تکامل و روندهای آینده رساناهای مس، آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم

با توسعه سریع سیستم های قدرت جهانی، صنایع انرژی های جدید و حمل و نقل ریلی، عملکرد، هزینه و پایداری منابع مواد هادی به تدریج به اولویت های صنعت تبدیل شده است. هادی های مس، آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم به عنوان مواد اصلی در سیستم های انتقال و توزیع برق مدرن، در مسیرهای تکنولوژیکی و کاربردهای خود در حال تکامل مداوم هستند. از هادی‌های مسی سنتی گرفته تا هادی‌های آلیاژ آلومینیوم جدید، این صنعت از نظر رسانایی، خواص مکانیکی، استفاده از منابع و اقتصادی با ارتقای جامعی مواجه است.

 

 

 

مس یکی از اولین فلزات مورد استفاده بشر است که سابقه ای به هزاران سال قبل دارد. مس به دلیل رسانایی الکتریکی و حرارتی عالی و خواص شیمیایی پایدار، مدت‌هاست که به طور گسترده در سیم‌ها و کابل‌ها، ترانسفورماتورها، تجهیزات توزیع برق، سیستم‌های شینه و اجزای اتصال الکتریکی استفاده می‌شود.

 

در سیستم‌های قدرت مدرن، مس ارتباط نزدیکی با ساختارهای-انتقال و توزیع توان با قابلیت اطمینان بالا دارد، و همچنان دارای مزایای غیرقابل جایگزینی است، به‌ویژه در سناریوهای-پایداری بالا. سازه های هادی مسی هنوز به طور گسترده در تعداد زیادی از سیستم های توزیع برق ولتاژ بالا، تجهیزات حمل و نقل ریلی و تجهیزات اتوماسیون صنعتی استفاده می شود.

 

با توسعه صنعت انرژی های جدید، سازه های اتوبوس مسی به طور گسترده ای در سیستم های ذخیره انرژی، سیستم های اتصال باتری های برق و کابینت های توزیع بزرگ مورد استفاده قرار گرفته اند. در همین حال، سازه‌های مس جامد، به دلیل استحکام مکانیکی بالا و رسانایی پایدار، قابلیت اطمینان بالایی را در شرایط عملیاتی طولانی‌مدت از خود نشان می‌دهند.

 

با این حال، منابع مس نسبتا کمیاب هستند، با ذخایر محدود جهانی و نوسانات قابل توجه قیمت. با رشد تقاضای جهانی انرژی، هزینه مواد مس همچنان در حال افزایش است و صنعت را به کشف مواد رسانای جایگزین برمی انگیزد.

 

 

آلومینیوم به عنوان یک فلز سبک وزن، ذخایر بسیار بیشتری در پوسته زمین نسبت به مس دارد. در مقایسه با مس، آلومینیوم دارای مزایایی مانند وزن سبک، منابع فراوان و هزینه کمتر است، بنابراین به تدریج تبدیل به یک ماده رسانای مهم در زمینه انتقال نیرو می شود.

 

در پایان قرن نوزدهم، هادی های آلومینیومی در صنعت برق مورد استفاده قرار گرفتند و به تدریج در خطوط انتقال هوایی ارتقا یافتند. به دلیل وزن سبک‌تر، هزینه‌های ساخت و حمل و نقل آلومینیوم برای انتقال قدرت در مسافت‌های طولانی بسیار کمتر از هادی‌های مسی است.

 

در حال حاضر، تعداد زیادی از خطوط انتقال ولتاژ بالا در سراسر جهان از شین‌های آلومینیومی یا سازه‌های رسانای آلومینیومی مرتبط استفاده می‌کنند. در همین حال، در سیستم‌های انرژی جدید، ساختار شینه‌های آلومینیومی به طور فزاینده‌ای در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، بسته‌های باتری و تجهیزات توزیع برق در مقیاس بزرگ استفاده می‌شوند.

 

در حالی که آلومینیوم رسانایی کمتری نسبت به مس دارد، عملکرد الکتریکی آن را می توان با افزایش سطح مقطع آن به عملکرد رسانای مس نزدیک کرد. بنابراین، شینه‌های مسطح آلومینیومی به تدریج به یک راه‌حل مهم در برخی از سیستم‌های توزیع برق متوسط- و- تبدیل می‌شوند.

 

همچنین شینه های آلومینیومی 6101 به دلیل تعادل رسانایی و خواص مکانیکی، به یک نوع ماده رایج در سیستم های شینه صنعتی تبدیل شده اند.

 

 

 

اگرچه آلومینیوم دارای مزایای قابل توجهی در منابع و هزینه است، هادی های آلومینیوم خالص سنتی نیز مشکلات متعددی را در کاربردهای عملی نشان داده اند.

 

اولاً، آلومینیوم خالص دارای استحکام مکانیکی نسبتاً پایینی است و در حین نصب به دلیل خم شدن و کشش مستعد آسیب می شود. دوم، آلومینیوم دارای ضریب انبساط حرارتی بالایی است، که آن را مستعد خزش در شرایط چرخه حرارتی طولانی‌مدت می‌کند که منجر به افزایش مقاومت تماس در نقاط اتصال می‌شود.

 

علاوه بر این، هادی های آلومینیومی خالص در حین اتصال مستعد تشکیل فیلم اکسید هستند و ممکن است در نقاط اتصال مس{0}}آلومینیوم، خوردگی الکتروشیمیایی رخ دهد. همه این عوامل بر پایداری عملیاتی بلند مدت سیستم تأثیر می‌گذارند.

 

مشکلات هادی های آلومینیومی سنتی در سازه های اتصال، صنعت را به توسعه مداوم مواد جدید و فناوری های اتصال با ثبات تر سوق داده است.

 

 

برای رسیدگی به خواص مکانیکی ناکافی آلومینیوم خالص، صنعت به تدریج فناوری‌های هادی آلیاژ آلومینیوم جدید را توسعه داده است. از طریق بهینه سازی ترکیب آلیاژ و فرآیندهای عملیات حرارتی، هادی های آلیاژ آلومینیوم پیشرفت های قابل توجهی در استحکام، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر خزش و مقاومت در برابر خوردگی نشان داده اند.

 

در حال حاضر، متداول ترین هادی های آلیاژ آلومینیوم در صنعت شامل سری AA8000 است که سابقه طولانی در کاربرد عملی در بازار آمریکای شمالی دارد.

 

در مقایسه با آلومینیوم خالص سنتی، هادی های آلیاژ آلومینیوم دارای مزایای زیر هستند:

استحکام کششی بالاتر

مقاومت در برابر خزش بهتر

انعطاف پذیری برتر

عملکرد اتصال بلندمدت- پایدارتر

وزن سیستم سبک تر

 

در حال حاضر، تعداد زیادی از شینه‌های آلومینیومی سفارشی، از مواد آلیاژ آلومینیوم برای برآورده کردن نیازهای انرژی جدید، سیستم‌های قدرت و تجهیزات صنعتی برای وزن سبک و قابلیت اطمینان بالا استفاده می‌کنند.

 

در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی جدید، باس‌های آلومینیومی برای اتصال سلولی به یک راه‌حل اتصال مهم تبدیل شده‌اند. آنها نه تنها وزن کلی را کاهش می دهند بلکه به طور موثر هزینه های سیستم را نیز کنترل می کنند.

 

 

با توسعه سیستم‌های ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ و سیستم‌های توزیع انرژی جدید، ساختار شینه‌های آلیاژ آلومینیوم به تدریج به سمت عملکرد بالا، قابلیت اطمینان بالا و اتصالات انعطاف‌پذیر ارتقا می‌یابند.

 

اتصالات آلومینیومی انعطاف‌پذیر و اتصالات انعطاف‌پذیر آلومینیومی به طور فزاینده‌ای در محیط‌های لرزشی، محیط‌های{0}}حرارتی- بالا، و فضاهای نصب پیچیده استفاده می‌شوند. این ساختارهای اتصال انعطاف پذیر به طور موثر تنش مکانیکی را کاهش داده و پایداری بلند مدت سیستم را بهبود می بخشد.

 

در همین حال، توسعه فناوری اتصال انعطاف پذیر شینه آلومینیومی الکتریکی، ایمنی و دوام قطعات اتصال سیستم قدرت را بیشتر بهبود بخشیده است.

 

کاربرد شینه های مسطح آلومینیومی برای تابلو برق نیز در کابینت های کلید بزرگ و تابلو برق صنعتی رو به افزایش است. شین های آلیاژ آلومینیوم به دلیل قابلیت اتلاف حرارت خوب و وزن کم، در سیستم های توزیع برق مدرن بسیار رقابتی هستند.

 

علاوه بر این، شینه‌های آلومینیومی{0}}قلع‌کاری شده، از طریق آبکاری قلع سطح، به طور موثری خطر اکسیداسیون را کاهش می‌دهند و پایداری اتصال را بهبود می‌بخشند، بنابراین در محیط‌های با رطوبت{{1} و پیچیده به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

 

در حال حاضر رایج ترین مواد شینه آلیاژ آلومینیوم در صنعت عبارتند از:

اتوبوس بار آلومینیومی 6061

اتوبوس بار آلومینیومی 6101 T61

شینه مسطح آلومینیومی 6101

 

در میان آنها، مواد سری 6101 دارای تعادل خوبی از رسانایی الکتریکی و خواص مکانیکی هستند و به طور گسترده در سیستم های انتقال و توزیع نیرو و تجهیزات انرژی جدید استفاده می شوند.

 

سری 6061 از نظر استحکام سازه و عملکرد پردازشی عملکرد بهتری دارد و آن را برای اجزای ساختاری پیچیده و سیستم های اتصال سفارشی مناسب تر می کند.

 

با توسعه مداوم صنعت، تولیدکنندگان شینه های آلومینیومی بیشتر و بیشتر شروع به توسعه سیستم های شینه اختصاصی برای ذخیره انرژی، وسایل نقلیه الکتریکی،{0}توزیع برق ولتاژ بالا، و صنایع حمل و نقل ریلی می کنند.

 

 

 

زمانی در صنعت این تصور وجود داشت که "آلومینیوم مقاومت در برابر خوردگی ضعیفی دارد"، اما در واقعیت، یک لایه اکسید متراکم می تواند به طور طبیعی روی سطح مواد آلومینیومی تشکیل شود و به طور موثر آنها را از محیط خارجی جدا کند.

 

در هوا، اسپری نمک و بیشتر محیط های صنعتی، مواد آلیاژ آلومینیوم مقاومت خوبی در برابر خوردگی از خود نشان می دهند. پس از عملیات آلیاژی، مقاومت به خوردگی آنها به طور کلی نسبت به مواد آلومینیوم خالص معمولی برتر است.

 

بنابراین، شین‌های الکتریکی آلومینیومی سازگاری محیطی خوبی را در انرژی‌های جدید، تجهیزات نیرو، و سیستم‌های توزیع برق در فضای باز نشان می‌دهند.

 

 

با تنظیم ساختار منابع جهانی و پیشبرد اهداف "کربن دوگانه"، مواد رسانا به سمت سبک وزن، صرفه جویی در انرژی و استفاده کارآمد از منابع در حال توسعه هستند.

 

در آینده، انتظار می‌رود که نسبت کاربرد هادی‌های آلیاژ آلومینیوم در سیستم‌های توزیع برق ولتاژ متوسط ​​و پایین به گسترش خود ادامه دهد. به ویژه در زمینه‌های ذخیره‌سازی انرژی جدید، وسایل نقلیه الکتریکی، بسته‌های باتری و شبکه‌های هوشمند، تقاضا برای میله‌های توزیع برق آلومینیوم و سیستم‌های اتصال آلیاژ آلومینیوم مرتبط رشد قابل توجهی را نشان می‌دهد.

 

در همان زمان، شینه‌های آلومینیومی سفارشی‌شده نیز به سمت پردازش با دقت بالا، تولید خودکار، و طراحی مدولار-برای برآورده کردن نیازهای سفارشی سیستم‌های تجهیزات مختلف برای سازه‌های رسانا در حال توسعه هستند.

 

در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی و توزیع برق صنعتی در مقیاس بزرگ، اتصالات برق شینه آلومینیومی کارایی اتصال سیستم و پایداری عملیاتی بلندمدت را بهبود می‌بخشد.

 

از دیدگاه روند کلی صنعت، هادی‌های مس، هادی‌های آلومینیوم خالص و هادی‌های آلیاژ آلومینیوم برای مدت طولانی در سناریوهای کاربردی مختلف وجود خواهند داشت. از جمله:

 

هادی‌های مسی برای سیستم‌های{0}}قابلیت اطمینان و پایداری بالا- مناسب هستند.

هادی‌های آلومینیومی خالص عمدتاً در برخی از میدان‌های انتقال سربار{0} ولتاژ بالا متمرکز شده‌اند.

هادی های آلیاژ آلومینیوم به گسترش کاربرد خود در- و-توزیع توان ولتاژ متوسط ​​و میدان های انرژی جدید ادامه خواهند داد.

 

با بلوغ مداوم فناوری مواد و فرآیندهای اتصال،شینه آلومینیومیراه حل ها نقش فزاینده ای مهمی در سیستم های قدرت آینده خواهند داشت.