Занятие 16 «ПРОВОДНИКОВЫЕ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛЫ»
П Л А Н
1. Основные материалы, используемые в энергетике
2. Проводниковые материалы
3. Полупроводниковые материалы
4. Диэлектрические материалы
5. Магнитные материалы
Электротехнические материалы (ЭТМ) являются одним из определяющих факторов технико-экономических показателей любойсистемы электроснабжения.
Основные материалы, которые используются в энергетике, можно разделить на несколько классов - это проводниковые материалы, магнитные материалы и диэлектрические материалы. Общим для них является то, что они эксплуатируются в условиях действия напряжения, а значит и электрического поля.
Проводниковые материалы
Проводниковыми называют материалы, основным электрическим свойством которых является сильно выраженная по сравнению с другими электротехническими материалами электропроводность. Их применение в технике обусловлено в основном этим свойством, определяющим высокую удельную электрическую проводимость при нормальной температуре.
В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы.
Важнейшими для электротехники свойствами проводниковых материалов являются их электро- и теплопроводность.
Электропроводность характеризует способность вещества проводить электрический ток. Механизм прохождения тока в металлах обусловлен движением свободных электронов под воздействием электрического поля.
К проводниковым материалам относятся медь, алюминий, железо и их сплавы. Эти материалы обладают высокой электропроводностью, достаточно высокими механическими свойствами, сопротивляемостью атмосферной коррозии.
М е д ь: преимущества меди в качестве проводника перед другими металлами: высокая электропроводность, хорошая стойкость по отношению к коррозии и пластичность. Медь применяется для изготовления проводников, шнуров, кабелей, шин, распредустройств, обмоток трансформаторов.
Б р о н з а – сплав на основе меди с небольшим содержанием олова, кремния, хрома, магния. Бронзы обладают более высокие механические свойства, чем медь. Применяются для изготовления контактных крышек, щеток, штепсельных контактов, зажимов предохранителей, неискрящих инструментов.
А л ю м и н и й: легко растворяется в щелочах и кислотах. На воздухе теряет свой блеск, покрываясь тонкой, но прочной пленкой окиси, которая защищает его от дальнейшего окисления и придает большую коррозионную стойкость. Применяется для токопроводов, распредустройств, кабелей, для изготовления фольги, которую применяют для электрических конденсаторов.
Ж е л е з о и с т а л ь – наиболее дешевые и доступные проводниковые металлы, однако широкому их применению препятствуют малая коррозионная стойкость. С т а л ь - применяется в виде проволоки в воздушных линиях связи и электропередачи небольших мощностей в качестве сердечников.
Полупроводниковые материалы
Полупроводниковыми называют материалы, которые являются по своей удельной проводимости промежуточными между проводниковыми и диэлектрическими материалами и отличительным свойством которых является исключительно сильная зависимость удельной проводимости от концентрации и вида примесей или других дефектов, а также в большинстве случаев от внешних энергетических воздействий (температуры, освещенности и т. п.).
К полупроводникам относится большая группа веществ с электронной электропроводностью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре больше, чем у проводников, но меньше, чем у диэлектриков, и находится в диапазоне от 10-4 до 1010 Ом•см.
В энергетике полупроводники напрямую мало используются, но электронные компоненты на основе полупроводников используются достаточно широко. Это любая электроника на станциях, подстанциях, диспетчерских управлениях, службах и т.п. Выпрямители, усилители, генераторы, преобразователи. Также из полупроводников на основе карбида кремния изготавливают нелинейные ограничители перенапряжений в линиях электропередачи (ОПН).