وقتی باد قوی می وزد، درختان خم می شوند، نشانه ها صدایی می زنند و خرابه ها پرواز می کنند. اما به خطوط برق بالا نگاه کنید. آنها تکان می خورند، "رقص می زنند" اما به ندرت شکسته می شوند.چطور يه رشته نازک فلزي که بالا از زمين آويزان شده، سال به سال از قدرت بي درنگ باد جان سالم به در مياره?
پاسخ در ترکیب درخشانداینامیک مایعات، علوم مواد و طراحی مکانیکی.
1پدیده "رقص" خیابون گرداب کارمان
اگه تا حالا ديدين که يه سيم در حال تکان خوردن در باد هست، شاهد عمل فيزيک هستين.هوا فقط از هم جدا نمی شه و دوباره به آرامی به هم پیوسته.
در عوض، گرداب های گرد و غبار در سمت پایین باد ایجاد می کند.نیروی بلند کردناین به عنوانخيابون ورتاکس کارمان.
این نیروی متناوب است که باعث می شود سیم از یک طرف به طرف دیگر تکان بخورد. این یک "رقص" بین سیم و هوا است، و این یک پاسخ هواشناسی کاملا طبیعی است.
2"شاکسوار": ساج و تنش
اگر یک سیم به طور کامل مانند یک رشته گیتار کشیده شود، یک باد قوی می تواند بلافاصله آن را بشکه.ساج.
منحنی (catenary) در یک خط انتقال یک ویژگی طراحی عمدی است. این یک اثر "بوفر" یا "شاک جذب کننده" را فراهم می کند:
- توزیع انرژی:وقتی باد به سیم ضربه می زند، این حرکت باعث می شود که کل سیم حرکت کند و خم شود.که در طول هدايت کننده پخش شده و توسط انعطاف پذیری فلز جذب می شود.
- مدیریت تنش:مهندسان بر اساس قدرت کششی سیم، فاصله بین برج ها و شرایط آب و هوایی محلی، تنش را محاسبه می کنند.سیم به سادگی در محدوده های مکانیکی امن خود تکان می خورد.
3دشمن نامرئي، ارتعاش هاي ايول
در حالی که نوسانات بزرگ چشمگیر هستند، خطر واقعی اغلب نامرئی است.ارتعاش هوایک نوسان با فرکانس بالا و دامنه پایین است که توسط همان گرداب های کارمان ایجاد می شود.
- خطر:شاید ندیدید، ولی سیم هزاران بار به جلو و عقب تکان می خورد.خستگی فلزیدر طول ماه ها و سال ها، این امر می تواند منجر به "خستگی راننده" یا " آسیب در کلیمپ تعلیق شود" که در آن رشته های آلومینیوم به معنای واقعی کلمه از داخل خارج می شوند.
4راه حل: دامپر های استاکبریج
برای مبارزه با این تهدید نامرئی، مهندساندامپر های استاک بریج.
- چطور کار می کنند:این دستگاه ها از وزنهایی که در انتهای یک کابل فولادی انعطاف پذیر قرار دارند تشکیل شده اند.بی وقفه ی وزنه ها و اصطکاک داخلی دمپر انرژی حرکتی لرزش را به مقدار کمی از گرما تبدیل می کنند، به طور موثر لرزش را قبل از اینکه بتواند سیم را آسیب برساند، "خورد".
5مبارزه با عناصر: درجه حرارت و یخ
باد تنها فاکتور نیست درجه حرارت نقش بزرگی در "جنگ کشش" بین سیم و برج دارد:
- گرما:در یک روز گرم تابستان، لوله آلومینیوم گسترش می یابد و کاهش آن را افزایش می دهد. اگر کاهش بیش از حد پایین بیاید، می تواند به درختان یا ساختمان ها برخورد کند.
- سرد:در زمستان، سيم ها انقباض مي کنند و تنش زياد مي شود. تنش بالا + باد بالا = خطر بزرگتر پاره شدن.
- یخ:جمع آوری یخ وزن زیادی را اضافه می کند. ترکیبی از "برف + باد" شایع ترین علت سقوط برج و شکستن خط در شرایط آب و هوایی شدید است.
خلاصه: تعادل قدرت ها
یک خط برق فقط یک قطعه فلزی نیست، بلکه یک سیستم مکانیکی با دقت تنظیم شده است. بقای آن به:
- قدرت مواد:هسته فولادی با کشش بالا (در ACSR) برای قدرت کشش.
- طراحی هواشناسی:شکل گردي که اجازه عبور باد را مي دهد و گرد و غبار قابل پيش بيني است.
- بافر مکانیکی:که اجازه حرکت و توزیع انرژی را می دهد.
- تجهیزات محافظتی:خنک کننده ها برای جلوگیری از خستگی و عایق های قوی برای تحمل بار.
بنابراین، دفعه بعد که می بینید سیم در باد می رقصد، به یاد داشته باشید: این فقط زنده ماندن نیست، بلکه طراحی شده است تا "با جریان حرکت کند".
"در مهندسی، سفتی اغلب دشمن زنده ماندن است. گاهی اوقات، بهترین راه برای مقاومت در برابر طوفان، خم شدن است".
بحث:آیا تا به حال بعد از یک طوفان شدید یک خط را بررسی کرده اید؟ شایع ترین نوع آسیب را که دیده اید چیست؟ لوله های شکسته، برج های آسیب دیده یا چیز دیگری؟ تجربه خود را در زیر به اشتراک بگذارید!
