Класификация на електрическите материали

Материал е обект с определен състав, структура и свойства, предназначен да изпълнява определени функции. Материалите могат да имат различно агрегатно състояние: твърдо, течно, газообразно или плазма.

Функциите, изпълнявани от материалите, са разнообразни: осигуряване на потока на тока (в проводящи материали), поддържане на определена форма при механични натоварвания (в конструкционни материали), осигуряване на изолация (в диелектрични материали), превръщане на електрическата енергия в топлина (в съпротивителни материали) . Обикновено материалът има няколко функции. Например, диелектрикът непременно изпитва някакъв вид механично напрежение, тоест той е структурен материал.

Материалознание — наука, занимаваща се с изучаване на състава, структурата, свойствата на материалите, поведението на материалите при различни влияния: топлинни, електрически, магнитни и т.н., както и когато тези влияния се комбинират.

Електроматериали — това е раздел по материалознание, който се занимава с материали за електротехника и енергетика, т.е. материали със специфични свойства, необходими за проектирането, производството и експлоатацията на електрическо оборудване.

Материалите играят решаваща роля в енергийния сектор. Например изолатори за линии с високо напрежение. Исторически погледнато, първите, които излязоха с порцеланови изолатори. Технологията на тяхното производство е доста сложна и капризна. Изолаторите са доста обемисти и тежки. Научихме се да работим със стъкло — появиха се изолатори от стъкло. Те са по -леки, по -евтини и донякъде по -лесни за диагностициране. И накрая, последните изобретения са силиконови каучукови изолатори.

Първите гумени изолатори не бяха много успешни. С течение на времето на повърхността им се образуват микропукнатини, в които се натрупва мръсотия, образуват се проводими следи, след което изолаторите пробиват. Детайлно проучване на поведението на изолаторите в електрическото поле на проводници на високоволтови линии (OHL) при условия на външни атмосферни влияния даде възможност за избор на редица добавки, които подобряват устойчивостта на атмосферни влияния, устойчивостта на замърсяване и действието на електрическите изхвърляния. В резултат на това сега е създаден цял клас леки, издръжливи изолатори за различни нива на работно напрежение.

За сравнение, теглото на окачени изолатори за въздушни линии 1150 kV е сравнимо с теглото на проводниците в разстоянието между опорите и възлиза на няколко тона. Това принуждава монтирането на допълнителни успоредни струни от изолатори, което увеличава натоварването на опората. Изисква се използването на по -трайни, което означава по -масивни опори. Това увеличава разхода на материали, голямото тегло на опорите значително повишава разходите за монтаж. За справка, цената на инсталацията е до 70% от разходите за изграждане на електропровод. Примерът показва как един структурен елемент влияе върху структурата като цяло.

Поради това, електрически материали (ETM) са един от определящите фактори за техническите и икономическите показатели на всеки захранващи системи.

Основните материали, използвани в енергетиката, могат да бъдат разделени на няколко класа — те са проводими материали, магнитни материали и диелектрични материали.Общото между тях е, че работят при условия на напрежение, а оттам и на електрическо поле.

Материали за проводници

Проводимите материали се наричат ​​материали, чието основно електрическо свойство е електропроводимостта, която е силно изразена в сравнение с други електрически материали. Използването им в технологията се дължи главно на това свойство, което определя високата специфична електропроводимост при нормална температура.

Както твърдите вещества, така и течностите и при подходящи условия газовете могат да се използват като проводници на електрически ток. Най -важните твърдо проводими материали, практически използвани в електротехниката, са металите и техните сплави.

Течните проводници включват разтопени метали и различни електролити. Въпреки това, за повечето метали точката на топене е висока и само живак, който има точка на топене около минус 39 ° C, може да се използва като проводник на течен метал при нормални температури. Други метали са течни проводници при повишени температури.

Газовете и парите, включително металните, не са проводници с ниска сила на електрическото поле. Въпреки това, ако силата на полето надвишава определена критична стойност, която осигурява началото на удар и фотоионизация, тогава газът може да стане проводник с електронна и йонна проводимост. Силно йонизиран газ, с броя на електроните, равен на броя на положителните йони на единица обем, е специална проводима среда, наречена плазма.

Най -важните свойства на проводимите материали за електротехниката са тяхната електрическа и топлопроводимост, както и способността да генерират термоЕМП.

Електропроводимост характеризира способността на веществото да провежда електрически ток (виж — Електрическа проводимост на веществата). Механизмът на преминаване на ток в металите се дължи на движението на свободни електрони под въздействието на електрическо поле.

Полупроводникови материали

Полупроводникови материали са тези, които са междинни по своята специфична проводимост между проводими и диелектрични материали и чието отличително свойство е изключително силната зависимост на специфичната проводимост от концентрацията и вида на примесите или други дефекти, както и в повечето случаи от външните енергийни влияния (температура, осветеност и т.н.). NS.).

Полупроводниците включват голяма група вещества с електронна проводимост, чието съпротивление при нормална температура е по-високо от това на проводниците, но по-малко от това на диелектриците и е в диапазона от 10-4 до 1010 Ohm • cm. В енергетиката полупроводниците не се използват директно, но електронните компоненти на базата на полупроводници са широко използвани. Това е всяка електроника на гари, подстанции, диспечерски служби, услуги и т.н. Токоизправители, усилватели, генератори, преобразуватели. Също така се произвеждат полупроводници на базата на силициев карбид нелинейни ограничители на пренапрежение в електропроводи (ограничители на пренапрежение).

Диелектрични материали

Диелектрични материали се наричат ​​материали, чието основно електрическо свойство е способността за поляризация и при които е възможно съществуването на електростатично поле. Истинският (технически) диелектрик се доближава до идеалния, колкото по -ниска е неговата специфична проводимост и толкова по -слаби се изразяват забавените поляризационни механизми, свързани с разсейването на електрическа енергия и отделянето на топлина.

Диелектрична поляризация се нарича поява в него, когато се въведе във външното електрическо поле макроскопично вътрешно електрическо поле, дължащо се на изместването на заредени частици, съставляващи диелектричните молекули. Диелектрикът, в който е възникнало такова поле, се нарича поляризиран.

Магнитни материали

Магнитните материали са тези, предназначени да работят в магнитно поле чрез директно взаимодействие с това поле. Магнитните материали се делят на слабомагнитни и силно магнитни. Диамагнетиците и парамагнетиците се класифицират като слабомагнитни. Силно магнитни — феромагнети, които от своя страна могат да бъдат магнитно меки и магнитно твърди.

Композитни материали

Композитните материали са материали, съставени от няколко компонента, които изпълняват различни функции и има интерфейси между компонентите.