Методы получения и физико-химические свойства сплавов системы Al-Zr

3. Применение.

    Сплав алюминия с цирконием нашел широкое  применение в качестве жилы в кабельных изделиях. В Японии, например, для воздушных линий электропередач применяют голый многопроволочный кабель, в котором центральный пучок стальных жил обмотан жилами из жаропрочного алюминиевого сплава марки TACSR. Преимущества проволок из алюминиевых сплавов наиболее полно проявляются в собирательных шинах на электрических подстанциях, так как здесь увеличение потерь на нагрев и величина провисания не имеют большого значения. В электротехнических изделиях часто используются алюминиевые сплавы, обладающие повышенным удельным электрическим сопротивлением. Так, короткозамкнутые роторы ('беличьи клетки асинхронных двигателей) обычно заливают алюминием, имеющим в литом виде удельное электрическое сопротивление около 0,03 ом • мм²/м.

    Сплавы  Al-Zr находят применение в сетках катодных электровакуумных ламп.

      Новое поколение линий электропередачи Американская компания 3М разработала новый композитный провод для высоковольтных воздушных линий электропередачи, который способен передавать в 2 - 3 раза больше мощности по сравнению с обычным проводом такого же сечения при одновременном улучшении механических и прочностных характеристик. Новый продукт принял название ACCR — Алюминиевый композитный интенсивный провод (Aluminum Conductor Composite Reinforced). Кроме улучшенной пропускной способности ACCR владеет меньшей массой, большей прочностью, более высокой температуростойкостью и устойчивостью к провисанию, по сравнению с существующими аналогами. Композитный провод более устойчив к ржавчине, владеет повышенным сопротивлением усталости и безвреден для окружающей среды (отсутствие экологической деградации). Это изобретение является воистину революционным и считается первым важным прорывом в области проводов воздушных ЛЭП с тех пор, как в начале 20 столетия появился широко применяемый сталеалюминиевый провод. Алюминиевый композитный провод прошел масштабные лабораторные и линейные испытания при финансировании Министерства Энергетики США и с 2005 года введен в коммерческую использование. В данный момент семь основных энергетических сетей общего применения Соединенных Штатов применяют проводник ACCR, либо располагаются в процессе его установки. С 2007 года новое изобретение стало доступно в Российской Федерации. Структура алюминиевого композитного усиленного провода ACCR является витым многожильным проводом, который состоит из сердечника и внешних токоведущих жил. Композитный сердечник образуют несколько проволок диаметром от 1,9 до 2,9 мм. Каждая проволока представляет собой алюминий высокой чистоты, в который внедрены более 25000 микрометровых непрерывных продольных волокон оксида алюминия (Al ₂O₃).

    Внешние токоведущие жилы провода ACCR состоят  из температуроустойчивого сплава алюминий-цирконий (Al-Zr). Какие основные преимущества несет собой новое изобретение, и как они связаны с проблемами энергетики Российской Федерации? Новые ЛЭП на старых опорах Известно, что многие регионы нашей страны сталкиваются с проблемой ограниченной пропускной способности ЛЭП. Согласно данным РАО перечень регионов включает 16 районов, в числе которых Московская, Ленинградская, Нижегородская, Архангельская, Волгоградская области, Краснодарский и Пермский край, республика Коми, Карелия, Тыва, Дагестан и другие. Уже сегодня энергопотребление данных районов в несколько раз превышает величины, заложенные в Энергетической общие направления действий РФ до 2020 года, и потребление электрической энергии в них постоянно повышается. В данных условиях электросетевые компании вынуждены модифицировать существующие сети — либо путем строительства параллельных линий, либо при помощи переноса дополнительной нагрузки на провода большего сечения. Первое требует беспрецедентных вложений, времени и получения разрешений на установку новых линий. Второе оказывается не всегда возможным, так как сталеалюминиевый провод большого сечения владеет такой массой, на которую старые опоры часто не рассчитаны, что наконец, приводит к необходимости инсталляции новых опор ЛЭП большего размера. Организация строительства новых опор может обернуться серьезными проблемами в плотно населенных областях, областях частных земель, в национальных парках, заповедниках и других зонах с запретом на строительство. Например, в горных областях подготовить площадки для опор высоковольтных линий электропередачи и проложить к ним дороги чрезвычайно трудно и дорого из-за того, что приходится производить большой объем буровзрывных работ. В таких ситуациях приходит на поддержку новый проводник. ACCR владеет малым весом — всего на 20% тяжелее чистого алюминия. Он достаточно легко определяется на имеющиеся опоры. В итоге жизнь старых конструкций продлевается, территория сохраняется от застройки, полоса пропускания линии электропередачи сильно повышается, а энергосетевая компания экономит миллионы $ и время, часто измеряемое годами. Решение проблемы обрыва высоковольтных проводов из-за превышения допустимой величины провисания В условиях пиковых нагрузок типовой стальной сердечник перегревается и увеличивается, провод растягивается под действием собственной массы и провисает ниже допустимой величины, что часто приводит к его обрыву или замыканию на землю. Эта ситуация усугубляется при сильных снегопадах — провод обрывается под массой налипающего на него снега. В декабре 2006 г. авария в итоге такого обрыва высоковольтной ЛЭП в одном из районов Дагестана оставила без электричества 471 000 человек. Из-за сложных географических и метеоусловий этом районе (скалистые горы, сильные ветра и снегопады) доступ аварийно- восстановительных бригад к месту повреждения был затруднен, и целый район оставался без электрической энергии в течение нескольких дней, ожидая ликвидации повреждения. Частые обрывы линий электропередачи из-за образования наледи характерны для Краснодарского края. Они ставят под удар развитие инфраструктуры города Сочи, находящегося в числе претендентов на проведение зимней Олимпиады 2014 года и подвергают опасности функционирование социально значимых объектов края. Так, в итоге обрыва линий электропередачи 30 января 2007 года, без электрической энергии более чем на сутки остались 400 тысяч жителей г.Сочи, Туапсинского и Апшеронского районов Краснодарского края. Среди них медицинские, детские и образовательные учреждения. По состоянию на 31 января 2007г., снабжение данных городов электроэнергией прерывалось более 3-х раз. В данных условиях проблему может решить использование композитного провода ACCR, который владеет низким температурным коэффициентом линейного расширения и высокими прочностными характеристиками, и поэтому менее подвержен удлинению, чем провода со стальными сердечниками. Это разрешает сильно увеличить рабочую температуру без риска провисания и разрушения провода. Местности с повышенными запросами к длине пролета При планировании новых линий на основе ACCR высокая устойчивость к провисанию разрешает увеличить длину пролета. Это критично, большей частью, в прибрежных областях, при пересечении линией электропередачи рек, озер, горных ущелий и каньонов. Линии электропередачи, проходящие через заповедники и национальные парки В данный момент в Российской Федерации около 335 тыс. кв. км. природных заповедников и 70 тыс. кв. км. национальных парков. Неизбежно появляются ситуации, когда по территории заповедника проходит линия электропередачи. Такие линии часто строились еще в середине прошлого столетия, и были рассчитаны на небольшую заселенность обслуживаемых территорий. Но со временем район развивается, плотность населения в нем возрастает, и мощности существующих линий становится недостаточно. Типичным примером такого региона является тот же Краснодарский край. Стремительное наращивание объемов строительства рискует погубить исключительный Кавказский заповедник и Сочинский национальный парк. Чтобы сохранить природу и сделать изменение в соответствии с современными требованиями ЛЭП как можно менее ощутимой для окружающей среды используется ACCR. Строительства новых линий не требуется, необходимо заменить только провод. Замена провода довольно не сложна, не занимает много времени и никак не меняет вид местности и ее экологическое состояние. Зоны с агрессивными внешними условиями Новый проводник великолепно показал себя в экстремальных условиях, таких как чрезвычайно низкие или высокие температуры, повышенная влажность, влияние соленой воды, сильные ветры, вибрация, УФ-излучение. Использование ACCR в данных условиях поможет сильно снизить расходы на ремонт линий и частую замену подвергающихся ржавчины участков. Итак, описанное выше решение, безусловно, является заманчивым выбором в проектах по повышению пропускной способности сетей. Жизнеспособность и технические характеристики ACCR уже доказаны многолетними испытаниями в реальных условиях при участии самых авторитетных энергетических организаций Америки и Европы, а также первыми коммерческими внедрениями. В данный момент провод предлагается использовать, прежде всего, для ликвидации особенно проблемных участков, так как его стоимость довольно высока. Благоприятные возможности для композитных проводов располагаются по всему земному шару, везде, где есть нужда в увеличении плотности существующей инфраструктуры — по оценкам экспертов, полный объем рынка превышает 50 млрд. $ США. Для использования ACCR в Российской Федерации понадобится ряд процедур по сертификации и локализации продукта которые, как мы надеемся, он успешно преодолеет, и в скором времени мы сможем воспользоваться преимуществами нового продукта в нашей стране.  

4. Выводы.

    В ходе исследовательской работы были получены следующие результаты:

1. Были обработаны литературные и интернет – источники.
2. Определены основные физико - химические характеристики сплава Al-Zr.
3. Литературные данные показали, что сплав Al-Zr имеет следующие особенности:

• сохраняет свои свойства ( в том числе прочность ) при температуре до 210 ^oC, с пиковыми нагрузками до 240 ^oC;
• является коррозийно устойчивым.

4. Анализ литературных данных указывает на востребованность данного сплава в настоящее время. Особенно актуален сплав Al-Zr при производстве алюминиевых композитных интенсивных проводов.

         Литература.

              Книги и монографии:

1. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов. Справочное руководство. Редакционная коллегия И.В. Горынин и др. Москва «Металлургия», 1978.
2. Алюминий. Свойства и физическое металловедение. Справочник. Дж.Е.Хэтч. Москва, «Металлургия», 1989.
3. В.А.Рабинович, З.Я.Хавин “Краткий химический справочник”
4. Алюминий. Н.Г.Ключников, А.Ф.Колодцев. Учпедгиз, 1958.
5. Краткий справочник по машиностроительным материалам М.,

«Государственное  научно-техническое издательство машиностроительной литературы» 1963.

6. Гуляев  А.  П.  Металловедение:  М.,  «  Государственное   научно-

        техническое издательство ОБОРОНГИЗ» 1963

          Интернет – ссылки:

7. Википедия. Алюминий, цирконий. http://ru.wikipedia.org
8. Алюминиевый композитный интенсивный провод (ACCR) http://www.vsesmi.ru
9. Алюминий, цирконий. http://webelements.narod.ru