Klasifikace elektromateriálů

Materiál je předmět s určitým složením, strukturou a vlastnostmi, určený k plnění určitých funkcí. Materiály mohou mít různé skupenství: pevné, kapalné, plynné nebo plazmové.

Funkce materiálů jsou rozmanité: zajištění toku proudu (ve vodivých materiálech), udržení určitého tvaru při mechanickém zatížení (ve konstrukčních materiálech), zajištění izolace (v dielektrických materiálech), přeměna elektrické energie na teplo (v odporových materiálech) . Obvykle má materiál několik funkcí. Například dielektrikum nutně zažívá nějaký druh mechanického namáhání, to znamená, že se jedná o konstrukční materiál.

Nauka o materiálech — věda zabývající se studiem složení, struktury, vlastností materiálů, chování materiálů pod různými vlivy: tepelnými, elektrickými, magnetickými atd., jakož i při kombinaci těchto vlivů.

Elektromateriály — jedná se o obor materiálové vědy, který se zabývá materiály pro elektrotechniku ​​a energetiku, tzn.materiály se specifickými vlastnostmi nezbytnými pro návrh, výrobu a provoz elektrických zařízení.

Materiály hrají v energetickém sektoru klíčovou roli. Například izolátory pro vedení vysokého napětí. Historicky první, kdo přišel s porcelánovými izolátory. Technologie jejich výroby je poměrně složitá a rozmarná. Izolátory jsou poměrně objemné a těžké. Naučili jsme se pracovat se sklem – objevily se skleněné izolanty. Jsou lehčí, levnější a poněkud snadněji se diagnostikují. Posledními vynálezy jsou izolátory ze silikonové pryže.

První gumové izolátory nebyly příliš úspěšné. Časem se na jejich povrchu tvoří mikrotrhliny, ve kterých se hromadí nečistoty, tvoří se vodivé stopy, po kterých se izolanty rozbijí. Podrobné studium chování izolantů v elektrickém poli vodičů vedení vysokého napětí (OHL) v podmínkách vnějších atmosférických vlivů umožnilo vybrat řadu přísad zlepšujících odolnost proti atmosférickým vlivům, odolnost proti znečištění a působení elektrické výboje. V důsledku toho byla nyní vytvořena celá třída lehkých a odolných izolátorů pro různé úrovně provozního napětí.

Pro srovnání, hmotnost závěsných izolátorů pro venkovní vedení 1150 kV je srovnatelná s hmotností drátů ve vzdálenosti mezi podpěrami a činí několik tun. To si vynutí instalaci dalších paralelních řetězců izolátorů, což zvyšuje zatížení podpěry. Vyžaduje použití odolnějších, což znamená masivnější podpěry. To zvyšuje spotřebu materiálů, velká hmotnost podpěr výrazně zvyšuje náklady na instalaci.Pro informaci, náklady na instalaci jsou až 70 % nákladů na vybudování elektrického vedení. Příklad ukazuje, jak jeden konstrukční prvek ovlivňuje konstrukci jako celek.

Tím pádem, elektrické materiály (ETM) jsou jedním z určujících faktorů technické a ekonomické výkonnosti každého z nich energetické systémy.

Hlavní materiály používané v energetice lze rozdělit do několika tříd - jsou to vodivé materiály, magnetické materiály a dielektrické materiály, přičemž společné je, že pracují za podmínek napětí, tedy v elektrickém poli.

Materiály pro dráty

Vodivé materiály se nazývají materiály, jejichž hlavní elektrickou vlastností je elektrická vodivost, která je ve srovnání s jinými elektrickými materiály vysoce výrazná. Jejich využití v technice je dáno především touto vlastností, která určuje vysokou měrnou elektrickou vodivost při normální teplotě.

Jako vodiče elektrického proudu lze použít jak pevné látky, tak kapaliny a za správných podmínek i plyny. Nejdůležitějšími pevnými vodivými materiály prakticky používanými v elektrotechnice jsou kovy a jejich slitiny.

Mezi kapalné vodiče patří roztavené kovy a různé elektrolyty. U většiny kovů je však bod tání vysoký a jako vodič tekutého kovu lze za normálních teplot použít pouze rtuť, která má bod tání kolem minus 39 °C. Ostatní kovy jsou při zvýšených teplotách kapalné vodiče.

Plyny a páry, včetně kovových, nejsou vodiči s nízkou intenzitou elektrického pole.Pokud však intenzita pole překročí určitou kritickou hodnotu, která zajistí nástup rázu a fotoionizace, pak se plyn může stát vodičem s elektronickou a iontovou vodivostí. Vysoce ionizovaný plyn, jehož počet elektronů se rovná počtu kladných iontů na jednotku objemu, je speciální vodivé prostředí zvané plazma.

Nejdůležitější vlastnosti vodivých materiálů pro elektrotechniku ​​jsou jejich elektrická a tepelná vodivost a také schopnost generovat tepelné EMF.

Elektrická vodivost charakterizuje schopnost látky vést elektrický proud (viz — Elektrická vodivost látek). Mechanismus průchodu proudu v kovech je způsoben pohybem volných elektronů pod vlivem elektrického pole.

Polovodičové materiály

Polovodičové materiály jsou takové, které jsou ve své měrné vodivosti mezi vodivými a dielektrickými materiály a jejichž charakteristickou vlastností je extrémně silná závislost měrné vodivosti na koncentraci a typu nečistot nebo jiných defektů, stejně jako ve většině případů na vnějších energetických vlivech. (teplota, jas atd.). NS.).

Polovodiče zahrnují velkou skupinu elektronicky vodivých látek, jejichž měrný odpor je za normální teploty vyšší než u vodičů, ale nižší než u dielektrik, a pohybuje se od 10-4 do 1010 Ohm • cm. V energetice se polovodiče přímo nepoužívají, ale široce se používají elektronické součástky na bázi polovodičů. Jedná se o jakoukoliv elektroniku ve stanicích, rozvodnách, výpravnách, službách atp. Usměrňovače, zesilovače, generátory, měniče.Vyrábějí se také polovodiče na bázi karbidu křemíku nelineární svodiče přepětí v elektrických vedeních (svodiče přepětí).

Dielektrické materiály

Dielektrické materiály se nazývají materiály, jejichž hlavní elektrickou vlastností je schopnost polarizace a kde je možná existence elektrostatického pole. Reálné (technické) dielektrikum se blíží ideálu, čím nižší je jeho měrná vodivost a tím slabší jsou mechanismy zpožděné polarizace související s disipací elektrické energie a uvolňováním tepla.

Dielektrická polarizace se v něm nazývá vzhled, když je zaveden do vnějšího elektrické pole makroskopické vnitřní elektrické pole v důsledku přemístění nabitých částic, které tvoří molekuly dielektrika. Dielektrikum, ve kterém takové pole vzniklo, se nazývá polarizované.

Magnetické materiály

Magnetické materiály jsou materiály navržené tak, aby fungovaly v magnetickém poli přímou interakcí s tímto polem. Magnetické materiály se dělí na slabě magnetické a silně magnetické. Diamagnety a paramagnety jsou klasifikovány jako slabě magnetické. Silné magnetické - feromagnety, které zase mohou být magneticky měkké a magneticky tvrdé.

Kompozitní materiály

Kompozitní materiály jsou materiály složené z několika komponent, které plní různé funkce a mezi komponentami existují rozhraní.