Materiaaleigenschappen: de "inherente tekortkomingen" van zeldzame aardaluminiumlegeringen
Hoewel kabels van zeldzame aarde-aluminiumlegeringen misschien 'all-presteerders' lijken, lijden ze feitelijk aan inherente tekortkomingen op het gebied van ultra-hoogspanningstoepassingen (UHV). Hun kernbestanddeel-de aluminiumlegering-hoewel verbeterd in sterkte en corrosieweerstand door de toevoeging van zeldzame aardelementen, merkt dat de elektrische geleidbaarheid zijn 'achilleshiel' wordt. Vergeleken met puur koper is de elektrische weerstand van deze aluminiumlegering ongeveer 1,6 keer hoger; dit houdt in dat kabels van aluminiumlegeringen bij identieke stroombelastingen meer warmte genereren en hogere energieverliezen oplopen. Voor UHV-stroomtransmissie zijn kabels nodig met een extreem lage elektrische weerstand om de energiedissipatie te minimaliseren en het risico op oververhitting te beperken-een strenge eis waaraan de geleidbaarheid van zeldzame aardaluminiumlegeringen kennelijk niet kan voldoen.
Elektrische geleidbaarheid: de "levenslijn" van UHV-transmissie
Het kernprincipe van UHV-krachtoverbrenging is ‘efficiënte transmissie’, en elektrische geleidbaarheid is de cruciale factor die die efficiëntie bepaalt. Als we bijvoorbeeld een UHV-lijn van 500 kV nemen, moet de weerstand per kilometer onder de 0,01 ohm worden gehouden om ervoor te zorgen dat de transmissieverliezen onder de 3% blijven. Als er kabels van zeldzame aarde-aluminiumlegeringen worden gebruikt, zou de weerstand omhoogschieten tot meer dan 0,016 ohm, waardoor het energieverlies effectief wordt verdubbeld. Belangrijker nog is dat UHV-lijnen bestand moeten zijn tegen stromen die tienduizenden ampères bereiken; onder zulke hoge- temperatuuromstandigheden zijn kabels van aluminiumlegeringen gevoelig voor verzachting en vervorming, wat kan leiden tot schade aan de isolatielaag en tot aanzienlijke veiligheidsrisico's kan leiden. Koperkabels daarentegen hebben een smeltpunt van 1083 graden, terwijl aluminiumlegeringen smelten bij slechts 660 graden -een groot verschil in duurzaamheid bij hoge- temperaturen.
Technische knelpunten: de "Last Mile" van laboratorium tot toepassing
Zelfs als de elektrische geleidbaarheid van kabels van zeldzame aarde-aluminiumlegeringen zou worden verbeterd door middel van geoptimaliseerde legeringsformuleringen, zouden ze nog steeds met een andere enorme uitdaging worden geconfronteerd: het productieproces zelf. UHV-kabels vereisen een uitzonderlijk hoge mate van uniformiteit; zelfs het kleinste microscopisch kleine defect kan leiden tot plaatselijke concentraties van elektrische velden, wat mogelijk diëlektrische doorslag kan veroorzaken. Tijdens de smelt- en trekprocessen voor aluminiumlegeringen is het beheersen van onzuiverheden echter veel moeilijker dan voor koper, wat resulteert in lagere productieopbrengsten en hogere productiekosten. Bovendien moet de isolatielaag van ultra-hoog-kabels bestand zijn tegen spanningen die miljoenen volt kunnen bereiken; Het momenteel dominante cross{5}}crosslinked polyethyleen (XLPE) materiaal vertoont echter een slechte hechting aan aluminiumlegeringen, waardoor het gevoelig is voor grensvlakscheiding-een factor die de toepassing ervan nog verder beperkt.
