تأثير المجالات الكهربائية والمغناطيسية على تصميم خط النقل

التركيز على تأثير المجالات الكهربائية والمغناطيسية على تصميم خط النقل:

تعتبر المجالات الكهربائية والمغناطيسية من العوامل المهمة التي يجب مراعاتها عند تصميم خطوط النقل، كما تحدث في الطبيعة وأصبحت أكثر انتشاراً في حياتنا اليومية من خلال مصادر من صنع الإنسان مثل الطاقة الكهربائية.

وعند التخطيط لخطوط النقل؛ فمن المهم أن يكون لدى المصممين فهم معقول لطبيعة كليهما حتى يمكن أخذها في الاعتبار أثناء التصميم، مثل فهم تأثيرات “المجالات الكهربائية والمغناطيسية” من تشغيل خطوط النقل بما في ذلك الهالة وتخفيف هذه التأثيرات من خلال تعديل التصميم، حيثما أمكن ذلك.

خواص المجالات الكهرومغناطيسية الأكثر تأثيراً على خطوط النقل:

تنتج “الحقول الكهربائية” المليئة بالجهد الكهربائي والمجالات المغناطيسية تنتج بالتيار.، حيث تظهر المجالات الكهربائية والمجالات المغناطيسية نفسها بطرق مختلفة ولها خصائص مختلفة، على سبيل المثال؛ فإنه يمكن حماية المجال الكهربائي بسهولة بواسطة كائن، مثل شجرة أو منزل، وفي حين أن المجال المغناطيسي ليس كذلك، قد يتسبب وجود مجال كهربائي في حدوث صدمة عند لمس جسم معدني، مثل سياج أو سيارة، وذلك بالقرب من خط نقل.

كما أن الصدمة ناتجة عن جسم المراقب الممتد على تدرج جهد، بحيث يمتلك المجال المغناطيسي القدرة على إحداث تيار في جسم موصل، وذلك بالنسبة لخطوط النقل، لذلك قد يتطلب ذلك وجود كائن موصل طويل بالقرب من الخط ليكون له تأثير ملحوظ. مثال على ذلك سيكون خط سكة حديد موازٍ أو سياج.

كما تقترن المجالات الكهربائية والمغناطيسية، وبالتالي ترتبط ببعضها البعض، وخاصةً عندما تكون المسافة إلى المصدر أكبر بكثير من الطول الموجي، ومع ذلك؛ عندما يكون الطول الموجي أكبر بكثير، لا يتم اقترانهما ويجب النظر في تأثيرات كل منهما على حدة. بالنسبة للحقول منخفضة التردد الكهربائي، كما هو الحال مع أنظمة الطاقة، حيث يبلغ الطول الموجي حوالي (3100) ميل وأكبر بكثير من المسافة النموذجية للقلق من المصدر.

وبالتالي؛ فإن الاثنين غير مقترنين، حيث أن الأشعة السينية هي مثال على المصدر المزدوج. عندما يقترن المجالان الكهربائي والمغناطيسي، وكما يشار إليهما “بالمجالات الكهرومغناطيسية”، لذلك عند عدم اقترانهما؛ فإنه يشار إليهما بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية، بحيث يتم اختصار كلا المصطلحين كـ (EMF).

إن (EMF) الفعلي في أي نقطة في الفضاء هو (EMF) التراكمي من جميع المصادر، كما ويتم جمع حجم واتجاه جميع المصادر لإعطاء إجمالي (EMF)، وذلك اعتماداً على اتجاه كل مصدر (EMF) فردي، كما قد يضيفون جزئياً أو يلغون جزئياً، حيث أن طبيعة المجالات الكهرومغناطيسية، سواء كانت بالتناوب (AC) أو الحالة المستقرة (DC)، ستحدد أيضاً خصائصها.

تخفيض أثر المجالات الكهرومغناطيسية على خطوط النقل:

هناك العديد من العوامل التي تساهم في شدة المجالات الكهرومغناطيسية، كما أن العاملان الأكثر أهمية في حساب المجالات الكهرومغناطيسية هما المسافة إلى المصدر وخصائصه الكهربائية للجهد والتيار، و عادةً ما يكون الجهد والتيار مدفوعين بطلب الحمل ولا يمكن تقليلهما، بينما المسافة إلى المصدر مدفوعة بالتكلفة (لأن الخط الأعلى يتطلب هياكل أطول وأكثر تكلفة) ولا يمكن زيادتها بسهولة.

أما إذا كان لا يمكن تقليل (EMF) للموصلات الفردية؛ فيجب أن يتم حسابها والتخفيف من حدتها بشكل صحيح من قبل مصمم خط النقل من خلال توظيف طرق أخرى، حيث إن المجالات الكهرومغناطيسية التي يختبرها المراقب هي تراكمية بالنسبة للمجالات الكهرومغناطيسية التي ينتجها كل مصدر في المنطقة.

يمكن وضع الموصلات على مراحل داخل دائرة كهربائية بحيث يمكن للقوة الكهرومغناطيسية المنبعثة من كل منها إلغاء الأجزاء الأخرى جزئياً، أو في حالة وجود المزيد من الخطوط على (ROW)، كما يمكن تقسيم موصلاتها على مراحل أيضاً للسماح بإلغاء وجود (EMF) إضافي.

وفي كثير من الأحيان، إذا تم إنشاء خط جديد على (ROW) موجود؛ فيمكن تنفيذه على مراحل للسماح ببناء أقل من (EMF)، حيث سينتج عن التدرج أحياناً ذروة (EMF) أعلى بالقرب من مركز (ROW) مع (EMF) أقل عند حافة (ROW)، ومع ذلك؛ فإن الحافة هي عادةً الموقع الخاضع للمتطلبات التنظيمية.

وهناك خيار آخر هو تغيير تكوين الخط، بحيث يمكن أن يكون لموقع الموصلات وأسلاك الحماية داخل الدائرة تأثير كبير على المجالات الكهرومغناطيسية، وعلى سبيل المثال، يحتوي الخط العمودي على موصلات أعلى من الخط الأفقي، مما يقلل من قوة الكهرومغناطيسية الفعالة على مستوى الأرض وسيكون لتكوين دلتا تأثير مماثل.

كما يرتبط الانخفاض في تباعد الطور عموماً بشكل مباشر بتخفيض المجال المغناطيسي، لذلك يمكن أن يؤثر موقع وكمية أسلاك الحماية أيضاً على المجالات الكهرومغناطيسية ويجب فحصها، أيضاً يمكن أن يكون لتعديلات الأجهزة، مثل إضافة سلاسل (V) التي قد تحرك الموصلات لأعلى وأقرب إلى مركز (ROW)، وتسبب تأثيرات مماثلة.

ويمكن أيضاً استخدام التصميمات غير التقليدية لتكوينات الخط لزيادة تقليل المجالات الكهرومغناطيسية كما هو مبين في الشكل، بحيث يمكن تصميم خط النقل على أنه ثنائي القطب باستخدام الموصلات المجمعة وتنشيط المرحلتين (A و B) التقليديتين.

ولكن مع تغيير المرحلة (C) بحيث يكون لها موصل فرعي واحد مقابل المرحلة (A) وواحد مقابل المرحلة (B) بدلاً من 120 درجة خارج الطور من كل منهما، بالإضافة إلى ذلك؛ فإنه يمكن تقسيم جميع الحزم الثلاثة وتوجيهها بالتناوب (مثل ترتيب دائري أو سداسي) للسماح بإلغاء (EMF).

وفي ظروف معينة، قد يكون من المناسب تركيب خط درع سلبي لتقليل المجالات الكهرومغناطيسية على دائرة موجودة، مثل خط الدرع السلبي، وهو خط “وهمي” ينبعث من (EMF)، والذي بدوره يعارض بشكل مباشر (EMF) لخطوط النقل.

كما سيكون الخط “الوهمي” عبارة عن خط قصير يشكل حلقة مغلقة تحت كل جانب من جوانب خط النقل المعني، وذلك باستخدام التيار الناجم عن المجال المغناطيسي لخط النقل؛ فإنه يصدر مجاله المغناطيسي الخاص به ويمكن تصميمه وتطبيقه على مراحل لإلغاء المجال الكهرومغناطيسي الحالي بشكل فعال، ومع ذلك، يمكن أن تكون التعديلات مكلفة وغير جذابة بصرياً، وقد تزيد من خسائر الخط.

كما تخضع النهاية النشطة للعازل عموماً لمجالات كهربائية أعلى، بحيث يتم التخفيف من “كورونا” في هذا الموقع من خلال إدخال حلقة الهالة لتجميع الأجهزة، حيث أن الحلقة الإكليلية هي حلقة موصلة تعمل على تخفيف الهالة عن طريق توسيع المجال الكهربائي إلى ما بعد العازل الأول وتشتيت المجال الكهربائي على مساحة أكبر.

أيضاً يمكن تطبيق أحدهما على الطرف البارد، وذلك اعتماداً على خصائص الخط، كما يمكن تعديل حجم وشكل حلقات الإكليل لمراعاة مجموعة من تكوينات الأجهزة والعازل، ويجب على المصمم دائماً استشارة الشركة المصنعة لحلقة الإكليل لتحديد التطبيق المناسب، وبسبب الاحتمالية العالية للتلف وشدة آلية الفشل من الإكليل في عوازل البوليمر.

أخيراً، فإنه يمكن التخفيف من الهالة من خلال عمليات فحص ما بعد البناء التي يتم إجراؤها في المواقع التي يكون فيها الكورونا مصدر قلق خاص، كذلك قد يشمل ذلك مناطق شديدة التلوث وخطوط الجهد العالي مثل 500 كيلو فولت وما فوق وخطوط مع عوازل البوليمر أو الخطوط التي تم الإبلاغ فيها عن ضوضاء مسموعة.