تحليل موجز للعوامل المؤثرة على سلامة خطوط النقل

تنقسم العوامل المؤثرة على سلامة خطوط النقل عمومًا إلى فئتين رئيسيتين: التآكل والتقادم الناتجين عن الاستخدام اليومي، والعطل المفاجئ الناجم عن عوامل خارجية. يمكن أن يتسبب هذان النوعان من العوامل في انقطاع التيار الكهربائي، مما يؤدي إلى توقف إمداد الطاقة، وقد يتسببان في شلل شبكة الكهرباء في الحالات الخطيرة. يُمكن التحكم في عامل التآكل والتقادم، مما يقلل من احتمالية حدوث العطل، بينما تُعدّ العوامل البيئية الخارجية (بما في ذلك الصواعق، والأعاصير، وحرائق الغابات، وأضرار الجليد، والتلوث، ودرجة الحرارة والرطوبة، وضغط الهواء، وأضرار الطيور، وغيرها) عوامل يصعب التحكم بها، مما يزيد من احتمالية حدوث العطل ويُسبب أضرارًا جسيمة.

1. ضربات البرق

يُعدّ البرق ظاهرة شائعة في موسم الأمطار، ويتسم بتقلبات كبيرة. تتميز خطوط النقل الكهربائية المنتشرة في المناطق الوعرة بتباعدها الكبير واختلاف ارتفاع أبراجها، مما يجعل مقاومتها للصواعق ضعيفة نسبيًا، وبالتالي أكثر عرضة للتأثر بها. في المناطق الوعرة، تكثر خطوط الدائرة الواحدة، وتفتقر إلى الحماية من الصواعق والتحويلات، مما يزيد من احتمالية وقوع حوادث الصواعق. يُمثل انقطاع التيار الكهربائي بسبب الصواعق النسبة الأكبر من أعطال خطوط النقل، وكلما انخفض مستوى الجهد، زادت احتمالية حدوث هذا الانقطاع.

عند حدوث تفريغ البرق، تتراكم الشحنات في طبقة السحب الركامية، مُشكّلةً مجالًا كهربائيًا عالي الجهد، يصطدم ويتعادل مع عدد كبير من الشحنات السالبة المحمولة على الأرض، مُطلقًا طاقة عالية، يصل الجهد فيها إلى ملايين الفولتات، والتيار إلى آلاف الأمبيرات، مما ينتج عنه تدرج وسعة موجة جهد زائد عالية، مُسببًا انقطاعًا مفاجئًا في عزل خط النقل. يُعدّ هذا الانقطاع المفاجئ عطلًا عابرًا، وتكون نسبة نجاح إعادة التوصيل عالية، ويمكن استعادة المسار الموصل، ولكن في الحالات الخطيرة، قد يؤدي إلى انقطاع الخط، أو كسر العازل، أو اختراق المحطة الفرعية على طول الخط، وانصهار الأسلاك بفعل الحرارة العالية، مما يُهدد بتدمير قوة عزل معدات الطاقة.

لتقليل احتمالية وقوع حوادث الصواعق في خطوط النقل، من الضروري منع الوميض الكهربائي، وتكوّن القوس الكهربائي، والصواعق المباشرة، وانقطاع التيار الكهربائي في خط الحماية. يجب اتخاذ تدابير الحماية التالية: ① إنشاءمانع الصواعق٢- إضافة سلك تأريض مزدوج؛ ٣- تقليل مقاومة التأريض للبرج؛ ٤- عدم تأريض نقطة التعادل مباشرةً؛ ٥- تعزيز مستوى عزل الخط؛ ٦- تركيب نظام إعادة إغلاق تلقائي؛ ٧- تركيب أنبوبيمانع الاحتراق⑧ استخدام العزل غير المتوازن، وإمداد الطاقة بشبكة الحلقة المزدوجة، وغيرها من الطرق.

2. إعصار

في ظلّ ظروف الطقس المصاحبة للأعاصير، والتي تترافق مع رياح قوية وأمطار غزيرة، قد تحدث حوادث مثل اهتزاز الموصلات، وانحراف التيار، وانقطاع الخطوط، وسقوط الأبراج، وغيرها. ومع ازدياد سرعة الرياح التصميمية لنظام الطاقة على خط النقل، تقلّ احتمالية وقوع حوادث انقطاع الخطوط وسقوط الأبراج، إلا أن احتمالية وقوع حوادث ناجمة عن التأرجح العنيف للأسلاك، وتفريغ الشحنات الكهربائية بفعل الرياح، وتلف الأجسام العائمة، تبقى مرتفعة.

سرعة الرياح كبيرة، وسعة اهتزاز خط النقل كبيرة، مما يقلل الفجوة الهوائية بين السلك والبرج، وطور السلك والطور، وتوزيع الفجوة الهوائية غير متساوٍ، بحيث تنخفض قوة الجهد في الفجوة بدرجات متفاوتة، ولا يمكنها تحمل قيمة الجهد للتشغيل، مما يؤدي إلى الانهيار والتفريغ.

في حال تزامن ذلك مع عاصفة، فإن المطر سيقلل من مقاومة الهواء، مما يجعل الأسلاك أكثر عرضة لحدوث قصر كهربائي، وبالتالي تزداد احتمالية حدوث تفريغ كهربائي. تحدث هذه العملية بتردد عالٍ، وبشكل متكرر لفترات طويلة، وعشوائي، وبسعة كبيرة، مما يؤدي إلى حدوث وميض كهربائي، وانهيار، وانقطاع التيار، وغيرها من الأعطال. ونظرًا لانخفاض معدل حدوث انقطاع التيار بعد التزامن مع هذه الظاهرة، وضعف التدخل البشري، وطول مدة استعادة التيار الكهربائي، فإن ذلك سيؤدي أيضًا إلى أعطال ميكانيكية في سلاسل العوازل، والوصلات، والأذرع العرضية، وغيرها من الدعامات، بالإضافة إلى المواد والمعدات المساعدة، مما ينتج عنه خسائر اقتصادية فادحة.

بالنسبة لخطوط نقل الطاقة ذات سرعة الرياح المنخفضة، يمكن التحكم في معظم الخطوط عن طريق تركيب أجهزة مضادة للاهتزاز. أما عند مواجهة سرعة رياح عالية، فيمكن اتخاذ التدابير التالية: (1) إضافة مطرقة مضادة للاهتزاز وتركيب مطرقة ثقيلة لزيادة قدرة تحمل الحمل الرأسي لخط النقل وتقليل سعة تأرجحه؛ (2) تركيب أسلاك تخميد، وحماية الأسلاك، وزيادة عدد الأسلاك المتفرعة، وتقوية الأسلاك، وضمان مسافة آمنة بين السلك والبرج؛ (3) اعتماد وضع تعليق سلسلة العوازل من النوع V لتعزيز مقاومة العازل لظاهرة الانحراف العرضي بفعل الرياح وتقليل زاوية تأرجح سلسلة العوازل بفعل الرياح؛ (4) عند تصميم البرج وإنشاء خط النقل، يُنصح بترك مسافة كبيرة بين الأسلاك، أو تحريك نقطة التعليق إلى الأسفل، أو إطالة وتوسيع الذراع العرضي.

3. حرائق الجبال

تتسبب حرائق الغابات الناجمة عن ارتفاع درجات الحرارة، والعوامل البشرية، وغيرها من العوامل، في استمرار الهواء في حالة من الحرارة المرتفعة والرطوبة المنخفضة لفترة طويلة. وعلى خطوط النقل الموجودة في المناطق الجبلية، أو عبر الغطاء النباتي للغابات، أو بين خطوط الطور، يحدث انقطاع مفاجئ للتيار الكهربائي نتيجة ارتفاع التأين الحراري لجزيئات الهواء، وزيادة الشحنة الكهربائية، وتسارع حركة الجزيئات، وتكوّن قنوات موصلة. ويُعدّ انقطاع التيار الكهربائي بسبب الحريق السبب الرئيسي، بالإضافة إلى فقدان عزل الخط نتيجة احتراقه بفعل الحرارة العالية، وتفريغ الأسلاك إلى البرج.

بالنسبة لخطوط نقل الطاقة في المناطق الجبلية، ونظرًا للتضاريس والعوامل الاقتصادية، يُنشأ عادةً خطان أو أكثر مع كل برج. في حال نشوب حريق جبلي، يسهل أن يتسبب في تعطل عدة خطوط على نفس ممر النقل وانقطاعها في آن واحد. ولأن الحريق الجبلي سريع الانتشار ويستمر لفترة طويلة، فإنه يُنتج كميات كبيرة من الدخان والضباب ذي درجة الحرارة العالية، مما يُقلل من معدل إعادة تشغيل الخط. وحتى يتم احتواء الحريق وتشتت الدخان وانخفاض درجة حرارة الهواء المحيط والأسلاك، يصعب إعادة تشغيل الخط يدويًا، مما يؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي لفترة طويلة، وفي الوقت نفسه، قد تتأثر أكثر من خط، مما يُهدد سلامة تشغيل شبكة الكهرباء.

نظراً لظاهرة حرائق الجبال، ينبغي البدء بتدابير الوقاية من الحرائق للحد من حدوثها، وذلك من خلال: (1) التحكم في ارتفاع الأشجار وعددها وأنواعها بالقرب من قاعدة الجبل؛ (2) وضع تدابير استجابة طارئة، مع ترك مسافة كافية من الممرات الآمنة؛ (3) ضمان موثوقية نظام حماية خطوط الكهرباء وحساسيته؛ (4) إنشاء نظام مراقبة آنية، وتحسين فعاليته؛ (5) زيادة عمليات فحص خطوط الكهرباء وفقاً للفصول والفترات الزمنية والظروف الجوية، وذلك للقضاء على المخاطر الخفية.

4. كارثة الجليد

تشمل الكوارث الجليدية المطر المتجمد والصقيع وتراكم الثلوج. يؤدي التقلب المناخي الطبيعي غير الطبيعي، وتناوب درجات الحرارة بين الحار والبارد، إلى تغطية خطوط النقل وسلاسل العوازل بالجليد، مما يزيد من وزن الخط وحامل البرج، ويزيد من مساحة تهوية الأسلاك، ويؤدي إلى زيادة الترهل، مما يتسبب في اهتزاز مستمر غير مستقر للأسلاك، وارتجاجها، وانقطاعها بشكل خطير، وحوادث أخرى في البرج. في حالة تجمد الثلج على سلاسل العوازل، فإن ذوبان الجليد سيؤدي إلى حدوث ماس كهربائي في العوازل، مما يتسبب في فصلها بسبب الوميض الجليدي.

تشير الإحصائيات إلى أن احتمالية تشكل الوميض الجليدي تزداد عند وجود تلوث جليدي. لذا، ولمنع حدوثه، من الضروري زيادة تنظيف خطوط الكهرباء وسلاسل العوازل من التلوث لتحسين نظافتها؛ وزيادة مسافة الزحف لمنع تجمد الثلج نتيجة لصغر المسافة بين العوازل والمظلات؛ واعتماد ترتيب سلاسل العوازل على شكل حرف V وسلاسل العوازل على شكل حرف V مقلوب، وزيادة المسافة بين السلاسل المزدوجة لتحسين جهد الوميض. في حالة انزلاق الجليد، ينبغي استخدام تقنية إذابة الجليد لتسريع ذوبان الغطاء الجليدي، أو استخدام فاصل بين الأطوار مُحسَّن لزيادة المسافة بين أطوار الأسلاك وتقليل ظاهرة الانهيار والتفريغ الناتجة عن صغر المسافة بين أطوار الأسلاك بسبب تأرجحها وسعتها الكبيرين.

5. أخرى

1) درجة التلوث: نظرًا لطول امتداد خطوط النقل، فإنها تتأثر بالملوثات الجوية، والملوحة، والدخان، والغبار، وغيرها، مما يؤدي إلى تراكم التلوث على سطح السلك. وبسبب المجال الكهربائي الكبير المحيط بخط النقل عالي الجهد، يسهل حدوث ظاهرة التفريغ الهالي، مما ينتج عنه عدد كبير من الجسيمات المشحونة التي تلتصق بالملوثات، فتزيد من موصليتها الكهربائية، وتسهل تفريغها. لذلك، يجب تنظيف خط النقل بانتظام.

٢) درجة الحرارة. تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى زيادة درجة حرارة سطح السلك، مما يُصعّب تبديد الحرارة على خط نقل الجهد العالي الأصلي، ويؤدي ضعف تبديد الحرارة إلى ارتفاع مستمر في درجة حرارة الخط، مما يزيد من شرارة السلك، ويقلل من مسافة الأمان بين السلك والأرض والأجسام المتقاطعة، مما يؤدي إلى حدوث تفريغ كهربائي، وبالتالي فصل الخط. لذلك، يُنصح بزيادة المسافة بين السلك والأرض وطور السلك بشكل مناسب.

3) الرطوبة. مع ازدياد جزيئات الماء الملتصقة بسطح السلك، تمتص الشحنة المحيطة به الإلكترونات لتكوين أيونات سالبة، مما يُضعف قدرة التأين، ويزيد من جهد الانهيار، ويُعزز المجال الكهربائي الموضعي، ويُسهل حدوث التفريغ الهالي، مما يؤدي إلى فقد الطاقة وانخفاض الجهد. لذلك، عند اختيار مواد عزل الأسلاك، ينبغي مراعاة خاصية كراهية الماء وحركة الإلكترونات الكارهة للماء في هذه المواد.

4) ضغط الهواء. مع ازدياد الارتفاع، يقلّ سمك الهواء تدريجيًا، وتنخفض كثافته، وينخفض ​​ضغطه، مما يؤدي إلى انخفاض جهد الانهيار بين سلك النقل والأرض، وانخفاض فرق الطور بين الموصلات، وبالتالي سهولة حدوث الانهيار. لذلك، في المناطق المرتفعة، يجب تقليل ارتفاع الكابل.

٥) أضرار الطيور. تحب الطيور حمل الأغصان الميتة في أفواهها لبناء أعشاشها على البرج. إذا وُضعت الأغصان بالقرب من خط الكهرباء أو سقطت عليه، فمن السهل حدوث ماس كهربائي. عندما تطير الطيور الكبيرة أو تلعب مع بعضها، يمكنها بسهولة لمس عدة أسلاك، مما يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي أو انقطاع التيار. لذلك، يمكن وضع لافتات محددة على الخط أو البرج لإخافة الطيور وإبعادها عن خط النقل.

تؤدي الظروف المناخية القاسية وغيرها من العوامل المؤثرة على قدرة خطوط النقل إلى تعطل أو تلف مرافق النقل، مما ينتج عنه انقطاع التيار الكهربائي، وفقدان الطاقة، والتأثير على ظروف تشغيل الخطوط، وقدرة النقل، وانقطاع إمدادات الطاقة، وفي الحالات الخطيرة، فصل الشبكة، مما يتسبب في خسائر اقتصادية فادحة. من منظور السلامة، تحلل هذه الورقة البحثية مخاطر السلامة وأسبابها التي تهدد خطوط النقل نتيجة الصواعق، والأعاصير، وحرائق الجبال، والكوارث الجليدية، ودرجة التلوث، ودرجة الحرارة، والرطوبة، وضغط الهواء، وأضرار الطيور، بالإضافة إلى تدابير الوقاية والتحكم في ظل ظروف وعوامل مختلفة تؤثر على خطوط النقل، وذلك بهدف تعزيز البحث في آليات السلامة، والتصميم الأمثل، والوقاية والتحكم العلمي والفعال من قبل أنظمة الطاقة والجهات الفنية المختصة، لضمان التشغيل الآمن والمستقر لخطوط النقل.

إذا كانت لديكم أي استفسارات، يمكنكم التواصل معنا عبر الطرق التالية:

Email:jennifer@anhelec.com

رقم الهاتف (واتساب): 8618157758231