Sendingarturnar: burðarás rafmagnsneta

Þú hefur séð þá þúsund sinnum á ferðum þínum, ganga yfir hlíðarnar og standa vörð á auðum ökrunum. Þessir þöglu stálrisar sem við köllum gjarnan rafmagnsstaura eru meðal sýnilegustu mannvirkjanna í umhverfi okkar en líka yfirsést. En starf þeirra er miklu stærra og áhugaverðara en bara að halda fullt af vírum uppi.

Ímyndaðu þér þessa flutningsturna sem milliríki fyrir rafmagnið okkar. Þeir hafa eitt aðalstarf: að flytja mikið magn af orku yfir mjög langar vegalengdir, þaðan sem rafmagn er framleitt í stórum virkjunum alla leið til smærri neta sem koma því heim til þín eða skrifstofu. Án slíks burðarásar með mikla afkastagetu myndi nútímaheimur okkar ekki virka.

Það er mikilvægt vegna þess að það þýðir að þeir voru hannaðar viljandi og það fær þig til að velta fyrir þér hlutum sem þú hefur líklega hugsað áður. Verkfræðingar eiga við stórt vandamál að etja: Hvernig færðu alla þessa orku á hreyfingu án þess að missa mest af henni á leiðinni? Og þetta svar mun útskýra hvers vegna turnarnir eru svona háir, hvers vegna vírarnir eru svona langt í sundur og hvað þessir glerhlutir sem hanga af hliðum turnanna eru að gera. Með því að skoða rökfræðina á bak við þá muntu skilja ósýnilega ferðina sem rafmagn tekur á hverjum degi. Við munum uppgötva leyndarmálin sem eru falin í kunnuglegu skuggamyndunum um hvers vegna þær hafa svona sérstakar form og hvers vegna fuglar geta setið á þeim örugglega. Þú munt ekki bara sjá turn, þú munt sjá hrygginn í rafheiminum okkar.

Þú hefur séð þá ganga yfir tún og þjóðvegi, en veistu til hvers senditurnar eru? Þær eru frekar einfaldar: þær halda bara uppi stóru, ofur-kraftmiklu rafmagnslínunum með sinni sérstöku tegund af fatahengi. Turn einn er ekki rafmagnsíhlutur; það eina sem það þarf að gera er að vera nógu sterkt og hátt til að halda þungum,-háspennuvírum uppi og þar sem fólk, tré og byggingar á jörðinni ná ekki til. Hin raunverulega, ósýnilega hetja þessa kerfis er loftið. Með því að hækka raflínurnar svo hátt myndar turninn risastóran, verndandi loftpúða milli vírsins og jarðar. Loft er frábær náttúrulegur einangrunarefni sem þýðir að það heldur rafmagni frá stökkstöðum þar sem það á ekki heima. Starf turnsins er aðeins að halda þessu örugga loftrými. Án þessarar vandlega stýrðu fjarlægðar myndi gífurlegur kraftur í þessum línum ekki eiga í erfiðleikum með að finna hættulega flýtileið til jarðar.

Ef rafmagnið er að fara í innstunguna þína, af hverju þá ekki að senda það þangað beint á þessari öruggu lágspennu frá rafstöðinni? Hugsaðu um það sem að reyna að færa vatn yfir mikla vegalengd. Venjuleg garðslanga með litlum þrýstingi myndi ekki virka vel því of mikið vatn myndi tapast á leiðinni. Til að flytja mikið af vatni á skilvirkan hátt, myndirðu vilja nota eitthvað með miklum þrýstingi, jafnvel pípu. Rafmagn er líka svipað, það þarf einhvers konar "þrýsting" til að ná langt án þess að missa styrk sinn.

Og þessi rafþrýstingur er kallaðurspennu. Að hækka rafmagnið í mjög háa spennu gerir orkufyrirtækjum kleift að senda mikið magn af orku yfir hundruð kílómetra án þess að missa mikla orku. Og þetta er leyndarmál flutnings raforku. Ef þeir myndu reyna að senda það með lágspennu sem húsið þitt notar, þá myndi næstum öll orkan glatast sem hiti á leiðinni, sem gerir rafmagnslínurnar að lengsta og ónýtustu brauðrist í heimi. Þess vegna verða sendingarturnarnir að vera svo háir og glæsilegir. Þar sem rafmagnið á vírunum er á svo mikilli spennu er allt of hættulegt að vera í kringum fólk eða byggingar. Hæð turnsins gefur nauðsynlegan öryggispúða sem heldur þessum gífurlega krafti á öruggan hátt á lofti. Og auðvitað þarf að „lækka“ það öfluga rafmagn niður í nothæft stig, sem færir okkur að næsta hluta þrautarinnar.

Þú getur ekki bara kveikt eða slökkt á "þrýstingi" rafmagns eins og krana. Það mikilvæga verkefni er gert af einhverju sem kallast spennir. Hugsaðu um spenni sem gírkassa rafkerfisins. Bíll skiptir um gír til að stjórna afli og hraða og spennir gerir það sama með rafmagn með því að færa hann úr háspennu yfir í lágspennu þannig að hægt sé að nota hann bæði í lengri og stuttar ferðir.

Rétt eftir að rafmagnið er búið til fer það í eitthvað sem kallast „stiga-upp“ spennir í virkjuninni. Þessi hlutur gerir það að verkum að spennan hækkar mikið og gerir það klárt fyrir stóra ferð sína um landið á raflínum milli turna. Þetta er eins og að setja bílinn í háan gír áður en farið er í langt ferðalag svo hann geti ferðast langt án þess að nota of mikið bensín. Án þessara aflspenna væri ekkert til sem heitir há-spennusending. Og þegar rafmagnslínurnar koma nálægt bæjunum okkar fer rafmagnið til hverfisvirkja. Í þessu tilviki, "stiga-niður" spennir gera hið gagnstæða starf; þeir draga gífurlega háspennuna niður í mun lægri, örugga spennu fyrir fyrirtæki og hús. Sendingarstöð er síðasta 'niður-vaktin' sem gerir kraftinn gagnlegan fyrir daglegt líf þitt. Spennu hefur verið stjórnað núna, við skulum halda áfram að mannvirkjum sem bera línurnar.

Þó að þetta kunni að virðast eins og rugl úr málmi, eru sendingarturnarnir í raun nokkuð glæsilegir. Meginhluti er agrindarturn, sem notar krossmynstur af geislum til að gefa því ótrúlega styrk og vindþol með því að nota sem minnst magn af efnum. Þetta er beinagrind, það eina sem hún gerir er að vera nógu há og sterk til að halda uppi þungum hlutum og taka veðrið. Hann er verkfræðilegur hagkvæmni, gerður til að vera traustur en samt nokkuð léttur.

Beinagrindin hefur stungið út úr henni eru turnarnir langir armar kallaðirkrosshandleggjum. Starf þeirra er auðvelt en mikilvægt: Haltu þessum sterku raflínum frá hvor annarri og frá turninum líka. Spennan er svo há að rafmagn getur "hoppað" ótrúlega langt í gegnum loftið. Þverarmar virka sem millistykki og tryggja að það sé öruggt loftrými á milli víranna þannig að rafmagn bogi (hoppi) ekki frá einum vír í annan, sem gæti skapað stóra, hættulega skammhlaup.

Að lokum, vírarnir sjálfir. Í iðnaðinum er ekki einfaldlega vísað til þeirra sem víra, þeir eru þaðleiðara. Þeir eru venjulega úr áli sem er gott að leiða rafmagn og er líka mjög létt, vafið utan um stálkjarna sem gefur línunni styrk. Þetta combo virkar vel til að fara langar vegalengdir án þess að slaka of mikið. En þá komum við að stóru spurningunni: Ef allir þessir leiðarar bera rafmagn og turninn er úr málmi, hvernig stendur á því að rafmagnið er ekki bara að skjóta beint niður í jörðina? Og það er þegar það mikilvægasta sem þú gleymir oft kemur inn.

Það eru strengirnir úr gleri eða keramikdiskum sem þú gætir hafa tekið eftir að hanga af handleggjum turnsins. Þeir eru einangrunaraðilar og þeir vinna eitt mikilvægasta öryggisstarfið á öllu rafmagnsnetinu. Hugsaðu um þá sem gúmmíhúðina á rafmagnssnúru heimilisins þíns, þau eru gerðar til að stöðva rafmagnið dautt í sporum þess. Háspennuleiðari er tengdur við botn einangrunarstrengsins og efri endinn er tengdur við turninn. Og það gerir eins konar ó-rafmagnshindrun þannig að allt það afl í línunni kemst aldrei að málmturninum og niður í jörðina.

Þetta mikilvæga hlutverk er gert mögulegt vegna þess að efni eins og gler og postulín standa sig illa við að leiða rafmagn. Fyrir rafmagnið sem flæðir í gegnum leiðarann ​​er einangrunartækið einfaldlega blindgata. Framan við þessa hindrun hefur rafmagnið enga aðra leið en að halda áfram fyrirhugaðri leið sinni niður vírinn. Án þessara einföldu en áhrifaríku einangrunartækja myndi hver og einn flutningsturn breytast í gríðarlega, rafmagnaða hættu, sem veldur skammhlaupi í öllu kerfinu. Hér er eitthvað sniðugt sem þú getur leitað að í næstu ferðalagi: hversu langur einangrunarstrengurinn er segir þér um hversu mikið afl línan hefur. Hærri spenna hefur meiri getu til að "stökkva" yfir bil, þannig að þeir þurfa meiri aðskilnað til að vera tryggilega innilokuð. Lína með 765.000 volta gæti þurft langan streng af þrjátíu eða fleiri diskum, en 138.000 volta lína gæti aðeins þurft átta eða tíu. Því lengur sem einangrunarstrengurinn er, því sterkari er rafmagnið sem það heldur aftur af.

Þegar þú tekur eftir sendingarturnunum muntu komast að því að þeir hafa mismunandi form. Sumir eru útbreiddir stálvefir, sumir eru snyrtilegir og einfaldar staurar. Svona munur snýst ekki bara um útlit, heldur frekar hagnýtt úrval úr tveimur aðaltegundum. Hið klassíska, þvers og kruss er agrindarturn. Þynnri ættingi hennar, sem oft sést við þjóðvegi, gengur undir nafninu aeinstöng mastur. Af hverju líta þeir svona öðruvísi út? Það er venjulega vegna þess að einhver þurfti að velja um hvort hann ætti að eyða meiri peningum eða nota meira pláss á jörðinni.

Grindarturnar eru vinnuhestar iðnaðarins vegna ótrúlegs styrks og hagkvæmni, gerðir úr fjölmörgum litlum, hornuðum stálbitum. Þeir eru með vef-líka uppbyggingu sem er traust og endingargóð, en það hefur einn stóran galla - það tekur gríðarlega mikið land. Fjórir fætur breiðir út, þeir þurfa mikið pláss á jörðinni, þannig að þeir hafa venjulega langa, auða leið sem kallast-réttur til-vegar. Þetta gerir þær hentugar fyrir opið land með miklu landi. Aftur á móti er einstöng mastur svarið fyrir þrönga staði. Það er dýrara að smíða og setja upp, en það hefur lítið fótspor. Einn stöng tekur mun minna pláss en grindarturn, þess vegna hentar hann vel fyrir fjölmenn úthverfi eða við þjóðvegi þar sem ekki er nóg pláss fyrir stóran grindarturn. Hvort sem við veljum grindarturn eða einstanga mastur kemur niður á umhverfinu og hvers konar turn sem við notum er bara hagnýt svar við lausu plássi.

Þessir stálturnar sem ganga yfir landslagið eru augljósustu hlutar risastórs, samtengdrar-rafkerfis. Hugsaðu um þá sem milliríkin á þjóðvegakerfi fyrir rafmagn. En rétt eins og þú getur ekki farið með bíl beint frá verksmiðjunni að innkeyrslunni þinni án þess að nota staðbundnar vegi, þarf rafmagn að fylgja svipaðri margra þrepa ferð til að komast heim.

Það byrjar í virkjun sem framleiðir rafmagn. Til að fara í langa ferðina verður krafturinn sterkari (eða „hækkaður“) með stórum vélum sem kallast spennubreytar í mjög háa spennu. Það er svipað og að hækka vatnsþrýstinginn þannig að mikið magn geti flætt í gegnum rör með minni orku tapað. Flutningsturnar bera þessar háspennulínur yfir hundruð kílómetra, sem mynda meginhluta kerfisins.

Og að lokum þarf það að fara út af þjóðveginum. Og það er það sem tengivirki gerir – stóru girðingar-á stöðum með öllum spennum og búnaði sem þú gætir hafa tekið eftir nálægt bæjum. Hér verður há-rafmagnið „stigið niður“ í miklu lægri, öruggari spennu. Það er afgerandi tengingin á milli langa-rafmagnskerfisins og raforkukerfis sveitarfélaganna. Frá tengivirkinu fer lágspennu rafmagnið í gegnum minni, þekktari raflínur sem venjulega eru hengdar upp á tréstaura meðfram götum borgarinnar. Þessar línur flytja rafmagn til síðasta spenni nálægt húsinu þínu, sem lækkar spennuna enn einu sinni áður en hann fer inn á heimili þitt og nær innstungunni þinni og bíður þess að verða notaður. Þessi mikla orka sem hreyfist um er ekki alltaf alveg hljóðlaus, svo þess vegna gætirðu stundum heyrt skrýtin hljóð.

Ef þú hefur áður verið nálægt stórum senditurni gætirðu hafa heyrt einhvers konar suð eða brak. Þetta hljóð gefur ekki til kynna neina hættu, það er einfaldlega þekkt og eðlilegt atvik sem kallast kórónuútskrift. Það er hljóðið af öllu þessu öfluga rafmagni á línunni sem hefur samskipti við allar þessar loftsameindir í kringum hana. Það kann að virðast eins og bilun, en það er í raun lítill, væntanlegur orkuleki sem verður við mjög háa spennu.

Ímyndaðu þér hinn mikla rafmagns „þrýsting“ í þessum línum. Það er svo öflugt að það getur gert loftagnirnar rétt við hliðina á vírnum rafhlaðnar, eða jónaðar. Þetta er eins og lítill, stöðugur neisti og allir þessir örsmáu svindlar saman gefa frá sér suð sem þú heyrir. Það er nokkuð svipað og brakið í stöðurafmagni frá hurðarhúni, nema hvað það á sér stað stöðugt í stórum stíl. Þú gætir líka tekið eftir því að hljóðið er hærra í blautu, þoku- eða rigningarveðri. Vegna þess að rakt loft hefur fleiri vatnsdropa og vatn veitir aðeins auðveldari leið fyrir rafmagn til að virkja loftið nálægt leiðaranum. Þetta gerir kórónuáhrifin sterkari, þannig að suð og brak eru meira áberandi. Þannig að þetta sterka rafsvið hefur áhrif á loftið þegar það fer í gegnum það, en hvað gerist ef eitthvað annað snertir vírinn?

Þetta er klassískt, vandræðalegt atriði: lítill fugl getur setið á risastórri,-háspennulínu og ekki einu sinni verið með eina einustu fjöður. Og svarið er í rauninni frekar einfalt og allt snýst þetta um eina grundvallarreglu raforku. Rafmagn þarf að fara einhvers staðar til að það sé straumur, og það þýðir að hafa heila leið fyrir það að fylgja - rafrás. Það verður að fara frá stað með mikla orku yfir í stað með minni orku.

Fugl sem lendir á einum vír mun hafa líkama sinn og vír á sama háa rafspennu. Þar sem fuglinn kemst ekki í snertingu við jörðu eða annan vír sem ber aðra spennu er engin leið fyrir rafmagnið að flæða í gegnum fuglinn. Straumur lítur á fuglinn sem blindgötu og fer eftir miklu auðveldari leiðinni, mjög leiðandi málmvír. Fuglinn er öruggur vegna þess að hann er ekki hluti af hringrás. Maður á jörðu niðri skapar hins vegar hættulegar aðstæður. Ef þú snertir sama vír, þá væri líkaminn þinn stykkið sem vantaði. Rafmagn myndi strax finna nýja leið frá-háspennulínu, í gegnum þig og niður í jörðina. Líkaminn þinn klárar hringrásina og leyfir gríðarlegu, banvænu magni af orku að fara í gegnum hann. Þess vegna er svo mikilvægt að halda sig frá fallnum raflínum; þú vilt ekki verða hluti af raforkubrautinni.

Ein algengasta spurningin sem fólk spyr varðandi flutningsturna er hvort það stafi heilsuhættu í för með sér þegar búið er nálægt raflínum. Það er rafsegulsviðið (EMF) sem veldur þeim áhyggjum - ósýnilegur orkukraftur sem myndast af öllum raftækjum, þar með talið raflínum.

Til að þekkja hættuna þarf að vita að ekki er öll geislun búin til jafn. Hugsaðu um að bolta sé kastað: mjúkt kast með tennisbolta er skaðlaust, en hafnabolti sem kastað er á 100 mílna hraða getur verið hættulegur. Sömuleiðis eru tvær aðal tegundir geislunar. Há-orka, jónandi geislun eins og röntgengeislar hafa næga orku til að valda skaða á frumum. En orkan frá raflínum er mjög lág tíðni og fellur því undir ó-jónandi flokkinn, sem er líka þar sem EMF frá raflögnum og heimilistækjum tilheyra.

Eftir margra ára að vinna mikið vísindastarf, hafa stórir heilbrigðishópar um allan heim ekki komist að því að það að vera nálægt raflínu EMF getur gert fólk veikt af hlutum eins og krabbameini. Sumar fyrri rannsóknir sýndu lítil tengsl, en flest af því sem við þekkjum sýnir ekki að það skaði neinn. Einnig verður kraftur rafsegulsviðs mun minni eftir því sem þú færð lengra í burtu frá því. Völlurinn er miklu veikari í 50 feta fjarlægð en rétt undir línunni og jafnvel veikari inni í húsi. Þessi regla um að halda öruggri fjarlægð er ein af ástæðunum fyrir því að þú sérð stór, opin landsvæði í kringum flutningsturna.

Þessar stóru, tæru landræmur sem fylgja sendingarturnunum eru ekki bara tóm rými, heldur sérstakt nafn og notkun. Þetta svæði er þekkt sem réttur-vegar-(ROW). Líttu á það sem lögverndaðan öryggis- og aðgangsstíg sem veitufyrirtækið heldur utan um. Það er mikilvægt til að raforkukerfið virki vel og fólk öruggt, tryggja að hús og aðrar byggingar séu nógu langt í burtu frá hættu.

Að hreinsa tré nálægt raflínum kemur aðallega í veg fyrir hættulegar aðstæður. Ef stórt tré vex of nálægt gæti rafmagn hoppað að því, sem gæti valdið rafmagnsleysi eða kveikt skógarelda. Í stormi getur fallandi trjágrein skorið línu og skilið þúsundir eftir án rafmagns. Með því að halda þessum gangi lausum við hávaxnar-plöntur koma veitur í veg fyrir að þessi fyrirsjáanlegu og hættulegu atvik eigi sér stað. Þetta snýst ekki bara um að forðast náttúruna; það er mikilvæg leið fyrir starfsmenn til að komast um. Þegar turn eða lína þarfnast skoðunar eða viðgerðar verða starfsmenn að hafa greiða leið til að komast á staðinn með því að nota stóra vörubíla og þungan búnað. Rétt-af-leið tryggir að þú komist í gegn. Þetta vekur allt rökrétta spurningu: Ef þeir þurfa svo mikið pláss á yfirborðinu, af hverju setjum við þá ekki bara allar raflínur neðanjarðar?

Einfaldasta svarið er kostnaður. Algengt er að grafa staðbundnar dreifilínur í hverfinu, en það er ekkert smá mál að grafa stórar háspennulínur. Sérhæfðir strengir, mikið af skurðgröfum, flókið kælikerfi þarf, svo að setja þessar línur neðanjarðar kostar 5-10 sinnum meira en að búa til stóra turna upp í loftið fyrir verkefni sem nær yfir hundruð kílómetra, sem þýðir að mismunurinn nemur milljörðum dollara og að aukakostnaður verður á endanum greiddur af fólki sem notar rafmagn.

Fyrir utan þann fyrsta kostnað eiga neðanjarðarlínur erfitt val á milli þess að vera áreiðanlegar og auðvelt að laga. Kostirnir eru augljósir, þeir eru öruggir fyrir vindi, ís og fallandi trjám og halda fallegu útsýni. En þegar eitthvað fer úrskeiðis er gríðarlegur sársauki að finna og laga það. Bilun í loftlínu sést venjulega af þyrlu innan nokkurra klukkustunda. Svipuð bilun í niðurgrafnum snúru myndi taka daga, ef ekki vikur, að grafa og prófa til að finna og laga, sem veldur mun lengri straumleysi. En tæknin er að breyta þessum útreikningi. Ný aðferð sem kallast háspennujafnstraumssending (HVDC) gerir langlínuverkefni neðanjarðar og neðansjávar mögulegri. Ólíkt venjulegum riðstraumi (AC) sem notaður er af flestum hlutum netsins, virka HVDC línur betur fyrir mjög langar vegalengdir og er auðveldara að setja neðanjarðar eða undir vatn. Og þetta er hvernig þessi stórfelldu vindorkuver á hafi úti tengjast meginlandinu um strengi sem hvíla á hafsbotni, sem gæti þýtt að fleiri af raforkunetum okkar gætu einn daginn horfið af sjónarsviðinu.

Þöglu stálrisarnir sem þú hefur séð alla ævi eru ekki lengur ráðgáta. Hið flókna rugl málms og víra sem áður var að pæla í þér hefur orðið ljóst þar sem þú getur nú séð fallega hönnunina að verki: trausta grindargrindina, framlengdu þverarmana sem halda línunum aðskildum og mikilvægu glereinangrunartækin sem tryggja raforkuflæði.

Næst þegar þú ferð í akstur geturðu þekkt hin ýmsu turnform og séð lengd einangrunarstrenganna sem sýnir spennustig línunnar. Hver turn er sýnilegur hlekkur í ósýnilegu kerfi, líkamlegur hluti af þeirri miklu áskorun sem felst í því að flytja orku yfir þjóðina. Þetta eru meira en bara stál, þetta eru vinnuhestar nútímaheims okkar. Í hvert skipti sem þú kveikir á ljósrofa muntu bera nýja virðingu fyrir því ótrúlega ferðalagi sem rafmagn fer í gegnum frá fjarlægri rafstöð, yfir háu vírana og beint í höndina á þér.