Mistari ya Umeme wa Kielelezo & Mifumo: Aina, Uundaji & Usalama

Kupitia maeneo ya umeme yenye kiwango cha juu, tunapata zaidi mstari wa kutumia na kupambaza umeme. Mitandao mikubwa yanayokagua kwenye milima na bahari, yakienda mbali kabisa kabla ya kufika madini na mitaa. Hii ni mada yasiyofikiwa—leo, tutaangalia mstari wa kutumia umeme na mitandao yake.

Umatumizi na Upambazo wa Umeme

Kwanza, tujue jinsi umeme hutumika. Sekta ya umeme ina chaguo msingi nyingi: kutengeneza, kutumia, (substation) kupambaza, na kutumika.

• Kutengeneza inajumuisha aina mbalimbali za mifumo ya kutengeneza—zile za zamani kama vile vifaa vya kutengeneza umeme kutoka kwa mvuke na maji, na zile za hivi punde kama upasuaji wa upepo na jua. Zote zinajumuika katika jamii ya kutengeneza.

• Kutumia huonekana kwa kutumia mitandao na mitandao.

• Substation (au Transformation) husaidia kwa kutumia transformers. Transformers wenye kuongeza kiwango katika viwanda vinongeza voltage kwa ajili ya kutumia kwa umbali mrefu, na transformers wenye kurudia voltage upande wa kupambaza huchukua voltage hadi kiwango kinachostahimili na kufikia wateja.

• Kupambaza upande wa wateja hujumuisha transformers wenye kurudia, na vifaa vya kiwango cha wastani na chache, switchgear, na mtiririko.

• Kutumika huonekana kwa vifaa vya umeme katika nyumba, na matumizi ya umeme katika miundombinu ya wilaya, magari, viwanda, na matumizi mengine.

Kwa mujibu wa muundo, mitandao ya kutumia umeme yana aina mbili: mitandao ya kutumia kwenye hewa na mitandao ya kabila. Hapa chini ni mfano wa mtaalamu wa mifumo ya kutumia umeme:

Vipi ni kiwango cha voltage kinachostahimili kutumia umeme kwa umbali mrefu? Kupunguza hasara na kuboresha ufanisi, kiwango cha AC kilovolts 500 au zaidi huwezi kutumika. Voltage kati ya 500 kV hadi 750 kV huundwa kama Extra High Voltage (EHV) AC, na 1000 kV AC huundwa kama Ultra High Voltage (UHV) AC. Kulingana, mitandao yenye voltage cha kiwango cha wastani hadi 110 kV–330 kV huundwa kama mitandao ya kupambaza. Tafadhali kumbuka kuwa undi haya huwezi badilika kulingana na malipo ya umeme, ubora wa mifumo, na mienendo ya eneo.

Kiwango cha voltage linamaanisha voltage kati ya mizigo—hii ni voltage kati ya mizigo minne (A, B, na C). Volts 220 zinatumika katika nyumba ni phase voltage, ambayo ni voltage kati ya mizigo moja na ardhi. Katika kweli, umeme wa nyumba unatoka kwa mifumo ya 380 volts. Tu karibu nyumba, mizigo minne (A, B, na C) hushughulikiwa—mizigo moja linaweza kunipanga kitengo tofauti. Ninyi mnaziona katika miji au mitaa ni chemchemi ya mraba—hii ni substation ya pad-mounted (au box-type) (kama ilivyopictwa chini).

Box-type substation hujumuisha vifaa vya kiwango cha wastani, transformers, na vifaa vya kupambaza chache. Inabadilisha mifumo ya umeme ya wastani (kawaida 10 kV au 20 kV) kwa umeme wa 380 V kinachostahimili kutumika katika nyumba au wilaya. Huenda usione mtiririko, kwa sababu mifumo ya umeme ya miji ya China sasa zinatumia mitandao ya chini ya ardhi. Lakini, katika baadhi ya eneo la zamani au mitaa ya desemba, unaweza kuona mitandao ya hewa yanayohusiana na transformers na yanayokuwa na nyumba au wateja binafsi.

Katika maeneo yenye hewa, mitandao ya kutumia umeme tunayoziona mara nyingi yanajumuisha mitandao na mitandao. Kuna aina mbalimbali za mitandao, na mitandao huundwa kama direct current (DC) au alternating current (AC).

Umatumizi na kutengeneza umeme wa China una tofauti kubwa kwa uwanja. Viundu vya umeme kama mvuke, upepo, jua, na maji mengi vimekutana katika maeneo makubwa ya magharibi, lakini mahali pa umeme kuu yanakua sauti elfu za mita kwenye maeneo ya kati na mashariki. Utofauti huu wa uwanja unafanya kutumia umeme kwa umbali mrefu kuwa suluhisho muhimu.

Katika miaka mingine, na maendeleo machache ya upepo na jua, malipo ya kutumia umeme kwa umbali mrefu imekuwa inaongezeka. Kama mgomo wa umeme, mifumo ya ultra-high-voltage (UHV) yameongezeka, kutoa nguvu kwa mabadiliko ya umeme na maendeleo ya kutosha ya China. Yote hayo yanaumia mitandao na mitandao kwa kutumia umeme kwa umbali mrefu.

Mitandao ya Hewa

Mitandao ya hewa yanajumuisha mitandao yanayotegemea kwenye mitandao kwa kutumia insulators na hardware, kuhakikisha uhakika salama kati ya mitandao na ardhi au nyumba. Funguo muhimu ya mitandao ni kutumia umeme, kununganisha viwanda na substations, kutengeneza mifumo parallel, na kuhusu mifumo ya umeme kwa mtaalamu.

Mitandao ya hewa yana faida kama gharama ndogo, utengenezaji wa haraka, upanuzi rahisi, kubaini na kujitambua hitilafu, na huduma na upanuzi rahisi. Kwa kutumia umeme kwa umbali mrefu, mitandao ya hewa yanatumika kwa sababu ya uwezo mkubwa. Umbali mrefu zaidi, kiwango cha voltage zaidi.

Lakini, kwa sababu ya mitandao ya hewa yanayotegemea na kutumika kwa muda mrefu, wanaweza kutathmini mazingira na vitendo vya tabia. Hii linaweza kutoa hitilafu nyingi, kama vile kutokana na mwanga, upepo, barafu, flashover, kutokana na nje, galloping, na matukio ya ndege.

Pia, wakati wa kutumia vifaa vya high-voltage, engineers huwasiliana na high-voltage (HV), extra-high-voltage (EHV), na ultra-high-voltage (UHV) mifumo, zote zinatumia mitandao ya hewa. Kwa hiyo, talanta za vifaa vya high-voltage huwasiliana na mazingira ya mitandao—kama vile mazingira ya kutumika na hali. Kuelewa sifa na hitilafu za mitandao ya hewa ni muhimu kwa kuelewa talanta za vifaa vya high-voltage.

Mashamba ya Mitandao ya Hewa

Mashamba muhimu ya mitandao ya hewa yajumuisha msingi, mitandao, mitandao, insulators, hardware (fittings), vifaa vya kupambaa (kama vile mitandao ya hewa na surge arresters), na mifumo ya kupambaa. Mifumo ya hivi punde zinaweza kujumuisha mashamba ya msaada kama vile optical ground wire (OPGW) na mifumo ya power line carrier communication.

(1) Mitandao

Mitandao humpambaza umeme na kutumia energy. Mitandao moja kwa phase ni ya kawaida kwa mitandao standard. Lakini, kwa EHV na mitandao ya kiwango cha juu, mitandao bundled—kutumia mitandao mitatu, nne, au zaidi (mara kwa mara zinajumuika kwa muundo wa duara)—yanatumika kwa mara nyingi. Hii hupunguza corona discharge, kurejesha hasara, na kupunguza interferences na radio, televisheni, na mifumo mengine.

(2) Shield (Ground) Wires na Mifumo ya Grounding

Shield wires zinategemea juu ya mitandao na zinahusiana na mifumo ya grounding kwa kutumia down conductors kwenye mitandao kila moja. Wakati wa mwanga, shield wire—iliyowekwa juu ya mitandao ya phase—hukubali mwanga, kuhakikisha kwamba current inatengenezwa kwa mifumo ya grounding kwenye ardhi. Hii hupunguza uwezekano wa mwanga kukubali mitandao, kuhifadhi insulation kutokana na overvoltage damage, na kuhakikisha kutumika kwa uhakika. Shield wires zinatumika kwa muda wa mitandao yenye kiwango 110 kV na zaidi na zinatumika kwa kutumia mitandao ya steel strands zenye kugoriti.

(3) Mitandao (Pylons)

Mitandao hupambaza mitandao na shield wires na hardware, kuhakikisha uhakika salama kati ya mitandao, mitandao, ardhi, na nyumba au structures zingine.

(4) Insulators na Insulator Strings

Insulators ni mashamba muhimu ya mitandao. Wanapambaza au kusimamia mitandao wakati wanapambana na mitandao, kuhakikisha dielectric strength. Kwa kutegemea na stress ya mechanical, electrical voltage, na gases za mazingira, insulators yanapaswa kuwa na nguvu mechanical, performance ya insulation, na resistance ya degradation.

(5) Hardware (Fittings)

Hardware ya mitandao yanajumuisha kazi muhimu ya kusimamia, kuhifadhi, kuhusiana, na kuhifadhi mitandao na mitandao ya ground, kuhakikisha connections robust na reliable. Hardware ina undi tano kwa kutumia: line clamps, connector fittings, splice fittings, protective fittings, na guy wire fittings.

(6) Msingi

Msingi huanza mitandao kwenye ardhi, kuzuia tilting, collapse, au subsidence.

Tutaangalia kila moja ya mashamba haya kwa undani katika majadiliano yake baadaye.

(7) Mitandao (Pylons)

Kuna aina nyingi za mitandao na mitandao, na kiwango cha voltage kufikia 1000 kV. Materials za mitandao ni wood, concrete, steel lattice, na steel tube structures, na shapes na designs zinavary. Sharti ya mitandao ni kutumia umeme kutoka moja hadi nyingine na hasara chache. Kwa hiyo, kwenye kiwango cha voltage sawa, mitandao yanajumuisha impedance ndogo na area cross-sectional ya conductor kubwa. Mitandao hupambaza mitandao na kuzuia contact na objects zingine za conduction ambazo zinaweza kutoa faults. Kwa hiyo, zinajenga kwa ufupi na structural stability. Picha chini inaonyesha aina za mitandao.

Kulingana na sharti zao katika engineering applications, mitandao zinajumuisha undi kadhaa: straight-line (suspension) towers, angle (corner) towers (kutumika kwa kutengeneza direction), terminal towers (kutumika kwa kutengeneza na kutoka substations), transposition towers (kutumika kwa phase rotation), na large-span towers (designed kwa kusogea maji, lakes, au straits). Chini ya kila tower ni msingi. Mitandao yana tegemea kwenye cross-arms kwa kutumia insulator strings.

Ikiwa unangalia kwenye steel lattice tower, utaona "horns" madogo miwili yanayoungana juu—moja kila upande—yanayotegemea mitandao chache. Hizi si kwa kutumia umeme; ni overhead ground wires (shield wires), yanayojulikana kama earth wires, kwa ajili ya kupambaa mwanga.

Mitandao yanajumuisha aina mbalimbali. Kwa mitandao single-circuit, configurations za kawaida ni "wine-glass" na mitandao yanayojumuika horizontal na "cat-head" na mitandao yanayojumuika triangle. Katika maeneo yenye right-of-way chache au maeneo yenye uchumi uliofikia ambapo ardhi ni chache, mitandao compact yanayotumia mitandao miwili au nne kwenye structure moja yanatumika sana. Kwa mitandao ya ultra-high-voltage (UHV) DC, kuna pia mitandao T-type, yanayopambaza mitandao miwili yenye kuwa chini—positive pole upande moja, na negative pole upande kingine.

Corridor ya mitandao yanayotumia umeme huonekana kama eneo la strip-shaped linaloenda laterally kutoka kwenye mitandao ya kiwango cha juu ya high-voltage overhead power line. Upana wake unatumika kwa kiwango cha voltage na regulated under the Regulations on the Protection of Electric Power Facilities. Kwa mfano, protected zone kwa mitandao 500 kV ni 20 meters wide. Ingawa agricultural activities chache zinatumika kwenye eneo hili, stacking flammable materials au kutengeneza nyumba ni kwa nguvu gani.

Umeweza kuziona devices nyingi za spike-like na "windmills" madogo zinazowekeka kwenye mitandao. Ni kwa nini? Zote zinatumika kwa kutengeneza birds! Anti-bird spikes hupunguza birds kutengeneza nests, na devices za "windmill" madogo zinatengeneza birds—zote zinatumika kwenye mitandao.

Muundo wa mitandao hupambaza eneo la ideal kwa birds kutengeneza nests. Lakini, bird droppings ni conductive. Wakati excreted kwenye insulator strings, wanaweza kutengeneza conductive path kati ya mitandao na ground, kutoweka flashover, ground faults, au phase-to-phase short circuits. Kwa hiyo, mitandao ya umeme yanaweza kuwa vulnerable kwa "birds angry." Pia, trees fupi karibu na mitandao (au corridors) yanaweza kutoa hatari kwa kutumika kwa uhakika—kama vile kusogea clearance violations au short circuits—and yanapaswa kuzimalishwa mara kwa mara.