Klasifikacija električnih materijala

Materijal je predmet s određenim sastavom, strukturom i svojstvima, dizajniran za obavljanje određenih funkcija. Materijali mogu imati različita agregatna stanja: čvrsto, tekuće, plinovito ili plazma.

Funkcije koje materijali obavljaju su različite: osiguranje protoka struje (kod vodljivih materijala), održavanje određenog oblika pod mehaničkim opterećenjem (kod konstrukcijskih materijala), osiguranje izolacije (kod dielektričnih materijala), pretvaranje električne energije u toplinu (kod otpornih materijala) . Obično materijal ima nekoliko funkcija. Na primjer, dielektrik nužno doživljava neku vrstu mehaničkog naprezanja, to jest, on je konstrukcijski materijal.

Znanost o materijalima — znanost koja se bavi proučavanjem sastava, strukture, svojstava materijala, ponašanja materijala pod različitim utjecajima: toplinskim, električnim, magnetskim itd., kao i kada se ti utjecaji kombiniraju.

Elektrotehnički materijali — to je grana znanosti o materijalima koja se bavi materijalima za elektrotehniku ​​i energetiku, tj.materijali sa specifičnim svojstvima potrebnim za projektiranje, proizvodnju i rad električne opreme.

Materijali igraju ključnu ulogu u energetskom sektoru. Na primjer izolatori za visokonaponske vodove. Povijesno gledano, prvi je izašao s porculanskim izolatorima. Tehnologija njihove proizvodnje prilično je složena i hirovita. Izolatori su prilično glomazni i teški. Naučili smo raditi sa staklom - pojavili su se stakleni izolatori. Lakši su, jeftiniji i nešto lakši za dijagnosticiranje. Konačno, nedavni izumi su izolatori od silikonske gume.

Prvi gumeni izolatori nisu bili baš uspješni. S vremenom se na njihovoj površini stvaraju mikropukotine u kojima se nakuplja prljavština, stvaraju vodljivi tragovi nakon čega dolazi do pucanja izolatora. Detaljno proučavanje ponašanja izolatora u električnom polju vodiča visokonaponskih vodova (VN) u uvjetima vanjskih atmosferskih utjecaja omogućilo je odabir niza dodataka koji poboljšavaju otpornost na atmosferske utjecaje, otpornost na zagađenje i djelovanje električna pražnjenja. Kao rezultat toga, sada je stvorena cijela klasa laganih, izdržljivih izolatora za različite razine radnog napona.

Usporedbe radi, težina visećih izolatora za nadzemne vodove 1150 kV usporediva je s težinom žica u razmaku između nosača i iznosi nekoliko tona. To prisiljava ugradnju dodatnih paralelnih nizova izolatora, što povećava opterećenje nosača. Zahtijeva upotrebu izdržljivijih, što znači masivnijih nosača. To povećava potrošnju materijala, velika težina nosača značajno povećava troškove instalacije.Za referencu, trošak montaže je do 70% troška izgradnje dalekovoda. Primjer pokazuje kako jedan strukturni element utječe na strukturu u cjelini.

Tako, električni materijali (ETM) jedna su od determinanti tehničke i ekonomske učinkovitosti svake od njih elektroenergetski sustavi.

Glavni materijali koji se koriste u energetici mogu se podijeliti u nekoliko klasa - to su vodljivi materijali, magnetski materijali i dielektrični materijali.Među njima je zajedničko da rade u uvjetima napona, a samim tim i u električnom polju.

Materijali za žice

Vodljivim materijalima nazivamo materijale čije je glavno električno svojstvo električna vodljivost, koja je jako izražena u usporedbi s drugim električnim materijalima. Njihova uporaba u tehnologiji je uglavnom zbog ovog svojstva, koje određuje visoku specifičnu električnu vodljivost pri normalnoj temperaturi.

Kao vodiči električne struje mogu se koristiti i krutine i tekućine, a pod odgovarajućim uvjetima i plinovi. Najvažniji čvrsti vodljivi materijali koji se praktično koriste u elektrotehnici su metali i njihove legure.

Tekući vodiči uključuju rastaljene metale i razne elektrolite. Međutim, za većinu metala talište je visoko i samo se živa, čija je talište oko minus 39 °C, može koristiti kao tekući metalni vodič pri normalnim temperaturama. Ostali metali su tekući vodiči na povišenim temperaturama.

Plinovi i pare, uključujući i metalne, nisu vodiči niske jakosti električnog polja.Međutim, ako jakost polja prijeđe određenu kritičnu vrijednost koja osigurava nastanak šoka i fotoionizacije, tada plin može postati vodič s elektronskom i ionskom vodljivošću. Visoko ionizirani plin, s brojem elektrona jednakim broju pozitivnih iona po jedinici volumena, poseban je vodljivi medij koji se naziva plazma.

Najvažnija svojstva vodljivih materijala za elektrotehniku ​​su njihova električna i toplinska vodljivost, kao i sposobnost stvaranja toplinskog EMF-a.

Električna vodljivost karakterizira sposobnost tvari da provodi električnu struju (vidi - Električna vodljivost tvari). Mehanizam prolaska struje u metalima je posljedica kretanja slobodnih elektrona pod utjecajem električnog polja.

Poluvodički materijali

Poluvodički materijali su oni koji su u svojoj specifičnoj vodljivosti posredni između vodljivih i dielektričnih materijala i čija je osobita osobina izrazito jaka ovisnost specifične vodljivosti o koncentraciji i vrsti nečistoća ili drugih nedostataka, kao i u većini slučajeva o vanjskim energetskim utjecajima. (temperatura, svjetlina itd.). NS.).

Poluvodiči uključuju veliku skupinu elektronički vodljivih tvari čiji je otpor pri normalnoj temperaturi veći od otpora vodiča, ali manji od otpora dielektrika i kreće se od 10-4 do 1010 Ohm • cm. U energetici se poluvodiči ne koriste izravno, ali se široko koriste elektroničke komponente temeljene na poluvodičima. To je svaka elektronika na stanicama, trafostanicama, dispečerima, službama itd. Ispravljači, pojačala, generatori, pretvarači.Također se proizvode poluvodiči na bazi silicij karbida nelinearni odvodnici prenapona u električnim vodovima (odvodnici prenapona).

Dielektrični materijali

Dielektričnim materijalima nazivaju se materijali čije je glavno električno svojstvo sposobnost polarizacije i kod kojih je moguće postojanje elektrostatskog polja. Što se stvarni (tehnički) dielektrik približava idealnom, to je njegova specifična vodljivost niža i što su mehanizmi odgođene polarizacije vezani uz disipaciju električne energije i oslobađanje topline slabiji.

Dielektrična polarizacija naziva se pojavom u njemu kada se uvede u vanjski električno polje makroskopsko unutarnje električno polje zbog pomicanja nabijenih čestica koje čine dielektrične molekule. Dielektrik u kojem je nastalo takvo polje naziva se polariziran.

Magnetski materijali

Magnetski materijali su oni koji su dizajnirani za rad u magnetskom polju izravnom interakcijom s tim poljem. Magnetske materijale dijelimo na slabo magnetične i jako magnetične. Dijamagneti i paramagneti su klasificirani kao slabo magnetični. Jaki magnetici - feromagneti, koji pak mogu biti magnetski meki i magnetski tvrdi.

Kompozitni materijali

Kompozitni materijali su materijali sastavljeni od nekoliko komponenti koje obavljaju različite funkcije i postoje sučelja između komponenti.