Статьи

Рост объема энергопотребления в России создает необходимость строительства дополнительных линий электропередач и увеличения нагрузки на провода большого сечения. Это требует большого объема затрат и не всегда возможно технически, поскольку медные и стальные провода обладают большим весом, который старые опоры часто не выдерживают. Кроме того, в периоды пиковых нагрузок стандартный стальной сердечник перегревается и расширяется, а сами провода теряют прочность, что приводит к их провисанию с последующим обрывом или замыканием. Стандартный сталеалюминиевый провод состоит из алюминиевых проволок, навитых по спирали вокруг сердечника, состоящего из стальных оцинкованных проволок. Применяемый при изготовлении проволок внешнего повива алюминий марки АТ имеет предел прочности при растяжении от 160 до 200 МПа (в зависимости от диаметра проволоки) и предназначен для длительной работы при температуре ниже 100°С. При температуре выше 100°С алюминиевая проволока марки АТ со временем рекристаллизуется, т.е. теряет свои прочностные характеристики и после длительного воздействия температуры становится «полностью отожженной» алюминиевой проволокой марки АМ. Для решения проблемы требуется создание нового проводника, обладающего высокой электропроводностью, прочностью и легкостью. Первые исследования над созданием нового сплава проводили ученые из Японии в 1960-х годах. В те годы была создана серия сплавов алюминия и циркония (Al-Zr): TAL (или 60TAL), ZTAL (или STAL), XTAL, которые могут длительно эксплуатироваться, соответственно, при температурах 150°С, 210°С и 230°С без потери прочности при растяжении. Также были разработаны высокопрочные сплавы алюминия с цирконием марок KTAL или Hi-TAL. Повышение температуры рекристаллизации алюминия, легированного цирконием, обусловлено тем, что процесс рекристаллизации алюминия значительно замедляется в результате выпадения мелкодисперсионного интерметаллида Al3Zr. Эффективность действия циркония резко ослабляется, если в алюминии присутствуют примеси кремния, марганца и меди. Это объясняется тем, что данные элементы также образуют интерметаллиды. Магний и железо также оказывает влияние на эффективность действия циркония, поскольку снижают предел растворимости циркония в алюминии. Добавки циркония в количестве 0,1-0,3% обеспечивают образование мелкодисперсных выделений интерметаллических фаз (Al3Zr) по перитектической реакции. В результате, токопроводящие проволоки сохраняют все механические и электрические характеристики при достаточно большом нагреве. В Советском Союзе также проводились работы по созданию алюминиевых сплавов, обладающих характеристиками близкими и даже превосходящими сплавы на основе добавок циркония. В качестве легирующих элементов использовались редкоземельные элементы с общим содержанием легирующих до 2%, но ученым так и не удалось довести дело до конца. В то время, когда сплав алюминия с цирконием широко применялся и применяется за рубежом в качестве материала для производства кабельно-проводниковой продукции, в связи с отсутствием производства проводов из сплава алюминий-цирконий на территории РФ - действующие участники рынка данную продукцию были вынуждены импортировать. В настоящее время ведут работы над созданием подобных сплавов специалисты ИТЦ РУСАЛа. Первая опытная партия слитков из алюминий-циркониевого сплава для изготовления таких проводов была произведена на Кандалакшском алюминиевом заводе. Провода из усовершенствованной алюминиевой катанки смогут заменить дорогостоящие и тяжелые медные провода и увеличить срок эксплуатации линий электропередач на 20-40%. Таким образом, применение высокотемпературных проводов, изготовленных из термостойкого алюминий-циркониевого сплава позволяет с минимальными затратами решать проблему увеличения пропускной способности линий электропередачи, а также повысить надежность и экономическую эффективность работы электрических сетей. Легирование алюминия цирконием позволяет значительно повысить температуру рекристаллизации алюминия, что в свою очередь обеспечивает работоспособность проводов для воздушных линий электропередачи при температуре до 210 Сº.