Ταξινόμηση ηλεκτρικών υλικών

Ένα υλικό είναι ένα αντικείμενο με συγκεκριμένη σύνθεση, δομή και ιδιότητες, σχεδιασμένο να εκτελεί ορισμένες λειτουργίες. Τα υλικά μπορεί να έχουν διαφορετικές αθροιστικές καταστάσεις: στερεό, υγρό, αέριο ή πλάσμα.

Οι λειτουργίες που εκτελούνται από τα υλικά είναι ποικίλες: εξασφάλιση της ροής του ρεύματος (σε αγώγιμα υλικά), διατήρηση ενός συγκεκριμένου σχήματος υπό μηχανικά φορτία (σε δομικά υλικά), παροχή μόνωσης (σε διηλεκτρικά υλικά), μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα (σε ανθεκτικά υλικά) . Συνήθως, το υλικό έχει πολλές λειτουργίες. Για παράδειγμα, ένα διηλεκτρικό αναγκαστικά βιώνει κάποιο είδος μηχανικής καταπόνησης, δηλαδή είναι δομικό υλικό.

Επιστήμη υλικών — επιστήμη που ασχολείται με τη μελέτη της σύστασης, της δομής, των ιδιοτήτων των υλικών, της συμπεριφοράς των υλικών υπό διάφορες επιρροές: θερμικές, ηλεκτρικές, μαγνητικές κ.λπ., καθώς και όταν αυτές οι επιρροές συνδυάζονται.

Ηλεκτρικά υλικά — αυτός είναι ένας κλάδος της επιστήμης των υλικών που ασχολείται με υλικά για την ηλεκτρική μηχανική και την ενέργεια, δηλ.υλικά με συγκεκριμένες ιδιότητες απαραίτητες για το σχεδιασμό, την κατασκευή και τη λειτουργία ηλεκτρολογικού εξοπλισμού.

Τα υλικά παίζουν καθοριστικό ρόλο στον ενεργειακό τομέα. Για παράδειγμα μονωτές για γραμμές υψηλής τάσης. Ιστορικά, οι πρώτοι που βγήκαν με μονωτήρες πορσελάνης. Η τεχνολογία παραγωγής τους είναι αρκετά περίπλοκη και ιδιότροπη. Οι μονωτές είναι αρκετά ογκώδεις και βαρείς. Μάθαμε να δουλεύουμε με γυαλί - εμφανίστηκαν μονωτήρες γυαλιού. Είναι ελαφρύτερα, φθηνότερα και κάπως ευκολότερα στη διάγνωση. Τέλος, πρόσφατες εφευρέσεις είναι οι μονωτές από καουτσούκ σιλικόνης.

Οι πρώτοι μονωτές από καουτσούκ δεν είχαν μεγάλη επιτυχία. Με την πάροδο του χρόνου, σχηματίζονται μικρορωγμές στην επιφάνειά τους, στις οποίες συσσωρεύεται βρωμιά, σχηματίζονται αγώγιμα ίχνη, μετά τα οποία σπάνε οι μονωτές. Μια λεπτομερής μελέτη της συμπεριφοράς των μονωτών στο ηλεκτρικό πεδίο των αγωγών γραμμών υψηλής τάσης (OHL) υπό συνθήκες εξωτερικών ατμοσφαιρικών επιδράσεων κατέστησε δυνατή την επιλογή ενός αριθμού προσθέτων που βελτιώνουν την αντοχή στις ατμοσφαιρικές επιδράσεις, την αντίσταση στη ρύπανση και τη δράση ηλεκτρικές εκκενώσεις. Ως αποτέλεσμα, μια ολόκληρη κατηγορία ελαφρών, ανθεκτικών μονωτών έχει πλέον δημιουργηθεί για διάφορα επίπεδα τάσης λειτουργίας.

Για σύγκριση, το βάρος των αναρτημένων μονωτών για εναέριες γραμμές 1150 kV είναι συγκρίσιμο με το βάρος των συρμάτων στην απόσταση μεταξύ των στηρίξεων και ανέρχεται σε αρκετούς τόνους. Αυτό αναγκάζει την εγκατάσταση πρόσθετων παράλληλων σειρών μονωτών, γεγονός που αυξάνει το φορτίο στο στήριγμα. Απαιτεί τη χρήση πιο ανθεκτικών, που σημαίνει πιο ογκώδη στηρίγματα. Αυτό αυξάνει την κατανάλωση υλικών, το μεγάλο βάρος των στηρίξεων αυξάνει σημαντικά το κόστος εγκατάστασης.Για αναφορά, το κόστος εγκατάστασης είναι έως και 70% του κόστους κατασκευής μιας γραμμής ηλεκτρικής ενέργειας. Το παράδειγμα δείχνει πώς ένα δομικό στοιχείο επηρεάζει τη δομή ως σύνολο.

Ετσι, ηλεκτρικά υλικά (ETM) είναι ένας από τους καθοριστικούς παράγοντες της τεχνικής και οικονομικής απόδοσης του καθενός συστήματα ισχύος.

Τα κύρια υλικά που χρησιμοποιούνται στην ενεργειακή βιομηχανία μπορούν να χωριστούν σε διάφορες κατηγορίες - είναι αγώγιμα υλικά, μαγνητικά υλικά και διηλεκτρικά υλικά.Το κοινό μεταξύ τους είναι ότι λειτουργούν υπό συνθήκες τάσης, άρα και σε ηλεκτρικό πεδίο.

Υλικά για καλώδια

Αγώγιμα υλικά ονομάζονται υλικά των οποίων η κύρια ηλεκτρική ιδιότητα είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα, η οποία είναι πολύ έντονη σε σύγκριση με άλλα ηλεκτρικά υλικά. Η χρήση τους στην τεχνολογία οφείλεται κυρίως σε αυτή την ιδιότητα, η οποία καθορίζει την υψηλή ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα σε κανονική θερμοκρασία.

Τόσο τα στερεά όσο και τα υγρά και, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, τα αέρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος. Τα πιο σημαντικά στερεά αγώγιμα υλικά που χρησιμοποιούνται πρακτικά στην ηλεκτρική μηχανική είναι τα μέταλλα και τα κράματά τους.

Οι αγωγοί υγρών περιλαμβάνουν λιωμένα μέταλλα και διάφορους ηλεκτρολύτες. Ωστόσο, για τα περισσότερα μέταλλα, το σημείο τήξης είναι υψηλό και μόνο ο υδράργυρος, ο οποίος έχει σημείο τήξης περίπου μείον 39 ° C, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αγωγός υγρού μετάλλου σε κανονικές θερμοκρασίες. Άλλα μέταλλα είναι αγωγοί υγρών σε υψηλές θερμοκρασίες.

Τα αέρια και οι ατμοί, συμπεριλαμβανομένων των μεταλλικών, δεν είναι αγωγοί χαμηλής έντασης ηλεκτρικού πεδίου.Ωστόσο, εάν η ένταση του πεδίου υπερβαίνει μια ορισμένη κρίσιμη τιμή που εξασφαλίζει την έναρξη κραδασμών και φωτοϊοντισμού, τότε το αέριο μπορεί να γίνει αγωγός με ηλεκτρονική και ιοντική αγωγιμότητα. Ένα εξαιρετικά ιονισμένο αέριο, με τον αριθμό των ηλεκτρονίων ίσο με τον αριθμό των θετικών ιόντων ανά μονάδα όγκου, είναι ένα ειδικό αγώγιμο μέσο που ονομάζεται πλάσμα.

Οι πιο σημαντικές ιδιότητες των αγώγιμων υλικών για την ηλεκτρική μηχανική είναι η ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητά τους, καθώς και η ικανότητα παραγωγής θερμικών EMF.

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα χαρακτηρίζει την ικανότητα μιας ουσίας να διεξάγει ηλεκτρικό ρεύμα (βλ. Ηλεκτρική αγωγιμότητα ουσιών). Ο μηχανισμός διέλευσης ρεύματος στα μέταλλα οφείλεται στην κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου.

Υλικά ημιαγωγών

Ημιαγώγιμα υλικά είναι εκείνα που είναι ενδιάμεσα στην ειδική αγωγιμότητα μεταξύ αγώγιμων και διηλεκτρικών υλικών και των οποίων η διακριτική ιδιότητα είναι η εξαιρετικά ισχυρή εξάρτηση της ειδικής αγωγιμότητας από τη συγκέντρωση και τον τύπο των ακαθαρσιών ή άλλων ελαττωμάτων, καθώς και στις περισσότερες περιπτώσεις από εξωτερικές ενεργειακές επιδράσεις (θερμοκρασία, φωτεινότητα κ.λπ.). NS.).

Οι ημιαγωγοί περιλαμβάνουν μια μεγάλη ομάδα ηλεκτρονικά αγώγιμων ουσιών των οποίων η ειδική αντίσταση σε κανονική θερμοκρασία είναι υψηλότερη από αυτή των αγωγών αλλά μικρότερη από αυτή των διηλεκτρικών και κυμαίνεται από 10-4 έως 1010 Ohm • cm. Στην ενέργεια, οι ημιαγωγοί δεν χρησιμοποιούνται άμεσα, αλλά χρησιμοποιούνται ευρέως ηλεκτρονικά εξαρτήματα που βασίζονται σε ημιαγωγούς. Αυτό είναι οποιοδήποτε ηλεκτρονικό σε σταθμούς, υποσταθμούς, γραφεία αποστολής, υπηρεσίες κ.λπ. Ανορθωτές, ενισχυτές, γεννήτριες, μετατροπείς.Παράγονται επίσης ημιαγωγοί με βάση το καρβίδιο του πυριτίου μη γραμμικοί απαγωγείς υπερτάσεων σε ηλεκτροφόρα καλώδια (απαγωγείς υπερτάσεων).

Διηλεκτρικά υλικά

Διηλεκτρικά υλικά ονομάζονται υλικά των οποίων η κύρια ηλεκτρική ιδιότητα είναι η ικανότητα πόλωσης και όπου είναι δυνατή η ύπαρξη ηλεκτροστατικού πεδίου. Το πραγματικό (τεχνικό) διηλεκτρικό προσεγγίζει το ιδανικό, όσο χαμηλότερη είναι η ειδική αγωγιμότητά του και τόσο πιο αδύναμοι είναι οι μηχανισμοί καθυστερημένης πόλωσης που σχετίζονται με τη διάχυση ηλεκτρικής ενέργειας και την απελευθέρωση θερμότητας.

Η διηλεκτρική πόλωση ονομάζεται εμφάνιση σε αυτό όταν εισάγεται στο εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο ένα μακροσκοπικό εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο λόγω της μετατόπισης των φορτισμένων σωματιδίων που αποτελούν τα διηλεκτρικά μόρια. Το διηλεκτρικό στο οποίο έχει προκύψει ένα τέτοιο πεδίο ονομάζεται πολωμένο.

Μαγνητικά υλικά

Τα μαγνητικά υλικά είναι εκείνα που έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν σε ένα μαγνητικό πεδίο μέσω άμεσης αλληλεπίδρασης με αυτό το πεδίο. Τα μαγνητικά υλικά χωρίζονται σε ασθενώς μαγνητικά και έντονα μαγνητικά. Οι διαμαγνήτες και οι παραμαγνήτες ταξινομούνται ως ασθενώς μαγνητικά. Ισχυρά μαγνητικά - σιδηρομαγνήτες, που με τη σειρά τους μπορεί να είναι μαγνητικά μαλακοί και μαγνητικά σκληροί.

Σύνθετα υλικά

Τα σύνθετα υλικά είναι υλικά που αποτελούνται από πολλά συστατικά που εκτελούν διαφορετικές λειτουργίες και υπάρχουν διεπαφές μεταξύ των εξαρτημάτων.