มองขึ้นไปบนบ่ายฤดูร้อนที่อากาศร้อนอบอ้าว คุณเห็นอะไร? สายส่งไฟฟ้าแรงสูงที่ห้อยอยู่ระหว่างเสาดูหย่อนยาน หนัก และต่ำ
ตอนนี้ ลองนึกย้อนกลับไปในวันที่อากาศหนาวจัด สายเดียวกันนั้นดูตึง แน่น และสูงจากพื้นดิน
เสาไม่ได้เคลื่อนที่ สายไม่ได้ถูกเปลี่ยน แล้วทำไมความสูงของสายจึงเปลี่ยนแปลงไปตามฤดูกาล?
หากคุณเคยสงสัยว่าสายที่หย่อนในฤดูร้อนเป็นสัญญาณอันตรายหรือไม่ นี่คือความจริงทางวิศวกรรมเบื้องหลังหนึ่งในภาพที่พบเห็นได้บ่อยที่สุดในอุตสาหกรรมพลังงาน:ฟิสิกส์ของการหย่อน
1. ไม่ใช่แค่ความร้อน แต่เป็นกระแสไฟฟ้า
การ "หย่อน" ที่มองเห็นได้ของสายไฟเรียกว่าการหย่อน (หรือ Catenary) แม้ว่าจะเป็นความจริงที่โลหะขยายตัวเมื่อร้อนและหดตัวเมื่อเย็น แต่ก็มีปัจจัยที่สองที่มีอิทธิพลมากกว่าเข้ามาเกี่ยวข้องในฤดูร้อน นั่นคือภาระ
- วัสดุ: สายเหนือศีรษะส่วนใหญ่เป็นACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced) อะลูมิเนียมนำไฟฟ้า ในขณะที่แกนเหล็กให้ความแข็งแรงทางกายภาพ เช่นเดียวกับโลหะทุกชนิด เมื่อได้รับความร้อน โลหะจะขยายตัว
- ผลกระทบสองเท่า: ในฤดูร้อน อุณหภูมิแวดล้อมสูง (แสงแดด + อากาศร้อน) แต่ภายในสายไฟ บ้านเรือนหลายล้านหลังกำลังเปิดเครื่องปรับอากาศ กระแสไฟฟ้าจำนวนมหาศาลนี้สร้างความร้อนจากความต้านทาน (I²R losses)สายไฟร้อนจาก
ภายนอกและร้อนจากภายในเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โลหะจะขยายตัว เนื่องจากระยะห่างระหว่างเสาทั้งสองคงที่ ความยาวที่เพิ่มขึ้นนั้นไม่มีที่ไปนอกจากจะลงมาตรงกลางช่วง2. กลไก: การสูญเสียความตึง
คุณสามารถคิดว่าสายส่งไฟฟ้าเหมือนกับยางยืด
ฤดูหนาว:
- ความเย็นทำให้สายไฟหดตัว มันจะตึงและ "เด้ง" การหย่อนจะน้อยที่สุดฤดูร้อน:
- ความร้อนทำให้สายไฟยาวขึ้น มันสูญเสียความตึง (กลายเป็น "นุ่มขึ้น") ด้วยความตึงที่น้อยลงในการดึงให้ตึง แรงโน้มถ่วงจะดึงสายโลหะหนักลงไปอีกสิ่งนี้สร้างรูปลักษณ์ที่ "เหนื่อย" หรือ "ห้อย" ที่คุณเห็นในเดือนกรกฎาคมและสิงหาคม มันไม่ใช่ความล้มเหลว แต่มันคือ
การตอบสนองทางกายภาพที่ควบคุมได้ ต่อการขยายตัวจากความร้อน3. อันตรายหรือไม่?
ไม่ มันไม่เป็นอันตราย หากสายไฟได้รับการออกแบบอย่างถูกต้อง
เมื่อฝนเยือกแข็งเคลือบสายไฟ น้ำหนักจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก แม้ว่าสายไฟจะเย็น (และหดตัว) แต่น้ำหนักของน้ำแข็งจำนวนมหาศาลสามารถดึงสายไฟลงต่ำกว่าที่มันหย่อนในฤดูร้อน
การหย่อนสูงสุด ภายใต้สภาวะฤดูร้อนที่เลวร้ายที่สุด (อุณหภูมิสูงสุด + กระแสไฟฟ้าสูงสุด)พวกเขาตรวจสอบให้แน่ใจว่าแม้จะอยู่ที่จุดต่ำสุดในช่วงที่อากาศร้อนจัด สายไฟยังคงสูงพอเหนือพื้นดิน ต้นไม้ และอาคารเพื่อความปลอดภัย
4. ความเสี่ยงที่แท้จริงในฤดูร้อน: ต้นไม้
หากสายไฟที่หย่อนไม่ใช่ความอันตราย แล้วอะไรคืออันตราย?
อันตรายอยู่ที่สิ่งที่เกิดขึ้น
ใต้สายไฟ ฤดูร้อนเป็นฤดูแห่งการเจริญเติบโต ต้นไม้เติบโตอย่างรวดเร็ว ในขณะเดียวกัน สายไฟก็หย่อนลงเนื่องจากความร้อน"ช่องว่างที่แคบลง" นี้คือภัยคุกคามที่แท้จริง หากกิ่งไม้เข้าใกล้สายไฟที่หย่อนมากเกินไป อาจทำให้เกิด
การลัดวงจร (short circuit) นำไปสู่ไฟฟ้าดับ นั่นคือเหตุผลที่คุณเห็นทีมสาธารณูปโภคพร้อมเลื่อยยนต์ในฤดูร้อน พวกเขากำลังจัดการ "สิทธิ์ในการผ่าน" เพื่อชดเชยการหย่อน5. สิ่งที่น่าประหลาดใจในฤดูหนาว: น้ำแข็ง
เรากล่าวว่าสายไฟในฤดูหนาวจะตึง แต่มีข้อยกเว้นประการหนึ่งคือ
พายุลูกเห็บเมื่อฝนเยือกแข็งเคลือบสายไฟ น้ำหนักจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก แม้ว่าสายไฟจะเย็น (และหดตัว) แต่น้ำหนักของน้ำแข็งจำนวนมหาศาลสามารถดึงสายไฟลงต่ำกว่าที่มันหย่อนในฤดูร้อน
วิศวกรออกแบบสายไฟให้ทนทานต่อสภาวะสุดขั้วทั้งสอง:
การหย่อนจากความร้อนในฤดูร้อน และภาระน้ำแข็งในฤดูหนาวสรุป
ครั้งต่อไปที่คุณมองขึ้นไปและเห็นสายไฟที่ห้อยลงมาในวันที่อากาศร้อน อย่ากังวล พวกมันไม่ได้กำลังจะหล่น พวกมันแค่ "หายใจ" คือขยายตัวและผ่อนคลายภายใต้ความร้อนของฤดูกาลและความเครียดในการทำให้เครื่องปรับอากาศของคุณทำงาน
"สายไฟที่หย่อนในเดือนสิงหาคมคือสายไฟที่มีความสุข มันหมายความว่าฟิสิกส์กำลังทำงานตามที่วิศวกรตั้งใจไว้"
คำถามสังเกตการณ์:
คุณสังเกตเห็นว่าสายไฟในละแวกบ้านของคุณหย่อนมากน้อยเพียงใดในช่วงที่อากาศร้อนจัดเมื่อเทียบกับฤดูหนาว ครั้งต่อไปที่คุณขับรถใต้สายไฟ ลองมองดู เพียงจำไว้ว่าให้มอง อย่าสัมผัส!
