تتم حماية خطوط النقل من الصواعق من خلال تركيب خط هوائي معلق مؤرض أعلى نواقل الخطوط الكهربائية، ويُعرف هذا الخط أيضًا باسم خط الحماية الأرضي أو الدرع الهوائي. يتم تثبيت هذا الخط في موقع مرتفع فوق النواقل الأساسية لخطوط الكهرباء، بحيث يكون أول نقطة تلامس محتملة للصاعقة، ويقوم بتوجيه التيار الناتج عن الصاعقة إلى الأرض.
آلية عمل خط الحماية الأرضي
- التوجيه المباشر للصاعقة: عندما تضرب صاعقة البرج أو محيطه، يصيب التيار الناتج الخط الهوائي المعلق، نظرًا لموقعه المرتفع. وبما أن الخط الهوائي المعلق مؤرض جيدًا، يقوم بتحويل مسار الصاعقة من النواقل الحاملة للطاقة إلى الأرض عبر البرج، وبالتالي يقلل من احتمالية وصول التيار الضار للنواقل الكهربائية الأساسية.
- زاوية الحماية: يخلق الخط الهوائي زاوية حماية تحيط بالنواقل تحت الخط المعلق، وهذه الزاوية تعتمد على ارتفاع الخط الهوائي ومسافة النواقل عن البرج. تكون النواقل محمية ضمن هذه الزاوية من ضربات الصواعق المباشرة، حيث إن الخط الهوائي يشكل منطقة ظل ضد تأثير الصواعق.
- التوصيل بالأرض: لتحقيق حماية فعالة، يجب أن يكون الخط الهوائي المعلق مرتبطًا بأجسام الأبراج بصلابة، وأن تكون الأبراج نفسها مؤرضة بشكل جيد. هذا يعني وجود موصلات أرضية عالية الكفاءة تربط كل برج بنظام التأريض الأرضي، مما يضمن أن التيار الناجم عن الصاعقة يمر بسرعة وسهولة إلى الأرض دون التأثير على النواقل الحاملة للتيار الكهربائي.
- التأريض الصحيح للأبراج: يلعب تأريض الأبراج دورًا كبيرًا في الحماية من الصواعق. يجب أن تكون المقاومة الأرضية منخفضة بشكل كافٍ، بحيث تكون قادرة على تصريف تيار الصاعقة بسرعة. إذا كانت المقاومة مرتفعة، يمكن أن يتسبب ذلك في بقاء جهد زائد على البرج، مما قد يؤدي إلى قفز التيار عبر الهواء إلى النواقل الحاملة للطاقة وإحداث ضرر فيها.
أهمية استخدام خط الحماية الأرضي
- منع الأعطال: إن حماية خطوط النقل من الصواعق أمر ضروري لمنع حدوث أعطال كبيرة قد تؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي عن مساحات واسعة، خاصة في الحالات التي تكون فيها الصواعق متكررة.
- إطالة عمر النواقل: إن الضربات المتكررة للصواعق تؤدي إلى تآكل النواقل وانهيار عوازلها، مما يتطلب صيانة مستمرة ويقلل من العمر الافتراضي لخطوط النقل. يساعد خط الحماية الأرضي في تخفيف هذه المشكلة.
- توفير تكاليف الصيانة: يقلل الخط الهوائي من الحاجة إلى الإصلاحات المتكررة وصيانة النواقل المتضررة، مما يوفر تكاليف الصيانة المستمرة ويقلل من فترات التوقف.
شروط التصميم المثالي للخط الهوائي المعلق
- الارتفاع المناسب: يجب أن يكون ارتفاع الخط الهوائي المعلق مناسبًا بحيث يوفر زاوية حماية كافية لتغطية جميع النواقل أسفل منه. تعتمد هذه الزاوية على ارتفاع الخط وموضع النواقل.
- المتانة والمواد: عادةً ما يُصنع الخط الهوائي المعلق من مواد تتحمل تيار الصواعق القوي، كما يتم ربطه بهيكل البرج بشكل قوي بحيث يكون متينًا ومقاومًا للتآكل.
- توزيع الأبراج المؤرضة: يتم توزيع الأبراج ذات الخطوط الهوائية المعلقة وفق مسافات محسوبة لضمان فعالية الحماية على طول الخط بالكامل، خصوصًا في المناطق ذات الكثافة العالية للصواعق.
التحديات المتعلقة بخط الحماية الأرضي
على الرغم من فعالية هذه التقنية، إلا أن هناك بعض التحديات التي يجب أخذها بعين الاعتبار:
- تكاليف التركيب والصيانة: يتطلب تركيب خطوط حماية أرضية على أبراج النقل الكهربائية تكاليف إضافية، كما يحتاج إلى صيانة دورية للتأكد من متانته وسلامة تأريض الأبراج.
- التأريض في التربة الصخرية: في المناطق الصخرية أو التي تحتوي على تربة ذات مقاومة كهربائية عالية، قد يكون من الصعب تأريض الأبراج بكفاءة، مما قد يؤثر سلبًا على قدرة النظام على تصريف تيارات الصواعق.
الخلاصة
يعد الخط الهوائي المعلق المؤرض جزءًا أساسيًا في أنظمة حماية خطوط النقل من الصواعق. حيث يوفر وسيلة لتحويل تيار الصاعقة بعيدًا عن النواقل الكهربائية ويقلل من الأضرار والأعطال التي يمكن أن تحدث نتيجة الصواعق، خاصة في مناطق الأحمال العالية والطويلة.
