การจำแนกประเภทของวัสดุไฟฟ้า

วัสดุคือวัตถุที่มีองค์ประกอบ โครงสร้าง และคุณสมบัติบางอย่าง ซึ่งออกแบบมาเพื่อทำหน้าที่บางอย่าง วัสดุสามารถมีสถานะการรวมตัวที่แตกต่างกัน: ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ หรือพลาสมา

ฟังก์ชั่นของวัสดุมีความหลากหลาย: รับรองการไหลของกระแส (ในวัสดุนำไฟฟ้า) รักษารูปร่างที่แน่นอนภายใต้ภาระทางกล (ในวัสดุโครงสร้าง) จัดหาฉนวน (ในวัสดุฉนวนไฟฟ้า) แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อน (ในวัสดุต้านทาน) . โดยปกติแล้ววัสดุมีหน้าที่หลายอย่าง ตัวอย่างเช่น ไดอิเล็กตริกจำเป็นต้องประสบความเค้นเชิงกลบางประเภท นั่นคือ มันเป็นวัสดุโครงสร้าง

วัสดุศาสตร์ — ศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาองค์ประกอบ โครงสร้าง คุณสมบัติของวัสดุ พฤติกรรมของวัสดุภายใต้อิทธิพลต่างๆ: ความร้อน ไฟฟ้า แม่เหล็ก ฯลฯ รวมทั้งเมื่อรวมอิทธิพลเหล่านี้เข้าด้วยกัน

วัสดุไฟฟ้า — นี่คือสาขาหนึ่งของวัสดุศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับวัสดุสำหรับวิศวกรรมไฟฟ้าและพลังงาน เช่นวัสดุที่มีคุณสมบัติเฉพาะที่จำเป็นสำหรับการออกแบบ การผลิต และการใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้า

วัสดุมีบทบาทสำคัญในภาคพลังงาน เช่น ฉนวนสำหรับสายไฟฟ้าแรงสูง ในอดีตเป็นคนแรกที่ออกลูกถ้วย เทคโนโลยีการผลิตของพวกเขาค่อนข้างซับซ้อนและไม่แน่นอน ลูกถ้วยมีขนาดค่อนข้างใหญ่และหนัก เราเรียนรู้ที่จะทำงานกับแก้ว - ฉนวนแก้วปรากฏขึ้น มีน้ำหนักเบา ราคาถูกกว่า และค่อนข้างง่ายต่อการวินิจฉัย ในที่สุดสิ่งประดิษฐ์ล่าสุดคือฉนวนยางซิลิโคน

ฉนวนยางตัวแรกไม่ประสบความสำเร็จมากนัก เมื่อเวลาผ่านไป microcracks จะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวซึ่งมีสิ่งสกปรกสะสมอยู่ทำให้เกิดร่องรอยการนำไฟฟ้าขึ้นหลังจากที่ฉนวนแตก การศึกษาโดยละเอียดเกี่ยวกับพฤติกรรมของฉนวนในสนามไฟฟ้าของตัวนำของสายไฟฟ้าแรงสูง (OHL) ภายใต้เงื่อนไขของอิทธิพลของบรรยากาศภายนอกทำให้สามารถเลือกสารเติมแต่งจำนวนหนึ่งที่ปรับปรุงความต้านทานต่ออิทธิพลของบรรยากาศ ความต้านทานต่อมลพิษและการกระทำของ การปล่อยไฟฟ้า ผลที่ได้คือฉนวนน้ำหนักเบาและทนทานทั้งคลาสได้ถูกสร้างขึ้นสำหรับระดับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานต่างๆ

สำหรับการเปรียบเทียบ น้ำหนักของฉนวนแขวนสำหรับสายไฟเหนือศีรษะขนาด 1150 kV เทียบได้กับน้ำหนักของสายไฟในระยะห่างระหว่างส่วนรองรับและน้ำหนักหลายตัน สิ่งนี้บังคับให้ติดตั้งสายฉนวนเพิ่มเติมแบบขนานซึ่งจะเพิ่มภาระในการรองรับ ต้องใช้ความทนทานมากขึ้นซึ่งหมายถึงการรองรับที่มากขึ้น สิ่งนี้จะเพิ่มการใช้วัสดุน้ำหนักที่มากของตัวรองรับจะเพิ่มต้นทุนการติดตั้งอย่างมากสำหรับการอ้างอิง ต้นทุนการติดตั้งสูงถึง 70% ของต้นทุนการสร้างสายส่งไฟฟ้า ตัวอย่างแสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบโครงสร้างหนึ่งส่งผลต่อโครงสร้างโดยรวมอย่างไร

ดังนั้น, วัสดุไฟฟ้า (ETM) เป็นหนึ่งในปัจจัยกำหนดประสิทธิภาพทางเทคนิคและเศรษฐกิจของแต่ละรายการ ระบบไฟฟ้า.

วัสดุหลักที่ใช้ในอุตสาหกรรมพลังงานสามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภท ได้แก่ วัสดุนำไฟฟ้า วัสดุแม่เหล็ก และวัสดุไดอิเล็กตริก สิ่งทั่วไประหว่างวัสดุเหล่านี้คือวัสดุเหล่านี้ทำงานภายใต้สภาวะแรงดันไฟฟ้าและดังนั้นในสนามไฟฟ้า

วัสดุสำหรับสายไฟ

วัสดุนำไฟฟ้าเรียกว่าวัสดุที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าหลักคือการนำไฟฟ้า ซึ่งเด่นชัดมากเมื่อเทียบกับวัสดุไฟฟ้าอื่นๆ การใช้เทคโนโลยีส่วนใหญ่เกิดจากคุณสมบัตินี้ ซึ่งกำหนดค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะสูงที่อุณหภูมิปกติ

ทั้งของแข็งและของเหลว และภายใต้สภาวะที่เหมาะสม ก๊าซสามารถใช้เป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าได้ วัสดุตัวนำที่เป็นของแข็งที่สำคัญที่สุดที่ใช้ในงานวิศวกรรมไฟฟ้าคือโลหะและโลหะผสม

ตัวนำที่เป็นของเหลวประกอบด้วยโลหะที่หลอมเหลวและอิเล็กโทรไลต์ต่างๆ อย่างไรก็ตาม สำหรับโลหะส่วนใหญ่ จุดหลอมเหลวจะสูง และมีเพียงปรอทซึ่งมีจุดหลอมเหลวประมาณ -39°C เท่านั้นที่สามารถใช้เป็นตัวนำโลหะเหลวได้ที่อุณหภูมิปกติ โลหะอื่นๆ เป็นตัวนำของเหลวที่อุณหภูมิสูง

ก๊าซและไอระเหย รวมทั้งโลหะ ไม่ใช่ตัวนำที่มีความแรงของสนามไฟฟ้าต่ำอย่างไรก็ตาม หากความแรงของสนามไฟฟ้าเกินค่าวิกฤตที่กำหนดซึ่งรับประกันว่าจะเกิดช็อตและเกิดโฟโตอิออไนเซชัน ก๊าซจะกลายเป็นตัวนำไฟฟ้าที่มีอิเล็กทรอนิกและอิออน ก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนสูงซึ่งมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนไอออนบวกต่อหน่วยปริมาตร เป็นสื่อนำไฟฟ้าชนิดพิเศษที่เรียกว่าพลาสมา

คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของวัสดุนำไฟฟ้าสำหรับวิศวกรรมไฟฟ้าคือการนำไฟฟ้าและความร้อน รวมถึงความสามารถในการสร้าง EMF จากความร้อน

การนำไฟฟ้าเป็นลักษณะความสามารถของสารในการนำกระแสไฟฟ้า (ดู — การนำไฟฟ้าของสาร). กลไกของกระแสในโลหะเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์คือวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะระดับกลางระหว่างวัสดุนำไฟฟ้าและไดอิเล็กทริก และมีคุณสมบัติที่โดดเด่นคือการพึ่งพาอย่างมากของค่าการนำไฟฟ้าเฉพาะกับความเข้มข้นและประเภทของสิ่งเจือปนหรือข้อบกพร่องอื่นๆ เช่นเดียวกับในกรณีส่วนใหญ่ที่มีอิทธิพลต่อพลังงานจากภายนอก (อุณหภูมิ ความสว่าง ฯลฯ) น. ส.).

สารกึ่งตัวนำประกอบด้วยสารนำไฟฟ้ากลุ่มใหญ่ที่มีสภาพต้านทานที่อุณหภูมิปกติสูงกว่าตัวนำแต่ต่ำกว่าไดอิเล็กตริก และอยู่ในช่วง 10-4 ถึง 1,010 โอห์ม • ซม. ในด้านพลังงาน สารกึ่งตัวนำไม่ได้ใช้โดยตรง แต่ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้สารกึ่งตัวนำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย นี่คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใดๆ ที่สถานี สถานีย่อย สำนักงานจัดส่ง บริการ ฯลฯ วงจรเรียงกระแส แอมพลิฟายเออร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องแปลงมีการผลิตเซมิคอนดักเตอร์จากซิลิกอนคาร์ไบด์ด้วย อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบไม่เชิงเส้น ในสายไฟ (อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก)

วัสดุอิเล็กทริก

วัสดุไดอิเล็กตริกเรียกว่าวัสดุที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าหลักคือความสามารถในการโพลาไรซ์ และในกรณีที่สนามไฟฟ้าสถิตเป็นไปได้ ไดอิเล็กตริกจริง (ทางเทคนิค) เข้าใกล้อุดมคติ ยิ่งค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะต่ำลง และกลไกโพลาไรเซชันล่าช้าที่อ่อนแอลงซึ่งเกี่ยวข้องกับการกระจายพลังงานไฟฟ้าและการปล่อยความร้อน

ไดอิเล็กตริกโพลาไรเซชันเรียกว่าลักษณะที่ปรากฏเมื่อนำออกสู่ภายนอก สนามไฟฟ้า สนามไฟฟ้าภายในขนาดมหึมาเนื่องจากการกระจัดของอนุภาคที่มีประจุซึ่งประกอบกันเป็นโมเลกุลไดอิเล็กตริก อิเล็กทริกที่เกิดสนามดังกล่าวเรียกว่าโพลาไรซ์

วัสดุแม่เหล็ก

วัสดุแม่เหล็กคือวัสดุที่ออกแบบมาให้ทำงานในสนามแม่เหล็กโดยการโต้ตอบโดยตรงกับสนามนั้น วัสดุแม่เหล็กแบ่งออกเป็นแม่เหล็กอ่อนและแม่เหล็กแรง Diamagnets และ Paramagnets จัดเป็นแม่เหล็กอย่างอ่อน แม่เหล็กแรงสูง - แม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก ซึ่งสามารถเป็นแม่เหล็กอ่อนและแข็งเป็นแม่เหล็กได้

วัสดุคอมโพสิต

วัสดุคอมโพสิตคือวัสดุที่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายชิ้นซึ่งทำหน้าที่ต่างกันและมีส่วนต่อประสานระหว่างส่วนประกอบต่างๆ