Materialeigenschaften: Die „inhärenten Mängel“ von Seltenerd-Aluminiumlegierungen
Während Kabel aus einer Seltenerd-Aluminiumlegierung scheinbar „Allrounder“ sind, weisen sie im Bereich von Ultrahochspannungsanwendungen (UHV) tatsächlich inhärente Mängel auf. Ihr Hauptbestandteil -die Aluminiumlegierung-obwohl die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit durch die Zugabe von Seltenerdelementen verbessert wird, wird ihre elektrische Leitfähigkeit zu ihrer „Achillesferse“. Im Vergleich zu reinem Kupfer ist der elektrische Widerstand dieser Aluminiumlegierung etwa 1,6-mal höher; Dies bedeutet, dass Kabel aus Aluminiumlegierungen bei identischer Strombelastung mehr Wärme erzeugen und höhere Energieverluste verursachen. Für die UHV-Stromübertragung sind Kabel mit extrem niedrigem elektrischen Widerstand erforderlich, um den Energieverlust zu minimieren und das Risiko einer Überhitzung zu verringern. -Eine strenge Anforderung, die die Leitfähigkeit von Seltenerd-Aluminiumlegierungen offensichtlich nicht erfüllen kann.
Elektrische Leitfähigkeit: Die „Lebensader“ der UHV-Übertragung
Das Kernprinzip der UHV-Energieübertragung ist die „effiziente Übertragung“, und die elektrische Leitfähigkeit ist der entscheidende Faktor für diese Effizienz. Am Beispiel einer 500-kV-UHV-Leitung muss der Widerstand pro Kilometer unter 0,01 Ohm gehalten werden, um sicherzustellen, dass die Übertragungsverluste unter 3 % bleiben. Wenn Kabel aus einer Seltenerd-Aluminiumlegierung verwendet würden, würde der Widerstand auf über 0,016 Ohm ansteigen, was den Energieverlust praktisch verdoppelt. Noch wichtiger ist, dass UHV-Leitungen Strömen von mehreren Zehntausend Ampere standhalten müssen. Unter solch hohen Temperaturbedingungen neigen Kabel aus Aluminiumlegierungen zur Erweichung und Verformung, was zu Schäden an der Isolierschicht führen und erhebliche Sicherheitsrisiken mit sich bringen kann. Im Gegensatz dazu weisen Kupferkabel einen Schmelzpunkt von 1083 Grad auf, während Aluminiumlegierungen bei lediglich 660 Grad schmelzen -ein großer Unterschied in der Hochtemperaturbeständigkeit.
Technische Engpässe: Die „letzte Meile“ vom Labor zur Anwendung
Selbst wenn die elektrische Leitfähigkeit von Kabeln aus Seltenerd-Aluminiumlegierungen durch optimierte Legierungsformulierungen verbessert werden würde, stünden sie noch vor einer weiteren gewaltigen Herausforderung: dem Herstellungsprozess selbst. UHV-Kabel erfordern ein außergewöhnlich hohes Maß an Gleichmäßigkeit; Selbst der kleinste mikroskopische Defekt kann zu lokalen Konzentrationen elektrischer Felder führen und möglicherweise einen dielektrischen Durchschlag auslösen. Bei den Schmelz- und Ziehprozessen von Aluminiumlegierungen ist die Kontrolle von Verunreinigungen jedoch weitaus schwieriger als bei Kupfer, was zu geringeren Produktionsausbeuten und höheren Herstellungskosten führt. Darüber hinaus muss die Isolationsschicht von Ultra-Hochspannungskabeln Spannungen von mehreren Millionen Volt standhalten; Allerdings weist das derzeit vorherrschende Material aus vernetztem Polyethylen (XLPE) eine schlechte Haftung an Aluminiumlegierungen auf, wodurch es anfällig für Grenzflächentrennung ist, ein Faktor, der seine Anwendung weiter einschränkt.
