أبراج الكهرباء المعروفة أيضًا باسم أبراج النقل، عبارة عن هياكل رأسية أساسية في شبكة الطاقة. إنها بمثابة دعم لخطوط الجهد العالي التي تنقل الكهرباء لمسافات طويلة، وتربط محطات الطاقة بالمستهلكين النهائيين. تلعب هذه الهياكل المميزة دورًا مهمًا في التوزيع الواسع النطاق للكهرباء، مما يساعد على دعم مجتمعاتنا الحديثة.

في هذا المقال، سنغوص في عالم أبراج الكهرباء. سنبدأ بتحديد هذه الهياكل وفهم دورها في شبكة الطاقة. بعد ذلك، سوف نفحص بالتفصيل أهميتها الحاسمة من أجل حسن سير النظام الكهربائي. أخيرًا ، سوف نستكشف الجوانب المختلفة المتعلقة بأبراج الكهرباء، مثل تأثيرها البيئي وابتكاراتها التكنولوجية والتحديات المستقبلية التي تواجهها.

تعريف أبراج الكهرباء

أبراج الكهرباء (Transmission tower)، هي هياكل معدنية ضخمة مصممة لدعم خطوط نقل الطاقة الكهربائية ذات الجهد العالي. تختلف في الحجم والشكل اعتمادًا على مستوى الجهد الذي تنقله، مع أبعاد وارتفاعات مختلفة أكبر  للجهد العالي.

يتم تثبيت هذه الأبراج (Pylons) في مواقع محددة على طول خطوط النقل ويتم تثبيتها على الأرض باستخدام قواعد إسمنتية خاصة. في الجزء العلوي من كل عمود، يتم تثبيت عوازل لدعم الموصلات التي تحمل التيار الكهربائي. تعمل هذه العوازل أيضًا على عزل الموصلات عن جسم البرج لتجنب فقد الطاقة وخطر حدوث ماس كهربائي.

وظائف أبراج الكهرباء عالية الجهد

• كم قوة الضغط العالي للكهرباء التي تنقله الأبراج الكهربائية؟
  تستخدم أبراج الجهد العالي لنقل أنواع مختلفة من الطاقة، سواء كانت تيارًا مترددا أو تيارًا مستمرا. بشكل عام ، تعمل جميع دوائر هذه الأبراج بجهد يترواح من 50 كيلو فولت إلى 110 كيلوفولت أو أعلى بالنسبة للمسافات الطويلة. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن هناك أيضًا أبراج نقل ذات جهد كهربي منخفض.

نقل جهد عالي للتيار المتردد

تُستخدم ابراج الطاقة لنقل الكهرباء لمسافات طويلة بتيار متردد عالي الجهد(AC). تعمل خطوط نقل التيار المتردد هذه على نقل الكهرباء بكفاءة من محطات الطاقة إلى المحطات الفرعية ومراكز التوزيع، والتي بدورها تزود المستهلكين النهائيين. تلعب الأبراج دورًا حيويًا في دعم خطوط الطاقة، وعزلها عن الأرض وإبقائها على ارتفاع آمن لتجنب التداخل مع التضاريس والهياكل المحيطة.

نقل جهد عالي للتيار المستمر

يستخدم البرج الكهربائي أيضًا في خطوط نقل التيار المباشر عالي الجهد (DC). تُستخدم أنظمة DC لنقل الكهرباء لمسافات طويلة جدًا وبين الأنظمة الكهربائية المختلفة، مما يقلل من فقد الطاقة مقارنةً بأنظمة التيار المتردد التقليدية. تدعما الأبراج هذه كابلات أو خطوط DC وتلعب دورًا مهمًا في النقل الفعال للكهرباء عبر مسافات كبيرة، غالبًا عبر مناطق صعبة جغرافيًا.

أنواع أبراج الكهرباء

• ما هي انواع ابراج الكهرباء؟
  في ما يلي سنذكر 6 انواع أبراج نقل الطاقة الكهربائية ذات الجهد العالي:

أبراج التعليق – (Suspension Towers)

هي هياكل مصممة لدعم الكابلات الكهربائية العلوية فوق الأرض. يتم استخدامها في المواقع التي يكون من الضروري فيها الحفاظ على الكابلات على ارتفاع معين، خاصة فوق التضاريس الصعبة مثل الأنهار أو الوديان أو المناطق الجبلية. تم تصميم هذه الأبراج بعوارض أو كابلات لتوفير دعم موثوق للكابلات الكهربائية.

أبراج التوتر – (Tension Towers)

أبراج التوتر أو الشد هي نوع معين من أبراج الكهرباء التي تم تصميمها خصيصًا لدعم الكابلات الكهربائية ذات الجهد العالي. تحمل هذه الكابلات عادةً الكهرباء لمسافات طويلة، غالبًا بين محطات توليد الطاقة والمحطات الفرعية. يتم بناء أبراج التوتر بحيث تتحمل القوى الكبيرة التي تمارسها الكابلات الكهربائية الممتدة على مسافات كبيرة.

ابراج التحويل – (Switch towers)

أبراج التبديل أو التحويل هي هياكل موجودة في محطات التحويل الكهربائية والمحطات الفرعية. يتم استخدامها لتوجيه التيار الكهربائي أو عزله أو تبديله. غالبًا ما تكون هذه الأبراج مجهزة بأجهزة تحويل مثل قواطع الدائرة والمفاتيح وفواصل التحكم، للتحكم في تدفق الكهرباء في الشبكة.

ابراج زاوية الانحراف – (Angle of deviation)

نجد أبراج زاوية الانحراف في النقاط التي يتغير فيها اتجاه خط الكهرباء. يتم استخدامها لدعم الخط وضمان استقراره في هذه المناطق. يتم بناء هذه الأبراج بتصميم خاص لمقاومة القوى الناتجة عن شد الكابلات أثناء الانحناءات.

– هناك 4 انواع من أبراج النقل حسب زاوية الانحراف:

ابراج العبور – (Crossin Towers)

أبراج العبور، هي نوع من أبراج الكهرباء المستخدمة لعبور وتخطي العوائق الطبيعية أو البنيات التحتية الصعبة مثل الأنهار الواسعة والعميقة والطرق السريعة وخطوط السكك الحديدية وغيرها من الحواجز والمرافق. يتيح تصميمها الخاص التغلب على هذه المعوقات مع ضمان النقل الفعال والآمن للكهرباء عبر مسافات طويلة.

أبراج الطوارئ – (Emargancy Tower)

غالبًا ما تكون أبراج الطوارئ مجهزة بأنظمة التشغيل الآلي التي تسمح بالتبديل التلقائي بين الطاقة الرئيسية وطاقة الطوارئ في حالة انقطاعها بسبب عطل في برج ما. وهذا يضمن انتقالًا سلسًا وسريعًا للحفاظ على استمرارية توصيل الطاقة في حالات الطوارئ. يمكن تجهيز أبراج الطوارئ بأنظمة مراقبة يمكنها مراقبة الجهد وحالة نقل الطاقة وأجهزة الإنذار وما إلى ذلك.

أنواع خطوط نقل الطاقة عبر الابراج

– يتم تصنيف أبراج خطوط نقل الكهرباء والطاقة الكهربائية في الغالب إلى نوعين:

خطوط الكابلات الأرضية – (Underground cables)

تستخدم الكابلات الأرضية بشكل أساسي لشبكات التوزيع، مدفونة تحت سطح الأرض على عمق معين. يتم استخدامها لنقل كميات صغيرة نسبيًا من الطاقة الكهربائية لمسافات قصيرة، مما يتطلب جهدًا منخفضًا نسبيًا يصل إلى 66 كيلوفولت. في ظروف خاصة، يمكن استخدام الكابلات لنقل الطاقة الكهربائية عالية الجهد حتى 220 كيلوفولت.

الخطوط الهوائية – (Overhead lines)

بالنسبة لنقل الطاقة الكهربائية على نطاق واسع وعبر مسافات طويلة، عندما تكون هناك حاجة لجهود نقل متوسطة أو عالية جدًا، تصبح خطوط النقل الهوائية الحل الأنسب تقنيًا واقتصاديًا.

تمتد خطوط النقل الهوائية فوق سطح الأرض، ولأسباب تتعلق بالسلامة يجب رفعها إلى ارتفاع معين فوق سطح الأرض على دعامات خاصة (Line supports). يتم تحديد هذا الارتفاع وفقًا لجهد العمل للخط والخصائص الجغرافية للتضاريس التي يعبرها.

هيكل أبراج نقل الكهرباء

• مم تصنع ابراج الكهرباء؟
  يختلف هيكل أبراج نقل الطاقة الكهربائية حسب نوع الحوامل والجهد الكهربائي الذي يحمله. فيما يلي المواد الرئيسية المستخدمة في أبراج الكهرباء:

1. الحوامل الخشبية

كانت هذه الأبراج الخشبية شائعة الاستخدام في السابق، لكن استخدامها انخفض بمرور الوقت بسبب قابليتها للتآكل، والعوامل الجوية، وهجوم الحشرات. تم استخدام أبراج خشبية بشكل عام لخطوط توزيع الجهد المنخفض.

2. الحوامل الإسمنتية

الأبراج الخرسانية أكثر متانة ومقاومة من الأبراج الخشبية. يتم استخدامها بشكل شائع لأبراج التوزيع وبعض خطوط النقل ذات الجهد المنخفض والمتوسط. يمكن أن تكون الأبراج الخرسانية مسبقة الصنع وتستخدم أيضًا لأبراج من النوع “H” لخطوط التوزيع.

3 – الأبراج المعدنية

الأبراج المعدنية هي أكثر الأبراج شيوعًا المستخدمة في خطوط نقل الجهد العالي. إنها مصنوعة من الفولاذ الصلب، مما يوفر قوة هيكلية ممتازة وعمرًا طويلاً. تُستخدم الأبراج المعدنية لنقل كميات كبيرة من الكهرباء لمسافات طويلة، غالبا في خطوط نقل الجهد العالي، والتي تتراوح من 110 كيلو فولت إلى عدة مئات من الكيلوفولت.

غالبًا ما يتم تصميم الابراج المعدنية كمشابك لتقليل مقاومة الرياح مع الحفاظ على الصلابة الهيكلية. توفر هذه الهياكل الشبكية نسبة قوة إلى وزن ممتازة، مما يسمح للأبراج المعدنية بدعم الموصلات الكهربائية بشكل فعال في الارتفاعات وعلى مسافات كبيرة.

عملية تركيب ابراج الكهرباء

تعتبر عملية تثبيت وتركيب أبراج الكهرباء من العمليات التي تتطلب تخطيطًا دقيقًا وخبرة فنية ومعدات متخصصة. فيما يلي الخطوات الرئيسية التي ينطوي عليها نصب وتركيب الأبراج الكهربائية:

• التخطيط الدقيق لمواقع الأبراج بناءً على التضاريس.
• تجهيز المواقع وتسوية الأرض وإنشاء الأساسات الخرسانية أو المعدنية.
• تجميع الأبراج في الموقع باستخدام تقنيات اللحام والتجميع لبناء الهيكل الفولاذي.
• الرفع الرأسي للأبراج باستخدام الرافعات المتخصصة.
• تثبيت عوازل على أذرع الأبراج لدعم الموصلات الكهربائية.
• شد دقيق للموصلات بين الأبراج باستخدام معدات خاصة.
• اختبار صارم للسلامة والأداء والتأكد أن كل شيء يعمل بشكل صحيح.
• التفتيش البصري والفني للتأكد من الامتثال للمعايير القانونية.
• التكليف والمزامنة مع الشبكة وتكوين أجهزة الحماية والتحكم.
• صيانة دورية لضمان التشغيل السليم والمتانة وضمان اسقرار نقل الكهرباء.

تحديات أبراج الكهرباء

على الرغم من أن ابراج الكهرباء من العناصر الأساسية للشبكات الكهربائية، إلا أنها تواجه أيضًا العديد من التحديات المحددة:

** التآكل **
يعد التآكل من أكبر التحديات التي تواجه أبراج الكهرباء. تتعرض الأبراج المعدنية للعوامل البيئية مثل الرطوبة والبرق والظروف الجوية التي يمكن أن تؤدي إلى تآكلها. يؤدي التآكل إلى إضعاف بنية الأبراج ، مما يقلل من متانتها واستقرارها. يعد البحث عن الطلاءات الواقية والمواد المقاومة للتآكل أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة الأبراج على المدى الطويل.

** الحرائق **
يمكن أن تشكل حرائق الغطاء النباتي خطراً جسيماً على أبراج الكهرباء، خاصة في المناطق عالية الخطورة. يمكن أن تتسبب النيران في إتلاف الأبراج والكابلات والعوازل، مما يتسبب في حدوث أعطال واضطرابات في الشبكة الكهربائية. يجب تصميم الأبراج الموجودة في المناطق المعرضة للحريق لتحمل الحرارة واللهب، كما أن التدابير الوقائية، مثل تشذيب الغطاء النباتي حول الأبراج، ضرورية لتقليل مخاطر الحرائق.

الفرق بين عمود الكهرباء والبرج الكهربائي

برج وعمود الكهرباء هما هيكلان يستخدمان في شبكات الطاقة لنقل وتوزيع الكهرباء، لكنهما يختلفان في الحجم والوظيفة والتصميم. فيما يلي الاختلافا الرئيسي بين البرج وعمود الكهرباء:

– أعمدة الكهرباء هي هياكل أصغر وأقصر بشكل عام، ويتراوح ارتفاعها من بضعة أمتار إلى حوالي 20 مترًا. غالبًا ما تستخدم لدعم خطوط توزيع الكهرباء ذات الجهد المنخفض والمتوسط في المناطق السكنية وشوارع المدن لتزويد العملاء النهائيين بالكهرباء.

– من ناحية أخرى، فإن ابراج الكهرباء هي هياكل أكبر وأطول بكثير مصممة لدعم خطوط نقل الجهد العالي التي تنقل الطاقة والكهرباء لمسافات طويلة. يمكن أن تصل أبراج خط نقل الكهرباء إلى ارتفاعات تتراوح من 20 مترًا إلى أكثر من 100 متر ، اعتمادًا على الجهد والتكوين للخط.

ابراج الطاقة المتجددة

يلعب دمج الطاقات المتجددة في شبكة الكهرباء من خلال أبراج الكهرباء دورًا مركزيًا في انتقال الطاقة. لا تقتصر هذه الأبراج على كونها دعامات بسيطة لخطوط النقل ، ولكنها ضرورية لتوصيل الكهرباء المنتجة من مصادر متجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، إلى المستهلكين بكفاءة. فهي تسهل النقل لمسافات طويلة من مناطق الإنتاج البعيدة، وتقوي الشبكة، وتدير تقلبات الإنتاج وتشجع على تبني تقنيات جديدة ومصادر طاقة لامركزية. باختصار، يعد التكامل من خلال أبراج الكهرباء أمرًا حاسمًا لإنشاء نظام طاقة أكثر استدامة ومرونة.

التطور التكنولوجي

تتطور الابتكارات التكنولوجية في مجال أبراج الكهرباء باستمرار. يركز البحث حاليًا على تطوير مواد جديدة وتصميمات مبتكرة لتحسين كفاءة الأبراج ومتانتها ومرونتها. تشمل التطورات الحديثة استخدام المركبات المتقدمة ومواد البوليمر المقوى بالألياف والطلاءات الواقية المبتكرة لتقليل التآكل وتحسين عمر البرج. بالإضافة إلى ذلك، تساعد النمذجة الحاسوبية المتقدمة في تصميم تصميمات أكثر كفاءة والتنبؤ بسلوك البرج في ظل ظروف مختلفة.

– يهدف هذا البحث إلى تلبية الاحتياجات المتزايدة للطاقة، وتقوية الشبكات الكهربائية لدمج الطاقات المتجددة ولضمان أمن ومرونة النظام الكهربائي في مواجهة التحديات البيئية والمناخية.

تاريخ

تعود بدايات استخدام الأبراج إلى خطوط النقل الأولى في القرن التاسع عشر. في ذلك الوقت ، تم استخدام هياكل خشبية بسيطة لدعم الكابلات الكهربائية لمسافات قصيرة، ومع توسع شبكات الطاقة وزيادة الطلب على الكهرباء، أصبح من المطلوب تصميمات ومواد جديدة لمواجهة التحديات المتزايدة.

تميز تطور التصميمات والمواد بالعديد من الابتكارات. تم استبدال الأبراج الخشبية تدريجيًا بهياكل معدنية أكثر مقاومة ، مما يجعل من الممكن دعم الأحمال الثقيلة على مسافات أكبر. كما أدى التقدم في تصميم العوازل والتثبيتات إلى تحسين سلامة وموثوقية الأبراج.

كان التأثير على تطوير شبكة الكهرباء كبيرا. جعلت الأبراج من الممكن إنشاء شبكات نقل واسعة النطاق، مما يسهل توزيع الكهرباء على مسافات طويلة. لعب هذا التوسع دورًا حيويًا في كهربة المدن والصناعات والمناطق الريفية، مما ساهم في التنمية الاقتصادية والاجتماعية.

تحدثنا في هذا المقال عن أبراج الكهرباء بالتفصيل عن دورها الرئيسي في نقل الطاقة الكهربائية، وأنواعها المتمثلة في الهياكل المعدنية التي تدعم خطوط الجهد العالي، وهي ضرورية كذلك لدمج الطاقات المتجددة، ومواجهة التحديات البيئية وضمان استقرار شبكة الكهرباء. على الرغم من التحديات مثل التآكل والحرائق، يستمر الابتكار التكنولوجي في تعزيز كفاءتها ومتانتها.