چرا زیر خطوط انتقال برق فشارقوی صدای «ویز ویز» شنیده می شود؟

چرا زیر خطوط انتقال برق فشارقوی صدای «ویز ویز» شنیده می شود؟


صدای «ویز ویز» یا «هیس» زیر بعضی خطوط انتقال فشارقوی معمولا ناشی از تخلیه کرونا در اطراف هادی هاست. کرونا زمانی رخ می دهد که شدت میدان الکتریکی در نزدیکی سطح هادی به اندازه ای زیاد شود که بخشی از مولکول های هوا یونیده شوند. نکته مهم این است که برای ایجاد کرونا، الزاما نباید جرقه ای قابل مشاهده شکل بگیرد. یونش موضعی هوا می تواند بدون تشکیل یک قوس کامل الکتریکی رخ دهد.

✓ سازوکار فیزیکی
در اطراف هادی فشارقوی، میدان الکتریکی بسیار شدید است. شدت میدان در سطح هادی به عوامل مختلفی مانند ولتاژ، شعاع هادی، فاصله هادی ها و هندسه سطح هادی وابسته است. وقتی میدان در نقاطی از سطح هادی به حد کافی برسد، الکترون های آزاد موجود در هوا شتاب می گیرند و با مولکول های هوا برخورد می کنند. این برخوردها می توانند موجب جداشدن الکترون های بیشتری از مولکول ها شوند.
در نتیجه یک فرایند زنجیره ای شکل می گیرد:
میدان شدید ← شتاب ذرات باردار ← برخورد با مولکول های هوا ← یونش ← تشکیل ناحیه پلاسمایی ضعیف ← آزادشدن انرژی
همین تخلیه های بسیار کوچک و تکرارشونده منشا بخش مهمی از صدای شنیده شده هستند.


✓ صدا چگونه تولید می شود؟
تخلیه کرونا باعث تغییرات بسیار سریع موضعی در چگالی و فشار هوا می شود. افزون بر آن، حرکت یون ها و الکترون ها و تشکیل و فروپاشی نواحی یونیده، تغییرات فشار بسیار کوچکی در اطراف هادی ایجاد می کند. تکرار این فرایندها می تواند مولفه های صوتی قابل شنیدن ایجاد کند. به همین دلیل صدای خطوط فشارقوی معمولا ماهیتی شبیه وزوز، هیس یا خش خش دارد. فرکانس برق نیز در این پدیده نقش دارد، اما صدای شنیده شده الزاما فقط یک صدای خالص با فرکانس شبکه نیست؛ زیرا تخلیه کرونا یک فرایند غیرخطی و پالسی است و مولفه های متعدد فرکانسی ایجاد می کند.

✓ چرا صدا در هوای مرطوب و بارانی بیشتر می شود؟
رطوبت، باران، مه و آلودگی سطح هادی می توانند توزیع میدان الکتریکی را تغییر دهند. قطرات آب روی هادی یا یراق آلات می توانند نقاطی با شعاع انحنای بسیار کوچک ایجاد کنند. میدان الکتریکی در چنین نقاطی افزایش می یابد و احتمال شروع تخلیه کرونا بیشتر می شود. به همین دلیل ممکن است یک خط در هوای خشک تقریبا بی صدا باشد، اما در هوای مرطوب یا بارانی صدای واضح تری ایجاد کند. این پدیده یکی از دلایلی است که شرایط جوی در ارزیابی نویز کرونا اهمیت دارد.


✓ چرا همه خطوط فشارقوی یک اندازه صدا نمی دهند؟
مهم ترین عوامل عبارت اند از:
• شدت میدان الکتریکی سطح هادی
• قطر هادی
• تعداد هادی های هر دسته
• شکل و صافی سطح هادی
• فاصله هادی ها
• ارتفاع خط از زمین
• رطوبت و بارش
• آلودگی و زبری سطح
• وضعیت یراق آلات و نقاط اتصال
استفاده از چند هادی موازی در یک دسته باعث افزایش شعاع موثر هادی و کاهش شدت میدان در سطح آن می شود و در نتیجه می تواند کرونا و نویز ناشی از آن را کاهش دهد.


✓ آیا صدا همیشه نشانه خرابی است؟
خیر.
وجود مقدار مشخصی از کرونا در شرایط خاص می تواند بخشی از رفتار طبیعی خطوط فشارقوی باشد. اما کرونای بیش از حد می تواند نشانه طراحی نامناسب، میدان موضعی بالا، خرابی یا زبری یراق آلات، اتصال نامناسب یا شرایط سطحی نامطلوب باشد.
از دید بهره برداری، کرونا فقط مسئله صوتی نیست؛ می تواند باعث اتلاف توان، تولید تداخل رادیویی، فرسایش تدریجی برخی سطوح و ایجاد ترکیبات شیمیایی فعال نیز شود.


✓ یک نکته مهم مهندسی
کرونا با قوس الکتریکی یکسان نیست.
در کرونا، تخلیه معمولا موضعی و محدود به ناحیه اطراف هادی است؛ اما در قوس الکتریکی، مسیر رسانای یونیده می تواند میان دو نقطه گسترش پیدا کند و جریان بسیار بزرگ تری برقرار شود. بنابراین صدای ویز زیر خط انتقال معمولا به معنای «نشت برق به زمین» یا عبور جریان خطرناک از هوا تا بدن انسان نیست. با این حال، نزدیک شدن به خطوط فشارقوی همچنان خطرناک است و صدای کرونا هیچ معیار قابل اعتمادی برای تشخیص ایمنی فاصله از خط نیست.

✓ آخرسر

صدای «ویز ویز» خطوط انتقال فشارقوی عمدتا حاصل تخلیه کرونا در میدان الکتریکی شدید اطراف هادی است. میدان شدید باعث یونش موضعی هوا می شود؛ یونش و حرکت سریع ذرات باردار، تغییرات گذرای فشار و چگالی ایجاد می کند و این تغییرات به صورت نویز صوتی و همچنین تداخل الکترومغناطیسی ظاهر می شوند. شدت این صدا تابع مستقیم یک عامل منفرد نیست؛ بلکه نتیجه برهم کنش ولتاژ، هندسه هادی، شدت میدان سطحی، وضعیت سطح، شرایط جوی و آرایش خط است. بنابراین آن صدای آشنا در زیر خطوط فشارقوی، در اصل اثر شنیداری یک فرایند الکتریکی گازی در مقیاس بسیار کوچک است.