W środowiskach o niskiej-temperaturze zmiany wydajności drutu to nie tylko zwykły „spadek”, ale raczej złożony proces obejmujący ryzyko na poziomie mechanicznym, elektrycznym i systemowym-. Zrozumienie tych zmian ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia stabilnego działania infrastruktury krytycznej,-takiej jak sieci energetyczne i sieci komunikacyjne-w okresach silnych mrozów.
W środowiskach o niskiej-temperaturze działanie drutu jest narażone przede wszystkim na trzy kategorie zagrożeń: pogorszenie właściwości mechanicznych (np. kruchość i pękanie), wahania właściwości elektrycznych (np. zmiany rezystancji i tłumienie sygnału) oraz awarie systemowe spowodowane gromadzeniem się lodu (np. przerwane linie i zawalone wieże).
I. Właściwości mechaniczne:-kruchość w niskiej temperaturze i uszkodzenia naprężeniowe
Zimno działa jak „środek utwardzający” materiały, stwarzając bezpośrednie fizyczne zagrożenie dla przewodów:
Ryzyko kruchości i pęknięcia materiału: Wraz ze spadkiem temperatury warstwy izolacyjne i materiały osłonowe przewodów (takie jak standardowe PCV) tracą swoją elastyczność, stając się sztywne i kruche. Pod wpływem siły wiatru, obciążenia lodem i śniegiem lub przypadkowego kontaktu fizycznego materiały te stają się bardzo podatne na pękanie, a nawet pękanie.
Skumulowane szkody spowodowane cyklami zamrażania-rozmrażania: podczas powtarzających się cykli zamrażania i rozmrażania rozszerzanie i kurczenie się otaczającej gleby wywierają cykliczne naprężenia ściskające i rozciągające na kable podziemne. Z biegiem czasu to utrzymujące się naprężenie przyspiesza uszkodzenia zmęczeniowe powłoki kabla i warstw izolacyjnych.
Rozszerzalność/kurczenie termiczne i awarie połączeń: Przewodniki (zwykle miedź lub aluminium) i powiązane z nimi elementy łączące mają różne współczynniki rozszerzalności cieplnej. W ekstremalnie niskich-temperaturach ta rozbieżność może powodować poluzowanie punktów połączeń lub słaby kontakt, zwiększając w ten sposób rezystancję styków i tworząc potencjalne gorące punkty, które stwarzają ryzyko pożaru.
II. Właściwości elektryczne: zmiany rezystancji i wyzwania związane z transmisją sygnału
Temperatura ma bezpośredni wpływ na rezystancję przewodu; jednakże wpływ ten jest dwukierunkowy:
Zmniejszenie rezystancji przewodnika: W przypadku przewodników z czystego metalu (takich jak miedź i aluminium) rezystywność zmniejsza się wraz ze spadkiem temperatury. Oznacza to, że teoretycznie przewodność drutu faktycznie poprawia się w środowiskach o niskiej-temperaturze, co skutkuje zmniejszeniem strat energii. W ekstremalnie niskich temperaturach (takich jak ciekły hel) rezystywność metali o-czystości może spaść do wyjątkowo niskiego poziomu.
Wyzwania związane ze stabilnością transmisji sygnału: Pomimo zmniejszenia oporu elektrycznego, w przypadku precyzyjnych systemów transmisji sygnału, same wahania temperatury działają jako źródło zakłóceń. Wahania temperatury mogą powodować niewielkie zmiany w rezystancji przewodnika, pogarszając w ten sposób jakość i stabilność transmisji sygnału,-szczególnie w zastosowaniach pomiarowych-na duże odległości lub o wysokiej{3}}precyzyjności.
Zalety wydajności materiałów specjalistycznych: Niektóre stopy (takie jak brąz fosforowy) nie tylko wykazują niską rezystywność w niskich temperaturach, ale także wykazują bardzo stopniową zmianę rezystywności w zależności od zmian temperatury (charakteryzującą się niskim współczynnikiem temperaturowym); sprawia to, że są idealnym wyborem do bardzo stabilnej transmisji sygnału w środowiskach kriogenicznych.
III. Zagrożenia systemowe: narastanie lodu i galopowanie przewodników
Oto najważniejsze zagrożenia stwarzane przez-środowiska o niskiej temperaturze dla systemów zasilania-ryzyka, które znacznie przewyższają różnice w wydajności samych materiałów:
Wzrost ciężaru w wyniku oblodzenia: Marznący deszcz lub mokry śnieg zestala się w kontakcie z przewodnikami działającymi poniżej temperatury zamarzania, tworząc „lód szkliwiony” lub „lód szronowy”. To narastanie lodu może wykładniczo zwiększyć ciężar przenoszony przez przewodniki. Na przykład lodowy lód może powodować, że linie energetyczne będą przenosić obciążenie 10 do 20 razy większe niż ich normalna waga, co czyni je bardzo podatnymi na uszkodzenie linii i zawalenie się wieży.
Galopujący przewodnik: gdy nierównomierne narastanie lodu poddawane jest działaniu sił wiatru, indukuje ono samowzbudne oscylacje o niskiej-częstotliwości i-dużej amplitudzie-w przewodnikach,-zjawisko znane jako „galopowanie”. Galopowanie nie tylko powoduje bezpośrednio uszkodzenie sprzętu linii, pęknięcia izolatorów i zawalenie się wieży, ale może również wywołać zwarcia międzyfazowe--fazowe lub przeskoki do masy, powodując powszechne przerwy w dostawie prądu.
Przeskok lodowy izolatora: Kiedy ciąg izolatora zostaje całkowicie pokryty formacjami lodu, jego efektywna odległość izolacyjna ulega drastycznemu zmniejszeniu, co prowadzi do wzrostu prądu upływowego. Stwarza to dużą podatność na zdarzenia „rozgorzenia lodowego”, które mogą ostatecznie spowodować wyłączenie linii.
