Elektrik malzemelerinin sınıflandırılması

Malzeme, belirli işlevleri yerine getirmek için tasarlanmış, belirli bir bileşime, yapıya ve özelliklere sahip bir nesnedir. Malzemeler farklı agrega durumlarına sahip olabilir: katı, sıvı, gaz veya plazma.

Malzemelerin yerine getirdiği işlevler çeşitlidir: akımın akışını sağlamak (iletken malzemelerde), mekanik yükler altında belirli bir şekli korumak (yapısal malzemelerde), yalıtım sağlamak (dielektrik malzemelerde), elektrik enerjisini ısıya dönüştürmek (dirençli malzemelerde). . Genellikle, malzemenin birkaç işlevi vardır. Örneğin, bir dielektrik mutlaka bir tür mekanik strese maruz kalır, yani yapısal bir malzemedir.

Malzeme bilimi - malzemelerin bileşimi, yapısı, özellikleri, malzemelerin çeşitli etkiler altındaki davranışı: termal, elektrik, manyetik vb.

Elektrik malzemeleri - bu, elektrik mühendisliği ve enerji için malzemelerle ilgilenen bir malzeme bilimi dalıdır, örn.elektrikli ekipmanın tasarımı, üretimi ve işletilmesi için gerekli olan belirli özelliklere sahip malzemeler.

Malzemeler enerji sektöründe çok önemli bir rol oynamaktadır. Örneğin, yüksek gerilim hatları için izolatörler. Tarihsel olarak, porselen izolatörler ile ilk çıkan. Üretimlerinin teknolojisi oldukça karmaşık ve kaprislidir. İzolatörler oldukça hantal ve ağırdır. Camla çalışmayı öğrendik - cam izolatörler ortaya çıktı. Daha hafif, daha ucuz ve teşhis edilmesi biraz daha kolay. Son olarak, son buluşlar silikon kauçuk yalıtkanlardır.

İlk kauçuk yalıtkanlar çok başarılı değildi. Zamanla, yüzeylerinde kirin biriktiği, iletken izlerin oluştuğu ve ardından yalıtkanların kırıldığı mikro çatlaklar oluşur. İzolatörlerin, yüksek gerilim hatlarının (OHL) iletkenlerinin elektrik alanındaki davranışlarının, dış atmosferik etkiler koşulları altında ayrıntılı bir şekilde incelenmesi, atmosferik etkilere karşı direnci, kirliliğe karşı direnci ve eylemini artıran bir dizi katkı maddesinin seçilmesini mümkün kılmıştır. elektrik deşarjları Sonuç olarak, şimdi çeşitli çalışma voltajı seviyeleri için hafif, dayanıklı yalıtkanlardan oluşan eksiksiz bir sınıf yaratılmıştır.

Karşılaştırma için, 1150 kV havai hatlar için asılı izolatörlerin ağırlığı, destekler arasındaki mesafedeki tellerin ağırlığı ile karşılaştırılabilir ve birkaç tondur. Bu, destek üzerindeki yükü artıran ek paralel izolatör dizilerinin kurulumunu zorlar. Daha dayanıklı, yani daha masif destekler kullanılmasını gerektirir. Bu, malzeme tüketimini artırır, desteklerin büyük ağırlığı kurulum maliyetini önemli ölçüde artırır.Referans olarak, kurulum maliyeti, bir elektrik hattı inşa etme maliyetinin %70'ine kadardır. Örnek, bir yapısal elemanın yapıyı bir bütün olarak nasıl etkilediğini göstermektedir.

Böylece, elektrik malzemeleri (ETM), her birinin teknik ve ekonomik performansının belirleyicilerinden biridir. güç Sistemleri.

Enerji endüstrisinde kullanılan ana malzemeler birkaç sınıfa ayrılabilir - bunlar iletken malzemeler, manyetik malzemeler ve dielektrik malzemelerdir.Aralarındaki ortak nokta, voltaj koşulları altında ve dolayısıyla bir elektrik alanında çalışmalarıdır.

teller için malzemeler

İletken malzemeler, ana elektriksel özelliği elektriksel iletkenlik olan ve diğer elektriksel malzemelere göre oldukça belirgin olan malzemelere denir. Teknolojide kullanımları, esas olarak, normal sıcaklıkta yüksek özgül elektrik iletkenliğini belirleyen bu özelliğinden kaynaklanmaktadır.

Hem katılar hem de sıvılar ve doğru koşullar altında gazlar elektrik akımı iletkenleri olarak kullanılabilir. Elektrik mühendisliğinde pratik olarak kullanılan en önemli katı iletken malzemeler metaller ve alaşımlarıdır.

Sıvı iletkenler arasında erimiş metaller ve çeşitli elektrolitler bulunur. Ancak çoğu metal için erime noktası yüksektir ve sadece erime noktası yaklaşık eksi 39°C olan cıva normal sıcaklıklarda sıvı metal iletken olarak kullanılabilir. Diğer metaller, yüksek sıcaklıklarda sıvı iletkenlerdir.

Gazlar ve buharlar, metalik olanlar da dahil olmak üzere, düşük elektrik alan gücüne sahip iletkenler değildir.Bununla birlikte, alan kuvveti, şok ve fotoiyonizasyonun başlamasını sağlayan belirli bir kritik değeri aşarsa, gaz elektronik ve iyonik iletkenliğe sahip bir iletken haline gelebilir. Elektron sayısı birim hacimdeki pozitif iyon sayısına eşit olan yüksek derecede iyonize bir gaz, plazma adı verilen özel bir iletken ortamdır.

Elektrik mühendisliği için iletken malzemelerin en önemli özellikleri, elektriksel ve termal iletkenliklerinin yanı sıra termal EMF üretme yetenekleridir.

Elektriksel iletkenlik, bir maddenin elektrik akımını iletme yeteneğini karakterize eder (bkz. Maddelerin elektriksel iletkenliği). Metallerde akım geçiş mekanizması, bir elektrik alanının etkisi altında serbest elektronların hareketinden kaynaklanır.

yarı iletken malzemeler

Yarı iletken malzemeler, iletken ve dielektrik malzemeler arasında özgül iletkenliklerinde orta düzeyde olan ve ayırt edici özelliği, özgül iletkenliğin safsızlıkların veya diğer kusurların konsantrasyonuna ve türüne ve ayrıca çoğu durumda dış enerji etkilerine son derece güçlü bir şekilde bağlı olması olan malzemelerdir. (sıcaklık, parlaklık vb.). NS.).

Yarı iletkenler, normal sıcaklıkta özdirençleri iletkenlerinkinden daha yüksek ancak dielektriklerinkinden daha düşük olan ve 10-4 ila 1010 Ohm • cm arasında değişen büyük bir elektronik iletken madde grubunu içerir. Enerjide, yarı iletkenler doğrudan kullanılmaz, ancak yarı iletkenlere dayalı elektronik bileşenler yaygın olarak kullanılır. Bu, istasyonlardaki, trafo merkezlerindeki, sevk ofislerindeki, hizmetlerdeki vb. herhangi bir elektroniktir. Doğrultucular, yükselteçler, jeneratörler, dönüştürücüler.Silisyum karbür bazlı yarı iletkenler de üretilir lineer olmayan parafudrlar elektrik hatlarında (parafudrlar).

dielektrik malzemeler

Dielektrik malzemeler, ana elektriksel özelliği polarizasyon yeteneği olan ve elektrostatik alanın varlığının mümkün olduğu malzemeler olarak adlandırılır. Gerçek (teknik) dielektrik ideale yaklaşır, özgül iletkenliği ne kadar düşükse ve elektrik enerjisinin dağılması ve ısının serbest bırakılmasıyla ilgili gecikmeli polarizasyon mekanizmaları o kadar zayıftır.

Dielektrik polarizasyon, dış ortama girdiğinde içindeki görünüm olarak adlandırılır. Elektrik alanı dielektrik molekülleri oluşturan yüklü parçacıkların yer değiştirmesinden kaynaklanan makroskopik bir iç elektrik alanı. Böyle bir alanın ortaya çıktığı dielektrik denir polarize.

manyetik malzemeler

Manyetik malzemeler, bir manyetik alanla doğrudan etkileşime girerek çalışmak üzere tasarlanmış malzemelerdir. Manyetik malzemeler zayıf manyetik ve güçlü manyetik olarak ayrılır. Diamagnets ve paramagnets zayıf manyetik olarak sınıflandırılır. Güçlü manyetik - sırayla manyetik olarak yumuşak ve manyetik olarak sert olabilen ferromanyetler.

Kompozit malzemeler

Kompozit malzemeler, farklı işlevleri yerine getiren birkaç bileşenden oluşan ve bileşenler arasında arayüzler bulunan malzemelerdir.