Classificazione dei materiali elettrici

Un materiale è un oggetto con una certa composizione, struttura e proprietà, progettato per svolgere determinate funzioni. I materiali possono avere diversi stati di aggregazione: solido, liquido, gas o plasma.

Le funzioni svolte dai materiali sono diverse: garantire il flusso di corrente (nei materiali conduttivi), mantenere una certa forma sotto carichi meccanici (nei materiali strutturali), fornire isolamento (nei materiali dielettrici), convertire l'energia elettrica in calore (nei materiali resistivi) . Di solito, il materiale ha diverse funzioni. Ad esempio, un dielettrico subisce necessariamente una sorta di stress meccanico, ovvero è un materiale strutturale.

Scienza dei materiali: una scienza che si occupa dello studio della composizione, della struttura, delle proprietà dei materiali, del comportamento dei materiali sotto varie influenze: termiche, elettriche, magnetiche, ecc., nonché quando queste influenze sono combinate.

Materiali elettrici: questa è una branca della scienza dei materiali che si occupa di materiali per l'ingegneria elettrica e l'energia, ad es.materiali con proprietà specifiche necessarie per la progettazione, la fabbricazione e il funzionamento delle apparecchiature elettriche.

I materiali giocano un ruolo cruciale nel settore energetico. Ad esempio isolatori per linee ad alta tensione. Storicamente, il primo ad uscire con isolatori in porcellana. La tecnologia della loro produzione è piuttosto complessa e capricciosa. Gli isolanti sono piuttosto ingombranti e pesanti. Abbiamo imparato a lavorare con il vetro: sono comparsi gli isolanti di vetro. Sono più leggeri, più economici e in qualche modo più facili da diagnosticare. Infine, recenti invenzioni sono gli isolanti in gomma siliconica.

I primi isolatori in gomma non ebbero molto successo. Nel tempo si formano microfessure sulla loro superficie, in cui si accumula lo sporco, si formano tracce conduttive, dopodiché si rompono gli isolanti. Uno studio dettagliato del comportamento degli isolanti nel campo elettrico dei conduttori di linee ad alta tensione (OHL) in condizioni di influenze atmosferiche esterne ha permesso di selezionare una serie di additivi che migliorano la resistenza alle influenze atmosferiche, la resistenza all'inquinamento e l'azione di scariche elettriche. Di conseguenza, è stata ora creata un'intera classe di isolatori leggeri e durevoli per vari livelli di tensione operativa.

Per confronto, il peso degli isolatori sospesi per linee aeree da 1150 kV è paragonabile al peso dei fili nella distanza tra i supporti e ammonta a diverse tonnellate. Ciò forza l'installazione di ulteriori stringhe parallele di isolatori, che aumentano il carico sul supporto. Richiede l'uso di supporti più durevoli, il che significa supporti più massicci. Ciò aumenta il consumo di materiali, l'elevato peso dei supporti aumenta notevolmente il costo dell'installazione.Per riferimento, il costo di installazione è fino al 70% del costo di costruzione di una linea elettrica. L'esempio mostra come un elemento strutturale influisce sulla struttura nel suo insieme.

Così, materiali elettrici (ETM) sono una delle determinanti della performance tecnica ed economica di ciascuno sistemi di alimentazione.

I principali materiali utilizzati nell'industria energetica possono essere suddivisi in diverse classi: sono materiali conduttivi, materiali magnetici e materiali dielettrici.La cosa comune tra loro è che lavorano in condizioni di tensione, e quindi in un campo elettrico.

Materiali per fili

I materiali conduttivi sono chiamati materiali la cui principale proprietà elettrica è la conduttività elettrica, che è molto pronunciata rispetto ad altri materiali elettrici. Il loro impiego in tecnologia è dovuto principalmente a questa proprietà, che ne determina l'elevata conducibilità elettrica specifica a temperatura normale.

Sia i solidi che i liquidi e, nelle giuste condizioni, i gas possono essere usati come conduttori di corrente elettrica. I più importanti materiali solidi conduttori praticamente utilizzati nell'ingegneria elettrica sono i metalli e le loro leghe.

I conduttori liquidi includono metalli fusi e vari elettroliti. Tuttavia, per la maggior parte dei metalli, il punto di fusione è elevato e solo il mercurio, che ha un punto di fusione di circa meno 39 ° C, può essere utilizzato come conduttore di metallo liquido a temperature normali. Altri metalli sono conduttori liquidi a temperature elevate.

Gas e vapori, compresi quelli metallici, non sono conduttori a bassa intensità di campo elettrico.Tuttavia, se l'intensità del campo supera un certo valore critico che garantisce l'insorgenza di shock e fotoionizzazione, allora il gas può diventare un conduttore con conducibilità elettronica e ionica. Un gas altamente ionizzato, con il numero di elettroni pari al numero di ioni positivi per unità di volume, è uno speciale mezzo conduttivo chiamato plasma.

Le proprietà più importanti dei materiali conduttivi per l'ingegneria elettrica sono la loro conducibilità elettrica e termica, nonché la capacità di generare campi elettromagnetici termici.

La conducibilità elettrica caratterizza la capacità di una sostanza di condurre una corrente elettrica (vedi — Conducibilità elettrica delle sostanze). Il meccanismo del passaggio di corrente nei metalli è dovuto al movimento di elettroni liberi sotto l'influenza di un campo elettrico.

Materiali semiconduttori

I materiali semiconduttori sono quelli che sono intermedi nella loro conduttività specifica tra materiali conduttivi e dielettrici e la cui proprietà distintiva è la dipendenza estremamente forte della conduttività specifica dalla concentrazione e dal tipo di impurità o altri difetti, nonché nella maggior parte dei casi da influenze energetiche esterne (temperatura, luminosità, ecc.). N.S.).

I semiconduttori comprendono un ampio gruppo di sostanze elettronicamente conduttive la cui resistività a temperatura normale è superiore a quella dei conduttori ma inferiore a quella dei dielettrici e varia da 10-4 a 1010 Ohm • cm. Nell'energia, i semiconduttori non vengono utilizzati direttamente, ma sono ampiamente utilizzati componenti elettronici basati su semiconduttori. Questa è qualsiasi elettronica nelle stazioni, sottostazioni, uffici di spedizione, servizi, ecc. Raddrizzatori, amplificatori, generatori, convertitori.Vengono prodotti anche semiconduttori a base di carburo di silicio scaricatori di sovratensione non lineari nelle linee elettriche (scaricatori di sovratensione).

Materiali dielettrici

I materiali dielettrici sono chiamati materiali la cui principale proprietà elettrica è la capacità di polarizzare e dove è possibile l'esistenza di un campo elettrostatico. Il dielettrico reale (tecnico) si avvicina all'ideale, quanto più bassa è la sua conduttività specifica e tanto più deboli sono i meccanismi di polarizzazione ritardata legati alla dissipazione dell'energia elettrica e alla cessione di calore.

La polarizzazione dielettrica è chiamata aspetto in esso quando viene introdotta nell'esterno campo elettrico un campo elettrico interno macroscopico dovuto allo spostamento delle particelle cariche che costituiscono le molecole dielettriche. Il dielettrico in cui è sorto un tale campo è chiamato polarizzato.

Materiali magnetici

I materiali magnetici sono quelli progettati per funzionare in un campo magnetico mediante interazione diretta con quel campo. I materiali magnetici si dividono in debolmente magnetici e fortemente magnetici. Diamagneti e paramagneti sono classificati come debolmente magnetici. Forti magnetici - ferromagneti, che a loro volta possono essere magneticamente morbidi e magneticamente duri.

Materiali compositi

I materiali compositi sono materiali composti da più componenti che svolgono funzioni diverse e ci sono interfacce tra i componenti.