Turnuri de transmisie: coloana vertebrală a rețelelor de energie

Le-ați văzut de o mie de ori în timpul călătoriilor voastre, mărșăluind de-a lungul dealurilor și stând de pază pe câmpurile goale. Acești giganți tăcuți, din oțel, pe care îi numim adesea stâlpi de electricitate, sunt printre cele mai vizibile, dar și cele mai neglijate structuri din împrejurimile noastre. Dar munca lor este mult mai mare și mai interesantă decât să țină o grămadă de fire sus.

Imaginați-vă acele turnuri de transmisie ca fiind interstate pentru electricitatea noastră. Au o singură sarcină principală: să mute cantități uriașe de energie pe distanțe foarte mari, de unde electricitatea este produsă de centralele mari până la rețelele mai mici care o aduc în casa sau biroul tău. Fără o astfel de coloană vertebrală cu capacitate mare, lumea noastră modernă nu ar funcționa.

Este important pentru că înseamnă că au fost concepute intenționat și te face să te întrebi despre lucruri la care probabil te-ai gândit înainte. Inginerii au o mare problemă: cum poți pune în mișcare toată această energie fără a pierde cea mai mare parte pe parcurs? Și acest răspuns va explica de ce turnurile sunt atât de înalte, de ce firele sunt atât de îndepărtate unul de celălalt și ce fac acele lucruri de sticlă care atârnă pe părțile laterale ale turnurilor. Privind logica din spatele lor, veți înțelege călătoria invizibilă pe care o face electricitatea în fiecare zi. Vom descoperi secretele ascunse în siluetele familiare cu privire la motivul pentru care au forme atât de particulare și de ce păsările se pot cocoța pe ele în siguranță. Nu veți vedea doar un turn, veți vedea coloana vertebrală a lumii noastre electrice.

I-ați văzut defilând pe câmpuri și autostrăzi, dar știți pentru ce sunt turnurile de transmisie? Sunt destul de simple: susțin pur și simplu liniile electrice mari și super-puternice cu propriul lor tip special de cuier. Un turn în sine nu este o componentă electrică; tot ceea ce trebuie să facă este să fie suficient de puternic și de înalt pentru a ține fire grele, de înaltă-tensiune și să nu fie la îndemâna oamenilor, a copacilor și a clădirilor de pe sol. Eroul real, invizibil al acestui sistem este aerul. Prin ridicarea liniilor electrice atât de sus, turnul formează o pernă de aer uriașă, protectoare, între fir și pământ. Aerul este un izolator natural excelent, ceea ce înseamnă că împiedică electricitatea să sară în locurile în care nu îi este locul. Sarcina turnului este doar să păstreze acel spațiu sigur de aer. Fără această distanță gestionată cu grijă, puterea enormă din acele linii nu ar avea probleme în a găsi o scurtătură periculoasă către pământ.

Dacă electricitatea ajunge la priza dvs. de perete, atunci de ce să nu o trimiteți acolo direct la acea tensiune scăzută sigură de la centrală? Gândiți-vă la asta ca la încercarea de a muta apa pe o distanță mare. Un furtun de grădină normal cu presiune mică nu ar funcționa bine, deoarece s-ar pierde prea multă apă pe parcurs. Pentru a deplasa multă apă în mod eficient, ai dori să folosești ceva cu multă presiune, poate chiar o țeavă. Electricitatea este și ea asemănătoare, are nevoie de un fel de „presiune” pentru a merge departe fără a-și pierde puterea.

Și acea presiune electrică se numeșteVoltaj. Ridicarea energiei electrice la o tensiune foarte mare permite companiilor de energie să trimită cantități uriașe de energie pe sute de mile fără a pierde multă energie. Și acesta este secretul transportului de energie electrică. Dacă ar încerca să-l trimită folosind tensiunea joasă pe care o folosește casa ta, atunci aproape toată energia s-ar pierde sub formă de căldură pe parcurs, făcând liniile electrice cel mai lung și cel mai inutil prăjitor de pâine din lume. De aceea, turnurile de transmisie trebuie să fie atât de înalte și impunătoare. Deoarece electricitatea de pe fire este la o tensiune atât de mare, este mult prea periculos să fii în preajma oamenilor sau a clădirilor. Înălțimea turnului oferă perna de siguranță necesară, menținând acea putere enormă în siguranță în aer. Și, desigur, acea electricitate puternică trebuie să fie „redusă” la un nivel utilizabil, ceea ce ne duce la următoarea parte a puzzle-ului.

Nu poți doar să pornești sau să oprești „presiunea” electricității ca la robinet. Această sarcină importantă este realizată de ceva numit transformator. Gândiți-vă la un transformator ca la cutia de viteze a rețelei electrice. O mașină își schimbă vitezele pentru a controla puterea și viteza, iar un transformator face același lucru cu electricitatea, trecând-o de la tensiune înaltă la tensiune joasă, astfel încât să poată fi folosit atât pentru călătorii lungi, cât și pentru cele scurte.

Imediat după producerea energiei electrice, aceasta intră într-un transformator numit „pas-up” la centrala electrică. Acest lucru face ca tensiunea să crească mult, pregătindu-l pentru marea sa călătorie prin țară pe liniile electrice dintre turnuri. Este ca și cum ai pune mașina în viteză mare înainte de a pleca într-o călătorie lungă, astfel încât să poată călători departe fără a folosi prea multă benzină. Fără aceste transformatoare de putere, nu ar exista transmisia de-înaltă tensiune. Iar când liniile electrice se apropie de orașele noastre, electricitatea merge la substațiile din cartier. În acest caz, transformatoarele „reducere-în jos” fac treaba opusă; reduc tensiunea extrem de ridicată până la o tensiune mult mai scăzută, sigură pentru companii și case. Substația de transmisie este ultima „încărcare-trobă” care face ca energia să fie utilă pentru viața de zi cu zi. Tensiunea a fost controlată acum, să trecem la structurile care poartă liniile.

În timp ce acestea pot părea o mizerie încâlcită de metal, turnurile de transmisie sunt de fapt destul de elegante. Corpul principal este unturn cu zăbrele, care folosește un model încrucișat de grinzi pentru a-i oferi o rezistență uimitoare și rezistență la vânt folosind cea mai mică cantitate de materiale posibile. Este un schelet, tot ce face este să fie suficient de înalt și de puternic pentru a susține părțile grele și a suporta vremea. Este o performanță inginerească a eficienței, făcută pentru a fi robustă, dar totuși oarecum ușoară.

Scheletul care iese din el sunt turnurile numite brațele lungitraverse. Treaba lor este ușoară, dar vitală: țineți acele linii electrice puternice departe unele de altele și, de asemenea, de turn. Tensiunea este atât de mare încât electricitatea poate „sări” o distanță surprinzător de mare prin aer. Crossarms funcționează ca distanțiere, asigurându-se că există un spațiu sigur de aer între fire, astfel încât electricitatea să nu se arcuiască (sare) de la un fir la altul, ceea ce ar putea crea un scurtcircuit mare și periculos.

În cele din urmă, firele în sine. În industrie, acestea nu sunt denumite pur și simplu fire, ci suntconductoare. Ele sunt de obicei fabricate din aluminiu, care este bun la conducerea electricității și este, de asemenea, foarte ușor, înfășurat în jurul unui miez de oțel care oferă liniei rezistență. Acest combo funcționează bine pentru a parcurge distanțe lungi fără prea multă scădere. Dar apoi ajungem la marea întrebare: dacă toți acei conductori transportă electricitate și turnul este făcut din metal, cum de electricitatea nu trage doar în pământ? Și atunci intervine cel mai important lucru de care uiți adesea.

Este posibil ca șirurile de discuri din sticlă sau ceramică pe care le-ați observat atârnând de brațele turnului. Sunt izolatori și fac una dintre cele mai importante lucrări de siguranță pe întreaga rețea electrică. Gândiți-vă la ele ca la învelișul de cauciuc al cablului de alimentare al casei dvs., ele sunt făcute pentru a opri electricitatea în funcțiune. Conductorul de înaltă tensiune este conectat la partea de jos a șirului izolator, iar capătul superior este conectat la turn. Și face un fel de barieră ne-electrică, astfel încât toată puterea din linie să nu poată ajunge niciodată la turnul metalic și să coboare în pământ.

Acest rol important este posibil datorită faptului că materiale precum sticla și porțelanul fac o treabă slabă de a conduce electricitatea. Pentru electricitatea care curge prin conductor, izolatorul este pur și simplu o fundătură. În fața acestui obstacol, electricitatea nu are altă cale decât să continue cu traseul planificat pe fir. Fără aceste izolatoare simple, dar eficiente, fiecare turn de transmisie s-ar transforma într-un pericol masiv, electrificat, provocând scurtcircuitarea întregului sistem. Iată ceva grozav pe care îl puteți căuta în următoarea călătorie: cât de lungă este șirul izolatorului vă spune cât de multă putere are linia. Tensiunile mai mari au o capacitate mai mare de a „sări” peste un gol, așa că au nevoie de mai multă separare pentru a fi conținute în siguranță. O linie cu 765.000 de volți poate avea nevoie de un șir lung de treizeci sau mai multe discuri, în timp ce o linie de 138.000 de volți ar putea avea nevoie doar de opt sau zece. Prin urmare, cu cât șirul de izolatori este mai lung, cu atât este mai puternică electricitatea pe care o reține.

Când observați turnurile de transmisie, veți constata că au forme diferite. Unele sunt pânze de oțel întinse, altele sunt stâlpi simpli și îngrijiți. Acest tip de diferență nu se referă doar la aspect, ci mai degrabă o selecție practică dintre două tipuri principale. Cel clasic, încrucișat este aturn cu zăbrele. Ruda sa mai subțire, observată frecvent de-a lungul autostrăzilor, poartă numele de astâlp de monopol. De ce arată atât de diferit? De obicei, pentru că cineva a trebuit să aleagă dacă să cheltuiască mai mulți bani sau să ocupe mai mult spațiu pe sol.

Turnurile cu zăbrele sunt calitățile de lucru ale industriei datorită rezistenței și accesibilității lor incredibile, realizate din numeroase bucăți mici de oțel înclinate. Au o structură asemănătoare web-, care este robustă și durabilă, dar are un dezavantaj major - ocupă o cantitate imensă de teren. Patru picioare întinse larg, au nevoie de mult spațiu pe sol, așa că au de obicei o cale lungă și goală numită drept--de trecere. Acest lucru le face potrivite pentru o țară deschisă, cu mult teren. În schimb, stâlpul monopol este răspunsul pentru locurile înguste. Este mai costisitor de construit și instalat, dar are o amprentă mică. Un stâlp ocupă mult mai puțin spațiu decât un turn cu zăbrele, motiv pentru care este potrivit pentru zonele suburbane aglomerate sau lângă autostrăzi unde nu există suficient spațiu pentru un turn cu zăbrele mare. Fie că alegem un turn cu zăbrele sau un stâlp monopol depinde de mediu, iar tipul de turn pe care îl folosim este doar un răspuns practic la spațiul disponibil.

Acele turnuri de oțel care mărșăluiesc prin peisaj sunt părțile cele mai evidente ale unui sistem electric uriaș, conectat{0}}. Gândiți-vă la ele ca la interstate de pe o rețea de autostrăzi la nivel național pentru electricitate. Dar, așa cum nu puteți duce o mașină direct de la fabrică la alee fără a folosi drumurile locale, electricitatea trebuie să urmeze o călătorie similară în mai mulți-pași pentru a ajunge acasă.

Pornește de la o centrală care produce energie electrică. Pentru a merge în călătoria lungă, puterea devine mai puternică (sau „întărită”) de mașini mari numite transformatoare la o tensiune foarte mare. Este similar cu creșterea presiunii apei, astfel încât un volum mare poate curge printr-o conductă cu mai puțină energie pierdută. Turnurile de transport transportă acele linii de-înaltă tensiune pe sute de mile, formând partea principală a rețelei.

Și, în cele din urmă, trebuie să iasă de pe autostradă. Și asta face o substație de transport – acele mari împrejmuite-în locuri cu toate transformatoarele și echipamentele pe care poate le-ați observat în apropierea orașelor. Aici, electricitatea de înaltă-tensiune este „coborâtă” la o tensiune mult mai scăzută și mai sigură. Este conexiunea crucială între rețeaua electrică de-la distanță lungă și rețeaua electrică a comunității locale. De la substație, electricitatea de joasă-tensiune trece prin liniile electrice mai mici și mai familiare, care sunt de obicei suspendate pe stâlpi de lemn de-a lungul străzilor orașului. Aceste linii transportă curent la ultimul transformator din apropierea casei tale, care scade tensiunea încă o dată înainte de a ajunge în casa ta și de a ajunge la priza de perete, așteaptă să fie folosită. Această cantitate imensă de energie care se mișcă nu este întotdeauna complet silențioasă, de aceea s-ar putea să auzi uneori niște zgomote ciudate.

Dacă ați mai fost aproape de un turn mare de transmisie, este posibil să fi auzit un fel de bâzâit sau trosnet. Acest sunet nu indică niciun pericol, este pur și simplu un eveniment cunoscut și normal cunoscut sub numele de descărcare corona. Este sunetul acei electricitate puternică de pe linie care interacționează cu toate acele molecule de aer din jurul său. Poate părea o defecțiune, dar este de fapt o mică scurgere de energie așteptată, care are loc la tensiuni foarte mari.

Imaginați-vă „presiunea” electrică uriașă din acele linii. Este atât de puternic încât poate face ca particulele de aer de lângă fir să devină încărcate electric sau ionizate. Este un fel de scânteie mică, constantă, și toate acele mici șocuri împreună fac sunetul bâzâit pe care îl auzi. Este oarecum asemănător cu trosnitul electricității statice de la o clanță, cu excepția faptului că apare continuu la scară largă. De asemenea, puteți observa că sunetul este mai puternic pe vreme umedă, ceață sau ploioasă. Deoarece aerul umed are mai multe picături de apă, iar apa oferă o cale puțin mai ușoară pentru ca electricitatea să energizeze aerul din apropierea conductorului. Acest lucru face efectul corona mai puternic, astfel încât bâzâitul și trosnitul sunt mai vizibile. Deci, acest câmp electric puternic afectează aerul pe măsură ce trece prin el, dar ce se întâmplă dacă altceva atinge firul?

Este o scenă clasică, nedumerită: o pasăre mică poate să stea pe o linie electrică uriașă, de-înaltă tensiune și să nu aibă nici măcar o pană ciufulită. Și răspunsul este de fapt destul de simplu și totul se rezumă la un principiu de bază al electricității. Electricitatea trebuie să meargă undeva pentru a fi un zap, și asta înseamnă să ai un întreg traseu de urmat – un circuit electric. Trebuie să se mute dintr-un loc cu multă energie într-un loc cu mai puțină energie.

O pasăre care aterizează pe un fir își va avea corpul și firul la același potențial electric ridicat. Deoarece pasărea nu intră în contact cu pământul sau cu un alt fir care poartă o tensiune diferită, nu există nicio cale pentru ca electricitatea să curgă prin pasăre. Current privește pasărea ca pe o fundătură și merge pe calea mult mai ușoară, firul metalic extrem de conductiv. Pasărea este în siguranță pentru că nu face parte dintr-un circuit. O persoană la sol, totuși, face o situație periculoasă. Dacă ai atinge același fir, corpul tău ar fi piesa lipsă. Electricitatea ar găsi imediat o nouă rută de la linia de-înaltă tensiune, prin tine și în pământ. Corpul tău completează circuitul și permite trecerea unei cantități uriașe și letale de energie prin el. De aceea, este atât de important să ții departe de liniile electrice căzute; nu vrei să devii parte din calea electricității.

Una dintre cele mai frecvente întrebări pe care le pun oamenii cu privire la turnurile de transmisie este dacă prezintă pericole pentru sănătate atunci când locuiesc în apropierea liniilor electrice. Câmpul electromagnetic (EMF) este cel care îi îngrijorează – o forță invizibilă de energie creată de toate dispozitivele electrice, inclusiv liniile electrice.

Pentru a cunoaște pericolul, trebuie să știți că nu toate radiațiile sunt create egale. Gândiți-vă la o minge care este aruncată: o aruncare moale cu o minge de tenis este inofensivă, dar o minge de baseball aruncată cu 100 de mile pe oră poate fi periculoasă. De asemenea, există două tipuri principale de radiații. Radiațiile ionizante cu-energie ridicată, cum ar fi razele-X, au suficientă energie pentru a dăuna celulelor. Dar energia de la liniile electrice are o frecvență foarte joasă și, prin urmare, se încadrează în categoria ne-ionizantă, care este, de asemenea, în cazul în care apar EMF de la cablajul și aparatele dvs. de acasă.

După mulți ani în care au făcut o mulțime de lucrări științifice, marile grupuri de sănătate din întreaga lume nu au descoperit că situația în apropierea EMF-urilor de la liniile electrice poate îmbolnăvi oamenii de lucruri precum cancerul. Unele studii anterioare au arătat o mică legătură, dar cele mai multe din ceea ce știm nu arată că rănesc pe nimeni. De asemenea, puterea unui câmp electromagnetic devine mult mai mică pe măsură ce te îndepărtezi de el. Câmpul este mult mai slab la 50 de metri distanță decât chiar sub linie și chiar mai slab în interiorul unei case. Acest principiu de păstrare a unei distanțe de siguranță este unul dintre motivele pentru care vezi zone mari și deschise de teren în jurul turnurilor de transmisie.

Aceste fâșii mari și clare de pământ care merg împreună cu turnurile de transmisie nu sunt doar spații goale, ci au un nume și o utilizare speciale. Această zonă este cunoscută ca drept--de trecere (ROW). Gândiți-vă la aceasta ca pe o cale de siguranță și acces protejată legal pe care compania de utilități o ține pasul. Este important pentru a menține rețeaua electrică să funcționeze bine și oamenii în siguranță, asigurându-vă că casele și alte clădiri sunt suficient de departe de pericol.

Curățarea copacilor din apropierea liniilor electrice previne în principal situațiile periculoase. Dacă un copac mare crește prea aproape, electricitatea ar putea sări la el, ceea ce ar putea cauza o pană de curent sau poate declanșa un incendiu de pădure. În timpul unei furtuni, o ramură de copac care cade poate tăia o linie, lăsând mii de oameni fără curent. Păstrând acest coridor liber de plante înalte-în creștere, utilitățile împiedică producerea acelor incidente previzibile și periculoase. Nu este vorba doar despre evitarea naturii; este o modalitate vitală pentru muncitori de a se deplasa. Când un turn sau o linie necesită o inspecție sau o reparație, lucrătorii trebuie să aibă o cale liberă pentru a ajunge la locație folosind camioane mari și echipamente grele. Dreptul--de trecere vă asigură că puteți trece. Toate acestea ridică o întrebare logică: dacă au nevoie de atât de mult spațiu la suprafață, atunci de ce nu punem toate liniile electrice în subteran?

Cel mai simplu răspuns este costul. Îngroparea liniilor locale de distribuție de cartier este obișnuită, dar îngroparea liniilor masive de transport de înaltă-tensiune nu este o operație mică. Cabluri specializate, multe șanțuri de săpat, sisteme complicate de răcire necesare, așa că punerea acelor linii în subteran costă de 5-10 ori mai mult decât construirea de turnuri mari în aer pentru un proiect care acoperă sute de mile, ceea ce înseamnă că diferența se adună la miliarde de dolari și acel cost suplimentar va ajunge să fie plătit de cei care folosesc electricitate.

Dincolo de primul cost, liniile de metrou au o alegere dificilă între a fi fiabile și ușor de reparat. Beneficiile sunt evidente, sunt ferite de vânt, gheață și copaci căzuți și păstrează priveliștea frumoasă. Dar când ceva nu merge bine, găsirea și repararea lui este o durere uriașă. O defecțiune a unei linii aeriene poate fi văzută de obicei de un elicopter în câteva ore. O defecțiune similară într-un cablu îngropat ar dura zile, dacă nu săptămâni, de săpat și testare pentru a găsi și remedia, provocând întreruperi mult mai lungi. Dar tehnologia schimbă acest calcul. O nouă metodă cunoscută sub numele de transmisie cu curent continuu de înaltă tensiune (HVDC) face mai posibile proiectele subterane și submarine pe distanțe lungi. Spre deosebire de curentul alternativ obișnuit (AC) utilizat de majoritatea părților rețelei, liniile HVDC funcționează mai bine pe distanțe foarte mari și pot fi puse mai ușor în subteran sau sub apă. Și așa se conectează acele parcuri eoliene maritime offshore la continent prin cabluri care se sprijină pe fundul mării, ceea ce ar putea însemna că mai multe dintre rețelele noastre electrice ar putea într-o zi să dispară din vedere.

Giganții tăcuți și de oțel pe care i-ați văzut toată viața nu mai sunt un mister. Mizeria încurcată de metal și fire care înainte te încurcau a devenit clară, deoarece acum poți vedea designul frumos la lucru: cadrul robust cu zăbrele, traversele extensibile care țin liniile separate și izolatorii importanți de sticlă care protejează fluxul de electricitate.

Data viitoare când mergeți la o mașină, puteți recunoaște diferitele forme de turn și puteți vedea lungimea șirurilor izolatoare, care arată nivelul de tensiune al liniei. Fiecare turn este o legătură vizibilă într-un sistem invizibil, o parte fizică a provocării masive de a transporta energie în întreaga națiune. Acestea sunt mai mult decât doar oțel, aceștia sunt caii de lucru ai lumii noastre moderne. De fiecare dată când porniți un întrerupător de lumină, veți avea un nou respect pentru călătoria uimitoare prin care trece electricitatea de la o centrală îndepărtată, peste firele acelea înalte și direct în mână.