Преносни торњеви: кичма енергетских мрежа

Видели сте их хиљаду пута током својих путовања, како марширају низ брда и стоје на стражи у празним пољима. Ови тихи, челични гиганти које често називамо стубовима електричне енергије су међу највидљивијим, али и најпревиђенијим структурама у нашем окружењу. Али њихов посао је много већи и интересантнији од само одржавања гомиле жица.

Замислите те преносне куле као међудржавне станице за нашу струју. Они имају један главни посао: да преносе огромне количине енергије на заиста велике удаљености, од места где се електрична енергија производи у великим електранама, па све до мањих мрежа које је доносе у вашу кућу или канцеларију. Без такве кичме са високим капацитетом, наш савремени свет не би функционисао.

То је важно јер значи да су дизајнирани намерно и тера вас да се запитате о стварима о којима сте вероватно раније размишљали. Инжењери имају велики проблем: како да покренете сву ту енергију, а да притом не изгубите већину? А овај одговор ће објаснити зашто су куле тако високе, зашто су жице тако удаљене и шта раде те стаклене ствари које висе са страна кула. Гледајући логику иза њих, схватићете невидљиво путовање које електрична енергија пролази сваки дан. Открићемо тајне скривене у познатим силуетама о томе зашто имају тако посебне облике и зашто птице могу безбедно да седе на њих. Нећете видети само торањ, видећете кичму нашег електричног света.

Видели сте их како марширају пољима и аутопутевима, али да ли знате чему служе преносни торњеви? Прилично су основне: само држе велике, супер{0}}моћне електричне водове са својом посебном врстом вешалице. Торањ сам по себи није електрична компонента; све што треба да уради је да буде довољно јак и висок да држи тешке,-напонске жице горе и ван домашаја људи, дрвећа и зграда на земљи. Прави, невидљиви херој овог система је ваздух. Подижући далеководе тако високо, торањ прави огроман, заштитни ваздушни јастук између жице и земље. Ваздух је одличан природни изолатор што значи да спречава струју да скаче са места где јој није место. Посао куле је само да задржи тај безбедан простор ваздуха. Без те пажљиво управљане удаљености, огромна снага у тим линијама не би имала проблема да пронађе опасну пречицу до Земље.

Ако струја иде у вашу зидну утичницу, зашто је онда не бисте послали тамо директно на тај сигуран, ниски напон из електране? Замислите то као покушај померања воде на велике удаљености. Нормално баштенско црево са малим притиском не би добро функционисало јер би се успут изгубило превише воде. Да бисте ефикасно померали много воде, желели бисте да користите нешто са великим притиском, можда чак и цев. Слична је и струја, потребна јој је нека врста "притиска" да оде далеко, а да не изгуби снагу.

И тај електрични притисак се зовенапон. Подизање електричне енергије на веома висок напон омогућава енергетским компанијама да шаљу огромне количине енергије на стотине миља без губитка много енергије. И ово је тајна преноса електричне енергије. Ако би покушали да га пошаљу користећи ниски напон који ваша кућа користи, онда би се скоро сва енергија изгубила као топлота на путу, чинећи електричне водове најдужим и најбескориснијим тостером на свету. Зато преносни торњеви морају бити тако високи и импозантни. Пошто је струја на жицама на тако високом напону, превише је опасно бити у близини људи или зграда. Висина торња даје неопходан сигурносни јастук, држећи ту огромну снагу безбедно у ваздуху. И, наравно, ту моћну струју треба „спустити“ на употребљив ниво, што нас доводи до следећег дела слагалице.

Не можете једноставно укључити или искључити „притисак“ струје као славину. Тај важан задатак обавља нешто што се зове трансформатор. Замислите трансформатор као мењач електричне мреже. Аутомобил мења брзине да би контролисао снагу и брзину, а трансформатор ради исту ствар са струјом тако што је мења са високог на ниски напон тако да се може користити и за дуга и за кратка путовања.

Одмах након што се струја направи, она иде у нешто што се зове „корак{0}}“ трансформатор у електрани. Ова ствар чини да напон расте, припремајући га за велико путовање широм земље на далеководима између торњева. То је као да ставите аутомобил у високу брзину пре него што кренете на дуго путовање како би могао да путује далеко без употребе превише гаса. Без ових енергетских трансформатора, не би било такве ствари као што је-пренос високог напона. А када се далеководи приближе нашим градовима, струја иде у комшијске трафостанице. У овом случају, трансформатори „спуштања- раде супротан посао; они смањују екстремно висок напон на много нижи, безбедан напон за компаније и куће. Преносна подстаница је последња 'нижа-смена' која снагу чини корисним за ваш свакодневни живот. Напон је сада контролисан, пређимо на структуре које носе водове.

Иако ово може изгледати као замршен метални неред, преносни торњеви су заправо прилично елегантни. Главно тело је арешеткаста кула, који користи укрштени узорак греда да му да невероватну снагу и отпорност на ветар користећи најмању могућу количину материјала. То је костур, све што ради је да буде висок и довољно јак да издржи тешке делове и поднеће временске прилике. То је инжењерски подвиг ефикасности, направљен да буде чврст, али ипак донекле лаган.

Скелет има вире из њега су куле дуге руке тзвукрштања. Њихов посао је лак, али виталан: држите те јаке електричне водове подаље један од другог и од торња. Напон је толико висок да струја може да "скочи" на изненађујуће велику удаљеност кроз ваздух. Попречне руке раде као одстојници, осигуравајући да постоји безбедан простор између жица тако да електрична енергија не скочи (скаче) са једне жице на другу, што би могло створити велики, опасан кратак спој.

Коначно, саме жице. У индустрији се не називају само жицама, већ јесупроводници. Обично су направљени од алуминијума, који је добар у вођењу струје, а такође је веома лаган, омотан око челичног језгра које линији даје снагу. Ова комбинација добро функционише за прелазак на велике удаљености без превише опуштања. Али онда долазимо до великог питања: ако сви ти проводници носе струју, а торањ је направљен од метала, како то да струја не пада само у земљу? И тада долази најважнија ствар на коју често заборављате.

То су жице од стаклених или керамичких дискова које сте можда приметили како висе са кракова торња. Они су изолатори и обављају један од најважнијих безбедносних послова у целој електричној мрежи. Замислите их као гумени премаз на каблу за напајање вашег дома, направљени су да заустављају електричну енергију. Високонапонски проводник је повезан са дно изолаторске жице, а горњи крај је повезан са торњем. И чини неку врсту не-електричне баријере тако да сва та снага у линији никада не може да стигне до металног торња и да се спусти у земљу.

Ова важна улога је омогућена чињеницом да материјали као што су стакло и порцелан лоше проводе електричну енергију. За електричну енергију која тече кроз проводник, изолатор је једноставно ћорсокак. Испред ове препреке струји нема другог пута него да настави планираном трасом низ жицу. Без ових једноставних, али ефикасних изолатора, сваки преносни торањ би се претворио у огромну, наелектрисану опасност, узрокујући кратак спој целог система. Ево нечег кул што можете да тражите на следећем путовању: колико је дуга изолаторска нит говори о томе колику снагу има линија. Виши напони имају већу способност да "скоче" преко празнине, тако да им је потребно више раздвајања да би били безбедно задржани. Линију са 765.000 волти може бити потребан дугачак низ од тридесет или више дискова, док линији од 138.000 волти може бити потребно само осам или десет. Дакле, што је дужи низ изолатора, то је јачи електрицитет који задржава.

Када приметите преносне куле, видећете да имају различите облике. Неки су раширене челичне мреже, неки су уредни и једноставни стубови. Ова врста разлике није само у изгледу, већ пре практичном избору између два основна типа. Класична, укрштена је арешеткаста кула. Његов тањи рођак, често примећен поред аутопутева, носи име амонопол пилон. Зашто изгледају тако другачије? Обично је то зато што је неко морао да одлучи да ли ће потрошити више новца или искористити више простора на земљи.

Решеткасти торњеви су радни коњи индустрије због своје невероватне снаге и приступачности, направљени од бројних малих, угаоних комада челика. Имају структуру попут веба-која је чврста и издржљива, али има један велики недостатак – заузима огромну количину земље. Четири ноге широко испружене, потребно им је пуно простора на тлу, тако да обично имају дугачак, празан пут који се зове-десна-пута. То их чини погодним за отворену земљу са пуно земље. Насупрот томе, монопол пилон је одговор за уске тачке. Скупљи је за изградњу и постављање, али има мали отисак. Један стуб заузима много мање простора од решеткастог торња, због чега је погодан за гужве у приградским зонама или поред аутопутева где нема довољно места за велики торањ са решеткама. Без обзира да ли ћемо изабрати решеткасти торањ или монопол пилон, зависи од животне средине, а врста торња коју користимо је само практичан одговор на расположиви простор.

Те челичне куле које марширају по пејзажу су најочигледнији делови огромног,{0}}повезаног електричног система. Замислите их као међудржавне станице на националној мрежи аутопутева за електричну енергију. Али баш као што не можете да возите аутомобилом право од фабрике до прилаза без коришћења локалних путева, струја мора да прати сличан пут у више-корака да би стигла до вашег дома.

Почиње од електране која производи струју. Да би се кренуло на свој дуги пут, снага постаје јача (или "појачана") великим машинама званим трансформатори до веома високог напона. То је слично подизању притиска воде тако да велика запремина може да протиче кроз цев са мање изгубљене енергије. Преносни торњеви носе те-водове високог напона на стотине миља, чинећи главни део мреже.

И на крају, мора да сиђе са аутопута. А то ради преносна подстаница – оне велике ограђене-на местима са свим трансформаторима и опремом које сте можда приметили у близини градова. Овде се -електрична енергија високог напона „спушта“ у много нижи, безбеднији напон. То је кључна веза између-електричне мреже на даљину и електричне мреже локалне заједнице. Из трафостанице, нисконапонска-енергија иде кроз мање, познатије далеководе који су обично окачени на дрвене стубове дуж градских улица. Ове линије преносе струју до последњег трансформатора у близини ваше куће, који снижава напон још једном пре него што уђе у ваш дом и стигне до ваше зидне утичнице, чекајући да буде коришћен. Ова огромна количина енергије која се креће није увек потпуно тиха, па зато понекад можете чути неке чудне звукове.

Ако сте раније били близу великог преносног торња, можда сте чули неку врсту зујања или пуцкетања. Овај звук не указује на никакву опасност, то је једноставно позната и нормална појава позната као коронско пражњење. То је звук све те моћне струје на линији која је у интеракцији са свим оним молекулима ваздуха око ње. То може изгледати као грешка, али то је заправо мало, очекивано цурење енергије које се дешава са веома високим напонима.

Замислите огроман електрични "притисак" у тим линијама. Толико је моћан да може да учини да честице ваздуха поред жице постану електрично наелектрисане или јонизоване. Ово је као мала, стална искра, а сви ти сићушни ударци заједно стварају звук зујања који чујете. То је донекле слично пуцкетању статичког електрицитета из кваке, осим што се јавља континуирано у великим размерама. Такође можете приметити да је звук гласнији током влажног, магловитог или кишног времена. Зато што влажан ваздух има више капљица воде, а вода пружа мало лакши пут струји да напаја ваздух у близини проводника. Ово чини ефекат короне јачим, па су зујање и пуцкетање уочљивији. Дакле, ово јако електрично поље утиче на ваздух док пролази кроз њега, али шта се дешава ако нешто друго додирне жицу?

То је класична, збуњујућа сцена: мала птичица може да седи на огромном,{0}}напонском далеководу, а да јој ни једно перо није нарушено. А одговор је заправо прилично једноставан, и све се своди на један основни принцип електричне енергије. Струја мора негде да оде да би дошло до прекида, а то значи да постоји цео пут који треба да прати – електрични круг. Мора да се пресели са места са пуно енергије на место са мање енергије.

Птица која слети на једну жицу имаће своје тело и жицу под истим високим електричним потенцијалом. Пошто птица не долази у контакт са земљом или другом жицом која има другачији напон, не постоји пут за струју да тече кроз птицу. Цуррент гледа на птицу као на ћорсокак и иде много лакшим путем, високо проводљивом металном жицом. Птица је безбедна јер није део кола. Међутим, особа на земљи ствара опасну ситуацију. Ако бисте додирнули ту исту жицу, ваше тело би било део који недостаје. Струја би одмах пронашла нови пут од-вода високог напона, кроз вас и у земљу. Ваше тело заокружује круг и дозвољава огромној, смртоносној количини енергије да прође кроз њега. Зато је држање даље од палих водова тако важно; не желите да постанете део струјног пута.

Једно од најчешћих питања које људи постављају у вези са преносним торњевима је да ли они представљају било какву опасност по здравље када живе у близини далековода. Забрињава их електромагнетно поље (ЕМФ) – невидљива сила енергије коју стварају сви електрични уређаји, укључујући и далеководе.

Да би се знала опасност, треба знати да нису сва зрачења једнака. Размислите о баченој лопти: лагано бацање тениском лоптом је безопасно, али бејзбол лопта бачена брзином од 100 миља на сат може бити опасна. Исто тако, постоје две основне врсте зрачења. Јонизујуће зрачење високе{4}}е енергије као што су рендгенски зраци-имају довољно енергије да оштете ћелије. Али енергија из далековода је веома ниске фреквенције и тако спада у нејонизујућу категорију, којој такође припадају ЕМФ из ваших кућних ожичења и уређаја.

Након много година бављења много научним радом, велике здравствене групе широм света нису откриле да ЕМФ у близини далековода може да разболи људе од ствари попут рака. Нека ранија истраживања су показала малу повезаност, али већина онога што знамо не показује да су повредили некога. Такође, снага електромагнетног поља постаје много мања како се удаљавате од њега. Поље је много слабије 50 стопа даље него одмах испод линије, а још слабије унутар куће. Овај принцип држања безбедне удаљености је један од разлога зашто видите велике, отворене површине земљишта око преносних стубова.

Ове велике, јасне траке земље које иду уз торњеве за пренос нису само празни простори, они имају посебно име и употребу. Ова област је позната као-десна{2}}област (РОВ). Замислите то као законски заштићену сигурносну и приступну стазу коју комунално предузеће одржава. Важно је да електрична мрежа ради добро и да људи буду безбедни, осигуравајући да су куће и друге зграде довољно удаљене од опасности.

Крчење дрвећа у близини далековода углавном спречава опасне ситуације. Ако велико дрво расте преблизу, струја би могла да скочи до њега, што би могло да изазове нестанак струје или изазове шумски пожар. Током олује, грана дрвета која пада може да пресече линију, остављајући хиљаде без струје. Одржавајући овај коридор без високих-биљки, комунална предузећа спречавају да се догоде ти предвидљиви и опасни инциденти. Не ради се само о избегавању природе; то је виталан начин за раднике да се крећу. Када торањ или линија захтевају инспекцију или поправку, радници морају имати чист пут до локације користећи велике камионе и тешку опрему. Десно-с-пута осигурава да можете да прођете. Све ово поставља логично питање: ако им је потребно толико простора на површини, зашто онда једноставно не ставимо све далеководе под земљу?

Најједноставнији одговор је цена. Закопавање локалних, суседних дистрибутивних водова је уобичајено, али закопавање масивних далековода високог{1}}напона није мали подвиг. Специјализовани каблови, много ровова за копање, потребни су компликовани системи за хлађење, тако да постављање тих водова испод земље кошта 5-10 пута више од подизања великих торњева у ваздуху за пројекат који покрива стотине миља, што значи да разлика износи милијарде долара и да ће тај додатни трошак на крају платити људи који користе струју.

Осим тог првог трошка, подземне линије имају тежак избор између поузданости и лаког поправљања. Предности су очигледне, безбедне су од ветра, леда и дрвећа које пада, а чувају леп поглед. Али када нешто крене по злу, проналажење и поправљање је велики бол. Квар на надземној линији обично може да се види од стране хеликоптера у року од неколико сати. Сличан квар у закопаном каблу би трајао данима, ако не и недељама, копања и тестирања да се пронађе и поправи, узрокујући много дуже прекиде. Али технологија мења ту рачуницу. Нова метода позната као високонапонски пренос једносмерне струје (ХВДЦ) чини могућим пројекте на великим удаљеностима под земљом и под водом. За разлику од обичне наизменичне струје (АЦ) коју користи већина делова мреже, ХВДЦ линије функционишу боље на веома великим удаљеностима и могу се лакше ставити под земљу или под воду. И овако се те огромне приобалне вјетроелектране повезују са копном преко каблова који леже на морском дну, што би могло значити да би више наших енергетских мрежа једног дана једноставно нестало из видокруга.

Тихи, челични дивови које сте видели целог живота више нису мистерија. Запетљани неред од метала и жица који су вас некада збуњивали постао је јасан јер сада можете да видите прелеп дизајн на делу: чврсти решеткасти оквир, проширене попречне руке које држе линије одвојене и важни стаклени изолатори који штите проток електричне енергије.

Следећи пут када кренете у вожњу, можете препознати различите облике торња и видети дужину изолационих жица, што показује ниво напона линије. Свака кула је видљива карика у невидљивом систему, физички део огромног изазова транспорта енергије широм нације. Ово су више од челика, то су радни коњи нашег савременог света. Сваки пут када укључите прекидач за светло, имаћете ново поштовање према невероватном путовању кроз које струја пролази из далеке електране, преко оних високих жица, и право до ваше руке.