Elektrimaterjalide klassifikatsioon
Materjal on teatud koostise, struktuuri ja omadustega objekt, mis on loodud teatud funktsioonide täitmiseks. Materjalidel võib olla erinev agregaatolek: tahke, vedel, gaas või plasma.
Materjalide ülesanded on mitmekesised: voolu voolu tagamine (juhtivates materjalides), teatud kuju säilitamine mehaaniliste koormuste korral (konstruktsioonimaterjalides), isolatsiooni tagamine (dielektrilistes materjalides), elektrienergia muundamine soojuseks (takistusmaterjalides) . Tavaliselt on materjalil mitu funktsiooni. Näiteks kogeb dielektrik tingimata mingit mehaanilist pinget, see tähendab, et see on konstruktsioonimaterjal.
Materjaliteadus — teadus, mis uurib materjalide koostist, struktuuri, omadusi, materjalide käitumist erinevate mõjude (termilise, elektrilise, magnetilise jne) mõjul, samuti nende mõjude kombineerimisel.
Elektrimaterjalid — see on materjaliteaduse haru, mis tegeleb elektrotehnika ja energeetika materjalidega, s.o.elektriseadmete projekteerimiseks, tootmiseks ja tööks vajalike spetsiifiliste omadustega materjalid.
Materjalid mängivad energiasektoris üliolulist rolli. Näiteks kõrgepingeliinide isolaatorid. Ajalooliselt esimene, kes tuli välja portselanist isolaatoritega. Nende valmistamise tehnoloogia on üsna keeruline ja kapriisne. Isolaatorid on üsna mahukad ja rasked. Õppisime töötama klaasiga – ilmusid klaasisolaatorid. Need on kergemad, odavamad ja mõnevõrra kergemini diagnoositavad. Viimased leiutised on silikoonkummist isolaatorid.
Esimesed kummist isolaatorid ei olnud eriti edukad. Aja jooksul tekivad nende pinnale mikropraod, millesse koguneb mustus, tekivad juhtivad jäljed, mille järel isolaatorid purunevad. Üksikasjalik uuring isolaatorite käitumise kohta kõrgepingeliinide (OHL) juhtide elektriväljas väliste atmosfäärimõjude tingimustes võimaldas valida mitmeid lisandeid, mis parandavad vastupidavust atmosfäärimõjudele, reostuskindlust ja elektrilahendused. Selle tulemusena on nüüd loodud terve klass kergeid ja vastupidavaid isolaatoreid erinevate tööpingetasemete jaoks.
Võrdluseks, 1150 kV õhuliinide rippisolaatorite kaal on võrreldav juhtmete kaaluga tugede vahekaugusel ja ulatub mitme tonnini. See sunnib paigaldama täiendavaid paralleelseid isolaatorite stringe, mis suurendab toe koormust. See nõuab vastupidavamate materjalide kasutamist, mis tähendab massiivsemaid tugesid. See suurendab materjalide tarbimist, tugede suur kaal suurendab oluliselt paigalduskulusid.Võrdluseks, paigalduse maksumus on kuni 70% elektriliini ehitamise maksumusest. Näide näitab, kuidas üks struktuurielement mõjutab struktuuri tervikuna.
Seega elektrilised materjalid (ETM) on üks tehnilisi ja majanduslikke näitajaid elektrisüsteemid.
Põhilised energiatööstuses kasutatavad materjalid võib jagada mitmesse klassi - need on juhtivad materjalid, magnetmaterjalid ja dielektrilised materjalid.Ühiseks nende vahel on see, et need töötavad pinge tingimustes ja seega elektriväljas.
Materjalid juhtmete jaoks
Juhtivaid materjale nimetatakse materjalideks, mille peamiseks elektriliseks omaduseks on elektrijuhtivus, mis on teiste elektrimaterjalidega võrreldes tugevalt väljendunud. Nende kasutamine tehnoloogias tuleneb peamiselt sellest omadusest, mis määrab kõrge elektri erijuhtivuse normaaltemperatuuril.
Elektrivoolu juhtidena saab kasutada nii tahkeid kui ka vedelikke ning õigetel tingimustel gaase. Elektrotehnikas praktiliselt kasutatavad tahked juhtivad materjalid on metallid ja nende sulamid.
Vedelike juhtide hulka kuuluvad sulametallid ja mitmesugused elektrolüüdid. Enamiku metallide sulamistemperatuur on aga kõrge ja tavatemperatuuril saab vedela metalli juhina kasutada ainult elavhõbedat, mille sulamistemperatuur on umbes miinus 39 °C. Teised metallid on kõrgel temperatuuril vedelad juhid.
Gaasid ja aurud, sealhulgas metallilised, ei ole madala elektrivälja tugevusega juhid.Kui aga väljatugevus ületab teatud kriitilise väärtuse, mis tagab löögi ja fotoionisatsiooni alguse, siis võib gaas muutuda elektroonilise ja ioonse juhtivusega juhiks. Tugevalt ioniseeritud gaas, mille elektronide arv on võrdne positiivsete ioonide arvuga ruumalaühiku kohta, on spetsiaalne juhtiv keskkond, mida nimetatakse plasmaks.
Elektrotehnika jaoks juhtivate materjalide olulisemad omadused on nende elektri- ja soojusjuhtivus, samuti soojuse EMF-i tekitamise võime.
Elektrijuhtivus iseloomustab aine võimet juhtida elektrivoolu (vt. Ainete elektrijuhtivus). Voolu läbimise mehhanism metallides on tingitud vabade elektronide liikumisest elektrivälja mõjul.
Pooljuhtmaterjalid
Pooljuhtmaterjalid on need, mis on oma erijuhtivuse poolest juhtivate ja dielektriliste materjalide vahel vahepealsed ja mille eripäraks on erijuhtivuse äärmiselt tugev sõltuvus lisandite või muude defektide kontsentratsioonist ja tüübist, samuti enamikul juhtudel välistest energiamõjudest. (temperatuur, heledus jne). NS.).
Pooljuhtide hulka kuulub suur rühm elektrooniliselt juhtivaid aineid, mille eritakistus normaaltemperatuuril on kõrgem kui juhtidel, kuid väiksem kui dielektrikutel ja jääb vahemikku 10-4 kuni 1010 oomi • cm. Energeetikas pooljuhte otseselt ei kasutata, küll aga kasutatakse laialdaselt pooljuhtidel põhinevaid elektroonikakomponente. See on igasugune elektroonika jaamades, alajaamades, dispetšerkontorites, teenustes jne. Alaldid, võimendid, generaatorid, muundurid.Samuti toodetakse ränikarbiidil põhinevaid pooljuhte mittelineaarsed liigpingepiirikud elektriliinides (liigpingepiirikud).
Dielektrilised materjalid
Dielektrilisi materjale nimetatakse materjalideks, mille peamiseks elektriliseks omaduseks on polariseerumisvõime ja kus on võimalik elektrostaatilise välja olemasolu. Reaalne (tehniline) dielektrik läheneb ideaalile, seda madalam on tema erijuhtivus ja seda nõrgemad on elektrienergia hajumise ja soojuse eraldumisega seotud viivitatud polarisatsioonimehhanismid.
Dielektrilist polarisatsiooni nimetatakse välimuseks selles, kui see sisestatakse välisesse elektriväli makroskoopiline sisemine elektriväli, mis on tingitud dielektriliste molekulide moodustavate laetud osakeste nihkumisest. Dielektrikut, milles selline väli on tekkinud, nimetatakse polariseeritud.
Magnetilised materjalid
Magnetmaterjalid on materjalid, mis on loodud töötama magnetväljas otsese interaktsiooni kaudu selle väljaga. Magnetmaterjalid jagunevad nõrgalt magnetilisteks ja tugevalt magnetilisteks. Diamagnetid ja paramagnetid liigitatakse nõrgalt magnetilisteks. Tugev magnetiline – ferromagnetid, mis omakorda võivad olla magnetiliselt pehmed ja magnetiliselt kõvad.
Komposiitmaterjalid
Komposiitmaterjalid on mitmest komponendist koosnevad materjalid, mis täidavad erinevaid funktsioone ja komponentide vahel on liidesed.