מגדלי שידור: עמוד השדרה של רשתות כוח

ראיתם אותם אלף פעמים במהלך טיוליכם בכביש, צועדים על פני הגבעות ועומדים על המשמר בשדות הריקים. ענקי הפלדה השקטים הללו, שאנו מכנים לעתים קרובות עמודי חשמל, הם מהמבנים הגלויים ביותר אך גם המתעלמים מהם ביותר בסביבתנו. אבל העבודה שלהם הרבה יותר גדולה, ומעניינת, מסתם לשמור על חבורה של חוטים.

תארו לעצמכם את מגדלי ההולכה האלה בתור הכבישים הבין-מדינתיים עבור החשמל שלנו. יש להם תפקיד עיקרי אחד: להעביר כמויות עצומות של חשמל למרחקים ממש רחוקים, מהמקום שבו מייצרים חשמל בתחנות כוח גדולות ועד לרשתות קטנות יותר שמביאות אותו לבית או למשרד שלך. ללא עמוד שדרה כזה עם קיבולת גבוהה, העולם המודרני שלנו לא היה עובד.

זה חשוב כי זה אומר שהם עוצבו בכוונה, וזה גורם לך לתהות על דברים שכנראה חשבת בעבר. למהנדסים יש בעיה גדולה: איך מעבירים את כל האנרגיה הזו מבלי לאבד את רובה בדרך? והתשובה הזו תסביר למה המגדלים כל כך גבוהים, למה החוטים כל כך רחוקים זה מזה, ומה עושים אותם חפצי זכוכית התלויים בצדי המגדלים. על ידי התבוננות בהיגיון מאחוריהם, תבינו את המסע הבלתי נראה שהחשמל לוקח מדי יום. נגלה את הסודות החבויים בתוך הצלליות המוכרות מדוע יש להן צורות כל כך מסוימות ומדוע ציפורים עשויות להתיישב עליהן בבטחה. לא רק תראה מגדל, אתה תראה את עמוד השדרה של העולם החשמלי שלנו.

ראיתם אותם צועדים על פני שדות וכבישים מהירים, אבל האם אתם יודעים למה מיועדים מגדלי שידור? הם די בסיסיים: הם פשוט מחזיקים את קווי החשמל הגדולים והסופר חזקים-עם סוג מיוחד משלהם של קולב בגדים. מגדל בפני עצמו אינו רכיב חשמלי; כל מה שהוא צריך לעשות הוא להיות חזק וגבוה מספיק כדי להחזיק חוטי מתח כבדים וגבוהים- גבוהים ומרוחקים מהישג ידם של אנשים, עצים ובניינים על הקרקע. הגיבור האמיתי והבלתי נראה של המערכת הזו הוא האוויר. על ידי הרמת קווי החשמל כל כך גבוה, המגדל מייצר כרית אוויר ענקית ומגינה בין החוט לאדמה. אוויר הוא מבודד טבעי נהדר מה שאומר שהוא שומר על חשמל ממקומות קפיצה שבהם הוא לא שייך. תפקידו של המגדל הוא רק לשמור על מרחב האוויר הבטוח הזה. ללא המרחק המנוהל בקפידה, הכוח העצום בקווים האלה לא היה מתקשה למצוא קיצור דרך מסוכן לכדור הארץ.

אם החשמל הולך לשקע הקיר שלך, אז למה שלא תשלח אותו לשם ישירות במתח הנמוך והבטוח הזה מתחנת הכוח? תחשוב על זה כניסיון להעביר מים למרחק גדול. צינור גינה רגיל עם לחץ קטן לא יעבוד טוב כי יותר מדי מים יאבדו בדרך. כדי להעביר הרבה מים ביעילות, תרצה להשתמש במשהו עם הרבה לחץ, אולי אפילו בצינור. גם החשמל דומה, הוא זקוק ל"לחץ" כלשהו כדי להגיע רחוק מבלי לאבד מכוחו.

והלחץ החשמלי הזה נקראמֶתַח. העלאת החשמל למתח גבוה מאוד מאפשרת לחברות חשמל לשלוח כמויות עצומות של אנרגיה על פני מאות קילומטרים מבלי לאבד הרבה אנרגיה. וזהו סוד העברת החשמל. אם הם היו מנסים לשלוח אותו באמצעות המתח הנמוך שהבית שלכם משתמש בו, אז כמעט כל האנרגיה תלך לאיבוד כחום בדרך, מה שהופך את קווי החשמל לטוסטר הארוך והחסר תועלת בעולם. לכן מגדלי השידור צריכים להיות כל כך גבוהים ומרשימים. בגלל שהחשמל על החוטים הוא במתח כל כך גבוה, זה הרבה יותר מסוכן להיות ליד אנשים או מבנים. גובה המגדל נותן את כרית הבטיחות הדרושה, שומר על הכוח העצום הזה בבטחה באוויר. וכמובן, יש "להוריד" את החשמל העוצמתי הזה לרמה שמישה, מה שמביא אותנו לחלק הבא של הפאזל.

אתה לא יכול פשוט להפעיל או לכבות את ה"לחץ" של החשמל כמו ברז. המשימה החשובה הזו נעשית על ידי משהו שנקרא שנאי. חשבו על שנאי כעל תיבת ההילוכים של רשת החשמל. מכונית מחליפה הילוכים כדי לשלוט בכוח ובמהירות, ושנאי עושה את אותו הדבר עם חשמל על ידי העברתו ממתח גבוה לנמוך כך שניתן יהיה להשתמש בו גם לנסיעות ארוכות וגם לנסיעות קצרות.

מיד לאחר שהחשמל נוצר, הוא נכנס למשהו שנקרא "שנאי שלב-מעלה" בתחנת הכוח. הדבר הזה גורם למתח לעלות בהרבה, מכין אותו לטיול הגדול שלו ברחבי הארץ על קווי החשמל בין מגדלים. זה כמו להכניס את המכונית להילוך גבוה לפני יציאה לנסיעה ארוכה כדי שתוכל לנסוע רחוק מבלי להשתמש יותר מדי בדלק. ללא שנאי הכוח האלה, לא יהיה דבר כזה שידור- במתח גבוה. וכאשר קווי החשמל מתקרבים לעיירות שלנו, החשמל הולך לתחנות משנה שכונתיות. במקרה זה, שנאי "צעד- למטה" עושים את העבודה ההפוכה; הם מפחיתים את המתח הגבוה ביותר למתח נמוך בהרבה ובטוח עבור חברות ובתים. תחנת הילוכים היא ה'הילוך למטה-אחרון שהופכת את הכוח לשימושי לחיי היומיום שלך. המתח נשלט עכשיו, בואו נעבור למבנים הנושאים את הקווים.

למרות שאלו עשויים להיראות כמו בלגן סבוך של מתכת, מגדלי השידור למעשה אלגנטיים למדי. הגוף העיקרי הוא אמגדל סריג, המשתמשת בדוגמה מוצלבת של קורות כדי להעניק לה חוזק מדהים ועמידות רוח תוך שימוש בכמות החומרים הקטנה ביותר האפשרית. זה שלד, כל מה שהוא עושה זה להיות גבוה וחזק מספיק כדי להחזיק את החלקים הכבדים ולהתמודד עם מזג האוויר. זהו הישג הנדסי של יעילות, עשוי להיות יציב אך עדיין קל במקצת.

השלד בולט ממנו נקראות המגדלים זרועות ארוכותזרועות צולבות. העבודה שלהם קלה אך חיונית: הרחיקו את קווי החשמל החזקים הללו זה מזה וגם מהמגדל. המתח כל כך גבוה שהחשמל יכול "לקפוץ" למרחק גדול באופן מפתיע באוויר. זרועות צולבות פועלות כמפרידות, ומוודאות שיש מרחב אוויר בטוח בין החוטים כך שהחשמל לא יקפוץ (קופץ) מחוט אחד למשנהו, מה שעלול ליצור קצר חשמלי גדול ומסוכן.

לבסוף, החוטים עצמם. בתעשייה, הם לא פשוט מכונים כאל חוטים, הם כןמנצחים. הם עשויים בדרך כלל מאלומיניום, שהוא טוב בהולכת חשמל והוא גם קל משקל, עטוף סביב ליבת פלדה המספקת לקו חוזק. שילוב זה עובד היטב עבור מעבר למרחקים ארוכים בלי יותר מדי רפיון. אבל אז אנחנו מגיעים לשאלה הגדולה: אם כל המוליכים האלה נושאים חשמל והמגדל עשוי ממתכת, איך זה שהחשמל לא פשוט יורה ישר לתוך האדמה? ואז נכנס הדבר הכי חשוב שאתה שוכח ממנו לעתים קרובות.

אלו מיתרי הזכוכית או הדיסקים הקרמיים שאולי שמתם לב אליהם תלויים על זרועות המגדל. הם מבודדים, והם עושים את אחת מעבודות הבטיחות החשובות ביותר בכל רשת החשמל. תחשוב עליהם כעל ציפוי הגומי על כבל החשמל של הבית שלך, הם נועדו לעצור את יציאת החשמל על עקבותיו. מוליך מתח גבוה מחובר לתחתית מיתר המבודד, והקצה העליון מחובר למגדל. והוא יוצר מעין מחסום לא-חשמלי כך שכל הכוח הזה בקו לעולם לא יוכל להגיע למגדל המתכת ולרדת אל האדמה.

תפקיד חשוב זה מתאפשר בזכות העובדה שחומרים כמו זכוכית ופורצלן עושים עבודה גרועה בהולכת חשמל. עבור החשמל הזורם דרך המוליך, המבודד הוא פשוט מבוי סתום. מול המכשול הזה אין לחשמל דרך אחרת אלא להמשיך במסלול המתוכנן שלו במורד החוט. ללא המבודדים הפשוטים אך היעילים הללו, כל מגדל שידור וגיר יהפוך לסכנה מסיבית ומחושמלת, הגורמת לכל המערכת לקצר חשמלי. הנה משהו מגניב שתוכלו לחפש בנסיעה הבאה שלכם: כמה זמן חוט המבודד אומר לכם כמה כוח יש לקו. למתחים גבוהים יותר יש יכולת גדולה יותר "לקפוץ" על פני פער, ולכן הם זקוקים להפרדה רבה יותר כדי להכיל אותם בבטחה. קו עם 765,000 וולט עשוי להזדקק למחרוזת ארוכה של שלושים דיסקים או יותר, ואילו קו של 138,000 וולט יכול להזדקק רק לשמונה או עשרה. לכן, ככל שמחרוזת המבודדים ארוכה יותר, כך החשמל שהיא מעכבת חזק יותר.

כשתבחין במגדלי השידור, תגלה שיש להם צורות שונות. חלקם קורי פלדה שרועים, חלקם מוטות מסודרים ופשוטים. הבדל מסוג זה אינו נוגע רק למראה החיצוני, אלא לבחירה מעשית מבין שני סוגים עיקריים. הקלאסי, המשתלב הוא אמגדל סריג. קרוב משפחתו הרזה יותר, הנצפה לעתים קרובות לצד כבישים מהירים, מכונה אעמוד מונופול. למה הם נראים כל כך שונים? זה בדרך כלל בגלל שמישהו היה צריך לבחור אם להוציא יותר כסף או לנצל יותר מקום על הקרקע.

מגדלי סריג הם סוסי העבודה של התעשייה בשל החוזק המדהים שלהם ובמחיר סביר, העשויים ממספר רב של חתיכות פלדה קטנות בזווית. יש להם מבנה -כמו אינטרנט שהוא יציב ועמיד, אבל יש לו חיסרון גדול אחד - הוא תופס כמות עצומה של אדמה. ארבע רגליים מתוחות לרוחב, הם זקוקים להרבה מקום על הקרקע, כך שבדרך כלל יש להם שביל ארוך וריק שנקרא -ימני קדימה. זה הופך אותם למתאימים לארץ פתוחה עם הרבה אדמה. לעומת זאת, העמוד המונופול הוא התשובה לנקודות קשות. זה יקר יותר לבנות ולהקים, אבל יש לו טביעת רגל קטנה. מוט אחד תופס הרבה פחות מקום ממגדל סריג, ולכן הוא מתאים לאזורים פרבריים צפופים או לצד כבישים מהירים שבהם אין מספיק מקום למגדל סריג גדול. אם אנחנו בוחרים במגדל סריג או בעמוד מונופול תלוי בסביבה, וסוג המגדל שאנו משתמשים בו הוא רק תגובה מעשית לשטח הפנוי.

מגדלי הפלדה שצועדים על פני הנוף הם החלקים הברורים ביותר של מערכת חשמל ענקית ומקושרת-. חשבו עליהם כעל הכבישים הבין-מדינתיים ברשת כבישים מהירים ארצית לחשמל. אבל בדיוק כפי שאינך יכול לקחת מכונית ישר מהמפעל אל שביל הגישה שלך מבלי להשתמש בכבישים מקומיים, החשמל חייב לבצע מסע רב שלבים דומה כדי להגיע לביתך.

זה מתחיל בתחנת כוח שמייצרת חשמל. כדי לצאת לטיול הארוך שלו, הכוח מתחזק (או "מגביר") על ידי מכונות גדולות הנקראות שנאים למתח גבוה מאוד. זה דומה להעלאת לחץ המים כך שנפח גדול יכול לזרום דרך צינור עם פחות אנרגיה שאבדה. מגדלי תמסורת נושאים את קווי המתח הגבוה-על פני מאות קילומטרים, המהווים את החלק העיקרי של הרשת.

ובסופו של דבר, זה צריך לרדת מהכביש המהיר. וזה מה שעושה תחנת תמסורת - אותם מגודרים גדולים-במקומות עם כל השנאים והציוד שאולי שמתם לב אליהם קרוב לעיירות. כאן, החשמל במתח- גבוה "מורד" למתח נמוך בהרבה ובטוח יותר. זהו הקשר המכריע בין רשת החשמל למרחקים-למרחקים לבין רשת החשמל של הקהילה המקומית. מתחנת המשנה, החשמל-המתח הנמוך עובר דרך קווי החשמל הקטנים והמוכרים יותר שבדרך כלל תלויים על עמודי עץ לאורך רחובות העיר. קווים אלו מעבירים חשמל אל השנאי האחרון ליד הבית שלך, אשר מוריד את המתח פעם נוספת לפני שהוא נכנס לביתך ומגיע לשקע הקיר שלך, ממתין לשימוש. כמות האנרגיה העצומה הזו שמסתובבת לא תמיד שקטה לחלוטין, אז זו הסיבה שלפעמים אתה עלול לשמוע כמה רעשים מוזרים.

אם הייתם קרובים למגדל שידור גדול בעבר, אולי שמעתם סוג של זמזום או פצפוץ. צליל זה אינו מעיד על סכנה כלשהי, זהו פשוט אירוע ידוע ונורמלי המכונה פריקת קורונה. זה הצליל של כל החשמל העוצמתי הזה על הקו שמקיים אינטראקציה עם כל מולקולות האוויר האלה ממש סביבו. זה אולי נראה כמו תקלה, אבל למעשה מדובר בדליפת אנרגיה קטנה וצפויה שמתרחשת עם מתחים גבוהים מאוד.

תארו לעצמכם את ה"לחץ" החשמלי העצום בקווים האלה. זה כל כך חזק שהוא יכול לגרום לחלקיקי האוויר ממש ליד החוט להיות טעונים חשמליים, או מיוננים. זה בערך כמו ניצוץ קטן וקבוע, וכל הזיפים הקטנטנים האלה ביחד משמיעים את צליל הזמזום שאתה שומע. זה דומה במקצת לפצפוץ של חשמל סטטי מידית דלת, אלא שהוא מתרחש ברציפות בקנה מידה גדול. ייתכן שתבחין גם שהקול חזק יותר במזג אוויר רטוב, ערפילי או גשום. מכיוון שלאוויר לח יש יותר טיפות מים, והמים מספקים נתיב מעט יותר קל לחשמל כדי להמריץ את האוויר ליד המוליך. זה הופך את אפקט הקורונה לחזק יותר, כך שהזמזום והקפיצות בולטים יותר. אז, השדה החשמלי החזק הזה משפיע על האוויר כשהוא עובר דרכו, אבל מה קורה אם משהו אחר נוגע בחוט?

זו סצנה קלאסית, מביכה: ציפור קטנה יכולה לשבת על קו מתח עצום ומתח גבוה- ואפילו לא תהיה לו נוצה אחת פרוע. והתשובה למעשה די פשוטה, והכל מסתכם בעקרון בסיסי אחד של חשמל. החשמל צריך ללכת לאנשהו כדי שיהיה זאפ, וזה אומר שיהיה לו מסלול שלם - מעגל חשמלי. זה חייב לעבור ממקום עם הרבה אנרגיה למקום עם פחות אנרגיה.

לציפור הנוחתת על חוט אחד, הגוף שלה והחוט יהיו באותו פוטנציאל חשמלי גבוה. מכיוון שהציפור אינה יוצרת מגע עם האדמה או עם חוט אחר הנושא מתח שונה, אין דרך לזרימת החשמל דרך הציפור. זרם מסתכל על הציפור כמבוי סתום והולך בדרך הקלה הרבה יותר, חוט המתכת המוליך ביותר. הציפור בטוחה כי היא לא חלק ממעגל. אבל אדם על הקרקע יוצר מצב מסוכן. אם תיגע באותו חוט, הגוף שלך יהיה החלק החסר. חשמל ימצא מיד נתיב חדש מקו המתח הגבוה-, דרכך ואל האדמה. הגוף שלך משלים את המעגל ומאפשר לכמות עצומה וקטלנית של אנרגיה לעבור דרכו. לכן התרחקות מקווי חשמל שנפלו היא כל כך חשובה; אתה לא רוצה להפוך לחלק מהנתיב של החשמל.

אחת השאלות השכיחות ביותר שאנשים שואלים לגבי מגדלי שידור היא האם זה מהווה סכנות בריאותיות כלשהן כאשר חיים בקרבת קווי מתח. השדה האלקטרומגנטי (EMF) הוא זה שמדאיג אותם - כוח בלתי נראה של אנרגיה שנוצר על ידי כל המכשירים החשמליים, כולל קווי מתח.

כדי לדעת את הסכנה, צריך לדעת שלא כל הקרינה נוצרת שווה. חשבו על זריקת כדור: הטלה רכה עם כדור טניס אינה מזיקה, אבל כדור בייסבול המושלף במהירות של 100 מייל לשעה יכול להיות מסוכן. כמו כן, ישנם שני סוגים עיקריים של קרינה. לקרינה מייננת באנרגיה- גבוהה כגון-קרני רנטגן יש מספיק אנרגיה כדי לגרום נזק לתאים. אבל האנרגיה מקווי חשמל היא בתדירות נמוכה מאוד ולכן היא נופלת תחת הקטגוריה הבלתי-מייננת, שהיא גם המקום אליו שייכים EMF מהחיווט והמכשירים הביתיים שלך.

לאחר שנים רבות של עבודה מדעית רבות, קבוצות בריאות גדולות בכל העולם לא מצאו שהימצאות בקרבת EMF של קווי מתח עלולה לגרום לאנשים לחלות בדברים כמו סרטן. כמה מחקרים קודמים הראו קשר קטן, אבל רוב מה שאנחנו יודעים לא מראה שהם פוגעים באף אחד. כמו כן, כוחו של שדה אלקטרומגנטי קטן בהרבה ככל שמתרחקים ממנו. השדה חלש הרבה יותר במרחק של 50 רגל מאשר ממש מתחת לקו, ואפילו חלש יותר בתוך בית. עקרון זה של שמירת מרחק בטוח הוא אחת הסיבות לכך שאתה רואה שטחי אדמה גדולים ופתוחים סביב מגדלי שידור.

רצועות האדמה הגדולות והצלולות הללו שמשתלבות עם מגדלי השידור הן לא רק חללים ריקים, יש להן שם ושימוש מיוחדים. אזור זה ידוע בתור זכות-של-דרך (ROW). חשבו על זה כעל נתיב בטיחות וגישה המוגן על פי חוק שחברת החשמל שומרת עליו. חשוב לשמירה על בטיחות רשת החשמל ובטיחות האנשים, לוודא שבתים ומבנים אחרים נמצאים רחוק מספיק מסכנה.

פינוי עצים ליד קווי חשמל מונע בעיקר מצבים מסוכנים. אם עץ גדול גדל קרוב מדי, חשמל עלול לקפוץ אליו, מה שעלול לגרום להפסקת חשמל או להפעיל שריפת יער. במהלך סערה, ענף עץ נופל יכול לחתוך קו ולהשאיר אלפים ללא חשמל. על ידי שמירה על מסדרון זה נקי מצמחים גבוהים-שגדלים, שירותים מונעים את התקריות הצפויות והמסוכנות הללו מלהתרחש. לא מדובר רק בהימנעות מהטבע; זוהי דרך חיונית לעובדים להתנייד. כאשר מגדל או קו דורשים בדיקה או תיקון, על העובדים להיות נתיב ברור להגיע למקום באמצעות משאיות גדולות וציוד כבד. נכון-בדרך-מוודא שתוכל לעבור. כל זה מעלה שאלה הגיונית: אם הם צריכים כל כך הרבה מקום על פני השטח, אז למה שלא נשים את כל קווי החשמל מתחת לאדמה?

התשובה הפשוטה ביותר היא עלות. הטמנת קווי חלוקה מקומיים שכונתיים היא תופעה נפוצה, אבל הטמנת קווי התמסורת -המתח הגבוה היא לא דבר של מה בכך. כבלים מיוחדים, הרבה תעלות חפירה, דרושות מערכות קירור מסובכות, כך שהנחת הקווים מתחת לאדמה עולה פי 5-10 מבניית מגדלים גדולים באוויר עבור פרויקט המשתרע על מאות קילומטרים, מה שאומר שההבדל מסתכם במיליארדי דולרים והעלות הנוספת הזו תשולם בסופו של דבר על ידי אנשים שמשתמשים בחשמל.

מעבר לעלות הראשונה הזו, לקווי תת-קרקעי יש בחירה קשה בין אמין וקל לתיקון. היתרונות ברורים, הם בטוחים מפני הרוח, הקרח והעצים הנופלים, והם שומרים על הנוף היפה. אבל כשמשהו משתבש, למצוא ולתקן אותו הוא כאב עצום. בדרך כלל ניתן לראות תקלה בקו עילי במסוק תוך שעות. תקלה דומה בכבל קבור תארך ימים, אם לא שבועות, של חפירה ובדיקה כדי למצוא ולתקן, ולגרום להפסקות ארוכות הרבה יותר. אבל הטכנולוגיה משנה את החישוב הזה. שיטה חדשה המכונה העברת זרם ישר במתח גבוה (HVDC) הופכת פרויקטים תת-קרקעיים ותת-ימיים לאפשריים יותר. בניגוד לזרם החילופין הרגיל (AC) המשמש את רוב חלקי הרשת, קווי HVDC עובדים טוב יותר למרחקים ארוכים מאוד וניתן לשים אותם מתחת לאדמה או מתחת למים בקלות רבה יותר. וכך חוות הרוח הימיות המסיביות הללו מתחברות ליבשת באמצעות כבלים שנשענים על קרקעית הים, מה שעלול לגרום לכך שיותר מרשתות החשמל שלנו עלולות יום אחד פשוט להיעלם מהעין.

ענקי הפלדה השקטים שראיתם כל חייכם אינם עוד תעלומה. הבלגן הסבוך של מתכת וחוטים שפעם היו מבלבלים אותך התבהר מכיוון שאתה יכול לראות כעת את העיצוב היפה בעבודה: מסגרת הסריג החסונה, הזרועות הצולבות המתרחבות השומרות על הקווים נפרדים, ומבודדי הזכוכית החשובים השומרים על זרימת החשמל.

בפעם הבאה שתצאו לנסיעה, תוכלו לזהות את צורות המגדל השונות ולראות את אורך מיתרי הבידוד, המראה את רמת המתח של הקו. כל מגדל הוא חוליה נראית לעין במערכת בלתי נראית, חלק פיזי מהאתגר האדיר של העברת אנרגיה ברחבי המדינה. אלה הם יותר מסתם פלדה, אלה הם סוסי העבודה של העולם המודרני שלנו. בכל פעם שתפעיל מתג אור, יהיה לך כבוד חדש למסע המדהים שעובר החשמל מתחנת כוח רחוקה, דרך החוטים הגבוהים האלה, וישר אל היד שלך.