferite influențe: termice, electrice, magnetice etc., precum și atunci când aceste influențe sunt combinate.

Materiale electrice - aceasta este o ramură a științei materialelor care se ocupă de materiale pentru inginerie electrică și energie, de exemplu.materiale cu proprietăți specifice necesare pentru proiectarea, fabricarea și funcționarea echipamentelor electrice.

Materialele joacă un rol crucial în sectorul energetic. De exemplu izolatoare pentru linii de înaltă tensiune. Din punct de vedere istoric, primul care a ieșit cu izolatori din porțelan. Tehnologia producției lor este destul de complexă și capricioasă. Izolatoarele sunt destul de voluminoase și grele. Am învățat să lucrăm cu sticlă - au apărut izolatoarele de sticlă. Sunt mai ușoare, mai ieftine și oarecum mai ușor de diagnosticat. În cele din urmă, invențiile recente sunt izolatorii din cauciuc siliconic.

Primele izolatoare din cauciuc nu au avut prea mult succes. În timp, pe suprafața lor se formează microfisuri, în care se acumulează murdărie, se formează urme conductoare, după care izolatoarele se sparg. Un studiu detaliat al comportamentului izolatorilor în câmpul electric al conductoarelor liniilor de înaltă tensiune (OHL) în condițiile influențelor atmosferice externe a făcut posibilă selectarea unui număr de aditivi care îmbunătățesc rezistența la influențele atmosferice, rezistența la poluare și acțiunea descărcări electrice. Ca rezultat, a fost creată acum o clasă întreagă de izolatori ușori și durabili pentru diferite niveluri de tensiune de funcționare.

Pentru comparație, greutatea izolatoarelor suspendate pentru liniile aeriene de 1150 kV este comparabilă cu greutatea firelor la distanța dintre suporturi și se ridică la câteva tone. Acest lucru forțează instalarea unor șiruri paralele suplimentare de izolatori, ceea ce crește sarcina pe suport. Necesită utilizarea unor suporturi mai durabile, ceea ce înseamnă suporturi mai masive. Acest lucru crește consumul de materiale, greutatea mare a suporturilor crește semnificativ costul de instalare.Pentru referință, costul instalării este de până la 70% din costul construirii unei linii electrice. Exemplul arată cum un element structural afectează structura în ansamblu.

Prin urmare, materiale electrice (ETM) sunt unul dintre factorii determinanți ai performanței tehnice și economice a fiecăruia sisteme de alimentare.

Principalele materiale utilizate în industria energetică pot fi împărțite în mai multe clase - sunt materiale conductoare, materiale magnetice și materiale dielectrice.Lucru comun între ele este că funcționează în condiții de tensiune și, prin urmare, într-un câmp electric.

Materiale pentru fire

Materialele conductoare sunt numite materiale a căror principală proprietate electrică este conductivitatea electrică, care este foarte pronunțată în comparație cu alte materiale electrice. Utilizarea lor în tehnologie se datorează în principal acestei proprietăți, care determină conductivitatea electrică specifică ridicată la temperatură normală.

Atât solidele cât și lichidele și, în condițiile potrivite, gazele pot fi folosite ca conductoare de curent electric. Cele mai importante materiale conductoare solide utilizate practic în inginerie electrică sunt metalele și aliajele lor.

Conductorii de lichide includ metale topite și diverși electroliți. Cu toate acestea, pentru majoritatea metalelor, punctul de topire este ridicat și numai mercurul, care are un punct de topire de aproximativ minus 39 ° C, poate fi folosit ca conductor de metal lichid la temperaturi normale. Alte metale sunt conductoare lichide la temperaturi ridicate.

Gazele și vaporii, inclusiv cei metalici, nu sunt conductori de intensitate scăzută a câmpului electric.Totuși, dacă intensitatea câmpului depășește o anumită valoare critică care asigură declanșarea șocului și fotoionizării, atunci gazul poate deveni un conductor cu conductivitate electronică și ionică. Un gaz puternic ionizat, cu numărul de electroni egal cu numărul de ioni pozitivi pe unitate de volum, este un mediu conductor special numit plasmă.

Cele mai importante proprietăți ale materialelor conductoare pentru inginerie electrică sunt conductivitatea lor electrică și termică, precum și capacitatea de a genera EMF termică.

Conductivitatea electrică caracterizează capacitatea unei substanțe de a conduce un curent electric (vezi - Conductibilitatea electrică a substanțelor). Mecanismul trecerii curentului în metale se datorează mișcării electronilor liberi sub influența unui câmp electric.

Materiale semiconductoare

Materialele semiconductoare sunt cele care sunt intermediare ca conductivitate specifică între materialele conductoare și dielectrice și a căror proprietate distinctivă este dependența extrem de puternică a conductibilității specifice de concentrația și tipul de impurități sau alte defecte, precum și în majoritatea cazurilor de influențele energetice externe. (temperatură, luminozitate etc.). NS.).

Semiconductoarele includ un grup mare de substanțe conductoare electronic a căror rezistivitate la temperatură normală este mai mare decât cea a conductorilor, dar mai mică decât cea a dielectricilor și variază de la 10-4 la 1010 Ohm • cm. În energie, semiconductorii nu sunt folosiți direct, dar componentele electronice bazate pe semiconductori sunt utilizate pe scară largă. Aceasta este orice electronică de la stații, substații, birouri de dispecerat, servicii etc. Redresoare, amplificatoare, generatoare, convertoare.Se produc și semiconductori pe bază de carbură de siliciu descărcătoare de supratensiune neliniare în liniile electrice (descărcătoare de supratensiune).

Materiale dielectrice

Materialele dielectrice sunt numite materiale a căror principală proprietate electrică este capacitatea de polarizare și în care existența unui câmp electrostatic este posibilă. Dielectricul real (tehnic) se apropie de ideal, cu cât conductivitatea sa specifică este mai mică și mecanismele de polarizare întârziată legate de disiparea energiei electrice și de eliberarea căldurii sunt mai slabe.

Polarizarea dielectrică se numește apariție în ea atunci când este introdusă în exterior câmp electric un câmp electric intern macroscopic datorat deplasării particulelor încărcate care alcătuiesc moleculele dielectrice. Dielectricul în care a apărut un astfel de câmp se numește polarizat.

Materiale magnetice

Materialele magnetice sunt cele concepute pentru a funcționa într-un câmp magnetic prin interacțiune directă cu acel câmp. Materialele magnetice sunt împărțite în slab magnetice și puternic magnetice. Diamagneții și paramagneții sunt clasificați ca slab magnetici. Magnetic puternic - feromagneți, care la rândul lor pot fi moi magnetic și duri magnetic.

Materiale compozite

Materialele compozite sunt materiale compuse din mai multe componente care îndeplinesc funcții diferite și există interfețe între componente.