Klassificering av elektriska material

Ett material är ett föremål med en viss sammansättning, struktur och egenskaper, utformat för att utföra vissa funktioner. Material kan ha olika aggregattillstånd: fast, flytande, gas eller plasma.

Funktionerna som utförs av material är olika: säkerställa strömflödet (i ledande material), bibehålla en viss form under mekaniska belastningar (i strukturella material), tillhandahålla isolering (i dielektriska material), omvandla elektrisk energi till värme (i resistiva material) . Vanligtvis har materialet flera funktioner. Till exempel upplever ett dielektrikum nödvändigtvis någon form av mekanisk påkänning, det vill säga det är ett strukturellt material.

Materialvetenskap — en vetenskap som handlar om studier av materialsammansättning, struktur, egenskaper, material beteende under olika influenser: termisk, elektrisk, magnetisk, etc., samt när dessa influenser kombineras.

Elektriska material — det här är en gren inom materialvetenskap som handlar om material för elektroteknik och energi, d.v.s.material med specifika egenskaper som är nödvändiga för konstruktion, tillverkning och drift av elektrisk utrustning.

Material spelar en avgörande roll i energisektorn. Till exempel isolatorer för högspänningsledningar. Historiskt sett den första att komma ut med porslinsisolatorer. Tekniken för deras produktion är ganska komplex och nyckfull. Isolatorer är ganska skrymmande och tunga. Vi lärde oss att arbeta med glas - glasisolatorer dök upp. De är lättare, billigare och något lättare att diagnostisera. Slutligen är nya uppfinningar silikongummiisolatorer.

De första gummiisolatorerna var inte särskilt framgångsrika. Med tiden bildas mikrosprickor på deras yta, där smuts samlas, ledande spår bildas, varefter isolatorerna går sönder. En detaljerad studie av beteendet hos isolatorer i det elektriska fältet hos ledare av högspänningsledningar (OHL) under förhållanden av yttre atmosfäriska influenser gjorde det möjligt att välja ett antal tillsatser som förbättrar motståndet mot atmosfärisk påverkan, motståndet mot föroreningar och verkan av elektriska urladdningar. Som ett resultat har en hel klass av lätta, hållbara isolatorer nu skapats för olika driftsspänningsnivåer.

Som jämförelse kan nämnas att vikten av upphängda isolatorer för 1150 kV luftledningar är jämförbar med vikten av trådarna i avståndet mellan stöden och uppgår till flera ton. Detta tvingar installationen av ytterligare parallella strängar av isolatorer, vilket ökar belastningen på stödet. Det kräver användning av mer hållbara, vilket innebär mer massiva stöd. Detta ökar förbrukningen av material, den stora vikten på stöden ökar avsevärt installationskostnaderna.Som referens är installationskostnaden upp till 70 % av kostnaden för att bygga en kraftledning. Exemplet visar hur ett strukturellt element påverkar strukturen som helhet.

Således, elektriska material (ETM) är en av bestämningsfaktorerna för var och ens tekniska och ekonomiska prestanda kraftsystem.

De huvudsakliga materialen som används i energiindustrin kan delas in i flera klasser - de är ledande material, magnetiska material och dielektriska material. Det gemensamma mellan dem är att de arbetar under spänningsförhållanden och därför i ett elektriskt fält.

Material för ledningar

Konduktiva material kallas material vars huvudsakliga elektriska egenskap är elektrisk ledningsförmåga, som är mycket uttalad jämfört med andra elektriska material. Deras användning inom teknik beror främst på denna egenskap, som bestämmer den höga specifika elektriska ledningsförmågan vid normal temperatur.

Både fasta ämnen och vätskor och, under rätt förhållanden, gaser kan användas som ledare av elektrisk ström. De viktigaste fasta ledande materialen som praktiskt används inom elektroteknik är metaller och deras legeringar.

Vätskeledare inkluderar smälta metaller och olika elektrolyter. Men för de flesta metaller är smältpunkten hög, och endast kvicksilver, som har en smältpunkt på cirka minus 39 ° C, kan användas som en flytande metallledare vid normala temperaturer. Andra metaller är vätskeledare vid förhöjda temperaturer.

Gaser och ångor, inklusive metalliska, är inte ledare med låg elektrisk fältstyrka.Men om fältstyrkan överstiger ett visst kritiskt värde som säkerställer uppkomsten av chock och fotojonisering, kan gasen bli en ledare med elektronisk och jonisk ledningsförmåga. En starkt joniserad gas, med antalet elektroner lika med antalet positiva joner per volymenhet, är ett speciellt ledande medium som kallas plasma.

De viktigaste egenskaperna hos ledande material för elektroteknik är deras elektriska och termiska ledningsförmåga, samt förmågan att generera termisk EMF.

Elektrisk ledningsförmåga kännetecknar ett ämnes förmåga att leda en elektrisk ström (se — Elektrisk ledningsförmåga hos ämnen). Mekanismen för strömpassage i metaller beror på rörelsen av fria elektroner under påverkan av ett elektriskt fält.

Halvledarmaterial

Halvledarmaterial är de som är mellanliggande i sin specifika ledningsförmåga mellan ledande och dielektriska material och vars särskiljande egenskap är det extremt starka beroendet av den specifika ledningsförmågan på koncentrationen och typen av föroreningar eller andra defekter, såväl som i de flesta fall på extern energipåverkan. (temperatur, ljusstyrka, etc.). NS.).

Halvledare inkluderar en stor grupp av elektroniskt ledande ämnen vars resistivitet vid normal temperatur är högre än ledares men lägre än dielektrikum och sträcker sig från 10-4 till 1010 Ohm • cm. Inom energi används inte halvledare direkt, men elektroniska komponenter baserade på halvledare används i stor utsträckning. Detta är all elektronik på stationer, transformatorstationer, varukontor, tjänster etc. Likriktare, förstärkare, generatorer, omvandlare.Halvledare baserade på kiselkarbid tillverkas också icke-linjära överspänningsavledare i kraftledningar (överspänningsavledare).

Dielektriska material

Dielektriska material kallas material vars huvudsakliga elektriska egenskap är förmågan att polarisera och där förekomsten av ett elektrostatiskt fält är möjligt. Det verkliga (tekniska) dielektrikumet närmar sig idealet, desto lägre är dess specifika konduktivitet och desto svagare är de fördröjda polarisationsmekanismerna relaterade till avledning av elektrisk energi och frigöring av värme.

Dielektrisk polarisering kallas utseende i den när den introduceras i det yttre elektriskt fält ett makroskopiskt inre elektriskt fält på grund av förskjutningen av laddade partiklar som utgör de dielektriska molekylerna. Dielektrikumet i vilket ett sådant fält har uppstått kallas polariserat.

Magnetiska material

Magnetiska material är de som är utformade för att arbeta i ett magnetfält genom direkt interaktion med det fältet. Magnetiska material delas in i svagt magnetiska och starkt magnetiska. Diamagneter och paramagneter klassificeras som svagt magnetiska. Stark magnetisk - ferromagneter, som i sin tur kan vara magnetiskt mjuka och magnetiskt hårda.

Kompositmaterial

Kompositmaterial är material sammansatta av flera komponenter som fyller olika funktioner och det finns gränssnitt mellan komponenterna.