Torres de transmissió: columna vertebral de les xarxes elèctriques

Els heu vist mil vegades durant els vostres viatges per carretera, marxant pels vessants dels turons i fent guàrdia als camps buits. Aquests gegants silenciosos i d'acer que sovint anomenem pilones d'electricitat es troben entre les estructures més visibles però també les més ignorades del nostre entorn. Però la seva feina és molt més gran i més interessant que mantenir un munt de cables.

Imagineu aquestes torres de transmissió com les interestatals de la nostra electricitat. Tenen una tasca principal: moure grans quantitats d'energia a distàncies molt llunyanes, des d'on es fa electricitat a les grans centrals elèctriques fins a xarxes més petites que la porten a casa o oficina. Sense aquesta columna vertebral amb gran capacitat, el nostre món modern no funcionaria.

És important perquè vol dir que van ser dissenyats a propòsit i et fa preguntar-te sobre coses que probablement has pensat abans. Els enginyers tenen un gran problema: com feu que tota aquesta energia es mogui sense perdre la major part al llarg del camí? I aquesta resposta explicarà per què les torres són tan altes, per què els cables estan tan allunyats i què fan les coses de vidre que pengen als costats de les torres. Mirant la lògica que hi ha darrere, entendreu el viatge invisible que fa l'electricitat cada dia. Descobrirem els secrets amagats dins de les siluetes familiars sobre per què tenen formes tan particulars i per què els ocells poden posar-s'hi de manera segura. No només veuràs una torre, veuràs la columna vertebral del nostre món elèctric.

Els heu vist marxar per camps i carreteres, però sabeu per a què serveixen les torres de transmissió? Són bastant bàsics: només aguanten les línies elèctriques grans i súper-potents amb el seu propi tipus de penjador de roba. Una torre per si mateixa no és un component elèctric; tot el que ha de fer és ser prou fort i alt per aguantar cables pesats i d'alta-tensió i fora de l'abast de persones, arbres i edificis a terra. L'heroi real i invisible d'aquest sistema és l'aire. En elevar les línies elèctriques tan amunt, la torre fa un enorme coixí d'aire protector entre el cable i el terra. L'aire és un gran aïllant natural, el que significa que evita que l'electricitat salti llocs on no pertany. La feina de la torre és només mantenir aquest espai segur d'aire. Sense aquesta distància acuradament gestionada, l'enorme potència d'aquestes línies no tindria cap problema per trobar una drecera perillosa a la terra.

Si l'electricitat va a la vostra presa de paret, per què no enviar-la directament a aquella baixa tensió segura de la central elèctrica? Penseu en això com si intenteu moure l'aigua a una gran distància. Una mànega de jardí normal amb poca pressió no funcionaria bé perquè es perdria massa aigua pel camí. Per moure molta aigua de manera eficient, voldríeu utilitzar alguna cosa amb molta pressió, potser fins i tot una canonada. L'electricitat també és semblant, necessita algun tipus de "pressió" per arribar lluny sense perdre la seva força.

I aquesta pressió elèctrica s'anomenatensió. Augmentar l'electricitat a una tensió molt alta permet a les companyies elèctriques enviar grans quantitats d'energia a centenars de quilòmetres sense perdre molta energia. I aquest és el secret de la transmissió de l'electricitat. Si intentessin enviar-lo amb la baixa tensió que utilitza la vostra casa, gairebé tota l'energia es perdria en forma de calor al llarg del camí, convertint les línies elèctriques en la torradora més llarga i inútil del món. Per això les torres de transmissió han de ser tan altes i imponents. Com que l'electricitat dels cables està a una tensió tan alta, és massa perillós estar al voltant de persones o edificis. L'alçada de la torre proporciona el coixí de seguretat necessari, mantenint aquesta enorme potència amb seguretat en l'aire. I, per descomptat, aquesta poderosa electricitat s'ha de "reduir" a un nivell utilitzable, cosa que ens porta a la següent part del trencaclosques.

No podeu encendre o apagar la "pressió" de l'electricitat com una aixeta. Aquesta tasca important la fa una cosa que es diu transformador. Penseu en un transformador com la caixa de canvis de la xarxa elèctrica. Un cotxe canvia de marxa per controlar la potència i la velocitat, i un transformador fa el mateix amb l'electricitat passant-la d'alta a baixa tensió perquè es pugui utilitzar tant per a viatges llargs com per a viatges curts.

Just després de produir l'electricitat, passa a una cosa que s'anomena transformador "increment-" a la central elèctrica. Això fa que la tensió pugi molt, preparant-lo per al seu gran viatge pel país a les línies elèctriques entre torres. És com posar el cotxe a gran velocitat abans de fer un llarg viatge per carretera perquè pugui viatjar lluny sense utilitzar massa gasolina. Sense aquests transformadors de potència, no hi hauria transmissió d'alta-tensió. I quan les línies elèctriques s'acosten als nostres pobles, l'electricitat va a les subestacions del barri. En aquest cas, els transformadors "redueix-" fan el treball contrari; redueixen la tensió extremadament alta fins a una tensió molt més baixa i segura per a empreses i cases. La subestació de transmissió és l'últim '-torn inferior' que fa que l'energia sigui útil per a la vostra vida quotidiana. Ara s'ha controlat la tensió, passem a les estructures que porten les línies.

Tot i que poden semblar un embolic de metall, les torres de transmissió són en realitat força elegants. El cos principal és atorre de gelosia, que utilitza un patró de bigues entrecreuades per donar-li una força i una resistència al vent sorprenents utilitzant la menor quantitat de materials possible. És un esquelet, l'únic que fa és ser prou alt i fort per aguantar les parts pesades i suportar el temps. És una proesa d'enginyeria d'eficiència, feta per ser robusta però encara una mica lleugera.

L'esquelet que té sobresurt són les torres que es diuen braços llargscreuers. La seva feina és fàcil però vital: mantenir aquestes línies elèctriques fortes allunyades les unes de les altres i també de la torre. La tensió és tan alta que l'electricitat pot "saltar" una distància sorprenentment gran a través de l'aire. Els braços creuats funcionen com a separadors, assegurant-se que hi ha un espai segur d'aire entre els cables perquè l'electricitat no s'arc (salti) d'un cable a un altre, cosa que podria crear un curtcircuit gran i perillós.

Finalment, els mateixos cables. A la indústria, no es denominen simplement cables, sinó que ho sónconductors. Normalment estan fets d'alumini, que és bo per conduir l'electricitat i també és molt lleuger, embolicat al voltant d'un nucli d'acer que proporciona força a la línia. Aquesta combinació funciona bé per recórrer llargues distàncies sense massa flaccids. Però llavors arribem a la gran pregunta: si tots aquests conductors porten electricitat i la torre està feta de metall, com és que l'electricitat no només s'enfonsa cap a terra? I és llavors quan entra el més important que sovint oblides.

Són les cadenes de discos de vidre o ceràmica que potser heu notat que pengen dels braços de la torre. Són aïllants, i fan una de les feines de seguretat més importants de tota la xarxa elèctrica. Penseu en ells com el recobriment de goma del cable d'alimentació de casa vostra, estan fets per aturar l'electricitat en pista. El conductor d'alta tensió està connectat a la part inferior de la cadena aïllant i l'extrem superior està connectat a la torre. I fa una mena de barrera no-elèctrica perquè tota aquesta potència de la línia mai pugui arribar a la torre metàl·lica i baixar a terra.

Aquest paper important és possible pel fet que materials com el vidre i la porcellana fan una mala feina de conducció de l'electricitat. Per a l'electricitat que flueix pel conductor, l'aïllant és simplement un carreró sense sortida. Davant d'aquest obstacle, l'electricitat no té més remei que seguir el seu recorregut previst pel cable. Sense aquests aïllants senzills però efectius, totes i cadascuna de les torres de transmissió es convertirien en un perill massiu i electrificat, provocant un curtcircuit de tot el sistema. Aquí hi ha alguna cosa interessant que podeu cercar en el vostre proper viatge per carretera: quant de temps té la cadena aïllant us indica quanta potència té la línia. Els voltatges més alts tenen una major capacitat de "saltar" a través d'un buit, de manera que necessiten més separació per estar continguts de manera segura. Una línia amb 765.000 volts pot necessitar una llarga cadena de trenta o més discos, mentre que una línia de 138.000 volts només podria necessitar vuit o deu. Per tant, com més llarga sigui la cadena d'aïllants, més forta serà l'electricitat que reté.

Quan observeu les torres de transmissió, trobareu que tenen diferents formes. Algunes són xarxes d'acer extenses, altres són pals nets i senzills. Aquest tipus de diferència no es tracta només d'aparença, sinó d'una selecció pràctica d'entre dos tipus principals. El clàssic, entrecreuat, és atorre de gelosia. El seu parent més prim, freqüentment vist al costat de les carreteres, rep el nom de apiló monopoli. Per què es veuen tan diferents? Normalment es deu al fet que algú havia de decidir si gastar més diners o gastar més espai a terra.

Les torres de gelosia són els cavalls de batalla de la indústria a causa de la seva increïble resistència i assequibilitat, fetes de nombroses peces d'acer petites i angulades. Tenen una estructura-com una xarxa que és robusta i duradora, però té un inconvenient important: ocupa una gran quantitat de terreny. Quatre potes esteses amples, necessiten molt espai a terra, de manera que solen tenir un camí llarg i buit anomenat dret--de pas. Això els fa adequats per a camp obert amb molta terra. En canvi, el piló monopoli és la resposta als punts estrets. És més costós de construir i configurar, però té una petita empremta. Un pal ocupa molt menys espai que una torre de gelosia, per això és adequat per a zones suburbanes concorregudes o al costat de les carreteres on no hi ha prou espai per a una gran torre de gelosia. Tant si triem una torre de gelosia o una pilona monopoli depèn del medi ambient, i el tipus de torre que utilitzem és només una resposta pràctica a l'espai disponible.

Les torres d'acer que marxen pel paisatge són les parts més òbvies d'un sistema elèctric-enorme i connectat. Penseu en ells com les interestatals d'una xarxa d'autopistes nacionals per a l'electricitat. Però de la mateixa manera que no podeu portar un cotxe directament des de la fàbrica fins a la vostra calçada sense utilitzar les carreteres locals, l'electricitat ha de seguir un viatge similar de diversos passos-per arribar a casa vostra.

Comença en una central elèctrica que fa electricitat. Per fer el seu llarg viatge, la potència es fa més forta (o "augmenta") per grans màquines anomenades transformadors a una tensió molt alta. És semblant a augmentar la pressió de l'aigua perquè un gran volum pugui fluir per una canonada amb menys energia perduda. Les torres de transmissió porten aquestes línies d'alta tensió al llarg de centenars de quilòmetres, que constitueixen la part principal de la xarxa.

I finalment, s'ha de sortir de l'autopista. I això és el que fa una subestació de transmissió: aquells grans tancats-en llocs amb tots els transformadors i equips que potser heu notat a prop de les ciutats. Aquí, l'electricitat d'alta -tensió es "redueix" a una tensió molt més baixa i segura. És la connexió crucial entre la xarxa elèctrica de llarga-distància i la xarxa elèctrica de la comunitat local. Des de la subestació, l'electricitat de baixa-tensió passa per les línies elèctriques més petites i familiars que solen estar penjades en pals de fusta als carrers de la ciutat. Aquestes línies porten energia a l'últim transformador proper a casa, que baixa la tensió una vegada més abans que entri a casa i arribi a la presa de la paret, esperant que s'utilitzi. Aquesta gran quantitat d'energia que es mou no sempre és completament silenciosa, per això de vegades potser escolteu alguns sorolls estranys.

Si abans heu estat a prop d'una gran torre de transmissió, és possible que hàgiu sentit algun brunzit o cruixir. Aquest so no indica cap perill, simplement és un fet conegut i normal conegut com a descàrrega corona. És el so de tota aquesta poderosa electricitat a la línia que interactua amb totes aquelles molècules d'aire al seu voltant. Pot semblar una falla, però en realitat es tracta d'una petita fuita d'energia esperada que es produeix amb tensions molt altes.

Imagineu l'enorme "pressió" elèctrica en aquestes línies. És tan potent que pot fer que les partícules d'aire al costat del cable es carreguin elèctricament o s'ionitzin. Això és com una petita espurna constant, i tots aquests petits zaps junts fan el so de brunzit que escolteu. És una mica similar al crepitit de l'electricitat estàtica d'un pom de porta, excepte que es produeix contínuament a gran escala. També podeu notar que el so és més fort durant el temps humit, boirós o plujós. Com que l'aire humit té més gotes d'aigua i l'aigua proporciona un camí una mica més fàcil perquè l'electricitat energitzi l'aire a prop del conductor. Això fa que l'efecte corona sigui més fort, de manera que el brunzit i el cruixent són més notables. Per tant, aquest camp elèctric fort afecta l'aire mentre el travessa, però què passa si alguna cosa més toca el cable?

És una escena clàssica i desconcertant: un ocellet pot seure en una línia elèctrica d'alta -tensió i no tenir ni una ploma enfonsada. I la resposta és en realitat bastant simple, i tot es redueix a un principi bàsic de l'electricitat. L'electricitat ha d'anar a algun lloc perquè hi hagi un zap, i això vol dir tenir tot un recorregut per seguir: un circuit elèctric. Ha de passar d'un lloc amb molta energia a un lloc amb menys energia.

Un ocell que aterra en un cable tindrà el seu cos i el cable al mateix potencial elèctric elevat. Com que l'ocell no entra en contacte amb el terra o amb un altre cable que porti una tensió diferent, no hi ha cap camí perquè l'electricitat flueixi a través de l'ocell. Current veu l'ocell com un carreró sense sortida i segueix el camí molt més fàcil, el cable metàl·lic altament conductor. L'ocell és segur perquè no forma part d'un circuit. Una persona a terra, però, fa una situació perillosa. Si toqués el mateix cable, el teu cos seria la peça que faltaria. L'electricitat trobaria immediatament una nova ruta des de la línia d'alta-tensió, a través teu i cap a terra. El teu cos completa el circuit i deixa passar una quantitat enorme i letal d'energia. Per això és tan important mantenir-se allunyat de les línies elèctriques caigudes; no voleu formar part del camí de l'electricitat.

Una de les preguntes més freqüents que es fa la gent sobre les torres de transmissió és si suposa algun perill per a la salut quan es viu a prop de les línies elèctriques. És el camp electromagnètic (EMF) el que els preocupa: una força invisible d'energia creada per tots els dispositius elèctrics, incloses les línies elèctriques.

Per conèixer el perill, cal saber que no totes les radiacions es creen iguals. Penseu en el llançament d'una pilota: un llançament suau amb una pilota de tennis és inofensiu, però una pilota de beisbol llançada a 100 milles per hora pot ser perillosa. De la mateixa manera, hi ha dos tipus principals de radiació. Les radiacions ionitzants d'alta-energia, com ara els-raigs X, tenen prou energia per causar danys a les cèl·lules. Però l'energia de les línies elèctriques és de molt baixa freqüència i, per tant, entra dins de la categoria no-ionitzant, que també és on pertanyen els CEM del cablejat i els electrodomèstics.

Després de molts anys de fer un munt de treball científic, els grans grups de salut d'arreu del món no han descobert que estar a prop dels CEM de les línies elèctriques pot fer que la gent emmalalteix de coses com el càncer. Alguns estudis anteriors van mostrar una petita connexió, però la majoria del que sabem no demostra que facin mal a ningú. A més, la potència d'un camp electromagnètic es redueix molt a mesura que t'allunyes d'ell. El camp és molt més feble a 50 peus de distància que just sota la línia, i encara més feble dins d'una casa. Aquest principi de mantenir una distància de seguretat és un dels motius pels quals es veuen grans àrees de terra obertes al voltant de les torres de transmissió.

Aquestes franges de terra grans i clares que van juntament amb les torres de transmissió no són només espais buits, tenen un nom i un ús especials. Aquesta àrea es coneix com a dret de pas (ROW). Penseu en això com un camí de seguretat i accés legalment protegit que l'empresa de serveis públics manté. És important perquè la xarxa elèctrica funcioni bé i la gent estigui segura, assegurant-se que les cases i altres edificis estiguin prou lluny del perill.

La neteja d'arbres a prop de les línies elèctriques prevé principalment situacions perilloses. Si un arbre gran s'acosta massa, l'electricitat podria saltar-hi, cosa que podria provocar una fallada de corrent o provocar un incendi forestal. Durant una tempesta, una branca d'arbre que cau pot tallar una línia, deixant milers de persones sense electricitat. En mantenir aquest passadís lliure de-plantes altes, els serveis públics impedeixen que es produeixin incidents previsibles i perillosos. No es tracta només d'evitar la natura; és una manera vital per als treballadors de moure's. Quan una torre o una línia requereix una inspecció o reparació, els treballadors han de tenir un camí clar per arribar al lloc amb camions grans i equipament pesat. El dret--de pas us garanteix que podeu passar. Tot això planteja una pregunta lògica: si necessiten tant d'espai a la superfície, per què no posem totes les línies elèctriques sota terra?

La resposta més senzilla és el cost. Soterrar línies de distribució locals de barri és habitual, però enterrar les línies massives de transmissió d'alta-tensió no és poca cosa. Es necessiten cables especialitzats, moltes rases d'excavació, sistemes de refrigeració complicats, de manera que posar aquestes línies sota terra costa entre 5 i 10 vegades més que fer grans torres a l'aire per a un projecte que cobreix centenars de quilòmetres, la qual cosa significa que la diferència suma milers de milions de dòlars i aquest cost addicional l'acabarà pagant les persones que utilitzen electricitat.

Més enllà d'aquest primer cost, les línies subterrànies tenen una opció difícil entre ser fiables i fàcils d'arreglar. Els beneficis són evidents, estan protegits del vent, el gel i la caiguda d'arbres, i mantenen la vista agradable. Però quan alguna cosa va malament, trobar-la i arreglar-la és un dolor enorme. En general, un helicòpter pot veure una fallada en una línia aèria en poques hores. Una falla similar en un cable enterrat trigaria dies, si no setmanes, d'excavació i proves per trobar i arreglar, provocant interrupcions molt més llargues. Però la tecnologia està canviant aquest càlcul. Un nou mètode conegut com a transmissió de corrent continu d'alta tensió (HVDC) fa que els projectes subterranis i submarins de llarga distància siguin més possibles. A diferència del corrent altern normal (CA) utilitzat per la majoria de les parts de la xarxa, les línies HVDC funcionen millor per a distàncies molt llargues i es poden posar sota terra o sota l'aigua amb més facilitat. I així és com aquests grans parcs eòlics marí es connecten al continent a través de cables que descansen al fons del mar, cosa que podria significar que més de les nostres xarxes elèctriques podrien desaparèixer algun dia de la vista.

Els gegants silenciosos i d'acer que heu vist tota la vida ja no són un misteri. L'embolic de metall i cables que abans us desconcertaven s'ha fet evident, ja que ara podeu veure el bonic disseny en funcionament: el marc resistent de gelosia, els braços extensibles que mantenen les línies separades i els importants aïllants de vidre que protegeixen el flux d'electricitat.

La propera vegada que aneu a conduir, podreu reconèixer les diferents formes de torre i veure la longitud de les cordes aïllants, que mostra el nivell de tensió de la línia. Cada torre és un enllaç visible en un sistema invisible, una part física del repte massiu de transportar energia per tot el país. Aquests són més que només acer, aquests són els cavalls de batalla del nostre món modern. Cada vegada que engegueu un interruptor de la llum, tindreu un nou respecte pel viatge increïble que recorre l'electricitat des d'una central elèctrica llunyana, per aquests cables alts i directament a la vostra mà.