Prenosni tornjevi: okosnica energetskih mreža

Videli ste ih hiljadu puta tokom svojih putovanja, kako marširaju po obroncima i stoje na straži u praznim poljima. Ovi tihi čelični divovi koje često nazivamo električnim stubovima među najvidljivijim su, ali i najprevidljivijim strukturama u našem okruženju. Ali njihov posao je mnogo veći i zanimljiviji od pukog održavanja gomile žica.

Zamislite te prenosne tornjeve kao međudržavne stanice za našu električnu energiju. Oni imaju jedan glavni zadatak: prenijeti ogromne količine energije na zaista velike udaljenosti, od mjesta gdje se električna energija proizvodi u velikim elektranama, pa sve do manjih mreža koje je donose u vašu kuću ili ured. Bez takve kičme sa velikim kapacitetom, naš savremeni svijet ne bi funkcionisao.

To je važno jer znači da su dizajnirani namjerno i tjera vas da se zapitate o stvarima o kojima ste vjerovatno ranije razmišljali. Inženjeri imaju veliki problem: kako natjerati svu tu energiju da se kreće, a da je usput ne izgubite? A ovaj odgovor će objasniti zašto su kule tako visoke, zašto su žice tako udaljene i šta rade te staklene stvari koje vise sa strana kula. Gledajući logiku iza njih, shvatit ćete nevidljivo putovanje koje električna energija prolazi svaki dan. Otkrit ćemo tajne skrivene u poznatim siluetama zašto imaju takve posebne oblike i zašto ptice mogu sigurno sjediti na njima. Nećete vidjeti samo toranj, vidjet ćete kičmu našeg električnog svijeta.

Vidjeli ste ih kako marširaju poljima i autoputevima, ali znate li čemu služe prijenosni tornjevi? Prilično su osnovne: samo drže velike, super{0}}moćne električne vodove sa svojom posebnom vrstom vješalica. Toranj sam po sebi nije električna komponenta; sve što treba da uradi je da bude dovoljno jak i visok da drži teške,-naponske žice gore i van domašaja ljudi, drveća i zgrada na zemlji. Pravi, nevidljivi heroj ovog sistema je vazduh. Podižući dalekovode tako visoko, toranj čini ogroman, zaštitni vazdušni jastuk između žice i zemlje. Vazduh je odličan prirodni izolator što znači da sprečava da struja skače sa mesta gde joj nije mesto. Zadatak tornja je samo da zadrži taj siguran prostor zraka. Bez te pažljivo upravljane udaljenosti, ogromna snaga u tim linijama ne bi imala problema da pronađe opasnu prečicu do Zemlje.

Ako struja ide u vašu zidnu utičnicu, zašto je onda ne biste poslali tamo direktno na onaj siguran, niski napon iz elektrane? Zamislite to kao pokušaj premještanja vode na velike udaljenosti. Normalno baštensko crevo sa malim pritiskom ne bi dobro funkcionisalo jer bi se usput izgubilo previše vode. Da biste efikasno kretali puno vode, trebali biste koristiti nešto pod velikim pritiskom, možda čak i cijev. Slična je i struja, potrebna joj je neka vrsta "pritiska" da ode daleko, a da ne izgubi snagu.

I taj električni pritisak se zovenapon. Podizanje električne energije na veoma visok napon omogućava energetskim kompanijama da šalju ogromne količine energije na stotine milja bez gubitka mnogo energije. I to je tajna prijenosa električne energije. Ako bi pokušali da ga pošalju koristeći niski napon koji koristi vaša kuća, tada bi se gotovo sva energija izgubila kao toplina usput, čineći električne vodove najdužim i najbeskorisnijim tosterom na svijetu. Zato prenosni tornjevi moraju biti tako visoki i impozantni. Budući da je struja na žicama na tako visokom naponu, previše je opasno biti u blizini ljudi ili zgrada. Visina tornja daje neophodan sigurnosni jastuk, držeći tu ogromnu snagu bezbedno u vazduhu. I, naravno, tu moćnu električnu energiju treba "spustiti" na upotrebljiv nivo, što nas dovodi do sljedećeg dijela slagalice.

Ne možete jednostavno uključiti ili isključiti "pritisak" struje kao slavinu. Taj važan zadatak obavlja nešto što se zove transformator. Zamislite transformator kao mjenjač električne mreže. Automobil mijenja brzine kako bi kontrolirao snagu i brzinu, a transformator radi istu stvar sa strujom mijenjajući je s visokog na niski napon tako da se može koristiti i za duga i kratka putovanja.

Odmah nakon što se struja napravi, ona ide u nešto što se zove "step-up" transformator u elektrani. Ova stvar čini da napon raste, pripremajući ga za veliko putovanje širom zemlje na dalekovodima između tornjeva. To je kao da stavite automobil u visoku brzinu prije odlaska na dugo putovanje kako bi mogao putovati daleko bez upotrebe previše gasa. Bez ovih energetskih transformatora, ne bi bilo ni-naponskog prijenosa. A kada se dalekovodi približe našim gradovima, struja ide u susjedske trafostanice. U ovom slučaju, "step{7}}" transformatori rade suprotan posao; oni smanjuju ekstremno visok napon na mnogo niži, siguran napon za kompanije i kuće. Prijenosna trafostanica je posljednja 'niža{9}}smjena koja snagu čini korisnim za vaš svakodnevni život. Napon je sada kontrolisan, pređimo na strukture koje nose vodove.

Iako ovo može izgledati kao zamršen metalni nered, prijenosni tornjevi su zapravo prilično elegantni. Glavno tijelo je arešetkasti toranj, koji koristi ukršteni uzorak greda kako bi mu dao nevjerovatnu snagu i otpornost na vjetar koristeći najmanju moguću količinu materijala. To je kostur, sve što radi je da bude visok i dovoljno jak da izdrži teške dijelove i izdrži vremenske prilike. To je inženjerski podvig efikasnosti, napravljen da bude čvrst, ali ipak donekle lagan.

Kostur iz njega vire kule duge rukecrossarms. Njihov posao je lak, ali vitalan: držite te jake električne vodove podalje jedan od drugog i od tornja. Napon je toliko visok da električna energija može "skočiti" na iznenađujuće veliku udaljenost kroz zrak. Poprečne ruke rade kao odstojnici, pazeći da između žica postoji siguran prostor za zrak tako da električna energija ne skoči (skače) s jedne žice na drugu, što bi moglo stvoriti veliki, opasan kratki spoj.

Konačno, same žice. U industriji se ne nazivaju samo žicama, već jesuprovodnici. Obično su napravljeni od aluminijuma, koji je dobar u vođenju struje, a takođe je i veoma lagan, omotan oko čelične jezgre koja liniji daje snagu. Ova kombinacija dobro funkcionira za prelazak na velike udaljenosti bez previše opuštanja. Ali onda dolazimo do velikog pitanja: ako svi ti provodnici provode struju, a toranj je napravljen od metala, kako to da struja ne pada samo u zemlju? I tada dolazi najvažnija stvar na koju često zaboravljate.

Možda ste primijetili da vise s krakova tornja. Oni su izolatori i obavljaju jedan od najvažnijih sigurnosnih poslova u cijeloj električnoj mreži. Zamislite ih kao gumeni premaz na kablu za napajanje vašeg doma, napravljeni su da zaustavljaju električnu energiju. Visokonaponski provodnik je spojen na dno izolatorske žice, a gornji kraj je povezan sa tornjem. I čini neku vrstu ne-električne barijere tako da sva ta snaga u liniji nikada ne može doći do metalnog tornja i spustiti se u zemlju.

Ova važna uloga omogućena je činjenicom da materijali poput stakla i porculana slabo provode električnu energiju. Za električnu energiju koja teče kroz provodnik, izolator je jednostavno slijepa ulica. Ispred ove prepreke struji nema drugog puta nego da nastavi planiranom trasom niz žicu. Bez ovih jednostavnih, ali efikasnih izolatora, svaki prenosni toranj bi se pretvorio u ogromnu, elektrificiranu opasnost, uzrokujući kratki spoj u cijelom sistemu. Evo nečeg cool što možete potražiti na svom sljedećem putovanju: koliko je duga izolatorska nit govori o tome koliku snagu ima linija. Viši naponi imaju veću sposobnost da "skoče" preko praznine, tako da im je potrebno više razdvajanja da bi bili bezbedno zadržani. Liniju sa 765.000 volti može trebati dugačak niz od trideset ili više diskova, dok liniji od 138.000 volti može biti potrebno samo osam ili deset. Stoga, što je duži niz izolatora, to je jači elektricitet koji zadržava.

Kada primijetite prijenosne kule, vidjet ćete da imaju različite oblike. Neke su raširene čelične mreže, neke uredne i jednostavne motke. Ova vrsta razlike nije samo u izgledu, već prije praktičnom odabiru između dva osnovna tipa. Klasični, ukršteni je arešetkasti toranj. Njegov vitkiji rođak, često primećen pored autoputeva, nosi ime amonopol pilon. Zašto izgledaju tako drugačije? Obično je to zato što je neko morao da odluči da li će potrošiti više novca ili iskoristiti više prostora na zemlji.

Rešetkasti tornjevi su radni konj industrije zbog svoje nevjerovatne snage i pristupačnosti, napravljeni od brojnih malih, ugaonih komada čelika. Imaju strukturu poput mreže-koja je čvrsta i izdržljiva, ali ima jedan veliki nedostatak – zauzima ogromnu količinu zemlje. Četiri noge široko ispružene, potrebno im je puno prostora na tlu, tako da obično imaju dugu, praznu stazu koja se zove-desna-puta. To ih čini pogodnim za otvorenu zemlju sa puno zemlje. Nasuprot tome, monopol pilon je odgovor za uska mjesta. Skuplji je za izgradnju i postavljanje, ali ima mali otisak. Jedan stub zauzima mnogo manje prostora od rešetkastog tornja, zbog čega je pogodan za gužve u prigradskim područjima ili pored autoputeva gdje nema dovoljno mjesta za veliki toranj od rešetke. Odabrali smo rešetkasti toranj ili monopol pilon zavisi od okoliša, a vrsta tornja koju koristimo je samo praktičan odgovor na raspoloživi prostor.

Te čelične kule koje marširaju krajolikom su najočitiji dijelovi ogromnog,{0}}povezanog električnog sistema. Zamislite ih kao međudržavne stanice na nacionalnoj mreži autoputeva za električnu energiju. Ali baš kao što ne možete odvesti automobil direktno od fabrike do svog prilaza bez korištenja lokalnih cesta, struja mora slijediti sličan put u više-koraka da bi stigla do vašeg doma.

Počinje u elektrani koja proizvodi električnu energiju. Da bi se krenulo na svoj dugi put, snaga postaje jača (ili "pojačana") velikim mašinama zvanim transformatori do vrlo visokog napona. To je slično podizanju pritiska vode tako da veliki volumen može teći kroz cijev uz manje izgubljene energije. Prenosni tornjevi nose te visokonaponske-vodove preko stotina milja, čineći glavni dio mreže.

I na kraju, mora da siđe sa autoputa. A to radi prijenosna trafostanica – one velike ograđene-na mjestima sa svim transformatorima i opremom koje ste možda primijetili u blizini gradova. Ovdje se -električna energija "spušta" u mnogo niži, sigurniji napon. To je ključna veza između-električne mreže na daljinu i električne mreže lokalne zajednice. Iz trafostanice, niskonaponska -električna energija ide kroz manje, poznatije dalekovode koji su obično okačeni na drvene stubove duž gradskih ulica. Ovi vodovi prenose struju do posljednjeg transformatora u blizini vaše kuće, koji snižava napon još jednom prije nego što uđe u vaš dom i dođe do vaše zidne utičnice, čekajući da bude korišten. Ova ogromna količina energije koja se kreće nije uvijek potpuno tiha, pa zato ponekad možete čuti neke čudne zvukove.

Ako ste ranije bili blizu velikog prenosnog tornja, možda ste čuli neku vrstu zujanja ili pucketanja. Ovaj zvuk ne ukazuje na nikakvu opasnost, to je jednostavno poznata i normalna pojava poznata kao koronsko pražnjenje. To je zvuk sve te moćne struje na liniji koja je u interakciji sa svim onim molekulima zraka oko nje. To može izgledati kao kvar, ali zapravo se radi o malom, očekivanom curenju energije koje se događa s vrlo visokim naponima.

Zamislite ogroman električni "pritisak" u tim linijama. Toliko je moćan da može dovesti do toga da čestice zraka pored žice postanu električno nabijene ili ionizirane. Ovo je kao mala, stalna iskra, a svi ti sićušni udarci zajedno stvaraju zvuk zujanja koji čujete. Donekle je sličan pucketanju statičkog elektriciteta iz kvake, osim što se javlja kontinuirano u velikim razmjerima. Također možete primijetiti da je zvuk glasniji tokom vlažnog, maglovitog ili kišnog vremena. Zato što vlažni zrak ima više kapljica vode, a voda pruža malo lakši put za električnu energiju da napaja zrak u blizini provodnika. Ovo čini efekat korone jačim, pa su zujanje i pucketanje uočljiviji. Dakle, ovo jako električno polje utiče na vazduh dok prolazi kroz njega, ali šta se dešava ako nešto drugo dodirne žicu?

To je klasična, zbunjujuća scena: mala ptičica može sjediti na ogromnom,-naponskom dalekovodu, a da joj ni jedno pero nije narušeno. A odgovor je zapravo prilično jednostavan, i sve se svodi na jedan osnovni princip električne energije. Struja mora otići negdje da bi došlo do prekida, a to znači da postoji čitava ruta koju treba pratiti – električni krug. Mora da se preseli sa mesta sa puno energije na mesto sa manje energije.

Ptica koja sleti na jednu žicu imat će tijelo i žicu pod istim visokim električnim potencijalom. Pošto ptica ne dolazi u kontakt sa zemljom ili drugom žicom koja ima drugačiji napon, ne postoji put za struju da teče kroz pticu. Current na pticu gleda kao na slijepu ulicu i ide mnogo lakšim putem, visoko provodljivom metalnom žicom. Ptica je sigurna jer nije dio kruga. Međutim, osoba na zemlji stvara opasnu situaciju. Kada biste dodirnuli tu istu žicu, vaše tijelo bi bilo dio koji nedostaje. Struja bi odmah pronašla novi put od-voda visokog napona, kroz vas i u zemlju. Vaše tijelo zaokružuje krug i dozvoljava ogromnoj, smrtonosnoj količini energije da prođe kroz njega. Zato je držanje dalje od palih vodova tako važno; ne želite da postanete dio puta struje.

Jedno od najčešćih pitanja koje ljudi postavljaju u vezi sa dalekovodima je da li oni predstavljaju bilo kakvu opasnost po zdravlje kada žive u blizini dalekovoda. Zabrinjava ih elektromagnetno polje (EMF) – nevidljiva sila energije koju stvaraju svi električni uređaji, uključujući i dalekovode.

Da bi se znala opasnost, treba znati da nisu sva zračenja jednaka. Razmislite o bačenoj lopti: lagano bacanje teniskom loptom je bezopasno, ali bejzbol lopta bačena brzinom od 100 milja na sat može biti opasna. Isto tako, postoje dvije primarne vrste zračenja. Visoko{4}}energijsko jonizujuće zračenje kao što su x-zraci imaju dovoljno energije da oštete ćelije. Ali energija iz dalekovoda je vrlo niske frekvencije i stoga spada u nejonizujuću kategoriju, kojoj također pripadaju EMF iz vaših kućnih ožičenja i uređaja.

Nakon mnogo godina punog naučnog rada, velike zdravstvene grupe širom svijeta nisu otkrile da EMF u blizini dalekovoda može razboljeti ljude od stvari poput raka. Neka ranija istraživanja pokazala su malu povezanost, ali većina onoga što znamo ne pokazuje da su povrijedili nekoga. Takođe, snaga elektromagnetnog polja postaje mnogo manja kako se udaljavate od njega. Polje je mnogo slabije 50 stopa dalje nego odmah ispod linije, a čak i slabije unutar kuće. Ovaj princip držanja sigurne udaljenosti jedan je od razloga zašto vidite velike, otvorene površine zemlje oko prenosnih tornjeva.

Ove velike, jasne trake zemlje koje idu uz stubove prenosa nisu samo prazni prostori, oni imaju posebno ime i upotrebu. Ovo područje je poznato kao -Pravo{2}}Put (ROW). Zamislite to kao zakonski zaštićenu sigurnosnu i pristupnu stazu koju komunalno preduzeće održava. Važno je da električna mreža radi dobro i da ljudi budu sigurni, osiguravajući da su kuće i druge zgrade dovoljno udaljene od opasnosti.

Krčenje drveća u blizini dalekovoda uglavnom sprečava opasne situacije. Ako veliko drvo raste preblizu, struja bi mogla skočiti do njega, što bi moglo uzrokovati nestanak struje ili izazvati šumski požar. Tokom oluje, grana drveta koja pada može preseći liniju, ostavljajući hiljade bez struje. Održavajući ovaj koridor bez visokih-biljki, komunalna preduzeća sprečavaju da se dogode ti predvidljivi i opasni incidenti. Ne radi se samo o izbjegavanju prirode; to je vitalan način za radnike da se kreću. Kada toranj ili linija zahtijevaju inspekciju ili popravku, radnici moraju imati čist put do lokacije pomoću velikih kamiona i teške opreme. Desno-s-puta osigurava da možete proći. Sve ovo nameće logično pitanje: ako im treba toliko prostora na površini, zašto onda jednostavno ne stavimo sve dalekovode pod zemlju?

Najjednostavniji odgovor je trošak. Zakopavanje lokalnih distributivnih vodova u susjedstvu je uobičajeno, ali zakopavanje masivnih dalekovoda visokog{1}}napona nije mali podvig. Specijalizovani kablovi, mnogo rovova za kopanje, potrebni su komplikovani sistemi za hlađenje, tako da postavljanje tih vodova ispod zemlje košta 5-10 puta više od podizanja velikih tornjeva u vazduhu za projekat koji pokriva stotine milja, što znači da razlika iznosi milijarde dolara i da će taj dodatni trošak na kraju platiti ljudi koji koriste struju.

Osim te prve cijene, podzemne linije imaju težak izbor između pouzdanosti i lakog popravka. Prednosti su očigledne, zaštićeni su od vjetra, leda i pada drveća, a čuvaju lijep pogled. Ali kada nešto krene po zlu, pronaći i popraviti to je velika muka. Kvar na nadzemnoj liniji obično se može vidjeti od strane helikoptera u roku od nekoliko sati. Za sličan kvar u zakopanom kablu bili bi potrebni dani, ako ne i sedmice, kopanja i testiranja da se pronađe i popravi, uzrokujući mnogo duže prekide. Ali tehnologija mijenja tu računicu. Nova metoda poznata kao prijenos istosmjerne struje visokog napona (HVDC) čini mogućim projekte na velikim udaljenostima pod zemljom i pod vodom. Za razliku od obične naizmjenične struje (AC) koju koristi većina dijelova mreže, HVDC vodovi rade bolje na vrlo velikim udaljenostima i mogu se lakše staviti pod zemlju ili pod vodu. I ovako se te ogromne priobalne vjetroelektrane povezuju s kopnom preko kablova koji leže na morskom dnu, što bi moglo značiti da bi više naših energetskih mreža jednog dana jednostavno nestalo iz vidokruga.

Tihi, čelični divovi koje ste vidjeli cijeli život više nisu misterija. Zapetljani nered od metala i žica koji vas je nekada zbunjivao postao je jasan jer sada možete vidjeti prekrasan dizajn na djelu: čvrsti rešetkasti okvir, proširene poprečne ruke koje drže linije odvojene i važni stakleni izolatori koji štite protok električne energije.

Sljedeći put kada krenete u vožnju, možete prepoznati različite oblike tornja i vidjeti dužinu izolatorskih žica, što pokazuje nivo napona linije. Svaki toranj je vidljiva karika u nevidljivom sistemu, fizički dio ogromnog izazova transporta energije širom nacije. Ovo su više od čelika, to su radni konji našeg modernog svijeta. Svaki put kada uključite prekidač za svjetlo, imat ćete novo poštovanje prema nevjerovatnom putovanju kroz koje struja prolazi iz daleke elektrane, preko onih visokih žica, i pravo do vaše ruke.