المواصفات الفنية والهندسية الدقيقة لمكونات نظام النقل الكهربائي

ضرورة تطبيق المواصفات الفنية والهندسية على خطوط النقل الكهربائي:

تعتبر أبراج وموصلات خط النقل عناصر مألوفة في مناظرنا الطبيعية، ومع ذلك؛ عند الفحص الدقيق لكل خط نقل خصائص فريدة لها آثار أدق على البيئة، حيث تُدرج مواصفات التصميم (خصائص الخط) المطلوبة عادة لتحديد خط النقل، كما أن العديد من هذه المواصفات لها آثار على صافي الآثار البيئية.

أهم المواصفات المطلوبة والشاملة لخطوط النقل:

تتضمن المواصفات الوصفية الأساسية اسم خط أو معرف آخر والجهد الاسمي وطول الخط ونطاق الارتفاع ومنطقة تحميل التصميم، وعادةً ما يتم أخذ معرف الخط من أسماء نقاط النهاية، على سبيل المثال، (Inland-Macedonia) على نظام (Cleveland Electric Illuminating Co)، وعادةً ما تكون أسماء نقاط النهاية نقاطاً جغرافية، ولكنها قد تكون أسماء محطات فرعية أو منشآت صناعية رئيسية.

كما أن الجهد الاسمي هو تقريب “لجهد الخط الفعلي” المناسب للمناقشة، بحيث سيختلف الجهد الفعلي وفقاً لمقاومة الخط والمسافة والتفاعل مع المعدات المتصلة والأداء الكهربائي للخط، وذلك بالنسبة لخطوط التيار المتردد، كما يكون الجهد الاسمي قريباً من جهد (RMS) (جذر متوسط ​​المربع) مرفوع للقوة (4)، ويعتبر نطاق الارتفاع بديل تقريبي للطقس والتضاريس.

هذا مهم؛ لأن جميع جوانب تصميم الخط والبناء والتأثيرات البيئية تقريباً مرتبطة بالطقس، مثل منطقة تحميل التصميم التي هي بديل آخر للطقس، كما يتم تحديد هذه المناطق من خلال قانون السلامة الكهربائية الوطني (NESC) وبعض السلطات القضائية المحلية.

مواصفات البرج:

تدعم الأبراج الموصلات وتوفر عزلاً مادياً وكهربائياً للخطوط النشطة، كما أن الحد الأدنى من المواصفات للأبراج هي مادة البناء، النوع أو الهندسة، الامتداد بين الأبراج، الوزن، عدد الدوائر، وتكوين الدائرة عند 500 كيلو فولت، حيث تكون مادة البناء بشكل عام من الصلب، وذلك على الرغم من استخدام الألمنيوم والبناء الهجين، والذي يستخدم كلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم.

كما يُشير نوع البرج إلى هندسة البرج الأساسية، مثل قطب (أو أحادي القطب)، إطار (H)، مشدود (V)، أو مشدود (Y)، كما يتم التعبير عن الامتداد بشكل عام بمتوسط ​​عدد الأبراج لكل ميل، حيث تتراوح هذه القيمة من أربعة إلى ستة أبراج لكل ميل.

أيضاً يختلف وزن البرج اختلافاً كبيراً باختلاف الارتفاع والواجب (المسار المستقيم أو الزاوية وعبور النهر وما إلى ذلك)، المواد وعدد الدوائر والهندسة، كما يبلغ متوسط ​​وزن (670) برجاً لخطوط (500) كيلوفولت المدرجة في مسح (EPRI (EPRI 1982- 28000 رطل، حيث يتراوح مدى أوزان البرج المبلغ عنها بين (8،500 إلى 235،000) رطل.

حيث يعتمد نوع البرج (هندسة برج محددة) بشكل كبير على الموقع، ومن المحتمل وجود خيارات متعددة لأي ظروف معينة، كما يكون عدد الدوائر عموماً إما واحدة أو اثنتين، حيث يشير تكوين الدائرة إلى الموضع النسبي للموصلات لكل مرحلة من المراحل، بشكل عام؛ تكون الخيارات أفقية أو رأسية أو ثلاثية، وذلك لكي يسمح الاتجاه العمودي بحركة (ROW) أكثر إحكاماً، ولكنها تتطلب برجاً أطول.

الحد الأدنى من الخلوص:

تتمثل الوظيفة الأساسية للبرج في عزل الموصلات عن محيطها، بما في ذلك الموصلات الأخرى وهيكل البرج، كما تم تحديد التصاريح من المرحلة إلى البرج ومن المرحلة إلى الأرض ومن المرحلة إلى المرحلة التالية، حيث تتراوح الخلوص من الطور إلى البرج لـ 500 كيلو فولت من حوالي 10 إلى 17 قدماً، مع كون 13 قدماً هي المواصفات الأكثر شيوعاً.

كما يتم الحفاظ على هذه المسافات بواسطة سلاسل عازلة ويجب أن تأخذ في الاعتبار التأرجح المحتمل للموصلات، كما أن الخلوص النموذجي من المرحلة إلى الأرض هو 30 إلى 40 قدماً، حيث يتم الحفاظ على هذا الخلوص من خلال ضبط ارتفاع البرج والتحكم في درجة حرارة الخط للحد من الترهل والتحكم في الغطاء النباتي والهياكل في (ROW)، كما أن الفصل النموذجي من الطور إلى الطور هو أيضاً من 30 إلى 40 قدماً، ويتم التحكم فيه بواسطة هندسة البرج وقمع حركة الخط.

مواصفات العوازل:

يختلف تصميم العازل وفقاً لوظيفة البرج، وذلك بالنسبة لأبراج التعليق (خط الموصلات مستقيم)، كما تسمى مجموعة العازل سلسلة التعليق، وذلك لأبراج الانحراف (الموصلات تغير الاتجاه)، بحيث تسمى مجموعة العازل سلسلة الانفعال.

وبالنسبة لخطوط 500 كيلو فولت؛ فإنه يتم إنشاء سلاسل العازل من أقراص خزفية فردية يبلغ سمكها عادةً 5.75 بوصة وقطرها 10 بوصات، حيث تتكون السلسلة الكاملة من 18 إلى 28 قرصاً، مما يوفر مساراً طويلاً للتيارات الضالة للتفاوض للوصول إلى الأرض، وعند هذا الجهد؛ يتم استخدام اثنين إلى أربعة سلاسل عازلة بشكل شائع عند كل نقطة اتصال موصل، كذلك تكون غالباً في نمط (V) للحد من التأثير الجانبي.

 الحماية من الصواعق:

نظراً لأن الأبراج عبارة عن هياكل معدنية طويلة وقائمة على أسس جيدة؛ فهي هدف سهل للصواعق، وهذا يضع الموصلات والمعدات الأخرى التي تم تنشيطها بالطاقة وحتى معدات العملاء في خطر كبير، و للتحكم في تأثيرات البرق، يتم بشكل عام تعليق مجموعة إضافية من الأسلاك على طول النقاط العلوية القصوى للأبراج.

كما يتم توصيل هذه الأسلاك مباشرة بالأبراج (بدون عزل)، مما يوفر مساراً للصواعق مباشرة إلى الأبراج وعبرها إلى الأشرطة الأرضية في قاعدة الأبراج، حيث تسمى الأسلاك الإضافية بالأسلاك الواقية وهي إما من الصلب أو الألمنيوم المغطى بقطر يبلغ حوالي (1/2) بوصة.

قمع حركة الموصل:

يمكن أن تؤدي حركة الموصل التي تحدثها الرياح والاهتزاز الإيولياني، وصولاً إلى إتلاف الموصلات، كما تم استخدام مجموعة متنوعة من الأجهزة لتثبيط هذه الحركات التذبذبية، وذلك إلى حد بعيد، بحيث يُطلق على نمط المثبط الأكثر شيوعاً على خطوط 500 كيلوفولت (Stockbridge damper).

كما تبدو هذه الأجهزة مثل “الدمبل” الممدود المعلق بالقرب من الموصلات وتحتها، وذلك على بعد بضعة أقدام من نقطة ربط الموصلات بالبرج، حيث يتم توصيل الأطراف الموزونة بواسطة مقطع قصير من الكبل الصلب، والذي يتم دعمه بواسطة مشبك للموصل الموجود أعلاه مباشرة، كما يمكن أن تمنع المخمدات تكوين الموجات الواقفة عن طريق امتصاص الطاقة الاهتزازية، وعادةً يوجد المثبط الفردي في فترة التخزين المؤقت لكل موصل.

أيضاً تستجيب مخمدات (VORTX) لاهتزاز الخط الناجم عن الرياح والذي يتميز بحركة عالية التردد وسعة منخفضة، ويمكن لمُخمد (VORTX) مع الأوزان الكبيرة والصغيرة أن يحقق قدراً أكبر من تبديد الطاقة وأداء استجابة التردد مقارنة بتصميمات المخمدات (Stockbridge “ذات الوزن المتماثل”)، أيضاً تُترجم تغطية التردد الأوسع إلى حماية أفضل، حيث يتم تبديد الطاقة بشكل أكثر فعالية على النطاق الكامل لترددات الموصلات والكابلات.