Elektros medžiagų klasifikacija

Medžiaga yra tam tikros sudėties, struktūros ir savybių objektas, skirtas atlikti tam tikras funkcijas. Medžiagos gali turėti skirtingas agregato būsenas: kietą, skystą, dujinį arba plazminį.

Medžiagų atliekamos funkcijos yra įvairios: srovės tekėjimo užtikrinimas (laidžiose medžiagose), tam tikros formos palaikymas esant mechaninėms apkrovoms (konstrukcinėse medžiagose), izoliavimas (dielektrinėse medžiagose), elektros energijos pavertimas šiluma (varžinėse medžiagose) . Paprastai medžiaga atlieka keletą funkcijų. Pavyzdžiui, dielektrikas būtinai patiria tam tikrą mechaninį įtempį, tai yra, tai yra konstrukcinė medžiaga.

Medžiagų mokslas – mokslas, tiriantis medžiagų sudėtį, struktūrą, savybes, medžiagų elgseną veikiant įvairiems poveikiams: šiluminiam, elektriniam, magnetiniam ir kt., taip pat kai šie poveikiai derinami.

Elektros medžiagos — tai medžiagų mokslo šaka, nagrinėjanti elektrotechnikos ir energetikos medžiagas, t.y.specifinių savybių turinčios medžiagos, reikalingos elektros įrangai projektuoti, gaminti ir eksploatuoti.

Medžiagos vaidina lemiamą vaidmenį energetikos sektoriuje. Pavyzdžiui, aukštos įtampos linijų izoliatoriai. Istoriškai pirmasis išėjo su porcelianiniais izoliatoriais. Jų gamybos technologija yra gana sudėtinga ir kaprizinga. Izoliatoriai yra gana dideli ir sunkūs. Išmokome dirbti su stiklu – atsirado stiklo izoliatoriai. Jie yra lengvesni, pigesni ir šiek tiek lengviau diagnozuojami. Galiausiai, naujausi išradimai yra silikoninės gumos izoliatoriai.

Pirmieji guminiai izoliatoriai nebuvo labai sėkmingi. Laikui bėgant jų paviršiuje susidaro mikroįtrūkimai, kuriuose kaupiasi nešvarumai, susidaro laidūs pėdsakai, po kurių lūžta izoliatoriai. Išsamus izoliatorių elgsenos aukštos įtampos linijų (OHL) laidininkų elektriniame lauke tyrimas išorinio atmosferos poveikio sąlygomis leido pasirinkti daugybę priedų, kurie pagerina atsparumą atmosferos poveikiui, atsparumą taršai ir elektros iškrovos. Dėl to dabar sukurta visa klasė lengvų, patvarių izoliatorių įvairiems darbinės įtampos lygiams.

Palyginimui, 1150 kV oro linijų pakabinamų izoliatorių svoris yra panašus į laidų svorį atstumu tarp atramų ir siekia kelias tonas. Tai verčia montuoti papildomas lygiagrečias izoliatorių eilutes, o tai padidina atramos apkrovą. Tam reikia naudoti patvaresnes, o tai reiškia masyvesnes atramas. Tai padidina medžiagų sąnaudas, didelis atramų svoris žymiai padidina montavimo išlaidas.Pažymėtina, kad įrengimo kaina yra iki 70% elektros linijos tiesimo kainos. Pavyzdys parodo, kaip vienas konstrukcijos elementas veikia visą struktūrą.

Taigi, elektrines medžiagas (ETM) yra vienas iš kiekvieno iš jų techninius ir ekonominius rodiklius lemiančių veiksnių elektros energijos sistemos.

Energetikos pramonėje naudojamas pagrindines medžiagas galima suskirstyti į keletą klasių – tai laidžios medžiagos, magnetinės medžiagos ir dielektrinės medžiagos.Bendra tarp jų yra tai, kad jos veikia įtampos sąlygomis, taigi ir elektriniame lauke.

Medžiagos laidams

Laidžiomis medžiagomis vadinamos medžiagos, kurių pagrindinė elektrinė savybė yra elektros laidumas, kuris yra labai ryškus, lyginant su kitomis elektrinėmis medžiagomis. Jų panaudojimas technologijoje daugiausia susijęs su šia savybe, kuri lemia aukštą savitąjį elektros laidumą esant normaliai temperatūrai.

Kaip elektros srovės laidininkai gali būti naudojami ir kietos, ir skysčiai, ir, esant tinkamoms sąlygoms, dujos. Svarbiausios kietos laidžios medžiagos, praktiškai naudojamos elektrotechnikoje, yra metalai ir jų lydiniai.

Skysčių laidininkai apima išlydytus metalus ir įvairius elektrolitus. Tačiau daugumos metalų lydymosi temperatūra yra aukšta, ir tik gyvsidabris, kurio lydymosi temperatūra yra apie minus 39 ° C, gali būti naudojamas kaip skysto metalo laidininkas esant normaliai temperatūrai. Kiti metalai yra skysčių laidininkai aukštesnėje temperatūroje.

Dujos ir garai, įskaitant metalinius, nėra mažo elektrinio lauko stiprio laidininkai.Tačiau jei lauko stiprumas viršija tam tikrą kritinę vertę, užtikrinančią smūgio ir fotojonizacijos pradžią, tada dujos gali tapti elektroninio ir joninio laidumo laidininku. Labai jonizuotos dujos, kurių elektronų skaičius lygus teigiamų jonų skaičiui tūrio vienete, yra speciali laidži terpė, vadinama plazma.

Svarbiausios elektrotechnikos laidžiųjų medžiagų savybės yra jų elektrinis ir šilumos laidumas, taip pat galimybė generuoti šiluminę EML.

Elektros laidumas apibūdina medžiagos gebėjimą praleisti elektros srovę (žr. Medžiagų elektrinis laidumas). Srovės pratekėjimo metaluose mechanizmas atsiranda dėl laisvųjų elektronų judėjimo veikiant elektriniam laukui.

Puslaidininkinės medžiagos

Puslaidininkinės medžiagos yra tos, kurios savo specifiniu laidumu yra tarpinės tarp laidžiųjų ir dielektrinių medžiagų ir kurių išskirtinė savybė yra ypatingai stipri specifinio laidumo priklausomybė nuo priemaišų ar kitų defektų koncentracijos ir tipo, taip pat daugeliu atvejų nuo išorinių energijos poveikių. (temperatūra, ryškumas ir kt.). NS.).

Puslaidininkiams priskiriama didelė grupė elektroniškai laidžių medžiagų, kurių varža normalioje temperatūroje yra didesnė nei laidininkų, bet mažesnė nei dielektrikų ir svyruoja nuo 10–4 iki 1010 omų • cm. Energetikoje puslaidininkiai tiesiogiai nenaudojami, tačiau plačiai naudojami puslaidininkių pagrindu pagaminti elektroniniai komponentai. Tai bet kokia elektronika stotyse, pastotėse, dispečerinėse, tarnybose ir kt. Lygintuvai, stiprintuvai, generatoriai, keitikliai.Taip pat gaminami puslaidininkiai silicio karbido pagrindu nelinijiniai viršįtampių ribotuvai elektros linijose (viršįtampių ribotuvai).

Dielektrinės medžiagos

Dielektrinėmis medžiagomis vadinamos medžiagos, kurių pagrindinė elektrinė savybė yra gebėjimas poliarizuotis ir kuriose galimas elektrostatinis laukas. Tikrasis (techninis) dielektrikas artėja prie idealo, tuo mažesnis jo savitasis laidumas ir tuo silpnesni uždelsto poliarizacijos mechanizmai, susiję su elektros energijos išsklaidymo ir šilumos išsiskyrimu.

Dielektrine poliarizacija vadinama išvaizda joje, kai įvedama į išorinę elektrinis laukas makroskopinis vidinis elektrinis laukas, atsirandantis dėl įkrautų dalelių, sudarančių dielektrines molekules, poslinkio. Dielektrikas, kuriame atsirado toks laukas, vadinamas poliarizuotu.

Magnetinės medžiagos

Magnetinės medžiagos yra medžiagos, skirtos dirbti magnetiniame lauke tiesiogiai sąveikaujant su tuo lauku. Magnetinės medžiagos skirstomos į silpnai magnetines ir stipriai magnetines. Diamagnetai ir paramagnetai klasifikuojami kaip silpnai magnetiniai. Stiprus magnetas – feromagnetai, kurie savo ruožtu gali būti magnetiškai minkšti ir magnetiškai kieti.

Kompozitinės medžiagos

Kompozitinės medžiagos yra medžiagos, sudarytos iš kelių komponentų, kurie atlieka skirtingas funkcijas ir yra tarp komponentų sąsajų.