Sähkömateriaalien luokitus

Materiaali on esine, jolla on tietty koostumus, rakenne ja ominaisuudet ja joka on suunniteltu suorittamaan tiettyjä toimintoja. Materiaaleilla voi olla erilaisia ​​aggregaattitiloja: kiinteä, nestemäinen, kaasu tai plasma.

Materiaalien suorittamat toiminnot ovat monipuolisia: virran kulkemisen varmistaminen (johtavissa materiaaleissa), tietyn muodon säilyttäminen mekaanisten kuormien alla (rakennemateriaaleissa), eristys (dielektrisissä materiaaleissa), sähköenergian muuntaminen lämmöksi (resistiivisissä materiaaleissa) . Yleensä materiaalilla on useita tehtäviä. Esimerkiksi eriste kokee välttämättä jonkinlaista mekaanista rasitusta, eli se on rakennemateriaali.

Materiaalitiede — tiede, joka tutkii materiaalien koostumusta, rakennetta, ominaisuuksia, materiaalien käyttäytymistä erilaisissa vaikutuksissa: lämpö-, sähkö-, magneetti- jne. sekä näiden vaikutusten yhdistämistä.

Sähkömateriaalit — tämä on materiaalitieteen ala, joka käsittelee sähkötekniikan ja energian materiaaleja, ts.materiaalit, joilla on erityisiä ominaisuuksia, joita tarvitaan sähkölaitteiden suunnittelussa, valmistuksessa ja käytössä.

Materiaalit ovat keskeisessä asemassa energia-alalla. Esimerkiksi korkeajännitelinjojen eristimet. Historiallisesti ensimmäinen, joka tuli markkinoille posliinieristeillä. Niiden tuotantotekniikka on melko monimutkainen ja oikukas. Eristeet ovat melko isoja ja raskaita. Opimme työskentelemään lasin kanssa - lasieristeet ilmestyivät. Ne ovat kevyempiä, halvempia ja hieman helpompi diagnosoida. Lopuksi viimeaikaiset keksinnöt ovat silikonikumieristeet.

Ensimmäiset kumieristeet eivät olleet kovin onnistuneita. Ajan myötä niiden pinnalle muodostuu mikrohalkeamia, joihin kerääntyy likaa, muodostuu johtavia jälkiä, minkä jälkeen eristeet rikkoutuvat. Yksityiskohtainen tutkimus eristeiden käyttäytymisestä suurjännitelinjojen (OHL) johtimien sähkökentässä ulkoisten ilmakehän vaikutusten olosuhteissa mahdollisti joukon lisäaineita, jotka parantavat kestävyyttä ilmakehän vaikutuksille, saastumisenkestävyyttä ja vaikutusta. sähköpurkauksia. Tämän seurauksena on nyt luotu kokonainen luokka kevyitä, kestäviä eristeitä eri käyttöjännitetasoille.

Vertailun vuoksi voidaan todeta, että 1150 kV ilmajohtojen ripustettujen eristeiden paino on verrattavissa johtimien painoon kannattimien välisellä etäisyydellä ja on useita tonneja. Tämä pakottaa asentamaan ylimääräisiä rinnakkaisia ​​eristinsarjoja, mikä lisää tuen kuormitusta. Se vaatii kestävämpien, mikä tarkoittaa massiivisempien tukien käyttöä. Tämä lisää materiaalien kulutusta, tukien suuri paino lisää merkittävästi asennuskustannuksia.Vertailun vuoksi asennuskustannukset ovat jopa 70 % voimalinjan rakentamiskustannuksista. Esimerkki näyttää kuinka yksi rakenneelementti vaikuttaa rakenteeseen kokonaisuutena.

Täten, sähköiset materiaalit (ETM) ovat yksi kunkin teknisen ja taloudellisen suorituskyvyn määräävistä tekijöistä sähköjärjestelmät.

Energiateollisuudessa käytetyt päämateriaalit voidaan jakaa useisiin luokkiin - ne ovat johtavia materiaaleja, magneettimateriaaleja ja dielektrisiä materiaaleja, joiden yhteistä on, että ne toimivat jännitteen olosuhteissa ja siten sähkökentässä.

Materiaalit johtoihin

Johtavia materiaaleja kutsutaan materiaaleiksi, joiden tärkein sähköominaisuus on sähkönjohtavuus, joka on erittäin voimakas muihin sähkömateriaaleihin verrattuna. Niiden käyttö tekniikassa johtuu pääasiassa tästä ominaisuudesta, joka määrää korkean ominaissähkönjohtavuuden normaalilämpötilassa.

Sähkövirran johtimina voidaan käyttää sekä kiinteitä aineita että nesteitä ja oikeissa olosuhteissa kaasuja. Tärkeimmät sähkötekniikassa käytännössä käytetyt kiinteät johtavat materiaalit ovat metallit ja niiden seokset.

Nestejohtimia ovat sulat metallit ja erilaiset elektrolyytit. Useimpien metallien sulamispiste on kuitenkin korkea, ja vain elohopeaa, jonka sulamispiste on noin miinus 39 °C, voidaan käyttää nestemäisenä metallin johtimena normaaleissa lämpötiloissa. Muut metallit ovat nestemäisiä johtimia korkeissa lämpötiloissa.

Kaasut ja höyryt, mukaan lukien metalliset, eivät ole alhaisen sähkökentän voimakkuuden omaavia johtimia.Jos kentänvoimakkuus kuitenkin ylittää tietyn kriittisen arvon, joka varmistaa iskun ja fotoionisaation alkamisen, kaasusta voi tulla sähkö- ja ionijohtavuus. Erittäin ionisoitunut kaasu, jonka elektronien lukumäärä on yhtä suuri kuin positiivisten ionien lukumäärä tilavuusyksikköä kohti, on erityinen johtava väliaine, jota kutsutaan plasmaksi.

Sähkötekniikan johtavien materiaalien tärkeimmät ominaisuudet ovat niiden sähkö- ja lämmönjohtavuus sekä kyky tuottaa lämpö-EMF:ää.

Sähkönjohtavuus kuvaa aineen kykyä johtaa sähkövirtaa (ks. Aineiden sähkönjohtavuus). Metallien virrankulkumekanismi johtuu vapaiden elektronien liikkeestä sähkökentän vaikutuksesta.

Puolijohdemateriaalit

Puolijohdemateriaalit ovat sellaisia, joiden ominaisjohtavuus on johtavien ja dielektristen materiaalien välissä ja joiden erottuva ominaisuus on ominaisjohtavuuden erittäin vahva riippuvuus epäpuhtauksien tai muiden vikojen pitoisuudesta ja tyypistä sekä useimmissa tapauksissa ulkoisista energiavaikutuksista. (lämpötila, kirkkaus jne.). NS.).

Puolijohteisiin kuuluu suuri joukko elektronisesti johtavia aineita, joiden ominaisvastus normaalilämpötilassa on suurempi kuin johtimien, mutta pienempi kuin eristeiden ja vaihtelee välillä 10-4 - 1010 ohm • cm. Energiassa puolijohteita ei käytetä suoraan, mutta puolijohteisiin perustuvia elektronisia komponentteja käytetään laajalti. Tämä on mitä tahansa elektroniikkaa asemilla, sähköasemilla, lähetystoimistoissa, palveluissa jne. Tasasuuntaajat, vahvistimet, generaattorit, muuntimet.Valmistetaan myös piikarbidiin perustuvia puolijohteita epälineaariset ylijännitesuojat voimalinjoissa (ylijännitesuojat).

Dielektriset materiaalit

Dielektrisiä materiaaleja kutsutaan materiaaleiksi, joiden tärkein sähköinen ominaisuus on kyky polarisoitua ja joissa sähköstaattisen kentän olemassaolo on mahdollista. Todellinen (tekninen) dielektrisyys lähestyy ihannetta, mitä pienempi sen ominaisjohtavuus ja sitä heikommat ovat sähköenergian hajaantumiseen ja lämmön vapautumiseen liittyvät viivästyneet polarisaatiomekanismit.

Dielektristä polarisaatiota kutsutaan ulkonäköksi, kun se viedään ulkoiseen sähkökenttä makroskooppinen sisäinen sähkökenttä, joka johtuu dielektriset molekyylit muodostavien varautuneiden hiukkasten siirtymisestä. Dielektristä, jossa tällainen kenttä on syntynyt, kutsutaan polarisoiduksi.

Magneettiset materiaalit

Magneettiset materiaalit ovat sellaisia, jotka on suunniteltu toimimaan magneettikentässä suorassa vuorovaikutuksessa kentän kanssa. Magneettiset materiaalit jaetaan heikosti magneettisiin ja vahvasti magneettisiin. Diamagneetit ja paramagneetit luokitellaan heikosti magneettisiksi. Vahva magneettinen - ferromagneetit, jotka puolestaan ​​voivat olla magneettisesti pehmeitä ja magneettisesti kovia.

Komposiitti materiaalit

Komposiittimateriaalit ovat materiaaleja, jotka koostuvat useista komponenteista, jotka suorittavat eri tehtäviä ja joiden välillä on rajapintoja.