Classificació dels materials elèctrics

Un material és un objecte amb una determinada composició, estructura i propietats, dissenyat per realitzar determinades funcions. Els materials poden tenir diferents estats agregats: sòlid, líquid, gasós o plasma.

Les funcions que realitzen els materials són diverses: assegurar el flux de corrent (en materials conductors), mantenir una determinada forma sota càrregues mecàniques (en materials estructurals), proporcionar aïllament (en materials dielèctrics), convertir l'energia elèctrica en calor (en materials resistius) . Normalment, el material té diverses funcions. Per exemple, un dielèctric necessàriament experimenta algun tipus d'estrès mecànic, és a dir, és un material estructural.

Ciència dels materials: una ciència que s'ocupa de l'estudi de la composició, l'estructura, les propietats dels materials, el comportament dels materials sota diverses influències: tèrmica, elèctrica, magnètica, etc., així com quan aquestes influències es combinen.

Materials elèctrics: aquesta és una branca de la ciència dels materials que s'ocupa dels materials per a l'enginyeria elèctrica i l'energia, és a dir.materials amb propietats específiques necessàries per al disseny, fabricació i funcionament d'equips elèctrics.

Els materials tenen un paper crucial en el sector energètic. Per exemple aïllants per a línies d'alta tensió. Històricament, el primer a sortir amb aïllants de porcellana. La tecnologia de la seva producció és força complexa i capriciosa. Els aïllants són força voluminosos i pesats. Vam aprendre a treballar amb vidre: van aparèixer els aïllants de vidre. Són més lleugers, més barats i una mica més fàcils de diagnosticar. Finalment, els invents recents són els aïllants de cautxú de silicona.

Els primers aïllants de goma no van tenir gaire èxit. Amb el temps, es formen microesquerdes a la seva superfície, en les quals s'acumula brutícia, es formen traces conductores, després de les quals es trenquen els aïllants. Un estudi detallat del comportament dels aïllants en el camp elèctric dels conductors de línies d'alta tensió (OHL) en condicions d'influències atmosfèriques externes va permetre seleccionar una sèrie d'additius que milloren la resistència a les influències atmosfèriques, la resistència a la contaminació i l'acció de descàrregues elèctriques. Com a resultat, ara s'ha creat tota una classe d'aïllants lleugers i duradors per a diferents nivells de tensió de funcionament.

Per comparar, el pes dels aïllants suspesos per a línies aèries de 1150 kV és comparable al pes dels cables a la distància entre els suports i ascendeix a diverses tones. Això obliga a instal·lar cadenes paral·leles addicionals d'aïllants, la qual cosa augmenta la càrrega sobre el suport. Requereix l'ús de suports més duradors, el que significa suports més massius. Això augmenta el consum de materials, el gran pes dels suports augmenta significativament el cost d'instal·lació.Com a referència, el cost d'instal·lació és de fins al 70% del cost de la construcció d'una línia elèctrica. L'exemple mostra com un element estructural afecta l'estructura en conjunt.

Així, materials elèctrics (ETM) són un dels determinants del rendiment tècnic i econòmic de cadascun sistemes de potència.

Els principals materials utilitzats a la indústria energètica es poden dividir en diverses classes: materials conductors, materials magnètics i materials dielèctrics, el que en comú és que funcionen en condicions de tensió i, per tant, en un camp elèctric.

Materials per a cables

Els materials conductors s'anomenen materials la propietat elèctrica principal dels quals és la conductivitat elèctrica, que és molt pronunciada en comparació amb altres materials elèctrics. El seu ús en tecnologia es deu principalment a aquesta propietat, que determina l'alta conductivitat elèctrica específica a temperatura normal.

Com a conductors del corrent elèctric es poden utilitzar tant sòlids com líquids i, en les condicions adequades, gasos. Els materials conductors sòlids més importants pràcticament utilitzats en enginyeria elèctrica són els metalls i els seus aliatges.

Els conductors líquids inclouen metalls fosos i diversos electròlits. No obstant això, per a la majoria dels metalls, el punt de fusió és alt i només el mercuri, que té un punt de fusió d'uns menys 39 ° C, es pot utilitzar com a conductor de metall líquid a temperatures normals. Altres metalls són conductors líquids a temperatures elevades.

Els gasos i vapors, inclosos els metàl·lics, no són conductors de baixa intensitat de camp elèctric.Tanmateix, si la intensitat del camp supera un cert valor crític que garanteix l'inici del xoc i la fotoionització, aleshores el gas es pot convertir en un conductor amb conductivitat electrònica i iònica. Un gas altament ionitzat, amb el nombre d'electrons igual al nombre d'ions positius per unitat de volum, és un medi conductor especial anomenat plasma.

Les propietats més importants dels materials conductors per a l'enginyeria elèctrica són la seva conductivitat elèctrica i tèrmica, així com la capacitat de generar EMF tèrmica.

La conductivitat elèctrica caracteritza la capacitat d'una substància per conduir un corrent elèctric (vegeu: Conductivitat elèctrica de les substàncies). El mecanisme de pas de corrent en els metalls es deu al moviment dels electrons lliures sota la influència d'un camp elèctric.

Materials semiconductors

Els materials semiconductors són aquells que són intermedis en la seva conductivitat específica entre els materials conductors i els dielèctrics i la propietat distintiva dels quals és la dependència extremadament forta de la conductivitat específica de la concentració i el tipus d'impureses o altres defectes, així com en la majoria dels casos de les influències d'energia externa. (temperatura, lluminositat, etc.). NS.).

Els semiconductors inclouen un gran grup de substàncies electrònicament conductores la resistivitat de les quals a temperatura normal és superior a la dels conductors però inferior a la dels dielèctrics i oscil·la entre 10-4 i 1010 Ohm • cm. En energia, els semiconductors no s'utilitzen directament, però els components electrònics basats en semiconductors s'utilitzen àmpliament. Es tracta de qualsevol electrònica en estacions, subestacions, oficines de despatx, serveis, etc. Rectificadors, amplificadors, generadors, convertidors.També es produeixen semiconductors basats en carbur de silici Descargadors de sobretensions no lineals en línies elèctriques (paradors de sobretensions).

Materials dielèctrics

Els materials dielèctrics s'anomenen materials la principal propietat elèctrica dels quals és la capacitat de polaritzar-se i on és possible l'existència d'un camp electrostàtic. El dielèctric real (tècnic) s'acosta a l'ideal, com menor sigui la seva conductivitat específica i més febles són els mecanismes de polarització retardada relacionats amb la dissipació d'energia elèctrica i l'alliberament de calor.

La polarització dielèctrica s'anomena aparició quan s'introdueix a l'exterior camp elèctric un camp elèctric intern macroscòpic degut al desplaçament de les partícules carregades que formen les molècules dielèctriques. El dielèctric en el qual ha sorgit aquest camp s'anomena polaritzat.

Materials magnètics

Els materials magnètics són aquells dissenyats per treballar en un camp magnètic mitjançant la interacció directa amb aquest camp. Els materials magnètics es divideixen en magnètics febles i magnètics fortament. Els diaimants i els paraimants es classifiquen com a magnètics febles. Magnètic fort: ferroimants, que al seu torn poden ser magnèticament tous i magnèticament durs.

Materials compostos

Els materials compostos són materials compostos per diversos components que realitzen diferents funcions i hi ha interfícies entre els components.