کابل‌های آلیاژ آلومینیوم خاکی کمیاب: عایق‌های ولتاژ بالا-

ویژگی های مواد: "کاستی های ذاتی" آلیاژهای آلومینیوم خاکی کمیاب
در حالی که کابل‌های آلیاژ آلومینیوم خاکی کمیاب ممکن است به نظر "همه-عملکرد هستند، اما در واقع از کمبودهای ذاتی در حوزه کاربردهای فوق‌{1} ولتاژ بالا (UHV) رنج می‌برند. ترکیب اصلی آنها-آلیاژ آلومینیوم{4}}اگرچه از نظر استحکام و مقاومت در برابر خوردگی از طریق افزودن عناصر خاکی کمیاب افزایش یافته است، اما هدایت الکتریکی آن به "پاشنه آشیل" تبدیل شده است. در مقایسه با مس خالص، مقاومت الکتریکی این آلیاژ آلومینیوم تقریباً 1.6 برابر بیشتر است. این بدان معناست که، تحت بارهای جریان یکسان، کابل های آلیاژ آلومینیوم گرمای بیشتری تولید می کنند و متحمل تلفات انرژی بیشتری می شوند. انتقال انرژی UHV به کابل هایی با مقاومت الکتریکی بسیار کم نیاز دارد تا اتلاف انرژی را به حداقل برساند و خطر گرمای بیش از حد را کاهش دهد{8}}نیازی جدی که رسانایی آلیاژهای آلومینیوم خاکی کمیاب به وضوح قادر به برآورده کردن آن نیست.

رسانایی الکتریکی: "خط حیات" انتقال UHV
اصل اصلی انتقال توان UHV "انتقال کارآمد" است و هدایت الکتریکی عامل اصلی تعیین کننده این بازده است. با در نظر گرفتن یک خط 500 کیلوولت UHV به عنوان مثال، مقاومت در هر کیلومتر باید زیر 0.01 اهم حفظ شود تا اطمینان حاصل شود که تلفات انتقال زیر 3٪ باقی می ماند. اگر از کابل‌های آلیاژ آلومینیوم خاکی کمیاب استفاده شود، مقاومت به بیش از 0.016 اهم افزایش می‌یابد و عملاً اتلاف انرژی را دو برابر می‌کند. مهم‌تر از آن، خطوط UHV برای مقاومت در برابر جریان‌هایی که به ده‌ها هزار آمپر می‌رسند، مورد نیاز هستند. تحت چنین شرایط دمایی{7}بالا، کابل‌های آلیاژ آلومینیوم مستعد نرم شدن و تغییر شکل هستند که می‌تواند منجر به آسیب به لایه عایق شده و خطرات ایمنی قابل توجهی را ایجاد کند. در مقابل، کابل‌های مسی دارای نقطه ذوب 1083 درجه هستند، در حالی که آلیاژهای آلومینیوم تنها در 660 درجه ذوب می‌شوند -اختلاف فاحشی در استقامت{12}}در دمای بالا.

تنگناهای فنی: "آخرین مایل" از آزمایشگاه تا کاربرد
حتی اگر رسانایی الکتریکی کابل‌های آلیاژ آلومینیوم خاکی کمیاب از طریق فرمول‌بندی‌های آلیاژی بهینه بهبود یابد، همچنان با چالش بزرگ دیگری روبرو می‌شوند: خود فرآیند تولید. کابل‌های UHV به درجه بالایی از یکنواختی نیاز دارند. حتی کوچکترین نقص میکروسکوپی می تواند منجر به غلظت میدان الکتریکی موضعی شود که به طور بالقوه باعث شکست دی الکتریک می شود. با این حال، در طول فرآیندهای ذوب و کشش برای آلیاژهای آلومینیوم، کنترل ناخالصی‌ها بسیار دشوارتر از مس است و در نتیجه بازده تولید کمتر و هزینه‌های ساخت بالاتر می‌رود. علاوه بر این، لایه عایق کابل‌های ولتاژ فوق‌العاده-قوی- باید ولتاژهایی را که به میلیون‌ها ولت می‌رسد، تحمل کند. با این حال، مواد پلی اتیلن متقاطع پیوند شده (XLPE) در حال حاضر، چسبندگی ضعیفی به آلیاژهای آلومینیوم نشان می‌دهند و آن را مستعد جداسازی سطحی-عاملی می‌کند که کاربرد آن را بیشتر محدود می‌کند.