Pārraides torņi: elektroenerģijas tīklu mugurkauls

Jūs esat tos redzējuši tūkstoš reižu savos ceļojumos, soļojot pāri kalnu nogāzēm un stāvot sardzē tukšos laukos. Šie klusie tērauda milži, kurus mēs bieži saucam par elektrības balstiem, ir vienas no redzamākajām, bet arī visvairāk aizmirstajām konstrukcijām mūsu apkārtnē. Bet viņu darbs ir daudz lielāks un interesantāks, nekā tikai vadu kopšana.

Iedomājieties, ka tie pārvades torņi ir mūsu elektroenerģijas starpštati. Viņiem ir viens galvenais uzdevums: pārvietot milzīgus enerģijas daudzumus ļoti lielos attālumos, no kurienes elektrība tiek ražota lielajās spēkstacijās, līdz pat mazākiem tīkliem, kas to piegādā jūsu mājā vai birojā. Bez šāda mugurkaula ar lielu jaudu mūsu mūsdienu pasaule nedarbotos.

Tas ir svarīgi, jo tas nozīmē, ka tie tika izstrādāti ar nolūku, un tas liek jums aizdomāties par lietām, par kurām jūs, iespējams, jau esat domājis. Inženieriem ir liela problēma: kā panākt, lai visa enerģija kustētos, nezaudējot lielāko daļu tās? Un šī atbilde izskaidros, kāpēc torņi ir tik augsti, kāpēc vadi atrodas tik tālu viens no otra un ko dara tās stikla lietas, kas karājas no torņu malām. Aplūkojot to loģiku, jūs sapratīsit neredzamo ceļojumu, ko elektrība veic katru dienu. Mēs atklāsim noslēpumus, kas slēpjas pazīstamajos siluetos, kāpēc tiem ir tik īpašas formas un kāpēc putni var droši uzsēsties uz tiem. Jūs redzēsiet ne tikai torni, bet arī mūsu elektriskās pasaules mugurkaulu.

Jūs esat redzējuši viņus soļojam pa laukiem un lielceļiem, bet vai zināt, kam ir paredzēti pārraides torņi? Tie ir diezgan vienkārši: tie vienkārši notur lielās, īpaši jaudīgās{0}}elektrības līnijas ar savu īpašo drēbju pakaramo. Tornis pats par sevi nav elektriska sastāvdaļa; viss, kas tam jādara, ir jābūt pietiekami stipram un garam, lai noturētu smagus, augstsprieguma-vadus, kas nav pieejami cilvēkiem, kokiem un uz zemes esošajām ēkām. Šīs sistēmas īstais, neredzamais varonis ir gaiss. Paceļot elektropārvades līnijas tik augstu, tornis izveido milzīgu, aizsargājošu gaisa spilvenu starp vadu un zemi. Gaiss ir lielisks dabiskais izolators, kas nozīmē, ka tas neļauj elektrībai lēkt vietās, kur tai nepieder. Torņa uzdevums ir tikai saglabāt šo drošo gaisa telpu. Bez šī rūpīgi pārvaldītā attāluma milzīgajai jaudai šajās līnijās nebūtu problēmu atrast bīstamu saīsni uz zemi.

Ja elektrība iet uz jūsu sienas kontaktligzdu, tad kāpēc gan nenosūtīt to tieši uz šo drošo zemo spriegumu no elektrostacijas? Padomājiet par to kā mēģinājumu pārvietot ūdeni lielā attālumā. Parasta dārza šļūtene ar nelielu spiedienu nedarbosies labi, jo ceļā tiktu zaudēts pārāk daudz ūdens. Lai efektīvi pārvietotu daudz ūdens, jums vajadzētu izmantot kaut ko ar lielu spiedienu, varbūt pat cauruli. Arī elektrība ir līdzīga, tai ir vajadzīgs kaut kāds "spiediens", lai tiktu tālu, nezaudējot spēkus.

Un šo elektrisko spiedienu saucspriegums. Elektroenerģijas paaugstināšana līdz ļoti augstam spriegumam ļauj elektroenerģijas uzņēmumiem nosūtīt milzīgus enerģijas daudzumus simtiem jūdžu attālumā, nezaudējot daudz enerģijas. Un tas ir elektroenerģijas pārvades noslēpums. Ja viņi mēģinātu to nosūtīt, izmantojot zemo spriegumu, ko izmanto jūsu māja, tad gandrīz visa enerģija pazustu kā siltums, padarot elektropārvades līnijas par pasaulē garāko un bezjēdzīgāko tosteri. Tāpēc pārraides torņiem ir jābūt tik augstiem un iespaidīgiem. Tā kā elektrība uz vadiem ir tik augsta sprieguma, ir pārāk bīstami atrasties cilvēku vai ēku tuvumā. Torņa augstums nodrošina nepieciešamo drošības spilvenu, saglabājot šo milzīgo spēku droši augstu gaisā. Un, protams, šī jaudīgā elektrība ir "jānolaiž" līdz izmantojamam līmenim, kas mūs noved pie nākamās mīklas daļas.

Jūs nevarat vienkārši ieslēgt vai izslēgt elektrības "spiedienu" kā krānu. Šo svarīgo uzdevumu veic kaut kas, ko sauc par transformatoru. Padomājiet par transformatoru kā elektrības tīkla pārnesumkārbu. Automašīna maina pārnesumus, lai kontrolētu jaudu un ātrumu, un transformators to pašu dara ar elektrību, pārslēdzot to no augsta uz zemu spriegumu, lai to varētu izmantot gan gariem, gan īsiem braucieniem.

Tūlīt pēc elektrības padeves tā nonāk elektrostacijas “pakāpju{0}}uz augšu” transformatorā. Šī lieta liek spriegumam pieaugt, sagatavojot to lielajam ceļojumam pa valsti pa elektrības līnijām starp torņiem. Tas ir tāpat kā ieslēgšana automašīnai pirms ilga brauciena, lai tā varētu nobraukt tālu, neizmantojot pārāk daudz degvielas. Bez šiem jaudas transformatoriem nebūtu tādas lietas kā augstsprieguma{4}}pārvade. Un, kad elektropārvades līnijas tuvojas mūsu pilsētām, elektrība nonāk apkārtnes apakšstacijās. Šajā gadījumā "pakāpj-uz leju" transformatori veic pretēju darbu; tie samazina ārkārtīgi augsto spriegumu līdz daudz zemākam, drošam spriegumam uzņēmumiem un mājām. Pārraides apakšstacija ir pēdējā “pārslēgšanās uz leju-”, kas padara jaudu noderīgu jūsu ikdienas dzīvē. Spriegums šobrīd ir kontrolēts, pāriesim pie konstrukcijām, kas nes līnijas.

Lai gan tie var šķist sapinies metāla haoss, pārraides torņi patiesībā ir diezgan eleganti. Galvenais korpuss ir arežģu tornis, kurā tiek izmantots šķērsām siju raksts, lai piešķirtu tai pārsteidzošu izturību un vēja pretestību, izmantojot pēc iespējas mazāku materiālu daudzumu. Tas ir skelets, tas ir tikai garš un pietiekami stiprs, lai noturētu smagās daļas un izturētu laika apstākļus. Tas ir inženierijas efektivitātes varoņdarbs, kas izgatavots tā, lai būtu izturīgs, bet tomēr nedaudz viegls.

Skelets no tā izceļas, un tos sauc par garajām rokāmkrustojumi. Viņu darbs ir viegls, taču ļoti svarīgs: turiet šīs spēcīgās elektriskās līnijas vienu no otras un arī no torņa. Spriegums ir tik augsts, ka elektrība var "pārlēkt" pa gaisu pārsteidzoši lielu attālumu. Šķērssviras darbojas kā starplikas, pārliecinoties, ka starp vadiem ir droša gaisa telpa, lai elektrība neplūst (nepārlēktu) no viena vada uz otru, kas varētu radīt lielu, bīstamu īssavienojumu.

Visbeidzot, paši vadi. Nozarē tos nesauc vienkārši par vadiem, tie irdiriģenti. Tie parasti ir izgatavoti no alumīnija, kas labi vada elektrību un ir arī ļoti viegls, aptīts ap tērauda serdi, kas nodrošina līnijas izturību. Šī kombinācija labi darbojas, lai dotos lielos attālumos bez pārāk lielas noslīdēšanas. Bet tad mēs nonākam pie lielā jautājuma: ja visi šie vadītāji nes elektrību un tornis ir izgatavots no metāla, kā tas nākas, ka elektrība vienkārši neieplūst zemē? Un tieši tad parādās vissvarīgākā lieta, par ko jūs bieži aizmirstat.

Tās ir stikla vai keramikas disku virtenes, kuras jūs, iespējams, pamanījāt karājoties pie torņa rokām. Tie ir izolatori, un tie veic vienu no vissvarīgākajiem drošības darbiem visā elektrotīklā. Uztveriet tos kā gumijas pārklājumu uz jūsu mājas strāvas vada, tie ir radīti, lai apturētu elektrības izzušanu. Augstsprieguma vadītājs ir savienots ar izolatora virknes apakšējo daļu, un augšējais gals ir savienots ar torni. Un tas veido sava veida ne-elektrisku barjeru, lai visa šī līnijas jauda nekad nevarētu nokļūt līdz metāla torņam un nonākt zemē.

Šo svarīgo lomu padara iespējamu fakts, ka tādi materiāli kā stikls un porcelāns slikti vada elektrību. Elektrībai, kas plūst caur vadītāju, izolators ir vienkārši strupceļš. Šī šķēršļa priekšā elektrībai nav citas izejas, kā vien turpināt plānoto maršrutu pa vadu. Bez šiem vienkāršajiem, bet efektīvajiem izolatoriem katrs pārraides tornis pārvērstos par milzīgām, elektrificētām briesmām, izraisot visas sistēmas īssavienojumu. Šeit ir kaut kas foršs, ko varat meklēt savā nākamajā ceļojumā: izolatora virknes garums norāda, cik daudz jaudas ir līnijai. Augstākiem spriegumiem ir lielāka spēja "lēkt" pāri spraugai, tāpēc tiem ir nepieciešama lielāka atdalīšana, lai tos droši ierobežotu. Līnijai ar 765 000 voltu var būt nepieciešama gara trīsdesmit vai vairāk disku virkne, savukārt 138 000 voltu līnijai var būt nepieciešami tikai astoņi vai desmit. Tāpēc, jo garāka ir izolatoru virkne, jo spēcīgāka tā aiztur elektrību.

Pamanot pārraides torņus, jūs redzēsit, ka tiem ir dažādas formas. Daži no tiem ir izstiepti tērauda tīkli, daži ir glīti un vienkārši stabi. Šāda veida atšķirība nav saistīta tikai ar izskatu, bet gan praktisku izvēli no diviem galvenajiem veidiem. Klasiskā, krusteniskā ir arežģu tornis. Tās plānākais radinieks, kas bieži tiek pamanīts blakus lielceļiem, tiek saukts par amonopola pilons. Kāpēc viņi izskatās tik atšķirīgi? Parasti tas notiek tāpēc, ka kādam bija jāizdara izvēle, vai tērēt vairāk naudas vai izmantot vairāk vietas uz zemes.

Režģu torņi ir nozares darba zirgi to neticamā spēka un cenas ziņā, kas izgatavoti no daudziem maziem, leņķiskiem tērauda gabaliem. Viņiem ir tīmeklim līdzīga struktūra, kas ir izturīga un izturīga, taču tai ir viens būtisks mīnuss — tas aizņem milzīgu zemes daudzumu. Četras plaši izstieptas kājas, tām ir nepieciešams daudz vietas uz zemes, tāpēc tām parasti ir garš, tukšs ceļš, ko sauc par labo-no-ceļu. Tas padara tos piemērotus atklātai zemei ​​ar lielu zemi. Turpretim monopola pilons ir atbilde uz šaurām vietām. Tā būvniecība un uzstādīšana ir dārgāka, taču tai ir mazs nospiedums. Viens stabs aizņem daudz mazāk vietas nekā režģu tornis, tāpēc tas ir piemērots pārpildītām piepilsētas zonām vai pie lielceļiem, kur nav pietiekami daudz vietas lielam režģu tornim. Neatkarīgi no tā, vai mēs izvēlamies režģa torni vai monopola pilonu, tas ir atkarīgs no vides, un izmantojamā torņa veids ir tikai praktiska atbilde uz pieejamo telpu.

Tie tērauda torņi, kas soļo pa ainavu, ir visredzamākās milzīgas, savienotas{0}}elektrosistēmas daļas. Uztveriet tos kā starpvalstu ceļus valsts mēroga elektroenerģijas maģistrāļu tīklā. Taču tāpat kā jūs nevarat aizbraukt ar automašīnu tieši no rūpnīcas uz savu piebraucamo ceļu, neizmantojot vietējos ceļus, elektrībai ir jāveic līdzīgs vairāku-pakāpju ceļš, lai sasniegtu jūsu māju.

Tas sākas elektrostacijā, kas ražo elektrību. Lai dotos garajā ceļojumā, jaudu palielina (vai "pastiprina") lielās mašīnas, ko sauc par transformatoriem, līdz ļoti augstam spriegumam. Tas ir līdzīgi ūdens spiediena paaugstināšanai, lai caur cauruli varētu plūst liels tilpums ar mazāku enerģijas zudumu. Pārraides torņi ved šīs augstsprieguma-līnijas simtiem jūdžu garumā, veidojot galveno tīkla daļu.

Un galu galā tam ir jānokāpj no šosejas. Un to dara pārvades apakšstacija — tās lielās nožogotās-vietas ar visiem transformatoriem un aprīkojumu, ko, iespējams, pamanījāt netālu no pilsētām. Šeit augstsprieguma-elektrība tiek "pazemināta" uz daudz zemāku, drošāku spriegumu. Tas ir būtisks savienojums starp tālsatiksmes{5}}elektrotīklu un vietējās kopienas elektrotīklu. No apakšstacijas zemsprieguma elektrība- iet pa mazākām, pazīstamākām elektropārvades līnijām, kas parasti tiek piekārtas koka stabos gar pilsētas ielām. Šīs līnijas nodrošina strāvu pēdējam transformatoram, kas atrodas netālu no jūsu mājas, kas vēl vienu reizi pazemina spriegumu, pirms tas nonāk jūsu mājās un sasniedz sienas kontaktligzdu, gaidot izmantošanu. Šis milzīgais enerģijas daudzums, kas pārvietojas, ne vienmēr ir pilnīgi kluss, tāpēc dažreiz var dzirdēt dīvainus trokšņus.

Ja iepriekš esat bijis liela pārraides torņa tuvumā, iespējams, esat dzirdējis kaut kādu dūkoņu vai sprakšķēšanu. Šī skaņa neliecina par briesmām, tā ir vienkārši zināma un normāla parādība, kas pazīstama kā korona izlāde. Tā ir visas tās spēcīgās elektrības skaņa uz līnijas, kas mijiedarbojas ar visām gaisa molekulām visapkārt. Var šķist, ka tā ir kļūme, bet patiesībā tā ir neliela, paredzama enerģijas noplūde, kas notiek ar ļoti augstu spriegumu.

Iedomājieties milzīgo elektrisko "spiedienu" šajās līnijās. Tas ir tik spēcīgs, ka gaisa daļiņas, kas atrodas tieši blakus vadam, var elektriski uzlādēt vai jonizēt. Tā ir tāda kā neliela, pastāvīga dzirkstele, un visi šie sīkie zvani kopā rada dzirdamo dūkoņu. Tas ir nedaudz līdzīgs statiskās elektrības sprakšķēšanai no durvju roktura, izņemot to, ka tas notiek nepārtraukti plašā mērogā. Varat arī pamanīt, ka skaņa ir skaļāka mitrā, miglainā vai lietainā laikā. Tā kā mitrā gaisā ir vairāk ūdens pilienu, un ūdens nodrošina nedaudz vieglāku ceļu elektrībai, lai barotu gaisu pie vadītāja. Tas padara korona efektu spēcīgāku, tāpēc ir pamanāmāki trokšņi un sprakšķēšana. Tātad šis spēcīgais elektriskais lauks ietekmē gaisu, kad tas iet caur to, bet kas notiek, ja kaut kas cits pieskaras vadam?

Tā ir klasiska, mulsinoša aina: mazs putns var sēdēt uz milzīgas, augstsprieguma{0}}elektrības līnijas un viņam pat nav saburzīta neviena spalviņa. Un atbilde patiesībā ir diezgan vienkārša, un tas viss ir saistīts ar vienu elektrības pamatprincipu. Elektrībai kaut kur ir jāiet, lai notiktu aizsprostojums, un tas nozīmē, ka tai ir jāiziet vesels maršruts – elektriskā ķēde. Tam ir jāpārvietojas no vietas, kurā ir daudz enerģijas, uz vietu, kurā ir mazāk enerģijas.

Putnam, kas nolaižas uz viena vada, ķermenim un vadam būs vienāds augsts elektriskais potenciāls. Tā kā putns nesaskaras ar zemi vai citu vadu, kam ir atšķirīgs spriegums, elektrībai nav ceļa, kas plūst caur putnu. Pašreizējais skatās uz putnu kā uz strupceļu un iet pa daudz vieglāko ceļu — ļoti vadošo metāla stiepli. Putns ir drošs, jo tas neietilpst ķēdē. Tomēr cilvēks, kas atrodas uz zemes, rada bīstamu situāciju. Ja jūs pieskartos tai pašai stieplei, jūsu ķermenis būtu trūkstošais gabals. Elektrība nekavējoties atrastu jaunu ceļu no augstsprieguma-līnijas caur jums un nonāktu zemē. Jūsu ķermenis pabeidz ķēdi un ļauj tam iziet milzīgam, letālam enerģijas daudzumam. Tāpēc ir tik svarīgi turēties tālāk no kritušām elektropārvades līnijām; jūs nevēlaties kļūt par daļu no elektrības ceļa.

Viens no biežākajiem jautājumiem, ko cilvēki uzdod par pārvades torņiem, ir tas, vai tie nerada draudus veselībai, dzīvojot tuvu elektropārvades līnijām. Viņus satrauc elektromagnētiskais lauks (EMF) – neredzams enerģijas spēks, ko rada visas elektriskās ierīces, tostarp elektropārvades līnijas.

Lai zinātu briesmas, ir jāzina, ka ne viss starojums tiek radīts vienāds. Padomājiet par bumbiņas mešanu: mīksta mešana ar tenisa bumbiņu ir nekaitīga, bet beisbola bumba, kas mētājas ar ātrumu 100 jūdzes stundā, var būt bīstama. Tāpat ir divi primārie starojuma veidi. Augstas-enerģijas jonizējošajam starojumam, piemēram, rentgena stariem, ir pietiekami daudz enerģijas, lai nodarītu kaitējumu šūnām. Taču enerģija no elektropārvades līnijām ir ļoti zemas frekvences, tāpēc tā ietilpst ne-jonizējošā kategorijā, kurā ietilpst arī EML no jūsu mājas elektroinstalācijas un ierīcēm.

Pēc daudzu gadu ilga zinātniskā darba lielas veselības grupas visā pasaulē nav atklājušas, ka atrašanās elektrolīniju EML tuvumā var saslimt ar tādām slimībām kā vēzis. Daži iepriekšējie pētījumi liecināja par nelielu saikni, taču lielākā daļa no mums zināmā neliecina, ka tie kādam ir nodarījuši pāri. Turklāt elektromagnētiskā lauka spēks kļūst daudz mazāks, attālinoties no tā. Laukums ir daudz vājāks 50 pēdu attālumā nekā tieši zem līnijas, un vēl vājāks mājā. Šis drošas distances ievērošanas princips ir viens no iemesliem, kāpēc ap pārraides torņiem redzat lielas, atklātas zemes platības.

Šīs lielās, skaidrās zemes joslas, kas iet kopā ar pārraides torņiem, nav tikai tukšas vietas, tām ir īpašs nosaukums un pielietojums. Šis apgabals ir pazīstams kā labā-no-ceļa (ROW). Uztveriet to kā ar likumu aizsargātu drošības un piekļuves ceļu, ko nodrošina komunālo pakalpojumu uzņēmums. Tas ir svarīgi, lai nodrošinātu labu elektrotīkla darbību un cilvēku drošību, nodrošinot, ka mājas un citas ēkas atrodas pietiekami tālu no briesmām.

Koku tīrīšana elektrolīniju tuvumā galvenokārt novērš bīstamas situācijas. Ja dižkoks aug pārāk tuvu, tam var pārlēkt elektrība, kas var izraisīt strāvas padeves pārtraukumu vai meža ugunsgrēku. Vētras laikā krītošs koka zars var nogriezt līniju, tūkstošiem cilvēku atstājot bez elektrības. Saglabājot šo koridoru bez augstiem-augošiem augiem, komunālie pakalpojumi aptur šo paredzamo un bīstamo incidentu rašanos. Tas nav tikai par izvairīšanos no dabas; tas ir būtisks veids, kā strādniekiem pārvietoties. Ja tornim vai līnijai nepieciešama pārbaude vai remonts, darbiniekiem ir jābūt brīvam ceļam, lai sasniegtu vietu, izmantojot lielas kravas automašīnas un smago aprīkojumu. Pareizi-no-nodrošina, ka varat tikt cauri. Tas viss rada loģisku jautājumu: ja viņiem ir nepieciešams tik daudz vietas uz virsmas, tad kāpēc mēs vienkārši nenovietojam visas elektropārvades līnijas pazemē?

Vienkāršākā atbilde ir izmaksas. Vietējo, apkaimes sadales līniju aprakt ir izplatīta, taču masīvo augstsprieguma{1}}pārvades līniju aprakt nav mazs sasniegums. Specializēti kabeļi, daudz rakšanas tranšeju, nepieciešamas sarežģītas dzesēšanas sistēmas, tāpēc šo līniju novietošana pazemē izmaksā 5-10 reizes vairāk nekā lielu torņu celtniecība gaisā simtiem jūdžu garumā, kas nozīmē, ka starpība kopā veido miljardus dolāru un šīs papildu izmaksas galu galā maksās cilvēki, kuri izmanto elektrību.

Papildus šīm pirmajām izmaksām pazemes līnijām ir grūti izvēlēties, vai tās ir uzticamas un viegli salabojamas. Ieguvumi ir acīmredzami, tie ir pasargāti no vēja, ledus un krītošiem kokiem, kā arī saglabā jauko skatu. Bet, ja kaut kas noiet greizi, to atrast un labot ir milzīgas sāpes. Gaisvadu līnijas bojājumu parasti helikopters var redzēt dažu stundu laikā. Līdzīga kļūme apraktā kabelī prasīs vairākas dienas, ja ne nedēļas, rakšana un testēšana, lai to atrastu un novērstu, izraisot daudz ilgākus pārtraukumus. Taču tehnoloģija maina šo aprēķinu. Jauna metode, kas pazīstama kā augstsprieguma līdzstrāvas (HVDC) pārraide, padara iespējamus tālsatiksmes pazemes un zemūdens projektus. Atšķirībā no parastās maiņstrāvas (AC), ko izmanto lielākajā daļā tīkla daļu, HVDC līnijas darbojas labāk ļoti lielos attālumos, un tās var vieglāk novietot zem zemes vai zem ūdens. Un šādi šie masīvie jūras vēja parki tiek savienoti ar cietzemi, izmantojot kabeļus, kas atrodas jūras gultnē, kas varētu nozīmēt, ka kādu dienu vairāk mūsu elektrotīklu var vienkārši pazust no redzesloka.

Klusie tērauda milži, kurus esat redzējis visu savu dzīvi, vairs nav noslēpums. Metāla un vadu juceklis, kas agrāk jūs mulsināja, ir kļuvis skaidrs, jo tagad varat redzēt skaisto dizainu darbā: izturīgo režģa rāmi, izvelkamos šķērsstieņus, kas nošķir līnijas, un svarīgos stikla izolatorus, kas aizsargā elektrības plūsmu.

Nākamreiz, kad dodaties braucienā, varat atpazīt dažādas torņu formas un redzēt izolatora virkņu garumu, kas parāda līnijas sprieguma līmeni. Katrs tornis ir redzama saikne neredzamā sistēmā, fiziska daļa no milzīga izaicinājuma transportēt enerģiju visā valstī. Tie ir vairāk nekā tikai tērauds, tie ir mūsu mūsdienu pasaules darba zirgi. Katru reizi, ieslēdzot gaismas slēdzi, jūs jutīsit jaunu cieņu pret apbrīnojamo ceļojumu, ko elektrība iet no tālas elektrostacijas, pa augstajiem vadiem un tieši pie jūsu rokas.