Lähetystornit: Sähköverkkojen selkäranka

Olet nähnyt heidät tuhat kertaa retkilläsi, marssimassa rinteiden poikki ja seisomassa vartiossa tyhjillä pelloilla. Nämä hiljaiset teräsjättiläiset, joita usein kutsumme sähköpylooniksi, ovat ympäristömme näkyvimpiä, mutta myös huomiotta jääneimpiä rakenteita. Mutta heidän työnsä on paljon suurempaa ja mielenkiintoisempaa kuin vain johtojen pitäminen pystyssä.

Kuvittele noita siirtotorneja sähkömme väylänä. Heillä on yksi päätehtävä: siirtää valtavia määriä tehoa todella pitkiä matkoja, mistä sähköä tuotetaan suurilla voimalaitoksilla aina pienempiin verkkoihin, jotka tuovat sen kotiisi tai toimistoosi. Ilman tällaista korkean kapasiteetin selkärankaa moderni maailmamme ei toimisi.

Se on tärkeää, koska se tarkoittaa, että ne on suunniteltu tarkoituksella, ja se saa sinut miettimään asioita, joita olet luultavasti ajatellut aiemmin. Insinööreillä on suuri ongelma: kuinka saat kaiken energian liikkumaan menettämättä suurinta osaa siitä matkan varrella? Ja tämä vastaus selittää miksi tornit ovat niin korkeita, miksi johdot ovat niin kaukana toisistaan ​​ja mitä ne lasiesineet, jotka roikkuvat tornien sivuilla, tekevät. Tarkastelemalla niiden takana olevaa logiikkaa ymmärrät näkymätön matkan, jonka sähkö kulkee päivittäin. Selvitämme tuttujen siluettien salaisuuksia, miksi niillä on niin erityiset muodot ja miksi linnut voivat asettua niiden päälle turvallisesti. Et näe vain tornia, näet sähkömaailmamme selkärangan.

Olet nähnyt heidän marssivan peltojen ja moottoriteiden poikki, mutta tiedätkö, mihin voimansiirtotornit ovat? Ne ovat melko yksinkertaisia: ne vain pitävät suuret, erittäin tehokkaat{0}}sähkölinjat omalla erityisellä vaateripustimellaan. Torni itsessään ei ole sähkökomponentti; sen tarvitsee vain olla vahva ja riittävän korkea pitämään raskaat korkeajännitejohdot-ylhäällä ja poissa ihmisten, puiden ja maan päällä olevien rakennusten ulottuvilta. Tämän järjestelmän todellinen, näkymätön sankari on ilma. Nostamalla voimalinjat niin korkealle, torni muodostaa valtavan, suojaavan ilmatyynyn johdon ja maan väliin. Ilma on loistava luonnollinen eriste, mikä tarkoittaa, että se estää sähköä hyppäämästä paikoista, joihin se ei kuulu. Tornin tehtävänä on vain pitää tämä turvallinen ilmatila. Ilman tuota huolellisesti hallittua etäisyyttä noiden linjojen valtavalla teholla ei olisi vaikeuksia löytää vaarallista oikotietä maahan.

Jos sähkö menee pistorasiaan, niin miksi et lähettäisi sitä sinne suoraan turvallisella matalalla jännitteellä voimalaitokselta? Ajattele sitä yrittämällä siirtää vettä pitkän matkan. Normaali puutarhaletku pienellä paineella ei toimisi hyvin, koska liikaa vettä menettäisi matkan varrella. Liittääksesi paljon vettä tehokkaasti, haluat käyttää jotain, jossa on paljon painetta, ehkä jopa putkea. Sähkö on myös samanlainen, se tarvitsee jonkinlaista "painetta" mennäkseen pitkälle menettämättä voimaansa.

Ja sitä sähköpainetta kutsutaanjännite. Sähkön nostaminen erittäin korkeaan jännitteeseen antaa voimayhtiöille mahdollisuuden lähettää valtavia määriä energiaa satojen kilometrien yli menettämättä paljon energiaa. Ja tämä on sähkön siirron salaisuus. Jos he yrittäisivät lähettää sen käyttämällä talosi käyttämää pienjännitettä, melkein kaikki energia katoaisi lämmönä matkan varrella, mikä tekisi voimalinjoista maailman pisimmän ja hyödyttömimmän leivänpaahtimen. Siksi lähetystornien on oltava niin korkeita ja näyttäviä. Koska johtojen sähkö on niin korkealla jännitteellä, on aivan liian vaarallista olla ihmisten tai rakennusten lähellä. Tornin korkeus antaa tarvittavan turvatyynyn pitäen tuon valtavan voiman turvallisesti korkealla ilmassa. Ja tietysti se voimakas sähkö täytyy "aseta" käyttökelpoiselle tasolle, mikä vie meidät palapelin seuraavaan osaan.

Et voi vain kytkeä sähkön "painetta" päälle tai pois päältä kuin hana. Tämän tärkeän tehtävän suorittaa jotain, jota kutsutaan muuntajaksi. Ajattele muuntajaa sähköverkon vaihteistona. Auto vaihtaa vaihteet ohjatakseen tehoa ja nopeutta, ja muuntaja tekee saman sähkön kanssa siirtämällä sen korkeasta matalaan jännitteeseen, jotta sitä voidaan käyttää sekä pitkillä että lyhyillä matkoilla.

Heti kun sähkö on tuotettu, se menee voimalaitoksen "askel{0}}ylös"muuntajaan. Tämä asia saa jännitteen nousemaan, valmistaen sen suurelle matkalle maan halki tornien välisillä sähkölinjoilla. Se on kuin laittaisi auto suurelle vaihteelle ennen pitkälle matkalle lähtöä, jotta se voi ajaa kauas ilman liikaa bensaa. Ilman näitä tehomuuntajia ei olisi korkeajännitteistä siirtoa-. Ja kun sähkölinjat tulevat lähelle kaupunkiamme, sähkö menee lähialueen sähköasemille. Tässä tapauksessa "step{7}}down" -muuntajat tekevät päinvastaista työtä; ne vähentävät erittäin korkean jännitteen paljon alhaisempaan, turvalliseen jännitteeseen yrityksille ja taloille. Transmission Substation on viimeinen alaspäin-vaihto, joka tekee tehosta hyödyllistä jokapäiväisessä elämässäsi. Jännite on nyt hallittu, siirrytään johtoja kantaviin rakenteisiin.

Vaikka nämä saattavat tuntua sekavalta metallisotkulta, voimansiirtotornit ovat itse asiassa melko tyylikkäitä. Päärunko on aristikkotorni, joka käyttää ristikkäisiä palkkikuvioita antaakseen sille uskomattoman lujuuden ja tuulenpitävyyden käyttämällä mahdollisimman vähän materiaaleja. Se on luuranko, se on vain korkea ja tarpeeksi vahva kestämään raskaat osat ja kestämään sään. Se on tehokkuuden tekninen saavutus, joka on tehty tukevaksi mutta silti hieman kevyeksi.

Luuranko on työntynyt ulos siitä ovat tornit pitkiä käsivarsia kutsutaanristiaseita. Heidän työnsä on helppoa mutta elintärkeää: pidä nuo vahvat sähköjohdot kaukana toisistaan ​​ja myös tornista. Jännite on niin korkea, että sähkö voi "hyppää" yllättävän suuren matkan ilman läpi. Ristivarret toimivat välikappaleina varmistaen, että johtojen välissä on turvallinen ilmatila, jotta sähkö ei kaarru (hyppää) johdosta toiseen, mikä voi aiheuttaa suuren vaarallisen oikosulun.

Lopuksi itse johdot. Teollisuudessa niitä ei vain kutsuta johtoiksi, vaan ne ovatjohtimia. Ne on yleensä valmistettu alumiinista, joka johtaa hyvin sähköä ja on myös erittäin kevyt, ja ne on kiedottu teräsytimen ympärille, joka antaa linjalle lujuutta. Tämä yhdistelmä toimii hyvin pitkien matkojen ajamiseen ilman liiallista notkoa. Mutta sitten pääsemme suureen kysymykseen: jos kaikki nuo johtimet kuljettavat sähköä ja torni on valmistettu metallista, miksi sähkö ei vain putoa suoraan maahan? Ja silloin tulee esiin tärkein asia, jonka usein unohdat.

Olet ehkä huomannut tornin käsivarsissa roikkuvan lasi- tai keraamisten kiekkojen nauhat. Ne ovat eristeitä ja tekevät yhden koko sähköverkon tärkeimmistä turvallisuustehtävistä. Ajattele niitä kotisi virtajohdon kumipinnoitteena, ne on tehty estämään sähkön kuolleen raiteillaan. Korkeajännitejohdin on kytketty eristenauhan pohjaan ja yläpää on kytketty torniin. Ja se muodostaa eräänlaisen ei--sähköisen esteen, jotta kaikki linjassa oleva voima ei koskaan pääse metallitorniin ja putoaisi maahan.

Tämän tärkeän roolin tekee mahdolliseksi se, että lasin ja posliinin kaltaiset materiaalit johtavat huonosti sähköä. Johtimen läpi virtaavalle sähkölle eriste on yksinkertaisesti umpikuja. Tämän esteen edessä sähköllä ei ole muuta mahdollisuutta kuin jatkaa suunniteltua reittiä johtoa pitkin. Ilman näitä yksinkertaisia ​​mutta tehokkaita eristeitä jokainen lähetystorni muuttuisi massiiviseksi, sähköistetyksi vaaraksi, mikä aiheuttaisi koko järjestelmän oikosulun. Tässä on jotain hienoa, jota voit etsiä seuraavalla matkallasi: eristenauhan pituus kertoo, kuinka paljon virtaa linjassa on. Korkeammilla jännitteillä on suurempi kyky "hyppää" raon yli, joten ne tarvitsevat enemmän eroa ollakseen turvallisesti sisällä. 765 000 voltin johto saattaa tarvita pitkän kolmenkymmenen tai useamman levyn sarjan, kun taas 138 000 voltin johto voi tarvita vain kahdeksan tai kymmenen. Siksi mitä pidempi eristesarja, sitä vahvempaa sähköä se pidättää.

Kun huomaat voimansiirtotornit, huomaat, että niillä on erilaisia ​​muotoja. Jotkut ovat rönsyileviä teräsverkkoja, jotkut ovat siistejä ja yksinkertaisia ​​pylväitä. Tällainen ero ei liity pelkästään ulkonäköön, vaan käytännölliseen valikoimaan kahdesta ensisijaisesta tyypistä. Klassinen ristikkäinen on aristikkotorni. Sen ohuempi sukulainen, joka tavataan usein valtateiden varrella, on nimeltään amonopolipyloni. Miksi ne näyttävät niin erilaisilta? Se johtuu yleensä siitä, että jonkun oli tehtävä valinta, käyttääkö hän enemmän rahaa vai käyttääkö enemmän tilaa maassa.

Ristikkotornit ovat alan työhevosia uskomattoman lujuutensa ja kohtuuhintaisuutensa ansiosta, ja ne on valmistettu lukuisista pienistä, kulmissa olevista teräspaloista. Niissä on verkko{1}}kaltainen rakenne, joka on tukeva ja kestävä, mutta sillä on yksi merkittävä haittapuoli – se vie valtavan määrän maata. Neljä jalkaa ojennettuna leveäksi, ne tarvitsevat paljon tilaa maassa, joten niillä on yleensä pitkä, tyhjä polku, jota kutsutaan oikeaksi-etu-. Tämä tekee niistä sopivia avoimeen maahan, jossa on paljon maata. Sitä vastoin monopolipyloni on vastaus ahtaisiin paikkoihin. Sen rakentaminen ja asentaminen on kalliimpaa, mutta sen jalanjälki on pieni. Yksi pylväs vie paljon vähemmän tilaa kuin ristikkotorni, minkä vuoksi se sopii ruuhkaisille esikaupunkialueille tai valtateiden varsille, joissa ei ole tarpeeksi tilaa isolle ristikkotornille. Se, valitsemmeko ristikkotornin tai monopolipylonin, riippuu ympäristöstä, ja käyttämämme torni on vain käytännöllinen vastaus käytettävissä olevaan tilaan.

Ne terästornit, jotka marssivat maiseman halki, ovat ilmeisimpiä osia valtavassa, yhdistetyssä{0}}sähköjärjestelmässä. Ajattele niitä valtakunnallisen sähkön valtatieverkon osavaltioiden välisinä väylinä. Mutta aivan kuten et voi viedä autoa suoraan tehtaalta ajotielle käyttämättä paikallisia teitä, sähkön on kuljettava samanlainen monivaiheinen matka kotiisi asti.

Se alkaa voimalaitoksesta, joka tuottaa sähköä. Pitkälle matkalle pääsemiseksi tehoa vahvistetaan (tai "lisätään") suuret koneet, joita kutsutaan muuntajiksi, erittäin korkeaan jännitteeseen. Se on samanlainen kuin vedenpaineen nostaminen, jotta suuri määrä voi virrata putken läpi pienemmällä energiahäviöllä. Lähetystornit kuljettavat korkeajännitteisiä-johtoja satojen kilometrien yli, mikä muodostaa suurimman osan verkosta.

Ja lopulta sen on poistuttava moottoritieltä. Ja sitä siirtoasema tekee – ne suuret aidatut-paikat, joissa on kaikki muuntajat ja laitteet, joita olet ehkä huomannut kaupunkien lähellä. Täällä korkeajännite-sähkö "porrastetaan" paljon pienemmäksi, turvallisemmaksi jännitteeksi. Se on ratkaiseva yhteys pitkän matkan-sähköverkon ja paikallisyhteisön sähköverkon välillä. Sähköasemalta pienjännite-sähkö kulkee pienempien, tutumpien sähkölinjojen kautta, jotka on yleensä ripustettu kaupungin kaduilla oleviin puupylväisiin. Nämä johdot kuljettavat virtaa viimeiseen talosi lähellä olevaan muuntajaan, joka alentaa jännitettä vielä kerran, ennen kuin se menee kotiisi ja saavuttaa pistorasian odottamassa käyttöä. Tämä valtava energiamäärä, joka liikkuu ympäriinsä, ei ole aina täysin hiljaista, joten saatat joskus kuulla outoja ääniä.

Jos olet aiemmin ollut lähellä suurta lähetystornia, olet saattanut kuulla jonkinlaista surinaa tai rätintää. Tämä ääni ei osoita vaaraa, se on vain tunnettu ja normaali ilmiö, joka tunnetaan nimellä koronapurkaus. Se on kaiken sen voimakkaan sähkön ääni, joka on vuorovaikutuksessa kaikkien niiden ympärillä olevien ilmamolekyylien kanssa. Se voi tuntua vialta, mutta se on itse asiassa pieni, odotettu energiavuoto, joka tapahtuu erittäin korkeilla jännitteillä.

Kuvittele valtava sähköinen "paine" noissa linjoissa. Se on niin voimakas, että se voi saada langan vieressä olevat ilmahiukkaset latautumaan sähköisesti tai ionisoitumaan. Tämä on ikään kuin pieni, jatkuva kipinä, ja kaikki nuo pienet soihdut yhdessä aiheuttavat kuulemasi surisevan äänen. Se on jossain määrin samanlainen kuin ovenkahvan staattisen sähkön rätiseminen, paitsi että sitä esiintyy jatkuvasti suuressa mittakaavassa. Saatat myös huomata, että ääni on kovempi märällä, sumuisella tai sateisella säällä. Koska kosteassa ilmassa on enemmän vesipisaroita, ja vesi tarjoaa hieman helpomman tien sähkölle virrata ilmaa johtimen lähellä. Tämä tekee korona-ilmiöstä voimakkaamman, joten surina ja rätinä ovat näkyvämpiä. Joten tämä vahva sähkökenttä vaikuttaa ilmaan, kun se kulkee sen läpi, mutta mitä tapahtuu, jos jokin muu koskettaa johtoa?

Se on klassinen, hämmentävä kohtaus: pieni lintu voi istua valtavan korkeajännitteisen-sähköjohdon päällä, eikä sillä ole edes höyhentä ryppyjä. Ja vastaus on itse asiassa melko yksinkertainen, ja se kaikki tiivistyy yhteen sähkön perusperiaatteeseen. Sähkön on mentävä jonnekin, jotta se voi tapahtua, ja se tarkoittaa sitä, että sitä seuraa koko reitti – sähköpiiri. Sen on siirryttävä paikasta, jossa on paljon energiaa, paikkaan, jossa on vähemmän energiaa.

Yhdelle langalle laskeutuvan linnun rungossa ja johdossa on sama korkea sähköpotentiaali. Koska lintu ei kosketa maata tai muuta johdinta, jossa on erilainen jännite, sähköllä ei ole reittiä kulkea linnun läpi. Current katsoo lintua umpikujaksi ja kulkee paljon helpompaa tietä, erittäin johtavaa metallilankaa. Lintu on turvallinen, koska se ei ole osa piiriä. Maan päällä oleva ihminen tekee kuitenkin vaarallisen tilanteen. Jos kosketat samaa lankaa, kehosi olisi puuttuva pala. Sähkö löytäisi välittömästi uuden reitin korkea-jännitejohdosta sinun kauttasi maahan. Kehosi täydentää piirin ja antaa valtavan, tappavan määrän energiaa kulkea sen läpi. Siksi on niin tärkeää pysyä poissa kaatuneista voimalinjoista; et halua tulla osaksi sähkön polkua.

Yksi yleisimmistä kysymyksistä, joita ihmiset kysyvät voimansiirtotorneista, on, aiheuttaako ne terveysriskejä sähkölinjojen lähellä asuessa. Heitä huolestuttaa sähkömagneettinen kenttä (EMF) – kaikkien sähkölaitteiden, myös voimalinjojen, luoma näkymätön energiavoima.

Vaaran tuntemiseksi on tiedettävä, että kaikki säteily ei ole samanarvoista. Ajattele pallon heittämistä: pehmeä heitto tennispallolla on vaaratonta, mutta 100 mailia tunnissa heitetty baseball voi olla vaarallista. Samoin on olemassa kahta ensisijaista säteilyä. Suuri-energinen ionisoiva säteily, kuten röntgensäteet, sisältää tarpeeksi energiaa vahingoittaakseen soluja. Mutta voimalinjoista tuleva energia on erittäin matalataajuista, joten se kuuluu ei--ionisoivaan luokkaan, johon kuuluvat myös kodin johtojen ja laitteiden EMF:t.

Monien vuosien tieteellisen työn jälkeen suuret terveysryhmät kaikkialla maailmassa eivät ole havainneet, että sähkölinjojen sähkömagneettisten kenttien lähellä oleminen voi saada ihmiset sairastumaan esimerkiksi syöpään. Jotkut aiemmat tutkimukset osoittivat pienen yhteyden, mutta suurin osa siitä, mitä tiedämme, ei osoita, että ne loukkasivat ketään. Myös sähkömagneettisen kentän teho pienenee paljon, kun siirryt kauemmaksi siitä. Kenttä on paljon heikompi 50 metrin päässä kuin aivan linjan alla, ja vielä heikompi talon sisällä. Tämä turvallisen etäisyyden pitämisen periaate on yksi syy siihen, miksi lähetystornien ympärillä näkyy suuria, avoimia maa-alueita.

Nämä suuret, selkeät maakaistaleet, jotka kulkevat lähetystornin mukana, eivät ole vain tyhjiä tiloja, vaan niillä on erityinen nimi ja käyttötarkoitus. Tämä alue tunnetaan nimellä-Oikea-(ROW). Ajattele sitä lakisääteisenä turva- ja kulkuväylänä, jota sähköyhtiö pitää yllä. Se on tärkeää, jotta sähköverkko toimisi hyvin ja ihmiset ovat turvassa, jotta talot ja muut rakennukset ovat riittävän kaukana vaaroista.

Puiden raivaus voimalinjojen läheltä ehkäisee pääasiassa vaaratilanteita. Jos iso puu kasvaa liian lähelle, siihen voi hypätä sähköä, mikä voi aiheuttaa sähkökatkon tai metsäpalon. Myrskyn aikana kaatava puun oksa voi katkaista linjan ja jättää tuhansia ilman sähköä. Pitämällä tämä käytävä vapaana korkeista-kasveista, voimalaitokset estävät näitä ennakoitavissa olevia ja vaarallisia tapahtumia. Kyse ei ole vain luonnon välttämisestä; se on työntekijöille elintärkeä tapa liikkua. Kun torni tai linja vaatii tarkastusta tai korjausta, työntekijöillä on oltava vapaa reitti päästäkseen paikalle suurilla kuorma-autoilla ja raskaalla kalustolla. Oikealla-suu-varmistaa, että pääset läpi. Tämä kaikki herättää loogisen kysymyksen: jos he tarvitsevat niin paljon tilaa pinnalle, niin miksi emme vain laita kaikkia voimalinjoja maan alle?

Yksinkertaisin vastaus on hinta. Paikallisten lähijakelulinjojen hautaaminen on yleistä, mutta massiivisten korkeajännitteisten{1}}siirtolinjojen hautaaminen ei ole mikään pieni saavutus. Erikoiskaapeleita, paljon kaivamista, monimutkaisia ​​jäähdytysjärjestelmiä tarvitaan, joten näiden linjojen sijoittaminen maan alle maksaa 5-10 kertaa niin paljon kuin suurten tornien rakentaminen ilmaan satojen kilometrien mittaisessa projektissa, mikä tarkoittaa, että ero on miljardeja dollareita ja ylimääräiset kustannukset joutuvat maksamaan sähköä käyttävät ihmiset.

Ensimmäisen hinnan lisäksi maanalaisilla linjoilla on vaikea valita luotettavuuden ja helposti korjattavien välillä. Edut ovat ilmeisiä, ne ovat turvassa tuulelta, jäältä ja kaatuvilta puilta ja pitävät kauniin näkymän. Mutta kun jokin menee pieleen, sen löytäminen ja korjaaminen on valtava kipu. Helikopteri havaitsee vian ilmajohdossa yleensä muutamassa tunnissa. Samanlainen vika haudatussa kaapelissa kestäisi päiviä, ellei viikkoja, kaivamista ja testausta löytää ja korjata, mikä aiheuttaisi paljon pidempiä katkoksia. Mutta tekniikka muuttaa tämän laskelman. Uusi menetelmä, joka tunnetaan nimellä korkeajännitetasavirta (HVDC) -lähetys, tekee pitkän matkan maanalaisista ja merenalaisista projekteista entistä mahdollisemman. Toisin kuin tavallinen vaihtovirta (AC), jota käytetään useimmissa verkon osissa, HVDC-linjat toimivat paremmin hyvin pitkillä etäisyyksillä ja ne voidaan sijoittaa helpommin maan alle tai veden alle. Ja näin nuo massiiviset merituulipuistot yhdistetään mantereeseen merenpohjassa olevilla kaapeleilla, mikä voi tarkoittaa, että useampi sähköverkkomme saattaa jonain päivänä vain kadota näkyvistä.

Hiljaiset teräsjättiläiset, joita olet nähnyt koko elämäsi, eivät ole enää mysteeri. Metallin ja johtojen sotkuinen sotku, joka ennen hämmensi sinua, on tullut selväksi, sillä nyt näet kauniin muotoilun toiminnassa: tukeva ristikkorunko, linjat erillään pitävät ulottuvat ristivarret ja tärkeät lasieristeet, jotka suojaavat sähkön virtausta.

Kun seuraavan kerran lähdet ajelulle, voit tunnistaa eri tornimuodot ja nähdä eristinjonojen pituuden, joka näyttää johdon jännitetason. Jokainen torni on näkyvä lenkki näkymätön järjestelmässä, fyysinen osa valtavaa haastetta kuljettaa energiaa koko kansakunnan. Nämä ovat enemmän kuin vain terästä, nämä ovat nykymaailmamme työhevosia. Joka kerta kun kytket valokytkimen päälle, tunnet uuden kunnioituksen sitä hämmästyttävää matkaa kohtaan, jonka sähkö kulkee kaukaisesta voimalaitoksesta noiden korkealla olevien johtojen yli ja suoraan käteesi.