خطوط الطاقة الهوائية (المعروفة أيضًا بخطوط النقل وخطوط الطاقة وكابلات الطاقة والكابلات المحورية) هي مجموعات من الكابلات والأسلاك المعلقة المستخدمة لنقل الطاقة الكهربائية بين موقعين منفصلين أو أكثر حتى يمكن معالجتها لاستخدامها من قبل المستهلكين بأمان وكفاءة.
جدول المحتويات
ما هو خط الطاقة العلوي؟
يعمل خط الطاقة العلوي كقناة لنقل الموجات الكهرومغناطيسية بمستويات جهد متفاوتة عبر مجموعة متنوعة من المسافات والبيئات والمناظر الطبيعية لتوفير الطاقة الكهربائية حيثما تكون هناك حاجة إليها.
يتم دعم كابلات خطوط الطاقة هيكليًا بواسطة أعمدة المرافق أو الأبراج الفولاذية، والتي تم تصميمها للحفاظ على الخطوط معلقة على ارتفاع آمن. وهذا يضمن وجود قدر كافٍ من الخلوص الأرضي - مما يقلل من خطر إزعاج الخطوط الحية أو إتلافها.
تتوفر خطوط الطاقة الهوائية بأنواع وأطوال مختلفة لتناسب أحمال الجهد المختلفة. وهذا يمكّنها من خدمة مجموعة كاملة من أغراض إمداد الكهرباء الصناعية والسكنية.
كيف يعمل نظام نقل الطاقة الكهربائية؟
يتيح نظام نقل الطاقة الكهربائية عبر الخطوط الهوائية نقل الكهرباء على مستوى البلاد - مما يؤدي إلى توفير إمداد سريع وسلس للطاقة في جميع أنحاء البلاد. تعد الشبكة حيوية لضمان إمداد موثوق ومنتظم بالطاقة لمنازلنا وأماكن عملنا وغيرها من المرافق.
هناك نوعان من خطوط الكهرباء العلوية: خطوط النقل و خطوط التوزيع. تنقل خطوط النقل الطاقة "الأساسية" ذات الجهد العالي بين المولدات ومحطات الطاقة الفرعية، حيث يمكن لاحقًا "تخفيضها" بأمان إلى مستوى جهد أقل باستخدام محول قبل توزيعها على الجمهور.
خطوط التوزيع هي الكابلات التي تحمل بعد ذلك هذا الإمداد المنخفض من الكهرباء "الثانوية" إلى الأفراد والشركات والمباني الأخرى للاستخدام اليومي.
أنواع خطوط الكهرباء
يمكن لخطوط الطاقة استخدام شكلين من أشكال تدفق التيار: التيار المتناوب والتيار المستمر. في التيار المستمر، يتدفق التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط، بينما في التيار المتناوب، يمكن للطاقة تغيير اتجاهها بشكل دوري.
بفضل قدرتها الفائقة على العمل بجهد أعلى وسهولة تحويل الطاقة حسب الحاجة، يتم استخدام التيار المتردد بشكل شائع في خطوط الطاقة اليوم.
لتسهيل تقييم الأداء، يمكن تصنيف خطوط الطاقة المترددة حسب الجهد والطول:
تصنيف الجهد
- الجهد المنخفض: الخطوط التي تنقل 1 كيلو فولت أو أقل؛
- الجهد المتوسط:خطوط النقل بين 1-69 كيلو فولت؛
- الجهد العالي: الخطوط التي تنقل بين 69 كيلو فولت – 345 فولت؛
- جهد عالي جدًا:خطوط نقل حوالي 345-800 كيلو فولت؛ و
- الجهد العالي جدًا: الخطوط التي تنقل 800 كيلو فولت وما فوق.
تصنيف الطول
خطوط قصيرة
خطوط الطاقة القصيرة هي تلك التي تغطي مسافة تصل إلى 50 ميلاً (80 كم). تحمل هذه الخطوط تدفق جهد يتراوح بين 11-33 كيلو فولت وغالبًا ما تُستخدم لتزويد المنازل وشبكات الطاقة الأخرى ذات الطلب المنخفض بالكهرباء.
خطوط متوسطة
تُصنف الخطوط التي تمتد بين 50-100 ميل (80-160 كم) على أنها خطوط طاقة متوسطة وتنقل عادةً ما بين 66-132 كيلو فولت عبر كابلاتها. يمكن تقسيم هذه الفئة إلى نماذج Pi ونماذج T. في خط نموذج Pi، تتركز السعة (القدرة على تخزين شحنة كهربائية) بالتساوي عند كل طرف، بينما في خط نموذج T، تتركز السعة في مركزها.
خطوط طويلة
يغطي خط الطاقة الطويل مسافة تزيد عن 100 ميل (أكثر من 160 كيلومترًا) بسعة جهد تبلغ 132 كيلو فولت أو أكثر. فقط في هذه الخطوط يتم استخدام جميع المعلمات الأربعة لتحديد الأداء (المقاومة والمحاثة والسعة وموصلية التسرب) بالتساوي عبر خط الطاقة بالكامل.
مكونات خطوط الكهرباء العلوية
دعم الخط
تحافظ دعامات الخطوط على تعليق خطوط الطاقة فوق الأرض، مما يقلل من مخاطر السلامة ويزيد من نقل الطاقة. هناك نوعان رئيسيان من دعامات الخطوط - أقطاب و ابراجيعتمد النوع المستخدم على عوامل مختلفة، مثل مستوى الجهد والمسافة المطلوبة للتغطية.
أقطاب
تنقل الأعمدة الطاقة لمسافات أقصر. تُستخدم عادةً في خطوط التوزيع، وعادةً ما تحمل مستويات جهد منخفضة إلى عالية. المواد الأكثر شيوعًا التي تُصنع منها الأعمدة هي الخشب والخرسانة والصلب.
الأعمدة الخشبية: تُستخدم الأعمدة الخشبية غالبًا لتغطية مسافات أقصر، وهي خيار فعال من حيث التكلفة لنقل مستويات الجهد المنخفض والمتوسط. ومع ذلك، نظرًا لكونها مادة طبيعية، فإن الأعمدة الخشبية لها عمر أقصر وهي أكثر عرضة للظروف البيئية من نظيراتها المصنوعة من قبل الإنسان.
أعمدة خرسانية (RCC):تتميز الأعمدة الخرسانية بانخفاض تكاليف الصيانة وسعة التحميل العالية، وهي الخيار الأمثل للهياكل الداعمة التي تتطلب قوة إضافية أو مرونة، مثل المناطق التي تشهد ظروفًا مناخية قاسية. ولكن لسوء الحظ، فإن تركيبها الثقيل يجعلها باهظة الثمن وصعبة النقل.
أعمدة فولاذية: تُستخدم الأعمدة الفولاذية عادةً في المناطق الحضرية، وهي متينة وتسمح بمستوى عالٍ من المرونة في تصنيعها - مما يجعلها خيارًا جذابًا قابلًا للتكيف مع مجموعة من أغراض النقل. على الرغم من أن الأعمدة المجلفنة تتميز بطول العمر، إلا أنها لا تزال عرضة للصدأ وهي مكلفة.
الأبراج
لنقل مستويات الجهد الأعلى عبر مناطق أكبر، تعد الأبراج الفولاذية دعامات الخطوط المفضلة. وباعتبارها هياكل فولاذية قوية ذات مستوى كبير من القوة الميكانيكية، فإن تصميمها يوفر مرونة قوية للعناصر وجودة أعلى للنقل.
ومع ذلك، وكما هو الحال مع الأعمدة الفولاذية، فإن الأبراج باهظة الثمن وأكثر عرضة للصواعق من المواد الأخرى.
موصلات خطوط الطاقة
الموصلات هي مكونات متصلة بخطوط الطاقة لتسهيل مرور الكهرباء من مكان إلى آخر. كما أنها تساعد في تعزيز سلامة الشبكة الكهربائية.
الأنواع الأربعة الرئيسية للموصلات المستخدمة في الخطوط الهوائية هي AACs (جميع موصلات الألومنيوم)؛ AAACs (جميع موصلات سبائك الألومنيوم)؛ ACARs (موصلات الألومنيوم المقواة بالسبائك)؛ و ACSRs (موصلات الألومنيوم المقواة بالفولاذ).
تعد موصلات ACSR - وبدرجة أقل موصلات AAAC - الموصلات الأكثر استخدامًا في خطوط الطاقة الحديثة. وباعتبارها موصلات خفيفة الوزن ذات سعة عالية، فإن موصلات ACSR وAAC فعالة من حيث التكلفة أيضًا - مما يجعلها مثالية للاستخدام في خطوط الجهد العالي التي تتطلب موصلات متعددة أو مجمعة.
عوازل خطوط الطاقة
تعمل العوازل على تقييد تدفق الطاقة عند نقاط محددة من الشبكة الكهربائية. وتُستخدم في خطوط الطاقة للمساعدة في سلامة ودعم الهيكل من خلال تعزيز الخط والحفاظ على فصل الموصلات.
يمكن تقسيم عوازل خطوط الطاقة بشكل فضفاض إلى فئتين اعتمادًا على عملية التثبيت: عوازل الدبوس (تم تثبيته فوق الخط) و عوازل التعليق (تم تثبيته للتعليق أسفل الخط).
بالنسبة للخطوط ذات الجهد العالي، غالبًا ما تُستخدم العوازل المعلقة المعيارية (وحدات متعددة) للتعامل مع المستوى الأعلى من المقاومة المطلوبة. وهي مصنوعة من سلسلة من أقراص العوازل القابلة للتعديل، ويمكن زيادتها أو تقليلها بسهولة حسب الحاجة.
مثبتات خطوط الطاقة الأرضية
المراسي الأرضية (المعروفة أيضًا باسم المراسي الأرضية) هي أجهزة هندسية ثقيلة تستخدم لتعزيز وتثبيت الأعمدة أو الأبراج المثبتة لدعم خطوط الطاقة.
تساعد المراسي الأرضية، التي يتم دفعها أو تثبيتها في الأساسات المحيطة، على حماية سلامة هيكل الخطوط ضد الظروف الجوية المعاكسة أو القاسية، فضلاً عن أي تغييرات طبيعية أو من صنع الإنسان لاحقة في المناظر الطبيعية المحلية.
تجهيزات خطوط الطاقة
يتم تثبيت مجموعة متنوعة من ملحقات الأجهزة على خطوط الطاقة والأعمدة والأبراج للمساعدة في الانتقال السلس للكهرباء من مكان إلى آخر. تتضمن بعض التركيبات الأكثر شيوعًا المستخدمة في خطوط الطاقة والدعامات ما يلي:
- تقاطع الذراعين: شريط مثبت أفقيًا على عمود لدعم عوازله والأجهزة الأخرى؛
- أسلاك التثبيت:كابلات فولاذية قوية تعمل على تعزيز هيكل عمود المرافق؛
- الفواصل: المكونات التي تحافظ على الموصلات الحية على خط مسافة آمنة.
- المثبطات: الأجهزة التي تحمي الكابلات والأسلاك الهشة في البيئة الخارجية؛
- أسلاك الأرض: توفير طبقة من الحماية بين الخط والظروف المناخية القاسية؛
- مانعات الصواعق: أجهزة الأمان التي تعمل على إعادة توجيه الصواعق بعيدًا عن الخط المباشر إلى الأرض.
خاتمة
عندما قام رائد العبقرية نيكولا تيسلا بتصميم نظام التيار المتردد خلال الثورة الصناعية، ربما لم يكن حتى عقله الرؤيوي ليتنبأ بالتأثير الذي لا مثيل له الذي سيحدثه اكتشافه في إعادة اختراع كيفية استخدام هذه الطاقة القوية.
بعد مرور ما يقرب من 150 عامًا، لا يزال التيار المتردد هو المعيار العالمي بلا منازع لنقل الكهرباء - وبفضل شبكتنا المتطورة من الخطوط الهوائية التي تحمل هذا المورد المشع على نطاق واسع، تمكنا من تحقيق مستوى من التقدم التكنولوجي الذي أثرى جميع مجالات حياتنا.
بفضل تطور نقل الطاقة لمسافات طويلة، أصبح كوكبنا المتواضع الأرض مضاءً ضمن مساحة شاسعة من الفضاء الحبري - ويبدو مستقبلنا أكثر إشراقا.
الأسئلة الشائعة
ما هو خط الطاقة العلوي؟
يعمل خط الطاقة العلوي كقناة لنقل الموجات الكهرومغناطيسية بمستويات جهد متفاوتة عبر مجموعة متنوعة من المسافات والبيئات والمناظر الطبيعية لتوفير الطاقة الكهربائية حيثما تكون هناك حاجة إليها.
كيف يعمل نظام نقل الطاقة الكهربائية؟
يتيح نظام نقل الطاقة الكهربائية عبر الخطوط الهوائية نقل الكهرباء على مستوى البلاد - مما يؤدي إلى توفير إمداد سريع وسلس للطاقة في جميع أنحاء البلاد. تعد الشبكة حيوية لضمان إمداد موثوق ومنتظم بالطاقة لمنازلنا وأماكن عملنا وغيرها من المرافق.
أنواع خطوط النقل
يمكن لخطوط الطاقة استخدام شكلين من تدفق التيار: التيار المتناوب (AC) والتيار المستمر (DC).
يمكن تصنيف خطوط الطاقة المترددة حسب الجهد والطول:
تصنيف الجهد
- الجهد المنخفض
- الجهد المتوسط
- الجهد العالي
- جهد عالي جدًا
- الجهد العالي جدًا
تصنيف الطول
- خطوط قصيرة
- خطوط متوسطة
- خطوط طويلة
مكونات خطوط الكهرباء العلوية
يمكن تصنيف المكونات إلى خمس فئات رئيسية:
- دعم الخط
- موصلات خطوط الطاقة
- عوازل خطوط الطاقة
- مثبتات خطوط الطاقة الأرضية
- تجهيزات خطوط الطاقة
