In-Service Microstructural Modifications caused by Fatigue Phenomena leading to the Failure of a High-Voltage Cable

Kurzfassung

In dieser Studie werden die Ursachen analysiert, die zum Versagen eines Hochspannungskabels nahe der Aufhängung am Ende und in der Nähe der Hochspannungsmasten. Die horizontale Spannweite des Kabels zwischen den Aufhängungen betrug über 1040 m, mit einem Höhenunterschied zwischen den Hochspannungsmasten von ungefähr 300 m. Der Stromleiter bestand aus 30 Aluminiumfasern mit einem eutektoiden Stahlkern aus 7 Fasern. Die Aluminiumfasern wurden auf 2 Schichten verteilt, eine äußere Schicht mit 18 Fasern und eine innere Schicht mit 12. Die Stahlfasern wurden auf einer aus 6 Fasern bestehenden Schicht verteilt, die eine zentrale Faser umgaben. Alle Fasern hatten einen Durchmesser von 2,6 mm. Kaltgezogenes und gedrehtes Aluminium und die mögliche Präsenz von Wiederherstellungssubstrukturen in Regionen in der Nähe des Bruchs wurden mittels Lichtmikroskop untersucht. Der Stahl wurde auf ähnliche Weise untersucht, wobei seine perlitische Natur geprüft und die Existenz von Erweichungserscheinungen aufgrund von Erholung oder Rekristallisation bewertet wurde. Die Dicken der Zinkbeschichtung auf den Stahlfasern wurden bestimmt. Die Bruchflächen der Aluminium- und Stahlfasern wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie analysiert und die durch mögliche Lichtbögen zwischen den Aluminiumfasern verursachten verschmolzenen Überreste wurden untersucht. Um die Verschlechterung der Fasern zu bewerten, wurden an jeder einzelnen Faser in Regionen neben dem Bruch sowie in einer bestimmten Entfernung davon Zugversuche durchgeführt. Der Bruch des Stromleiters hatte seinen Ursprung in den äußeren Fasern und erfolgte aus Gründen, die nicht auf Materialermüdungserscheinungen zurückgeführt werden können. Die Abnahme des Querschnitts des Stromleiters führte zu einem Temperaturanstieg, der zur Schwächung der verbleibenden Aluminiumfasern und deren anschließendem Versagen führte. Die elektrische Spannung wurde dann auf den Stahlkern übertragen. Die Erhöhung des für Stahl charakteristischen elektrischen Widerstands führte zu einem erheblichen Temperaturanstieg, der die mechanische Festigkeit der Stahlkabel drastisch verringerte.