چرا خطوط برق در تابستان ضعیف تر می شوند؟ فیزیک پشت سیم های "خسته"

در یک بعد از ظهر گرم تابستان به بالا نگاه کنید. چی میبینی؟ خطوط انتقال ولتاژ بالا که بین برج ها آویزان شده اند، شل، سنگین و کم به نظر می رسند.

حالا به یک روز سرد زمستانی فکر کنید. خطوط یکسان از سطح زمین سفت، کشیده و بلند به نظر می رسند.

برج ها حرکت نکرده اند سیم ها تعویض نشده اند پس چرا ارتفاع سیم ها با فصول تغییر می کند؟

اگر تا به حال فکر کرده اید که آیا این سیم های آویزان تابستانی نشانه ای از خطر هستند، در اینجا حقیقت مهندسی پشت یکی از رایج ترین مناظر در صنعت برق آورده شده است:فیزیک ساگ .

1. این فقط گرما نیست، جریان است

"افتادگی" قابل مشاهده سیم از نظر فنی نامیده می شودSag (یا Catenary). در حالی که درست است که فلز هنگام گرم شدن منبسط می شود و در هنگام سرد منقبض می شود، عامل دوم و قوی تری در تابستان وجود دارد:بار.

• مواد:بیشتر خطوط هوایی هستندACSR (فولاد هادی آلومینیومی تقویت شده). آلومینیوم جریان الکتریسیته را هدایت می کند، در حالی که یک هسته فولادی قدرت فیزیکی را فراهم می کند. مانند تمام فلزات، هنگامی که گرم می شوند، منبسط می شوند.
• The Double Whammy:در تابستان دمای محیط بالاست (آفتاب + هوای گرم). اما در داخل سیم، میلیون ها خانه AC خود را اجرا می کنند. این جریان الکتریکی عظیم ایجاد می کندگرمایش مقاومتی (تلفات I²R).

سیم از گرم می شودخارجو داغ ازداخل. با افزایش دما، فلز منبسط می شود. از آنجایی که فاصله بین دو برج ثابت است، این طول اضافی جایی برای پایین آمدن ندارد - تا وسط دهانه.

2. مکانیک: از دست دادن تنش

شما می توانید یک خط انتقال مانند یک نوار لاستیکی را در نظر بگیرید.

• زمستان:سرما باعث انقباض سیم می شود. سفت و «بهاری» می شود. افتادگی حداقل است.
• تابستان:گرما سیم را طولانی تر می کند. تنش را از دست می دهد ("نرم تر" می شود). با کشش کمتری که آن را محکم می‌کشد، گرانش سیم فلزی سنگین را بیشتر به سمت پایین می‌کشد.

این حالت "خسته" یا "افتاده" را ایجاد می کند که در ماه های جولای و آگوست می بینید. این یک شکست نیست. این یکپاسخ فیزیکی کنترل شدهبه انبساط حرارتی

3. آیا خطرناک است؟

نه، خطرناک نیست - اگر خط به درستی طراحی شده باشد.را

مهندسان شبکه برق از افت تابستان تعجب نمی کنند. در واقع برای آن برنامه ریزی می کنند. در مرحله طراحی، مهندسان محاسبه می کنندحداکثر افتدر بدترین شرایط ممکن تابستان (بالاترین دما + حداکثر جریان).

آنها اطمینان می دهند که حتی در پایین ترین نقطه در یک موج گرما، سیم به اندازه کافی در بالای زمین، درختان و ساختمان ها قرار می گیرد تا ایمن باشد.

4. خطر واقعی تابستان: درختان

اگر افتادگی سیم ها خطری ندارد، چیست؟

خطر در آنچه اتفاق می افتد نهفته استزیرسیم ها تابستان فصل رشد است. درختان به سرعت بالا می روند. در همین حال، سیم ها به دلیل گرما پایین می آیند.

این «شکاف بسته شدن» تهدید واقعی است. اگر یک شاخه درخت بیش از حد به یک سیم کم افتادگی نزدیک شود، می تواند باعث ایجاد الف شودفلاش اوور (اتصال کوتاه)، منجر به قطع برق می شود. به همین دلیل است که در تابستان خدمه خدمات برقی را با اره برقی می‌بینید—آنها «راست راه» را مدیریت می‌کنند تا افت آن را جبران کنند.

5. سورپرایز زمستانی: یخ

گفتیم سیم های زمستانی سفت هستند، اما یک استثنا وجود دارد:طوفان های یخ.را

هنگامی که باران یخبندان سیم ها را می پوشاند، وزن به طور چشمگیری افزایش می یابد. حتی اگر سیم سرد است (و منقبض شده است)، وزن عظیم یخ می تواند سیم را پایین تر از آن چیزی که در تابستان فرو می رود پایین بکشد.

مهندسان خطوطی را برای مقاومت در برابر هر دو افراط طراحی می کنند:کاهش گرمای تابستانوبار یخ زمستانی.

خلاصه

دفعه بعد که به بالا نگاه کردید و آن خطوط آویزان را در یک روز گرم دیدید، نگران نباشید. آنها قصد سقوط ندارند. آنها به سادگی "نفس می کشند" - در زیر گرمای فصل و فشار ناشی از روشن نگه داشتن سیستم تهویه مطبوع شما گسترش یافته و آرام می شوند.

یک سیم آویزان در ماه اوت یک سیم شاد است. این بدان معناست که فیزیک دقیقاً همانطور که مهندسان در نظر داشتند کار می کند.

سوال مشاهده:آیا دقت کرده اید که سیم ها در محله شما در طول موج گرما نسبت به زمستان چقدر افت می کنند؟ دفعه بعد که زیر خط برق رانندگی کردید، نگاهی بیندازید—فقط به یاد داشته باشید که نگاه کنید، دست نزنید!