Cáp điện dùng hợp kim nhôm 6201 có nhiều ưu điểm nổi trội, mở ra khả năng thay thế vật liệu nhập khẩu cho ngành sản xuất cáp điện nội địa.

Nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã chế tạo thành công hợp kim nhôm 6201 dùng làm cáp điện, có thành phần hóa học và cơ lý tính đạt tiêu chuẩn ASTM B398 (tiêu chuẩn quốc tế cho dây nhôm hợp kim dùng để sản xuất cáp điện).

Từ kết quả nghiên cứu này, hợp kim nhôm 6201 có thể được sản xuất thay thế cáp nhôm trần lõi thép đang được sử dụng, nhằm chủ động nguồn nguyên liệu và giảm lệ thuộc vào nhập khẩu. Đây cũng là đề tài nghiên cứu được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu trong năm 2019.

Cáp điện đạt tiêu chuẩn thế giới

Để thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu tiến hành nấu luyện hợp kim nhôm trong lò điện trở dạng nồi tại Phòng thí nghiệm Vật liệu kim loại và hợp kim của Đại học Bách Khoa. Sau đó, nhóm tiếp tục nấu luyện các mẻ lớn hơn để phục vụ việc chế tạo dây hợp kim nhôm 6201 bán thành phẩm bằng phương pháp nấu - đúc - cán liên tục tại Công ty Dây cáp điện Việt Thái.

Với phương pháp này, chất lượng thỏi đúc hợp kim nhôm 6201 tốt, nhẵn bóng, không có khiếm khuyết bề mặt, không bị nứt gãy trong quá trình đúc liên tục. Tuy nhiên, độ cứng của bề mặt hợp kim nhôm quá cao nên không thể đưa vào máy cán liên tục.

Do vậy, nhóm chuyển sang nghiên cứu và thử nghiệm phương pháp ép bán liên tục tại Công ty Việt Khiêm, sau đó kéo dây bán thành phẩm thành dây thành phẩm. Với phương pháp này, nhóm đã ép thành công dây hợp kim nhôm 6201 bán thành phẩm Ø4,5 - 5mm.

Chủ nhiệm đề tài - TS. Huỳnh Công Khanh cho biết, với đường kính nhỏ, dây được tôi khi ra khỏi máy ép, được làm nguội trong môi trường không khí, bỏ được công đoạn tôi trong quá trình sản xuất.

“Do dây bán thành phẩm có đường kính nhỏ hơn dây hợp kim nhôm 6201 trên thị trường thế giới (hiện là Ø9,5 mm) nên giảm được số bước kéo ra dây thành phẩm, giảm được chi phí kéo dây. Đây là ưu điểm và cũng là điểm mới của đề tài so với các phương pháp sản xuất dây hợp kim 6201 bán thành phẩm khác”, TS Khanh thông tin.

Quy trình này cũng cho phép kéo thành công dây hợp kim 6201 có Ø2,7 mm và nhiệt luyện để đạt cơ tính và điện trở suất theo tiêu chuẩn ASTM B398. Từ đó, nhóm đã tiến hành sản xuất thử cáp hợp kim nhôm AAAC 7x2,7 mm với độ bền kéo cao.

Điện trở của dây hợp kim 6201 phụ thuộc vào thành phần hợp kim, khi tăng hàm lượng các nguyên tố hợp kim, độ bền của dây tăng cao nhưng điện trở của dây cũng tăng theo và có thể vượt quá giới hạn theo tiêu chuẩn ASTM B398.

Làm chủ công nghệ, giảm nhập khẩu quốc tế

Theo TS. Khanh, hiện nay các đường dây truyền tải điện trên không của nước ta chủ yếu sử dụng cáp nhôm trần lõi thép. Trong quá trình sử dụng, loại cáp này có nhiều nhược điểm như dễ ăn mòn điện hóa trong không khí ẩm.

Ở nhiệt độ cao hơn 150ºC, lực bám dính của lớp kẽm che phủ lên sợi thép giảm nên khả năng bảo vệ chống ăn mòn của kẽm đối với thép không còn tác dụng. Nhiệt độ của cáp nhôm lõi thép thường không được vượt quá 100°C, vì khi đó sẽ xảy ra quá trình kết tinh, làm giảm độ bền của các sợi dây nhôm được kéo nguội.

Trong khi đó, cáp hợp kim nhôm có nhiều ưu điểm như có tính chống ăn mòn cao khi đường dây đi dọc theo bờ biển (dễ xảy ra ăn mòn điện hóa); chống mài mòn tốt hơn trong quá trình kéo cáp, giảm lượng cáp bị hư hỏng, tăng hiệu quả lắp; chịu được dòng quá tải trong thời gian ngắn tốt hơn nhiều;...

Với nhiều ưu điểm, dây nhôm hợp kim đã được dùng làm cáp điện phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên, Việt Nam chưa sản xuất được dây hợp kim nhôm 6201 dùng cho cáp điện. Các nhà sản xuất phải nhập khẩu dây nhôm hợp kim Ø9,5 mm về kéo xuống đến dây thành phẩm rồi hóa già và xoắn cáp.

Đại diện nhóm nghiên cứu cho biết thêm, mỗi năm nước ta sử dụng khoảng 100.000 tấn nhôm để sản xuất cáp điện. Nếu thay thế cáp nhôm lõi thép bằng cáp hợp kim nhôm thì khối lượng sản xuất hàng năm là khá lớn. Việc chế tạo được dây hợp kim nhôm 6201 đạt chất lượng giúp các cơ sở trong nước nhanh chóng sản xuất và phục vụ nhu cầu truyền tải điện, chủ động nguồn nguyên liệu sản xuất, giảm lệ thuộc vào nguyên liệu nước ngoài.

Ngoài ra, các công ty điện lực cũng tiết kiệm được khá nhiều chi phí lắp đặt nhờ tăng được khoảng cách giữa các trụ điện, giảm hư hỏng cáp trong quá trình lắp đặt. Các đường dây điện trên không bằng hợp kim nhôm có tuổi thọ cao hơn, khả năng chịu dòng quá tải trong thời gian ngắn và chịu được rung động do gió gây ra tốt hơn. Việc sản xuất thành công cáp hợp kim nhôm sẽ mở ra cơ hội đưa mạng lưới điện đến những vùng xa xôi, hải đảo, tạo điều kiện phát triển kinh tế xã hội ở những nơi này.

Về mặt sản xuất, phương pháp ép bán liên tục không yêu cầu thiết bị phức tạp và đắt tiền, ít chiếm diện tích mặt bằng, dễ kiểm tra và điều khiển các thông số kỹ thuật; có thể sản xuất nhiều loại dây nhôm hợp kim có độ bền cao khác, nên rất thích hợp cho các nhà sản xuất có vốn đầu tư ít.

Theo tính toán bước đầu, nếu sản xuất trong nước theo công nghệ này thì mỗi tấn dây hợp kim nhôm 6201 - T4 có Ø4,5 - 5 mm sẽ tiết kiệm được khoảng từ 2,1 đến 6,75 triệu đồng, vào khoảng 67,67 triệu đồng/tấn. Ngoài ra, do đường kính dây ép nhỏ hơn, nên giảm được chi phí kéo ra dây thành phẩm so với dây nhập khẩu.

“Hiện tại, nhóm nghiên cứu đã sẵn sàng chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp để triển khai sản xuất dây cáp điện hợp kim nhôm, đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước”, TS. Khanh chia sẻ.

Phương Hà