Phân loại vật liệu điện

Vật liệu là một đối tượng có thành phần, cấu trúc và tính chất nhất định, được thiết kế để thực hiện các chức năng nhất định. Vật liệu có thể có các trạng thái tổng hợp khác nhau: rắn, lỏng, khí hoặc plasma.

Các chức năng được thực hiện bởi vật liệu rất đa dạng: đảm bảo dòng điện chạy qua (trong vật liệu dẫn điện), duy trì hình dạng nhất định dưới tải trọng cơ học (trong vật liệu kết cấu), cung cấp cách điện (trong vật liệu điện môi), chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt (trong vật liệu điện trở) . Thông thường, vật liệu có một số chức năng. Ví dụ, một chất điện môi nhất thiết phải chịu một số loại ứng suất cơ học, nghĩa là nó là vật liệu kết cấu.

Khoa học vật liệu — một ngành khoa học nghiên cứu về thành phần, cấu trúc, tính chất của vật liệu, hành vi của vật liệu dưới các ảnh hưởng khác nhau: nhiệt, điện, từ, v.v., cũng như khi các ảnh hưởng này được kết hợp.

Vật liệu điện - đây là một nhánh của khoa học vật liệu liên quan đến vật liệu cho kỹ thuật điện và năng lượng, tức làvật liệu có đặc tính cụ thể cần thiết cho việc thiết kế, sản xuất và vận hành thiết bị điện.

Vật liệu đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực năng lượng. Ví dụ cách điện cho đường dây cao thế. Trong lịch sử, người đầu tiên ra đời với chất cách điện bằng sứ. Công nghệ sản xuất của họ khá phức tạp và thất thường. Chất cách điện khá cồng kềnh và nặng. Chúng tôi đã học cách làm việc với thủy tinh - chất cách điện thủy tinh đã xuất hiện. Chúng nhẹ hơn, rẻ hơn và dễ chẩn đoán hơn. Cuối cùng, những phát minh gần đây là chất cách điện bằng cao su silicone.

Chất cách điện cao su đầu tiên không thành công lắm. Theo thời gian, các vết nứt nhỏ hình thành trên bề mặt của chúng, trong đó bụi bẩn tích tụ, các vết dẫn điện được hình thành, sau đó chất cách điện bị đứt. Một nghiên cứu chi tiết về hành vi của chất cách điện trong điện trường của dây dẫn của đường dây điện áp cao (OHL) trong điều kiện ảnh hưởng của khí quyển bên ngoài giúp có thể chọn một số chất phụ gia giúp cải thiện khả năng chống lại ảnh hưởng của khí quyển, khả năng chống ô nhiễm và tác động của phóng điện. Kết quả là, toàn bộ lớp chất cách điện nhẹ, bền hiện đã được tạo ra cho các mức điện áp hoạt động khác nhau.

Để so sánh, trọng lượng của chất cách điện treo cho đường dây trên không 1150 kV tương đương với trọng lượng của dây ở khoảng cách giữa các giá đỡ và lên tới vài tấn. Điều này buộc phải cài đặt các chuỗi chất cách điện song song bổ sung, làm tăng tải trên giá đỡ. Nó yêu cầu sử dụng bền hơn, có nghĩa là hỗ trợ lớn hơn. Điều này làm tăng mức tiêu thụ vật liệu, trọng lượng lớn của các giá đỡ làm tăng đáng kể chi phí lắp đặt.Để tham khảo, chi phí lắp đặt lên tới 70% chi phí xây dựng đường dây điện. Ví dụ này cho thấy cách một yếu tố cấu trúc ảnh hưởng đến toàn bộ cấu trúc.

Như vậy, vật liệu điện (ETM) là một trong những yếu tố quyết định hiệu quả kinh tế kỹ thuật của mỗi hệ thống năng lượng.

Các vật liệu chính được sử dụng trong ngành năng lượng có thể được chia thành nhiều loại - chúng là vật liệu dẫn điện, vật liệu từ tính và vật liệu điện môi... Điểm chung giữa chúng là chúng hoạt động trong điều kiện có điện áp, và do đó trong điện trường.

Vật liệu cho dây

Vật liệu dẫn điện được gọi là vật liệu có tính chất điện chính là tính dẫn điện, tính chất này được đánh giá cao so với các vật liệu điện khác. Việc sử dụng chúng trong công nghệ chủ yếu là do đặc tính này, xác định độ dẫn điện cụ thể cao ở nhiệt độ bình thường.

Cả chất rắn và chất lỏng, và trong những điều kiện thích hợp, chất khí đều có thể được sử dụng làm chất dẫn điện. Các vật liệu dẫn rắn quan trọng nhất được sử dụng thực tế trong kỹ thuật điện là kim loại và hợp kim của chúng.

Chất dẫn lỏng bao gồm các kim loại nóng chảy và các chất điện phân khác nhau. Tuy nhiên, đối với hầu hết các kim loại, nhiệt độ nóng chảy cao và chỉ thủy ngân, có nhiệt độ nóng chảy khoảng âm 39 ° C, có thể được sử dụng làm chất dẫn kim loại lỏng ở nhiệt độ bình thường. Các kim loại khác là chất dẫn lỏng ở nhiệt độ cao.

Khí và hơi, kể cả kim loại, không phải là chất dẫn điện có cường độ điện trường thấp.Tuy nhiên, nếu cường độ trường vượt quá một giá trị tới hạn nhất định đảm bảo bắt đầu sốc và quang hóa, thì khí có thể trở thành chất dẫn điện có độ dẫn điện tử và ion. Một chất khí bị ion hóa cao, với số lượng electron bằng số lượng ion dương trên một đơn vị thể tích, là một môi trường dẫn điện đặc biệt gọi là plasma.

Các tính chất quan trọng nhất của vật liệu dẫn điện cho kỹ thuật điện là tính dẫn điện và nhiệt của chúng, cũng như khả năng tạo ra EMF nhiệt.

Độ dẫn điện đặc trưng cho khả năng dẫn dòng điện của một chất (xem — Độ dẫn điện của các chất). Cơ chế dòng điện chạy qua trong kim loại là do sự chuyển động của các êlectron tự do dưới tác dụng của điện trường.

vật liệu bán dẫn

Vật liệu bán dẫn là những vật liệu có độ dẫn điện riêng trung gian giữa vật liệu dẫn điện và vật liệu điện môi và có tính chất đặc biệt là sự phụ thuộc rất mạnh của độ dẫn điện cụ thể vào nồng độ và loại tạp chất hoặc các khuyết tật khác, cũng như trong hầu hết các trường hợp vào ảnh hưởng năng lượng bên ngoài (nhiệt độ, độ sáng, v.v.). NS.).

Chất bán dẫn bao gồm một nhóm lớn các chất dẫn điện tử có điện trở suất ở nhiệt độ bình thường cao hơn điện trở suất của chất dẫn điện nhưng thấp hơn điện trở suất và nằm trong khoảng từ 10-4 đến 1010 Ôm • cm. Về năng lượng, chất bán dẫn không được sử dụng trực tiếp, nhưng các linh kiện điện tử dựa trên chất bán dẫn được sử dụng rộng rãi. Đây là bất kỳ thiết bị điện tử nào tại các nhà ga, trạm biến áp, văn phòng điều phối, dịch vụ, v.v. Bộ chỉnh lưu, bộ khuếch đại, máy phát điện, bộ chuyển đổi.Chất bán dẫn dựa trên cacbua silic cũng được sản xuất thiết bị chống sét phi tuyến tính trong đường dây điện (thiết bị chống sét lan truyền).

vật liệu điện môi

Vật liệu điện môi được gọi là vật liệu có tính chất điện chính là khả năng phân cực và nơi có thể tồn tại trường tĩnh điện. Chất điện môi thực (kỹ thuật) càng gần lý tưởng thì độ dẫn điện riêng của nó càng thấp và cơ chế phân cực trễ liên quan đến sự tiêu tán năng lượng điện và giải phóng nhiệt càng yếu.

Sự phân cực điện môi được gọi là sự xuất hiện trong nó khi được đưa vào bên ngoài điện trường một điện trường bên trong vĩ mô do sự dịch chuyển của các hạt tích điện tạo nên các phân tử điện môi. Điện môi trong đó một trường như vậy đã phát sinh được gọi là phân cực.

vật liệu từ tính

Vật liệu từ tính là những vật liệu được thiết kế để hoạt động trong từ trường bằng cách tương tác trực tiếp với từ trường đó. Vật liệu từ tính được chia thành từ tính yếu và từ tính mạnh. Diamagnets và paramagnets được phân loại là từ tính yếu. Từ tính mạnh - sắt từ, do đó có thể có từ tính mềm và từ tính cứng.

vật liệu tổng hợp

Vật liệu composite là vật liệu bao gồm một số thành phần thực hiện các chức năng khác nhau và có các mặt phân cách giữa các thành phần.