Classification des matériels électriques

Un matériau est un objet avec une certaine composition, structure et propriétés, conçu pour remplir certaines fonctions. Les matériaux peuvent avoir différents états agrégés : solide, liquide, gazeux ou plasma.

Les fonctions remplies par les matériaux sont diverses : assurer le passage du courant (dans les matériaux conducteurs), maintenir une certaine forme sous des charges mécaniques (dans les matériaux de structure), assurer l'isolation (dans les matériaux diélectriques), convertir l'énergie électrique en chaleur (dans les matériaux résistifs) . Habituellement, le matériau a plusieurs fonctions. Par exemple, un diélectrique subit nécessairement une sorte de contrainte mécanique, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un matériau structurel.

Science des matériaux - une science traitant de l'étude de la composition, de la structure, des propriétés des matériaux, du comportement des matériaux sous diverses influences: thermiques, électriques, magnétiques, etc., ainsi que lorsque ces influences sont combinées.

Matériaux électriques - il s'agit d'une branche de la science des matériaux qui traite des matériaux pour l'électrotechnique et l'énergie, c'est-à-dirematériaux aux propriétés spécifiques nécessaires à la conception, à la fabrication et au fonctionnement des équipements électriques.

Les matériaux jouent un rôle crucial dans le secteur de l'énergie. Par exemple des isolateurs pour lignes à haute tension. Historiquement, le premier à sortir des isolateurs en porcelaine. La technologie de leur production est assez complexe et capricieuse. Les isolateurs sont assez volumineux et lourds. Nous avons appris à travailler avec du verre - des isolants en verre sont apparus. Ils sont plus légers, moins chers et un peu plus faciles à diagnostiquer. Enfin, des inventions récentes sont des isolants en caoutchouc de silicone.

Les premiers isolateurs en caoutchouc n'ont pas eu beaucoup de succès. Au fil du temps, des microfissures se forment à leur surface, dans lesquelles la saleté s'accumule, des traces conductrices se forment, après quoi les isolants se cassent. Une étude détaillée du comportement des isolants dans le champ électrique des conducteurs de lignes à haute tension (OHL) dans des conditions d'influences atmosphériques extérieures a permis de sélectionner un certain nombre d'additifs qui améliorent la résistance aux influences atmosphériques, la résistance à la pollution et l'action de décharges électriques. En conséquence, toute une classe d'isolateurs légers et durables a été créée pour différents niveaux de tension de fonctionnement.

A titre de comparaison, le poids des isolateurs suspendus pour les lignes aériennes 1150 kV est comparable au poids des fils dans la distance entre les supports et s'élève à plusieurs tonnes. Cela oblige à installer des chaînes parallèles supplémentaires d'isolateurs, ce qui augmente la charge sur le support. Cela nécessite l'utilisation de supports plus durables, ce qui signifie des supports plus massifs. Cela augmente la consommation de matériaux, le poids important des supports augmente considérablement le coût d'installation.Pour référence, le coût d'installation représente jusqu'à 70% du coût de construction d'une ligne électrique. L'exemple montre comment un élément structurel affecte la structure dans son ensemble.

Ainsi, matériaux électriques (ETM) sont l'un des déterminants de la performance technico-économique de chaque systèmes d'alimentation.

Les principaux matériaux utilisés dans l'industrie de l'énergie peuvent être divisés en plusieurs classes, ce sont les matériaux conducteurs, les matériaux magnétiques et les matériaux diélectriques, qui ont pour point commun de travailler sous tension, donc dans un champ électrique.

Matériaux pour fils

Les matériaux conducteurs sont appelés matériaux dont la propriété électrique principale est la conductivité électrique, qui est très prononcée par rapport aux autres matériaux électriques. Leur utilisation en technologie est principalement due à cette propriété qui détermine la conductivité électrique spécifique élevée à température normale.

Les solides et les liquides et, dans de bonnes conditions, les gaz peuvent être utilisés comme conducteurs de courant électrique. Les matériaux conducteurs solides les plus importants pratiquement utilisés en génie électrique sont les métaux et leurs alliages.

Les conducteurs liquides comprennent les métaux en fusion et divers électrolytes. Cependant, pour la plupart des métaux, le point de fusion est élevé et seul le mercure, qui a un point de fusion d'environ moins 39 ° C, peut être utilisé comme conducteur de métal liquide à des températures normales. D'autres métaux sont des conducteurs liquides à des températures élevées.

Les gaz et les vapeurs, y compris métalliques, ne sont pas des conducteurs de faible intensité de champ électrique.Cependant, si l'intensité du champ dépasse une certaine valeur critique qui assure l'apparition du choc et de la photoionisation, le gaz peut alors devenir un conducteur à conductivité électronique et ionique. Un gaz hautement ionisé, dont le nombre d'électrons est égal au nombre d'ions positifs par unité de volume, est un milieu conducteur spécial appelé plasma.

Les propriétés les plus importantes des matériaux conducteurs pour l'électrotechnique sont leur conductivité électrique et thermique, ainsi que leur capacité à générer des champs électromagnétiques thermiques.

La conductivité électrique caractérise la capacité d'une substance à conduire un courant électrique (voir — Conductivité électrique des substances). Le mécanisme de passage du courant dans les métaux est dû au mouvement des électrons libres sous l'influence d'un champ électrique.

Matériaux semi-conducteurs

Les matériaux semi-conducteurs sont ceux qui sont intermédiaires dans leur conductivité spécifique entre les matériaux conducteurs et diélectriques et dont la propriété distinctive est la dépendance extrêmement forte de la conductivité spécifique sur la concentration et le type d'impuretés ou d'autres défauts, ainsi que dans la plupart des cas sur les influences énergétiques externes (température, luminosité, etc.). NS.).

Les semi-conducteurs regroupent un large groupe de substances conductrices électroniques dont la résistivité à température normale est supérieure à celle des conducteurs mais inférieure à celle des diélectriques et varie de 10-4 à 1010 Ohm • cm. Dans l'énergie, les semi-conducteurs ne sont pas utilisés directement, mais les composants électroniques à base de semi-conducteurs sont largement utilisés. Il s'agit de tout appareil électronique dans les stations, les sous-stations, les bureaux de répartition, les services, etc. Redresseurs, amplificateurs, générateurs, convertisseurs.Des semi-conducteurs à base de carbure de silicium sont également produits parafoudres non linéaires dans les lignes électriques (parafoudres).

Matériaux diélectriques

Les matériaux diélectriques sont appelés matériaux dont la principale propriété électrique est la capacité à se polariser et où l'existence d'un champ électrostatique est possible. Le diélectrique réel (technique) se rapproche de l'idéal, plus sa conductivité spécifique est faible et plus les mécanismes de polarisation retardée liés à la dissipation de l'énergie électrique et au dégagement de chaleur sont faibles.

La polarisation diélectrique est appelée apparition lorsqu'elle est introduite dans l'extérieur champ électrique un champ électrique interne macroscopique dû au déplacement des particules chargées qui composent les molécules diélectriques. Le diélectrique dans lequel un tel champ est apparu est appelé polarisé.

Matériaux magnétiques

Les matériaux magnétiques sont ceux conçus pour fonctionner dans un champ magnétique par interaction directe avec ce champ. Les matériaux magnétiques sont divisés en faiblement magnétiques et fortement magnétiques. Les diamagnets et les paramagnétiques sont classés comme faiblement magnétiques. Magnétique puissant - ferromagnétiques, qui à leur tour peuvent être magnétiquement doux et magnétiquement durs.

Matériaux composites

Les matériaux composites sont des matériaux composés de plusieurs composants qui remplissent des fonctions différentes et il existe des interfaces entre les composants.