المقدمة
الخطوط الهوائية هي إحدى الطرق الرئيسية لنقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة، وتُستخدم في شبكات التوزيع ونقل الجهد العالي. تعتمد هذه الخطوط على أعمدة أو أبراج (Towers/Poles) لحمل الموصلات الكهربائية، مع مراعاة العزل والسلامة الهيكلية.
1. مكونات الخطوط الهوائية الرئيسية
تتكون الخطوط الهوائية من العناصر التالية:
(أ) الموصلات (Conductors)
- الوظيفة: تنقل التيار الكهربائي.
- الأنواع الشائعة:
- موصلات الألمنيوم (AAC, AAAC, ACSR):
- AAC (All Aluminium Conductor): مصنوع بالكامل من الألمنيوم، خفيف ولكنه أقل تحملاً للشد.
- AAAC (All Aluminium Alloy Conductor): سبيكة ألمنيوم أقوى، مقاومة للتآكل.
- ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced): قلب فولاذي مغطى بالألمنيوم، يحتمل أحمالًا ميكانيكية أعلى.
- موصلات النحاس: نادرة الاستخدام اليوم بسبب التكلفة العالية والوزن الزائد.
(ب) العوازل (Insulators)
- الوظيفة: منع تسرب التيار من الموصل إلى البرج أو الأرض.
- الأنواع:
- العوازل الخزفية (Porcelain Insulators):
- تقليدية، مقاومة للحرارة، ولكنها ثقيلة وقابلة للكسر.
- العوازل الزجاجية (Glass Insulators):
- متينة وسهلة الفحص (الشروخ مرئية)، لكنها باهظة الثمن.
- العوازل البوليمرية (Polymer/Silicone Insulators):
- خفيفة، مقاومة للتلوث، وعمرها أطول، لكنها أقل تحملاً للأشعة فوق البنفسجية.
(ج) الأبراج والأعمدة (Towers & Poles)
- الوظيفة: دعم الموصلات والحفاظ على ارتفاع آمن عن الأرض.
- الأنواع:
- أبراج الجهد العالي (Transmission Towers):
- فولاذية، مصممة لتحمل أحمال رياح عالية ومسافات طويلة بين الأبراج.
- أعمدة التوزيع (Distribution Poles):
- خشبية أو خرسانية أو معدنية، للأحمال الأقل (جهد منخفض/متوسط).
(د) المعدات الإضافية
- قضبان العبور (Cross Arms): تثبت العوازل والموصلات على الأبراج.
- الموازنات (Dampers): تقلل الاهتزازات الناتجة عن الرياح (مثل Stockbridge Damper).
- أجهزة الحماية من الصواعق (Lightning Arresters): تحمي الخط من ارتفاع الجهد المفاجئ.
2. التصاميم الشائعة للخطوط الهوائية
(أ) الخطوط أحادية الدارة (Single Circuit)
- تُركب ثلاثة موصلات (طور واحد لكل موصل) على عمود واحد.
- مميزاتها: تكلفة أقل، مساحة أقل.
- عيوبها: إذا تعطل أحد الأطوار، ينقطع التيار بالكامل.
(ب) الخطوط ثنائية الدارة (Double Circuit)
- ستة موصلات (دائرتان متوازيتان) على نفس البرج.
- مميزاتها: موثوقية أعلى (إذا تعطلت دائرة، تعمل الأخرى).
- عيوبها: تكلفة أعلى وتعقيد في الصيانة.
(ج) الترتيبات الهندسية للموصلات
- الترتيب الأفقي (Horizontal Configuration):
- الموصلات في خط مستقيم أفقي.
- مميزاته: سهولة التركيب.
- عيوبه: عرضة للتصادم بين الموصلات عند الرياح.
- الترتيب المثلثي (Delta Configuration):
- الموصلات مرتبة على شكل مثلث.
- مميزاته: تقليل التداخل الكهرومغناطيسي.
- الترتيب العمودي (Vertical Configuration):
- الموصلات فوق بعضها (مفيد في المناطق الضيقة).
3. العوامل المؤثرة في تصميم الخطوط الهوائية
(أ) الأحمال الميكانيكية
- شد الموصلات: يعتمد على درجة الحرارة والرياح والجليد.
- الاهتزازات: قد تسبب إجهادًا للموصلات (تُستخدم المثبطات للتخفيف).
(ب) الظروف الجوية
- الرياح: تؤثر على استقرار الأبراج.
- الجليد: يزيد وزن الموصلات وقد يؤدي إلى انهيار الخط.
- درجة الحرارة: التمدد الحراري يغير مسافة التوصيل.
(ج) المسافات الآمنة
- بين الموصلات: لمنع التفريغ الكهربائي (Corona Discharge).
- عن الأرض: لتجنب الصعق الكهربائي (عادةً ≥ 5-7 م للجهد المتوسط).
4. مقارنة بين الخطوط الهوائية والكابلات الأرضية
| المعيار | الخطوط الهوائية | الكابلات الأرضية |
|---|---|---|
| التكلفة | أقل (لا تحتاج لحفر أو عزل إضافي) | أعلى (تكاليف التركيب والصيانة) |
| الصيانة | أسهل (ظاهرة للعيان) | أصعب (تتطلب حفرًا للإصلاح) |
| المتانة | تتأثر بالعوامل الجوية | محمية تحت الأرض |
| السعة الناقلة | محدودة بسبب التباعد | أعلى (عزل أفضل، تقليل الفقد) |
الخاتمة
الخطوط الهوائية حجر أساس في شبكات نقل الطاقة، وتصميمها يعتمد على الجهد، الأحمال الميكانيكية، والبيئة المحيطة. تُفضل في المناطق الريفية لانخفاض تكلفتها، بينما تُستخدم الكابلات الأرضية في المدن لأسباب جمالية وسلامية. التطورات الحديثة مثل العوازل البوليمرية وأنظمة المراقبة الذكية تزيد كفاءتها وتقلل أعطالها.
