Edastustornid: elektrivõrkude selgroog

Olete näinud neid tuhat korda oma maanteeretkedel, marssimas üle mäenõlvade ja seismas tühjadel põldudel. Need vaiksed terasest hiiglased, mida me sageli nimetame elektripüloonideks, on meie ümbruskonna kõige nähtavamad, kuid ka tähelepanuta jäetud ehitised. Kuid nende töö on palju suurem ja huvitavam kui lihtsalt hunniku juhtmeid üleval hoida.

Kujutage ette, et need ülekandetornid on meie elektrienergia osariigid. Neil on üks põhiülesanne: viia tohutul hulgal võimsust väga kaugele, kust elektrit toodetakse suurtes elektrijaamades kuni väiksemate võrkudeni, mis toovad selle teie majja või kontorisse. Ilma sellise suure võimsusega selgroota meie kaasaegne maailm ei töötaks.

See on oluline, sest see tähendab, et need loodi sihilikult ja paneb sind mõtlema asjade üle, millele oled ilmselt varem mõelnud. Inseneridel on suur probleem: kuidas saada kogu see energia liikuma, ilma et kaotataks suuremat osa sellest teel? Ja see vastus selgitab, miks tornid nii kõrged on, miks juhtmed üksteisest nii kaugel on ja mida need tornide külgedel rippuvad klaasasjad teevad. Vaadates nende taga olevat loogikat, mõistate nähtamatut teekonda, mille elekter iga päev võtab. Avastame tuttavate siluettide sees peituvad saladused, miks neil nii erilised kujud on ja miks võivad linnud neile turvaliselt istuda. Te ei näe ainult torni, vaid näete meie elektrimaailma selgroogu.

Olete näinud neid marssimas üle põldude ja maanteede, aga kas teate, milleks on ülekandetornid? Need on üsna lihtsad: nad lihtsalt hoiavad vastu suuri ülivõimsaid elektriliine oma spetsiaalse riidenagiga. Torn ei ole iseenesest elektrikomponent; see peab olema vaid tugev ja piisavalt kõrge, et hoida raskeid kõrgepinge{2}}juhtmeid üleval ning inimestest, puudest ja maapinnal asuvatest hoonetest kättesaamatus kohas. Selle süsteemi tõeline, nähtamatu kangelane on õhk. Tõstes elektriliine nii kõrgele, moodustab torn traadi ja maa vahele tohutu kaitsva õhkpadja. Õhk on suurepärane looduslik isolaator, mis tähendab, et see ei lase elektrit hüpata kohtadesse, kuhu see ei kuulu. Torni ülesanne on lihtsalt hoida seda turvalist õhuruumi. Ilma selle hoolikalt juhitud vahemaata poleks nende liinide tohutul jõul probleeme ohtliku otsetee leidmisega maa peale.

Kui elekter läheb teie seinakontakti, siis miks mitte saata see otse elektrijaama turvalise madala pingega sinna? Mõelge sellele kui katsele veeta suure vahemaa tagant. Tavaline vähese survega aiavoolik ei töötaks hästi, sest teekonnal läheb liiga palju vett kaotsi. Suure vee tõhusaks teisaldamiseks võiksite kasutada midagi suure survega, võib-olla isegi toru. Elekter on ka sarnane, see vajab mingit "survet", et jõuda jõudu kaotamata kaugele jõuda.

Ja seda elektrilist rõhku nimetataksepinge. Elektrienergia tõstmine väga kõrgele pingele võimaldab elektriettevõtetel saata tohutul hulgal energiat sadade miilide kaugusele ilma palju energiat kaotamata. Ja see on elektri edastamise saladus. Kui nad prooviksid saata seda madala pingega, mida teie maja kasutab, kaoks peaaegu kogu energia soojusena, muutes elektriliinidest maailma pikima ja kasutuma röstri. Seetõttu peavad ülekandetornid olema nii kõrged ja imposantsed. Kuna juhtmete elekter on nii kõrge pingega, on inimeste või hoonete läheduses viibimine liiga ohtlik. Torni kõrgus annab vajaliku turvapadja, hoides seda tohutut jõudu turvaliselt õhus. Ja loomulikult tuleb see võimas elekter "alla võtta" kasutatavale tasemele, mis viib meid pusle järgmise osani.

Elektri "survet" ei saa lihtsalt kraanina sisse või välja lülitada. Selle olulise ülesande teeb midagi, mida nimetatakse trafoks. Mõelge trafole kui elektrivõrgu käigukastile. Auto vahetab käike võimsuse ja kiiruse juhtimiseks ning trafo teeb sama asja elektriga, lülitades selle kõrgelt pingelt madalpingele, et seda saaks kasutada nii pikkadel kui ka lühikestel sõitudel.

Kohe pärast elektri tootmist läheb see elektrijaamas nn samm{0}}ülestransformaatorisse. See asi paneb pinge tõusma, valmistades selle ette suureks reisiks üle riigi tornidevahelistel elektriliinidel. See on nagu auto kõrge käigu sisselülitamine enne pikale teele minekut, et see saaks ilma liigse gaasi kulutamata kaugele sõita. Ilma nende jõutrafodeta poleks sellist asja nagu kõrge-pinge ülekanne. Ja kui elektriliinid jõuavad meie linnade lähedale, läheb elekter naabruskonna alajaamadesse. Sel juhul teevad "samm{7}}alla" trafod vastupidist tööd; need vähendavad ülikõrge pinge alla palju madalama, ettevõtete ja majade jaoks ohutu pingeni. Edastamise alajaam on viimane vahetus-, mis muudab toite teie igapäevaelus kasulikuks. Pinge on nüüd kontrollitud, liigume edasi liine kandvate konstruktsioonide juurde.

Kuigi need võivad tunduda sassis metallist segadusena, on ülekandetornid tegelikult üsna elegantsed. Põhikorpus on avõre torn, mis kasutab ristuvat talade mustrit, et anda sellele hämmastav tugevus ja tuulekindlus, kasutades võimalikult vähe materjale. See on skelett, see on ainult pikk ja piisavalt tugev, et hoida raskeid osi ja taluda ilma. See on insenertehniline tõhususe saavutus, mis on tehtud tugevaks, kuid siiski mõnevõrra kergeks.

Skelett on sellest välja paistnud, nimetatakse tornideks pikkadeks käteksristrelvad. Nende töö on lihtne, kuid elutähtis: hoidke need tugevad elektriliinid üksteisest ja ka tornist eemal. Pinge on nii kõrge, et elekter võib "hüppada" läbi õhu üllatavalt suure kauguse. Ristharud töötavad vahetükkidena, tagades, et juhtmete vahel oleks ohutu õhuruum, et elekter ei liiguks (hüppaks) ühelt juhtmelt teisele, mis võib tekitada suure ohtliku lühise.

Lõpuks juhtmed ise. Tööstuses ei nimetata neid lihtsalt juhtmeteks, vaid neid ondirigendid. Tavaliselt on need valmistatud alumiiniumist, mis juhib hästi elektrit ja on ka väga kerge, ümbritsetud terassüdamiku ümber, mis annab liinile tugevuse. See kombinatsioon sobib hästi pikkade vahemaade läbimiseks ilma liigse longuseta. Aga siis jõuame suure küsimuseni: kui kõik need juhid kannavad elektrit ja torn on metallist, siis miks ei tulda elekter lihtsalt otse maasse? Ja just siis tuleb esile kõige olulisem asi, mille sa sageli unustad.

Need on klaas- või keraamilised ketaste nöörid, mida olete võib-olla märganud torni käsivarte küljes rippumas. Need on isolaatorid ja täidavad üht kõige olulisemat ohutustööd kogu elektrivõrgus. Mõelge neile kui teie kodu toitejuhtme kummist kattele, need on loodud peatama elektrisurma oma rööbastes. Kõrgepingejuht on ühendatud isolaatori stringi põhjaga ja ülemine ots on ühendatud torniga. Ja see moodustab omamoodi mitteelektrilise tõkke, nii et kogu liinil olev jõud ei pääse kunagi metalltorni ja laskub maasse.

Selle olulise rolli teeb võimalikuks asjaolu, et sellised materjalid nagu klaas ja portselan juhivad elektrit halvasti. Juhti läbiva elektri jaoks on isolaator lihtsalt tupiktee. Selle takistuse ees ei ole elektril muud võimalust, kui minna oma planeeritud marsruuti mööda traati edasi. Ilma nende lihtsate, kuid tõhusate isolaatoriteta muutuks iga ülekandetorn tohutuks elektrifitseeritud ohuks, põhjustades kogu süsteemi lühise. Siin on midagi lahedat, mida võite oma järgmisel reisil otsida: isolaatoripaela pikkus näitab teile liini võimsust. Kõrgematel pingetel on suurem võime "hüppada" üle lünga, seega vajavad need rohkem eraldamist, et neid ohutult hoida. 765 000-voldine liin võib vajada pikka kolmekümnest või enamast kettast koosnevat jada, samas kui 138 000-voldine liin võib vajada vaid kaheksat või kümmet. Seega, mida pikem on isolaatorite jada, seda tugevamalt see elektrit tagasi hoiab.

Kui märkate ülekandetorne, näete, et neil on erinev vorm. Mõned on laialivalguvad terasvõrgud, mõned on korralikud ja lihtsad postid. Selline erinevus ei seisne ainult välimuses, vaid pigem praktilises valikus kahe peamise tüübi hulgast. Klassikaline ristlõikeline on avõre torn. Tema saledamat sugulast, keda kohtab sageli maanteede ääres, kannab nimi amonopoolne püloon. Miks nad nii erinevad välja näevad? Tavaliselt on põhjuseks see, et keegi pidi tegema valiku, kas kulutada rohkem raha või kasutada rohkem maapinnal olevat ruumi.

Võretornid on oma uskumatu tugevuse ja taskukohasuse tõttu selle tööstuse tööhobused, mis on valmistatud arvukatest väikestest nurga all olevatest terasetükkidest. Neil on veebilaadne-struktuur, mis on vastupidav ja vastupidav, kuid sellel on üks suur negatiivne külg – see võtab tohutul hulgal maad. Neli laiaks sirutatud jalga vajavad maapinnal palju ruumi, nii et neil on tavaliselt pikk ja tühi tee, mida nimetatakse parem-teel-. See muudab need sobivaks avatud maale, kus on palju maad. Seevastu monopoolpülon on vastus kitsastele kohtadele. Selle ehitamine ja seadistamine on kulukam, kuid sellel on väike jalajälg. Üks post võtab palju vähem ruumi kui võretorn, mistõttu sobib see rahvarohketesse linnalähipiirkondadesse või maanteede äärde, kus suure võretorni jaoks ruumi ei jätku. See, kas valime võretorni või monopoolpülooni, sõltub keskkonnast ja see, millist torni me kasutame, on lihtsalt praktiline reaktsioon olemasolevale ruumile.

Need üle maastiku marssivad terastornid on tohutu ühendatud{0}}elektrisüsteemi kõige ilmsemad osad. Mõelge neile kui osariikidevahelistele maanteedele üleriigilises elektrivõrgus. Kuid nagu te ei saa autoga tehasest otse sissesõiduteele ilma kohalikke teid kasutamata, peab elekter teie koju jõudmiseks läbima sarnase mitmeetapilise teekonna.

See algab elektrijaamast, mis toodab elektrit. Pikale reisile minekuks suurendavad (või "tõstvad") võimsust väga kõrgele pingele suured masinad, mida nimetatakse trafodeks. See sarnaneb veesurve tõstmisega, et toru kaudu saaks voolata suur kogus väiksema energiakaoga. Edastustornid kannavad neid kõrge-pingeliine sadade miilide ulatuses, moodustades võrgu põhiosa.

Ja lõpuks peab see kiirteelt maha saama. Ja seda teebki ülekandealajaam – need suured aiaga piiratud{1}}kohad, kus on kõik trafod ja seadmed, mida olete ehk linnade lähedal märganud. Siin alandatakse kõrge-pingega elekter palju madalamaks ja ohutumaks pingeks. See on ülioluline ühendus kaug-elektrivõrgu ja kohaliku kogukonna elektrivõrgu vahel. Alajaamast läheb madalpinge{7}}elekter läbi väiksemate tuttavamate elektriliinide, mis on tavaliselt linnatänavate äärde puitpostide külge riputatud. Need liinid kannavad toidet viimasesse teie maja lähedal asuvasse trafosse, mis alandab pinget veel kord, enne kui see läheb teie koju ja jõuab teie seinakontakti, oodates kasutamist. See tohutu hulk energiat, mis liigub, ei ole alati täiesti vaikne, mistõttu võite mõnikord kuulda veidraid helisid.

Kui olete varem suure ülekandetorni lähedal olnud, olete võib-olla kuulnud mingit suminat või praksumist. See heli ei viita mingile ohule, see on lihtsalt tuntud ja tavaline nähtus, mida tuntakse koroonalahendusena. See on kogu selle võimsa elektri hääl, mis suhtleb kõigi ümbritsevate õhumolekulidega. See võib tunduda veana, kuid tegelikult on see väike eeldatav energialeke, mis tekib väga kõrge pinge korral.

Kujutage ette tohutut elektrilist "rõhku" nendes liinides. See on nii võimas, et võib panna traadi kõrval olevad õhuosakesed elektriliselt laetuks või ioniseerima. See on nagu väike, pidev säde ja kõik need pisikesed segad koos tekitavad sumiseva heli, mida kuulete. See sarnaneb mõneti uksepiita staatilise elektri praginaga, välja arvatud see, et see esineb pidevalt suures ulatuses. Samuti võite märgata, et heli on valjem märja, uduse või vihmase ilmaga. Kuna niiskes õhus on rohkem veepiisku ja vesi annab elektrile veidi lihtsama tee juhi lähedal oleva õhu pingestamiseks. See muudab koroonaefekti tugevamaks, nii et sumin ja praksumine on paremini märgatav. Niisiis, see tugev elektriväli mõjutab õhku, kui see seda läbib, kuid mis juhtub, kui traati puudutab midagi muud?

See on klassikaline, segadusse ajav stseen: väike lind võib istuda tohutul kõrgepingeliinil{0}} ja tal pole isegi ühtki sulgi sasitud. Ja vastus on tegelikult üsna lihtne ja see kõik taandub ühele elektri põhiprintsiibile. Elekter peab kuhugi minema, et tekiks segadus, ja see tähendab, et sellel peab olema terve marsruut – elektriahel. See peab liikuma kohast, kus on palju energiat, vähem energiaga kohta.

Ühele juhtmele maanduva linnu keha ja juhtme elektripotentsiaal on sama kõrge. Kuna lind ei puutu kokku maapinna või mõne muu erinevat pinget kandva juhtmega, siis puudub elektril lindu läbimiseks tee. Praegune vaatleb lindu kui tupikteed ja läheb mööda palju lihtsamat teed, väga juhtivat metalltraati. Lind on ohutu, sest ta ei kuulu vooluringi. Maa peal viibiv inimene tekitab aga ohtliku olukorra. Kui puudutaksite seda sama traati, oleks teie keha puuduv tükk. Elekter leiaks kõrgepingeliinilt kohe uue teekonna läbi teie ja maasse. Teie keha viib vooluringi lõpule ja laseb sellest läbi tohutul hulgal surmavat energiat. Seetõttu on kukkunud elektriliinidest eemale hoidmine nii oluline; sa ei taha saada osa elektrist.

Üks sagedasemaid küsimusi, mida inimesed ülekandetornide kohta küsivad, on see, kas elektriliinide läheduses elades on see tervisele ohtlik. Neid teeb murelikuks elektromagnetväli (EMF) – nähtamatu energiajõud, mida loovad kõik elektriseadmed, sealhulgas elektriliinid.

Ohu mõistmiseks on vaja teada, et mitte kõik kiirgused ei ole võrdsed. Mõelge visatavale pallile: pehme viskamine tennisepalliga on kahjutu, kuid 100 miili tunnis visatud pesapall võib olla ohtlik. Samuti on kaks peamist tüüpi kiirgust. Suure-energiaga ioniseerival kiirgusel, nagu röntgen{5}}kiirtel, on piisavalt energiat, et rakke kahjustada. Kuid elektriliinidest saadav energia on väga madala sagedusega ja seepärast kuulub see mitteioniseerivate kategooriate alla, kuhu kuuluvad ka teie kodu juhtmestiku ja seadmete elektromagnetväljad.

Pärast paljude aastatepikkust teadustöö tegemist ei ole suured terviserühmad üle kogu maailma leidnud, et elektriliinide elektromagnetväljade läheduses võib inimesed haigestuda sellistesse asjadesse nagu vähk. Mõned varasemad uuringud näitasid väikest seost, kuid suurem osa sellest, mida me teame, ei näita, et see oleks kellelegi haiget teinud. Samuti muutub elektromagnetvälja võimsus palju väiksemaks, kui liigute sellest kaugemale. Väljak on 50 jala kaugusel palju nõrgem kui otse joone all ja veelgi nõrgem maja sees. See ohutu kauguse hoidmise põhimõte on üks põhjusi, miks näete ülekandetornide ümber suuri avatud maa-alasid.

Need suured selged maaribad, mis ülekandetornidega kaasas käivad, ei ole lihtsalt tühjad kohad, neil on eriline nimi ja kasutusala. Seda piirkonda tuntakse kui parem-ots-(ROW). Mõelge sellele kui seadusega kaitstud turva- ja juurdepääsuteele, mida kommunaalettevõte hoiab. See on oluline selleks, et elektrivõrk töötaks hästi ja inimesed oleksid ohutud, et majad ja muud hooned oleksid ohust piisavalt kaugel.

Elektriliinide lähedusest puude koristamine ennetab peamiselt ohtlikke olukordi. Kui suur puu kasvab liiga lähedal, võib sellele hüpata elekter, mis võib põhjustada elektrikatkestuse või metsatulekahju. Tormi ajal võib langev puuoks joone lõigata, jättes tuhanded vooluta. Hoides selle koridori kõrgetest-kasvavatest taimedest vabana, peatavad kommunaalteenused nende etteaimatavate ja ohtlike juhtumite toimumise. See ei tähenda ainult looduse vältimist; see on töötajatele eluliselt tähtis viis ringi liikuda. Kui torn või liin vajab ülevaatust või remonti, peab töötajatel olema vaba tee asukohta jõudmiseks suurte veokite ja rasketehnika abil. Õigel-teel-, et saaksite läbi. See kõik tõstatab loogilise küsimuse: kui nad vajavad pinnal nii palju ruumi, siis miks me ei pane kõiki elektriliine lihtsalt maa alla?

Lihtsaim vastus on hind. Kohalike naabruses asuvate jaotusliinide matmine on tavaline, kuid massiivsete kõrgepinge{1}}ülekandeliinide matmine pole väike saavutus. Vaja on spetsiaalseid kaableid, palju kaevamiskaevikuid, keerulisi jahutussüsteeme, nii et nende liinide maa alla panemine maksab 5–10 korda rohkem kui suurte tornide püstitamine sadu miile hõlmava projekti puhul, mis tähendab, et erinevus ulatub miljarditesse dollaritesse ja lisakulud maksavad lõpuks elektrit kasutavad inimesed.

Peale selle esmase maksumuse on metrooliinidel raske valida, kas need on töökindlad ja hõlpsasti parandatavad. Kasu on ilmselge, need on tuule, jää ja langevate puude eest kaitstud ning säilitavad kena vaate. Aga kui midagi läheb valesti, on selle leidmine ja parandamine tohutu valu. Õhuliini riket näeb helikopter tavaliselt tundide jooksul. Maetud kaabli sarnase vea leidmiseks ja parandamiseks kuluks päevi, kui mitte nädalaid, kaevamist ja katsetamist, põhjustades palju pikemaid katkestusi. Kuid tehnoloogia muudab seda arvutust. Uus meetod, mida tuntakse kõrgepinge alalisvoolu (HVDC) ülekandena, muudab maa-alused ja merealused pikamaaprojektid võimalikumaks. Erinevalt tavalisest vahelduvvoolust (AC), mida kasutatakse enamikus võrgu osades, töötavad HVDC liinid paremini väga pikkade vahemaade läbimisel ja neid saab hõlpsamini paigutada maa alla või vee alla. Ja nii saavad need massiivsed meretuulepargid merepõhjas toetuvate kaablite kaudu mandriga ühendatud, mis võib tähendada, et rohkem meie elektrivõrke võib ühel päeval lihtsalt vaateväljast kaduda.

Vaiksed terasest hiiglased, mida olete kogu oma elu näinud, pole enam mõistatus. Metalli ja juhtmete sassis segadus, mis teid varem segas, on saanud selgeks, kuna näete nüüd töötavat kaunist disaini: vastupidav võre raam, väljaulatuvad risttalad, mis hoiavad jooni lahus, ja olulised klaasist isolaatorid, mis kaitsevad elektrivoolu.

Järgmine kord sõitma minnes tunned ära erinevad tornivormid ja näed isolaatorinööride pikkust, mis näitab liini pingetaset. Iga torn on nähtav lüli nähtamatus süsteemis, füüsiline osa tohutust väljakutsest energia transportimisel üle riigi. Need on midagi enamat kui lihtsalt teras, need on meie kaasaegse maailma tööhobused. Iga kord, kui lülitate valguse lüliti sisse, tunnete uut lugupidamist selle hämmastava teekonna vastu, mille elekter läbib kaugel asuvast elektrijaamast, mööda kõrgel asuvaid juhtmeid ja otse teie kätte.