Χαρακτηριστικά υλικού: Οι «εγγενείς ελλείψεις» των κραμάτων αλουμινίου σπάνιων γαιών
Ενώ τα καλώδια από κράμα αλουμινίου σπάνιων γαιών μπορεί να φαίνονται ότι έχουν «όλα-με απόδοση», στην πραγματικότητα υποφέρουν από εγγενείς ελλείψεις στη σφαίρα των εφαρμογών υπερ-υψηλής τάσης (UHV). Το βασικό συστατικό τους-το κράμα αλουμινίου-παρόλο που έχει ενισχυθεί σε αντοχή και αντοχή στη διάβρωση μέσω της προσθήκης στοιχείων σπάνιων γαιών, βρίσκει την ηλεκτρική αγωγιμότητα του να γίνεται η "αχίλλειος πτέρνα". Σε σύγκριση με τον καθαρό χαλκό, η ηλεκτρική ειδική αντίσταση αυτού του κράματος αλουμινίου είναι περίπου 1,6 φορές υψηλότερη. Αυτό σημαίνει ότι, κάτω από τα ίδια φορτία ρεύματος, τα καλώδια από κράμα αλουμινίου παράγουν περισσότερη θερμότητα και προκαλούν μεγαλύτερες απώλειες ενέργειας. Η μετάδοση ισχύος UHV απαιτεί καλώδια με εξαιρετικά χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση για την ελαχιστοποίηση της απαγωγής ενέργειας και τον μετριασμό του κινδύνου υπερθέρμανσης-μια αυστηρή απαίτηση που προφανώς δεν μπορεί να ικανοποιήσει η αγωγιμότητα των κραμάτων αλουμινίου σπάνιων γαιών.
Ηλεκτρική αγωγιμότητα: Η «Γραμμή σωτηρίας» της μετάδοσης UHV
Η βασική αρχή της μετάδοσης ισχύος UHV είναι η «αποτελεσματική μετάδοση» και η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι ο βασικός παράγοντας που καθορίζει αυτή την απόδοση. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα μια γραμμή UHV 500 kV, η αντίσταση ανά χιλιόμετρο πρέπει να διατηρείται κάτω από 0,01 ohms για να διασφαλιστεί ότι οι απώλειες μετάδοσης παραμένουν κάτω από 3%. Εάν χρησιμοποιηθούν καλώδια από κράμα αλουμινίου από σπάνιες γαίες, η αντίσταση θα εκτοξευόταν στα ύψη σε πάνω από 0,016 ohms, διπλασιάζοντας ουσιαστικά την απώλεια ενέργειας. Πιο κρίσιμα, οι γραμμές UHV απαιτούνται για να αντέχουν ρεύματα που φτάνουν τις δεκάδες χιλιάδες αμπέρ. κάτω από τέτοιες συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας, τα καλώδια από κράμα αλουμινίου είναι επιρρεπή σε μαλάκωμα και παραμόρφωση, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε ζημιά στο μονωτικό στρώμα και να προκαλέσει σημαντικούς κινδύνους για την ασφάλεια. Αντίθετα, τα καλώδια χαλκού έχουν σημείο τήξης 1083 μοιρών , ενώ τα κράματα αλουμινίου λιώνουν σε μόλις 660 μοίρες -μια έντονη διαφορά στην αντοχή σε υψηλές-θερμοκρασίες.
Τεχνικά σημεία συμφόρησης: Το «Τελευταίο Μίλι» από το Εργαστήριο στην Εφαρμογή
Ακόμα κι αν η ηλεκτρική αγωγιμότητα των καλωδίων από κράμα αλουμινίου σπάνιων γαιών επρόκειτο να βελτιωθεί μέσω βελτιστοποιημένων συνθέσεων κραμάτων, θα εξακολουθούσαν να αντιμετωπίζουν μια άλλη τρομερή πρόκληση: την ίδια τη διαδικασία κατασκευής. Τα καλώδια UHV απαιτούν εξαιρετικά υψηλό βαθμό ομοιομορφίας. ακόμη και το παραμικρό μικροσκοπικό ελάττωμα μπορεί να οδηγήσει σε τοπικές συγκεντρώσεις ηλεκτρικού πεδίου, προκαλώντας δυνητικά διηλεκτρική διάσπαση. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια των διεργασιών τήξης και έλξης για κράματα αλουμινίου, ο έλεγχος των ακαθαρσιών είναι πολύ πιο δύσκολος από ό,τι για τον χαλκό, με αποτέλεσμα χαμηλότερες αποδόσεις παραγωγής και υψηλότερο κόστος κατασκευής. Επιπλέον, το μονωτικό στρώμα των καλωδίων υπερ-υψηλής-τάσης πρέπει να αντέχει σε τάσεις που φτάνουν τα εκατομμύρια βολτ. Ωστόσο, το επί του παρόντος κυρίαρχο υλικό με διασταυρούμενη σύνδεση-πολυαιθυλενίου (XLPE) παρουσιάζει κακή πρόσφυση στα κράματα αλουμινίου, καθιστώντας το επιρρεπές σε διαχωρισμό μεταξύ των επιφανειών-έναν παράγοντα που περιορίζει περαιτέρω την εφαρμογή του.
