Características de los materiales: las "deficiencias inherentes" de las aleaciones de aluminio de tierras raras
Si bien los cables de aleación de aluminio de tierras raras pueden parecer "de alto rendimiento", en realidad adolecen de deficiencias inherentes en el ámbito de las aplicaciones de voltaje ultra-alto (UHV). Su constituyente principal-la aleación de aluminio-aunque mejorada en fuerza y resistencia a la corrosión mediante la adición de elementos de tierras raras, encuentra que su conductividad eléctrica se convierte en su "talón de Aquiles". En comparación con el cobre puro, la resistividad eléctrica de esta aleación de aluminio es aproximadamente 1,6 veces mayor; esto implica que, bajo cargas de corriente idénticas, los cables de aleación de aluminio generan más calor e incurren en mayores pérdidas de energía. La transmisión de energía UHV exige cables con una resistencia eléctrica extremadamente baja para minimizar la disipación de energía y mitigar el riesgo de sobrecalentamiento-un requisito riguroso que la conductividad de las aleaciones de aluminio de tierras raras evidentemente no puede satisfacer.
Conductividad eléctrica: el "salvavidas" de la transmisión UHV
El principio básico de la transmisión de energía UHV es la "transmisión eficiente", y la conductividad eléctrica es el factor fundamental que determina esa eficiencia. Tomando como ejemplo una línea UHV de 500 kV, la resistencia por kilómetro debe mantenerse por debajo de 0,01 ohmios para garantizar que las pérdidas de transmisión se mantengan por debajo del 3%. Si se utilizan cables de aleación de aluminio de tierras raras, la resistencia se dispararía a más de 0,016 ohmios, duplicando efectivamente la pérdida de energía. Lo que es más importante, las líneas UHV deben soportar corrientes que alcancen decenas de miles de amperios; En condiciones de temperatura tan alta-, los cables de aleación de aluminio son propensos a ablandarse y deformarse, lo que puede provocar daños en la capa de aislamiento y provocar importantes riesgos de seguridad. Por el contrario, los cables de cobre cuentan con un punto de fusión de 1083 grados, mientras que las aleaciones de aluminio se funden a tan solo 660 grados -una marcada disparidad en la resistencia a altas-temperaturas.
Cuellos de botella técnicos: la "última milla" desde el laboratorio hasta la aplicación
Incluso si se mejorara la conductividad eléctrica de los cables de aleación de aluminio de tierras raras mediante formulaciones de aleaciones optimizadas, todavía enfrentarían otro desafío formidable: el proceso de fabricación en sí. Los cables UHV exigen un grado excepcionalmente alto de uniformidad; Incluso el más mínimo defecto microscópico puede provocar concentraciones localizadas de campos eléctricos, lo que podría provocar una ruptura dieléctrica. Sin embargo, durante los procesos de fundición y trefilado de las aleaciones de aluminio, controlar las impurezas es mucho más difícil que en el caso del cobre, lo que da como resultado menores rendimientos de producción y mayores costos de fabricación. Además, la capa aislante de los cables de voltaje ultra-alto- debe soportar voltajes que alcanzan millones de voltios; sin embargo, el material de polietileno reticulado -(XLPE) dominante actualmente exhibe una mala adhesión a las aleaciones de aluminio, lo que lo hace propenso a la separación interfacial-un factor que restringe aún más su aplicación.
