اپر ڈیونل پاور لائنز اور ٹاور: قسمیں، ڈیزائن اور سلامتی
بالاضافة إلى محطات التحويل ذات الجهد الفائق، فإن ما نواجهه بشكل أكثر تكرارًا هو خطوط نقل وتوزيع الكهرباء. الأبراج العالية تحمل الموصلات التي تتدلى عبر الجبال والبحار، تمتد إلى البعيد قبل الوصول إلى المدن والقرى. هذا أيضًا موضوع مثير للاهتمام - دعونا اليوم نستكشف خطوط النقل وأبراجها الداعمة.
نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية
أولاً، دعنا نفهم كيف يتم تسليم الكهرباء. يتألف قطاع الكهرباء بشكل أساسي من أربعة مراحل: إنتاج الطاقة، النقل، (التحويل) والتوزيع، والاستهلاك.
إنتاج الطاقة يشمل أنواع مختلفة من مولدات الكهرباء - التقليدية مثل محطات الطاقة الحرارية والفحمية والطاقة الكهرومائية، وكذلك المصادر الحديثة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية. كل هذه تندرج تحت فئة الإنتاج.
النقل يعتمد على خطوط النقل والأبراج.
التحويل (أو التوزيع) يستخدم المحولات بشكل أساسي. تقوم المحولات المرتفعة الجهد في محطات الطاقة بزيادة الجهد للنقل بكفاءة على مسافات طويلة، بينما تقوم المحولات المنخفضة الجهد على جانب التوزيع بتخفيض الجهد إلى مستويات مناسبة لشبكات التوزيع الإقليمية والمستخدمين النهائيين.
التوزيع على الجانب الاستهلاكي يتضمن مجموعة متنوعة من المحولات المنخفضة الجهد، بالإضافة إلى المعدات ذات الجهد المتوسط والمنخفض، ومعدات التبديل والأسلاك.
الاستهلاك يشير إلى الأجهزة الكهربائية في المنازل، وكذلك استخدام الطاقة في البنية التحتية البلدية، المباني، المرافق الصناعية، وغيرها من التطبيقات.
من حيث الهيكل، يتم تقسيم خطوط النقل إلى نوعين رئيسيين: خطوط النقل الجوية وخطوط الكابلات. أدناه هو مخطط توضيحي لنظام نقل الطاقة الكهربائية:
ما هي مستويات الجهد المناسبة للنقل على مسافات طويلة؟ لتقليل خسائر النقل وتحسين الكفاءة، عادة ما يتم استخدام جهد كهربائي بديل 500 كيلوفولت وما فوقه للنقل. يعتبر الجهد بين 500 كيلوفولت و 750 كيلوفولت ضمن فئة الجهد العالي جداً (EHV) للنقل البديل، بينما تعتبر أنظمة 1000 كيلوفولت كهربائيًا فائق الجهد (UHV). في المقابل، تعتبر الخطوط التي تعمل من الجهد المتوسط حتى 110 كيلوفولت-330 كيلوفولت عادةً ضمن فئة خطوط التوزيع. لاحظ أن هذه التصنيفات قد تتغير مع زيادة الطلب على الطاقة، وقدرة النظام، وأنماط توزيع الطاقة الإقليمية.
مستويات الجهد تشير إلى الجهد بين الخطين - أي الجهد بين أي من الثلاثة أطوار (A، B، و C). الجهد 220 فولت المستخدم في المنازل هو الجهد الفازي، وهو الجهد بين أي طور واحد والأرض. في الواقع، يبدأ تزويد المنازل بالكهرباء من نظام جهد خطي 380 فولت. فقط عند مدخل المبنى يتم فصل الثلاثة أطوار (A، B، و C) - يمكن لكل طور تغذية وحدة سكنية مختلفة. ما تراه بشكل شائع في المدن أو المجتمعات السكنية هو بنية مربعة، صندوقية الشكل - وهذا هو المحطة الفرعية ذات القاعدة (أو المحطة الفرعية الصندوقية) (كما هو موضح في الصورة أدناه).
تحتوي المحطة الفرعية الصندوقية على معدات ذات جهد متوسط، محولات، وأجهزة توزيع ذات جهد منخفض. تقوم بتحويل شبكة التوزيع الحضرية ذات الجهد المتوسط (عادة 10 كيلوفولت أو 20 كيلوفولت) إلى طاقة 380 فولت مناسبة للاستخدام السكني أو البلدي. قد لا ترى الأسلاك، حيث تعتمد شبكات التوزيع الحضرية في الصين اليوم بشكل أساسي على الكابلات الأرضية. ومع ذلك، في بعض المناطق السكنية القديمة أو المناطق الريفية، لا يزال يمكنك رؤية خطوط جوية تربط المحولات ثم تمتد إلى المباني أو المستهلكين الفرديين.
في المناطق المفتوحة، الخطوط الجوية التي نراها بشكل شائع تتكون من أبراج وموصلات. هناك أنواع مختلفة من الأبراج، وتصنف خطوط النقل كتيار مستمر (DC) أو تيار متردد (AC).
تشهد الصين اختلافًا جغرافيًا كبيرًا في إنتاج واستهلاك الطاقة. موارد الطاقة الغنية مثل الفحم والرياح والطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية متركزة في المناطق الغربية الواسعة، بينما تقع المراكز الرئيسية للحمل على بعد آلاف الكيلومترات في المناطق الوسطى والشرقية. هذا الاختلاف الجغرافي يجعل النقل على مسافات طويلة حلًا ضروريًا.
في السنوات الأخيرة، مع تطور قواعد الطاقة الكهربائية الكبيرة من الرياح والطاقة الشمسية بشكل سريع، استمر الطلب على النقل على مسافات طويلة في النمو. كجزء أساسي من توصيل الطاقة، ازدادت وتيرة بناء شبكات الجهد الفائق (UHV)، مما يوفر دفعة قوية لانتقال الطاقة في الصين والتنمية المستدامة. جميع هذه أنظمة النقل على مسافات طويلة تعتمد على أبراج النقل والخطوط الجوية للتواصل بين الشبكة.
خطوط النقل الجوية
تتكون خطوط النقل الجوية من موصلات معلقة على الأبراج باستخدام عوازل وأجهزة، مما يضمن المسافة الآمنة بين الموصلات والأرض أو المباني. الوظيفة الرئيسية لخط النقل هي تسليم الطاقة الكهربائية، وربط محطات الطاقة والمحطات الفرعية، والسماح بالعمل المتوازي، ودمج النظام الكهربائي في شبكة موحدة.
تقدم الخطوط الجوية مزايا مثل تكلفة الاستثمار الأقل، وسرعة البناء، والتركيب البسيط والمريح، وسهولة تحديد الأعطال والمخاطر المحتملة، والصيانة والإصلاح البسيط. بالنسبة للنقل على مسافات طويلة، تُستخدم الخطوط الجوية بشكل أساسي بسبب قدرتها العالية على نقل الطاقة. كلما زادت مسافة النقل، ازداد مستوى الجهد المطلوب.
ومع ذلك، بما أن الخطوط الجوية موزعة على نطاق واسع وتعمل باستمرار في البيئات الخارجية، فإنها تتأثر بشكل متكرر بالظروف المحيطة والعوامل الطبيعية. هذا يؤدي إلى العديد من الأعطال التشغيلية، بما في ذلك الصواعق، والأضرار الناجمة عن الرياح، وتراكم الثلج، والوميض الناجم عن التلوث، والتدخل الخارجي، والاهتزازات في الموصلات، والأحداث المتعلقة بالطيور.
إضافة إلى ذلك، عندما يعمل المهندسون مع معدات التبديل ذات الجهد العالي، يتعاملون بشكل شائع مع أنظمة الجهد العالي (HV)، والجهد العالي جداً (EHV)، والجهد الفائق (UHV)، والتي تكون معظمها مترابطة عبر الخطوط الجوية. بالتالي، فإن المتطلبات التقنية لمعدات الجهد العالي مرتبطة بشكل وثيق بظروف الخط - مثل البيئة التشغيلية والظروف الخدمية. لذا، فإن فهم خصائص وأعراض أعطال الخطوط الجوية أمر أساسي لفهم المواصفات التقنية لمعدات الجهد العالي.
مكونات خطوط النقل الجوية
المكونات الرئيسية لخط النقل الجوي تشمل الأساسيات، والأبراج، والموصلات، والعوازل، والأجهزة (الأجزاء)، وأجهزة الحماية من الصواعق (مثل أسلاك الأرض الجوية والمكابح المضادة للصواعق)، وأنظمة الأرض. قد تشمل الخطوط الحديثة أيضًا مكونات مساعدة مثل أسلاك الأرض الضوئية (OPGW) وأنظمة الاتصال عبر خطوط الكهرباء.
(1) الموصلات
تقوم الموصلات بنقل التيار وتسليم الطاقة الكهربائية. الخطوط القياسية تستخدم موصلًا واحدًا لكل طور. ومع ذلك، بالنسبة لخطوط النقل ذات الجهد العالي جداً وعالية الطاقة، يتم استخدام الموصلات المجمعة - باستخدام موصلين أو ثلاثة أو أربعة أو أكثر من الموصلات الفرعية (غالبًا ما تكون موزعة بشكل دائري). هذا يقلل من الانبعاثات الكرونية، ويقلل من خسارة الطاقة، ويقلل من التداخل مع الراديو والتلفزيون وغيره من إشارات الاتصال.
(2) أسلاك الحماية (أسلاك الأرض) وأنظمة الأرض
أسلاك الحماية معلقة في أعلى أبراج النقل ومتصلة بأنظمة الأرض في كل برج عبر أسلاك النقل. أثناء حدوث الصاعقة، تقوم سلك الحماية - الموجود فوق الموصلات الفازية - بالاعتراض على الصاعقة، مما يسمح بصرف التيار بأمان عبر نظام الأرض إلى الأرض. هذا يقلل من احتمالية حدوث الصواعق المباشرة للموصلات، ويحمي عزل الخط من الأضرار الناجمة عن الجهد الزائد، ويضمن التشغيل الموثوق به. عادة ما يتم تركيب أسلاك الحماية على طول كامل الخطوط ذات الجهد 110 كيلوفولت وما فوق، وهي غالبًا ما تكون مصنوعة من أسلاك الصلب المجلفن.
(3) الأبراج (الأبراج)
الأبراج تدعم الموصلات وأسلاك الحماية مع الأجهزة المرتبطة بها، مما يحافظ على المسافات الكهربائية الآمنة بين الموصلات والأبراج والأرض وأي هياكل عابرة أو مباني.
(4) العوازل وسلسلة العوازل
العوازل هي المكونات العازلة الرئيسية لخط النقل. تقوم بدعم أو تعليق الموصلات بينما تعزلها كهربائيًا عن الأبراج، مما يضمن قوة العزل الكهربائي الموثوقة. تخضع العوازل للضغط الميكانيكي، والجهد الكهربائي، والغازات الجوية المسببة للتآكل، وبالتالي يجب أن تمتلك مقاومة ميكانيكية كافية، وأداء عازل، ومقاومة للتدهور.
(5) الأجهزة (الأجزاء)
تلعب أجهزة خط النقل دورًا حاسمًا في دعم وتأمين وربط وحماية الموصلات وأسلاك الأرض، مما يضمن الروابط القوية والموثوقة. يتم تصنيف الأجهزة إلى خمسة أنواع رئيسية بناءً على الوظيفة: أجهزة التثبيت، وأجهزة الربط، وأجهزة اللحام، وأجهزة الحماية، وأجهزة السحب.
(6) الأساسيات
يقوم الأساس بإحكام البرج بالأرض، مما يمنع الميلان أو الانهيار أو الانهيارات.
سندرس كل من هذه المكونات بمزيد من التفصيل في المناقشات اللاحقة.
(7) الأبراج (الأبراج)
هناك أنواع عديدة من خطوط النقل والأبراج، يصل الجهد فيها إلى 1000 كيلوفولت. المواد المستخدمة في الأبراج تشمل الخشب، والخرسانة، والشبكات الفولاذية، والهياكل الأنبوبية الفولاذية، وتأتي بأشكال وأنماط متنوعة. الغرض من خط النقل هو تسليم الطاقة الكهربائية من نقطة إلى أخرى بأقل خسارة ممكنة. لذلك، ضمن نفس فئة الجهد، يتم تصميم الخطوط لتقليل المقاومة وزيادة مساحة المقطع العرضي للموصل. الأبراج تدعم الخطوط وتمنع الاتصال بأي أجسام موصلة قد تسبب أعطال الأرض. ولذلك، يتم بناؤها عالية وبنية مستقرة. الصورة أدناه تظهر أنواع الأبراج الشائعة.
بناءً على وظائفها الفعلية في التطبيقات الهندسية، يتم تصنيف الأبراج إلى عدة أنواع: أبراج الخط المستقيم (التعليق)، أبراج الزاوية (للتحول في الاتجاه)، أبراج النهاية (للتوصيل مع ومن المحطات الفرعية)، أبراج التحويل (لتدوير الأطوار)، وأبراج الامتداد الكبير (مصممة لتخطي الأنهار الكبرى والبحيرات والمضائق). في قاعدة كل برج يوجد الأساس. يتم تعليق الموصلات من الذراعات العرضية عبر سلاسل العوازل.
إذا نظرت عن كثب إلى برج الشبكة الفولاذية، ستلاحظ وجود "قرنين" صغيرين يمتدان لأعلى - واحد على كل جانب - يحملان أسلاكًا رقيقة. هذه ليست لنقل الطاقة؛ فهي أسلاك الأرض الجوية (أسلاك الحماية)، المعروفة أيضًا باسم أسلاك الأرض، وتستخدم للحماية من الصواعق.
تأتي الأبراج بأشكال مختلفة. بالنسبة للخطوط ذات الدائرة الواحدة، التكوينات الشائعة تشمل النوع "كأس النبيذ" مع الموصلات موزعة أفقيًا والنوع "رأس القط" مع ترتيب الموصلات مثلث. في المناطق ذات المساحة المحدودة أو في المناطق الاقتصادية المتطورة حيث الأرض نادرة، غالبًا ما يتم استخدام أبراج مدمجة تحمل دائرتين أو حتى أربع دوائر في نفس الهيكل. بالنسبة لخطوط نقل الطاقة الكهربائية ذات الجهد الفائق (UHV) المباشر، هناك أيضًا أبراج T، التي تدعم دائرتين معلقتين تحتها - على جانب واحد القطب الموجب وعلى الجانب الآخر القطب السالب.
يشير ممر خط النقل إلى المنطقة الشريطية الممتدة أفقيًا من الموصلات الخارجية لخط الطاقة الجوي عالي الجهد. يتم تحديد عرضه حسب مستوى الجهد ويتم تنظيمه بموجب اللوائح الخاصة بحماية منشآت الطاقة الكهربائية. على سبيل المثال، منطقة الحماية لخط 500 كيلوفولت هي 20 مترًا. بينما يتم السماح بأنشطة زراعية محدودة داخل هذه المنطقة، فإنه يتم حظر تكدس المواد القابلة للاشتعال أو بناء المباني بشكل صارم.
قد تكون قد لاحظت أيضًا العديد من الأجهزة الشوكية والدوارات الصغيرة المثبتة على أبراج النقل. ما هي هذه الأجهزة؟ إنها جميعًا أجهزة ردع للطيور! الأشواك تمنع الطيور من بناء الأعشاش، بينما تقوم الدوارات الصغيرة المدارية بطرد الطيور - وكلاهما مثبت بشكل شائع على الأبراج.
توفر هيكل أبراج النقل موقعًا مثاليًا للطيور لبناء الأعشاش. ومع ذلك، فإن فضلات الطيور موصلة. عندما يتم إفرازها على سلاسل العوازل، يمكن أن تخلق مسارًا موصلًا بين الموصل والأرض، مما قد يسبب الوميض، أو أعطال الأرض، أو حتى قصر بين الأطوار. لذلك، فإن خطوط الكهرباء عرضة للغاية لما يمكن أن يسمى "الطيور الغاضبة". بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تشكل الأشجار العالية القريبة من خطوط النقل (أو الممرات) تهديدًا للتشغيل الآمن - على سبيل المثال، من خلال انتهاك المسافة الأرضية أو قصر الدائرة - وبالتالي يجب تقليمها بانتظام.
