3.5 Класифікація етм

Із сказанного вище слідує, що усі електротехнічні матеріали можна класифікувати (розділити) на декілька груп за цілим рядом критеріїв.

За поведінкою в електричному полі матеріали розділяють на діелектричні, провідникові та напівпровідникові матеріали.

Діелектричні матеріали – це матеріали у яких, згідно до зонної теорії твердого тіла, в нормальних умовах електропровідність майже повністю відсутня (g < 10 ^-7 См/м). Характерною особливістю діелектриків є властивість поляризуватися в електричному полі (зв’язані електричні заряди під впливом зовнішнього електричного поля зміщуються).

За призначенням діелектричні матеріали підрозділяються на електроізоляційні матеріали та активні діелектрики.

Електроізоляційними називаються такі матеріали, за допомогою яких здійснюється електрична ізоляція між струмопровідними частинами електротехнічних виробів, які знаходяться під різними електричними потенціалами. У конденсаторах вони використовуються для створення електричної ємності.

За хімічним складом електроізоляційні матеріали підрозділяють на органічні (папір, картон, нафтові масла, рослинні олії, шовк, капрон та ін.) та неорганічні (азбест, скло, слюда, кераміка).

За способом одержання – на натуральні (природні) та синтетичні (штучні) діелектрики.

З точки зору електричного стану молекул діелектрики ділять на полярні (епоксидні смоли, масляно-каніффольні компаунди, целюлоза) та неполярні (парафін, полістирол, водень).

За агрегатним станом при температурі 20 ⁰С електроізоляційні матеріали підрозділяють на газоподібні, рідкі та тверді.

Із газоподібних діелектриків широко застосовують повітря (лінії електропередачі, безмасляні трансформатори, електродвигуни). У високовольтних кабелях під тиском застосовують азот. В конструкціях високовольтних апаратів використовують елегаз (шести фториста сірка). Також використовують водень, фреон та інші гази.

Рідкі діелектрики діляться на природні та синтетичні. Природні: нафтові масла (трансформаторне, конденсаторне, кабельне), рослинні олії (лляна, рицинова та тунгова). Синтетичні: совол, совтол, кремнійорганічні та фторорганічні рідини.

Рідкі діелектрики застосовують в якості ізоляції, просочувального матеріалу та складової частини ізоляційних лаків, а також їх використовують в якості середовища для охолодження силових трансформаторів та кабелів, та для надійного гасіння дуги в масляних вимикачах.

Тверді діелектрики класифікують за структурою, складом та областю застосування. Можна назвати такі основні групи твердих діелектриків: смоли (бітум, бакеліт, гліфталі, епоксидні смоли) волокнисті (папір, дерево, фібра, скловолокно, азбест); волокнисті текстильні матеріали (бавовняна пряжа, шовк, лавсан, поліамід, полі акрил, капрон, поліетилен та ін.), шаруваті пластики (гетинакс, текстоліт, склотекстоліт, азбоцемент); пластичні маси (фенопласти, полівінілхлориди); еластомери (каучук, гума, ебоніт); матеріали на основі слюди (міканіт, слюденіт, мікафолій); плівкова ізоляція (триацетатні, полістирольні, поліамідні, поліетиленові плівки); скло; кераміка (фарфор).

Окремою групою виділяють матеріали, що твердіють. Ці матеріали у вихідному стані – рідини, але у процесі виготовлення ізоляції вони твердіють і в період експлуатації представляють собою тверді речовини – лаки, емалі та компаунди.

Провідниковими називають матеріали, основною властивістю котрих є спроможність по відношенню до інших матеріалів володіти великою питомою електропровідністю –   10⁵ См/м.

Провідникові матеріали використовуються в електричних пристроях в якості провідників електричного струму (обмотки в електричних машинах і апаратах, контактні вузли, проводи і кабелі для передачі і розподілу електричної енергії).

За агрегатним станом провідникові матеріали розподіляють на тверді (метали, сплави металів, електровугільні вироби, металокераміка), рідкі (електроліти, розплави солей та металів) та газоподібні (іонізовані гази).

За значенням питомого електричного опору металеві провідникові матеріали розділяються на метали високої провідності (срібло, золото, мідь, алюміній, олово, свинець) та на метали і сплави високого опору (вольфрам, манганін, константан, ніхром, фехраль та ін.) Окремою групою виділяють кріопровідники та надпровідники.

Метали високої провідності використовують для виготовлення обмоток електричних машин та реле, струмопровідних жил проводів та кабелів, контактів, плавких вставок запобіжників та ін.

Матеріали з високим електричним опором застосовують для виготовлення елементів нагрівачів, реостатів, точних приладів, термопар.

Електровугільні провідникові матеріали використовують для виготовлення електродів, контактних деталей, щіток електричних машин.

Напівпровідниковими називають електротехнічні матеріали, котрі за своєю електричною провідністю займають проміжне місце між електроізоляційними і провідниковими матеріалами,  від 10^-8 до 10⁶ См /м. Електропровідність напівпровідників у значній мірі залежить від зовнішніх енергетичних впливів (освітленість, температура, напрямок проходження струму та ін.) та від наявності домішок. В залежності від цих факторів вони можуть виконувати роль електроізоляційних або провідникових матеріалів.

За хімічним складом напівпровідники діляться на прості та складні, природні та синтетичні.

Напівпровідникові елементи використовують в підсилювачах, фотоперетворювачах, фоторезисторах, випрямлячах і т.д.

Найбільш відомі напівпровідникові матеріали – це селен (Se), германій (Ge), кремній (Si), телур (Тe), карбід кремнію (SiO) арсенід галію (GaAs), селенід цинку (ZnSe) та ін.

За поведінкою у магнітному полі усі матеріали розділяють на сильномагнітні (власне магнітні) та слабомагнітні матеріали.

Магнітні матеріали відрізняються спроможністю намагнічуватися у зовнішньому магнітному полі. Вироби із магнітних матеріалів слугують для створення, підсилення та концентрації магнітного поля.

Властивості магнітних матеріалів визначаються кривою намагнічування і петлею гістерезису.

За властивостями магнітні матеріали класифікують наступним чином:

– магнітом’які матеріали з високою магнітною проникністю і низькою коерцитивною силою (вузька петля гістерезису);

• магнітотверді матеріали з високою коерцитивною силою та високою залишковою індукцією (широка петля гістерезису);

• матеріали спеціального призначення (термомагнітні і магнітострикційні матеріали, матеріали з прямою петлею гістерезису та ін.)

Найбільше поширення серед магнітом’яких матеріалів отримали: електротехнічна кремниста сталь, текстурована кремниста сталь, технічно чисте залізо, пермалої, альсифер та ін.

Магнітом’які матеріали використовують для виготовлення магнітопроводів електричних машин та реле.

До магнітотвердих матеріалів відносяться: загартована вуглецева сталь, сплави альні, альніко, магніко, куніфе, куніко, магнітотверді ферити та ін.

Призначення магнітотвердих матеріалів – виготовлення постійних магнітів.

При виробництві та експлуатації електрообладнання також використовують конструкційні матеріали, охолоджуючі середовища, ущільнюючі речовини та різноманітні мастила.