В среда с ниска{0}}температура промените в производителността на кабела не са просто „намаляване“, а по-скоро сложен процес, включващ рискове на механично, електрическо и-системно ниво. Разбирането на тези промени е от решаващо значение за осигуряване на стабилна работа на критична инфраструктура-като електрически мрежи и комуникационни мрежи-по време на периоди на силен студ.
В среда с ниска-температура работата на кабела е изправена основно пред три категории рискове: влошаване на механичните свойства (напр. крехкост и счупване), колебания в електрическите свойства (напр. промени в съпротивлението и затихване на сигнала) и системни повреди, предизвикани от натрупване на лед (напр. счупени линии и срутени кули).
I. Механични свойства: Ниска{1}}температурна крехкост и повреда от напрежение
Студът действа като "втвърдяващ агент" за материалите, представлявайки пряка физическа заплаха за проводниците:
Крехкост на материала и риск от счупване: С падането на температурите изолационните слоеве и обвивките на проводниците (като стандартен PVC) губят своята еластичност, стават твърди и крехки. Под въздействието на силите на вятъра, натоварвания от лед и сняг или случаен физически контакт, тези материали стават силно податливи на напукване или дори счупване.
Натрупани щети от цикли на замръзване-размразяване: По време на повтарящи се цикли на замръзване и размразяване, разширяването и свиването на заобикалящата почва упражнява циклични напрежения на натиск и опън върху подземните кабели. С течение на времето това продължително напрежение ускорява повредата от умора на кабелната обвивка и изолационните слоеве.
Термично разширение/свиване и повреда на връзката: Проводниците (обикновено медни или алуминиеви) и свързаните с тях свързващи компоненти притежават различни коефициенти на топлинно разширение. При екстремно ниски-температурни условия това несъответствие може да доведе до разхлабване на точките на свързване или лош контакт, като по този начин увеличава контактното съпротивление и създава потенциални горещи точки, които представляват опасност от пожар.
II. Електрически свойства: Вариация на съпротивлението и предизвикателства при предаване на сигнал
Температурата има пряко влияние върху съпротивлението на проводника; това влияние обаче е двупосочно:
Намаляване на съпротивлението на проводника: За проводници от чист метал (като мед и алуминий), съпротивлението намалява с падането на температурата. Това означава, че теоретично проводимостта на проводника действително се подобрява в среда с ниска-температура, което води до намалена загуба на енергия. При изключително ниски температури (като в диапазона на течния хелий) съпротивлението на металите с висока -чистота може да спадне до изключително ниски нива.
Предизвикателства пред стабилността на предаване на сигнала: Въпреки намаляването на електрическото съпротивление, за системите за прецизно предаване на сигнали, самите температурни колебания действат като източник на смущения. Температурните колебания могат да предизвикат малки промени в съпротивлението на проводника, като по този начин компрометират качеството и стабилността на предаването на сигнала-особено при приложения за измерване на дълги-разстояния или висока-прецизност.
Предимства на специализираните материали: Някои сплави (като фосфорен бронз) не само показват ниско съпротивление при ниски температури, но също така показват много постепенна промяна в съпротивлението спрямо температурните вариации (характеризиращи се с нисък температурен коефициент); това ги прави идеален избор за изключително стабилно предаване на сигнал в криогенни среди.
III. Системни рискове: Натрупване на лед и галопиране на проводник
Те представляват най-критичните заплахи, породени от ниски{0}}температурни среди за енергийните системи-рискове, които далеч надхвърлят вариациите в производителността на самите материали:
Увеличаване на теглото поради натрупване на лед: Леден дъжд или мокър сняг се втвърдява при контакт с проводници, работещи под точката на замръзване, образувайки "глазурен лед" или "мразов лед". Това натрупване на лед може експоненциално да увеличи теглото, поемано от проводниците. Например ледът може да накара електропроводите да носят товар 10 до 20 пъти по-голям от нормалното им тегло, което ги прави силно податливи на счупване на линия и срутване на кула.
Галопиране на проводника: Когато неравномерното натрупване на лед е подложено на силата на вятъра, то предизвиква ниска{0}}честота, голяма{1}}амплитуда-самовъзбуждащи се{2}}трептения в проводниците-явление, известно като „галопиране“. Галопирането не само директно причинява повреда на хардуера на линията, счупване на изолатора и срутване на кула, но може също така да предизвика късо съединение между фази--фаза или прекъсвания на земята, което води до масови прекъсвания на захранването.
Прекъсване на лед на изолатора: Когато изолаторната нишка стане напълно покрита с ледени образувания, нейното ефективно изолационно разстояние се намалява драстично, което води до увеличаване на тока на утечка. Това създава висока чувствителност към инциденти с "ледено пламък", което в крайна сметка може да предизвика прекъсване на линията.
