Torri di trasmissione: la dorsale delle reti elettriche

Li hai visti migliaia di volte durante i tuoi viaggi, marciare attraverso le colline e fare la guardia nei campi vuoti. Questi silenziosi giganti d’acciaio che spesso chiamiamo tralicci elettrici sono tra le strutture più visibili ma anche più trascurate del nostro ambiente. Ma il loro lavoro è molto più grande e più interessante del semplice tenere su un mucchio di cavi.

Immaginate quelle torri di trasmissione come le autostrade per la nostra elettricità. Hanno un compito principale: spostare enormi quantità di energia su distanze molto lontane, da dove viene prodotta l’elettricità nelle grandi centrali elettriche fino alle reti più piccole che la portano a casa o in ufficio. Senza una tale dorsale ad alta capacità, il nostro mondo moderno non funzionerebbe.

È importante perché significa che sono stati progettati apposta e ti fa riflettere su cose a cui probabilmente hai pensato prima. Gli ingegneri hanno un grosso problema: come si fa a far muovere tutta quell'energia senza perderne la maggior parte lungo il percorso? E questa risposta spiegherà perché le torri sono così alte, perché i cavi sono così distanti e cosa fanno quelle cose di vetro appese ai lati delle torri. Osservando la logica che sta dietro ad essi, capirai il viaggio invisibile che l'elettricità compie ogni giorno. Scopriremo i segreti nascosti all'interno delle sagome familiari sul perché hanno forme così particolari e sul perché gli uccelli possano appollaiarsi su di esse in modo sicuro. Non vedrai solo una torre, vedrai la spina dorsale del nostro mondo elettrico.

Li hai visti marciare attraverso campi e autostrade, ma sai a cosa servono le torri di trasmissione? Sono piuttosto semplici: sostengono semplicemente le grandi e super{0}}potenti linee elettriche con il loro speciale tipo di gruccia. Una torre di per sé non è un componente elettrico; tutto ciò che deve fare è essere abbastanza forte e alto da sostenere i cavi pesanti dell'alta-tensione fuori dalla portata di persone, alberi ed edifici a terra. Il vero, invisibile eroe di questo sistema è l'aria. Sollevando le linee elettriche così in alto, la torre crea un enorme cuscino d'aria protettivo tra il cavo e il terreno. L'aria è un ottimo isolante naturale, il che significa che impedisce all'elettricità di spostarsi in luoghi a cui non appartiene. Il compito della torre è semplicemente quello di mantenere quello spazio d'aria sicuro. Senza quella distanza attentamente gestita, l'enorme potenza di quelle linee non avrebbe difficoltà a trovare una pericolosa scorciatoia per la terra.

Se l'elettricità arriva alla presa a muro, allora perché non inviarla lì direttamente a quella bassa tensione sicura dalla centrale elettrica? Immaginatelo come un tentativo di spostare l'acqua su una grande distanza. Un normale tubo da giardino con poca pressione non funzionerebbe bene perché si perderebbe troppa acqua lungo il percorso. Per spostare molta acqua in modo efficiente, ti consigliamo di utilizzare qualcosa con molta pressione, magari anche un tubo. Anche l'elettricità è simile, ha bisogno di una sorta di "pressione" per andare lontano senza perdere la sua forza.

E quella pressione elettrica si chiamavoltaggio. Portare l’elettricità a un voltaggio molto elevato consente alle aziende elettriche di inviare enormi quantità di energia per centinaia di miglia senza perdere molta energia. E questo è il segreto della trasmissione dell'elettricità. Se provassero a inviarla utilizzando il basso voltaggio utilizzato in casa, quasi tutta l'energia andrebbe dispersa sotto forma di calore lungo il percorso, rendendo le linee elettriche il tostapane più lungo e inutile del mondo. Ecco perché le torri di trasmissione devono essere così alte e imponenti. Dato che l'elettricità sui cavi ha un voltaggio così elevato, è troppo pericoloso trovarsi in prossimità di persone o edifici. L'altezza della torre offre il necessario cuscino di sicurezza, mantenendo quell'enorme potenza al sicuro nell'aria. E, naturalmente, quella potente elettricità deve essere “ridotta” a un livello utilizzabile, il che ci porta alla parte successiva del puzzle.

Non puoi semplicemente aprire o chiudere la "pressione" dell'elettricità come un rubinetto. Questo importante compito viene svolto da qualcosa chiamato trasformatore. Pensa a un trasformatore come al riduttore della rete elettrica. Un'auto cambia marcia per controllare la potenza e la velocità, e un trasformatore fa la stessa cosa con l'elettricità spostandola dall'alta alla bassa tensione in modo che possa essere utilizzata sia per viaggi lunghi che brevi.

Subito dopo essere stata prodotta, l'elettricità entra in un cosiddetto trasformatore "step-up" della centrale elettrica. Questa cosa fa salire la tensione, preparandolo per il suo grande viaggio attraverso il paese sulle linee elettriche tra le torri. È come mettere la marcia più alta prima di partire per un lungo viaggio in modo che possa viaggiare lontano senza consumare troppo gas. Senza questi trasformatori di potenza non esisterebbe la trasmissione ad alta-tensione. E quando le linee elettriche si avvicinano alle nostre città, l’elettricità arriva alle sottostazioni dei quartieri. In questo caso, i trasformatori "step-down" svolgono il lavoro opposto; riducono la tensione estremamente elevata a una tensione molto più bassa e sicura per aziende e case. La sottostazione di trasmissione è l'ultimo "-turno" che rende l'energia utile per la tua vita quotidiana. Adesso la tensione è stata controllata, passiamo alle strutture che portano le linee.

Sebbene possano sembrare un groviglio di metallo, le torri di trasmissione sono in realtà piuttosto eleganti. Il corpo principale è atorre reticolare, che utilizza uno schema incrociato di travi per conferirgli una straordinaria robustezza e resistenza al vento utilizzando la minor quantità di materiali possibile. È uno scheletro, tutto ciò che fa è essere alto e abbastanza forte da sostenere le parti pesanti e resistere alle intemperie. È un'impresa ingegneristica di efficienza, realizzata per essere robusta ma allo stesso tempo leggera.

Dallo scheletro sporgono le torri chiamate lunghe bracciatraverse. Il loro compito è semplice ma vitale: tenere le forti linee elettriche lontane le une dalle altre e anche dalla torre. La tensione è così alta che l'elettricità può "saltare" per una distanza sorprendentemente grande nell'aria. Le braccia trasversali funzionano come distanziatori, assicurando che ci sia uno spazio d'aria sicuro tra i fili in modo che l'elettricità non si formi un arco (salti) da un filo all'altro, il che potrebbe creare un grande e pericoloso cortocircuito.

Infine, i fili stessi. Nel settore, non vengono semplicemente chiamati cavi, lo sonoconduttori. Di solito sono realizzati in alluminio, che è un ottimo conduttore di elettricità ed è anche molto leggero, avvolto attorno a un'anima in acciaio che fornisce resistenza alla lenza. Questa combinazione funziona bene per percorrere lunghe distanze senza cedimenti eccessivi. Ma poi arriviamo alla grande domanda: se tutti quei conduttori trasportano elettricità e la torre è fatta di metallo, come mai l'elettricità non viene semplicemente sparata direttamente nel terreno? Ed è allora che entra in gioco la cosa più importante di cui spesso dimentichi.

Sono i fili di dischi di vetro o ceramica che potresti aver notato pendere dai bracci della torre. Sono isolanti e svolgono uno dei lavori di sicurezza più importanti dell'intera rete elettrica. Considerali come il rivestimento in gomma del cavo di alimentazione di casa: sono fatti per fermare l'elettricità sul suo percorso. Il conduttore ad alta tensione è collegato alla parte inferiore della stringa isolante e l'estremità superiore è collegata alla torre. E crea una sorta di barriera non-elettrica in modo che tutta l'energia nella linea non possa mai raggiungere la torre di metallo e scendere nel terreno.

Questo importante ruolo è reso possibile dal fatto che materiali come il vetro e la porcellana non riescono a condurre l'elettricità. Per l'elettricità che scorre attraverso il conduttore, l'isolante è semplicemente un vicolo cieco. Di fronte a questo ostacolo l'elettricità non ha altra via che proseguire il suo percorso previsto lungo il filo. Senza questi isolanti semplici ma efficaci, ogni singola torre di trasmissione si trasformerebbe in un enorme pericolo elettrificato, causando il cortocircuito dell’intero sistema. Ecco qualcosa di interessante che puoi cercare nel tuo prossimo viaggio: quanto è lunga la corda isolante ti dice quanta potenza ha la linea. Tensioni più elevate hanno una maggiore capacità di "saltare" attraverso un varco, quindi necessitano di una maggiore separazione per essere contenute in modo sicuro. Una linea da 765.000 volt potrebbe aver bisogno di una lunga serie di trenta o più dischi, mentre una linea da 138.000 volt potrebbe averne bisogno solo di otto o dieci. Pertanto, quanto più lunga è la stringa di isolanti, tanto più forte è l'elettricità che trattiene.

Quando noti le torri di trasmissione, scoprirai che hanno forme diverse. Alcuni sono estese ragnatele d'acciaio, altri sono pali semplici e puliti. Questo tipo di differenza non riguarda solo l'apparenza, ma piuttosto una selezione pratica tra due tipi principali. Quello classico e incrociato è atorre reticolare. Il suo parente più snello, spesso avvistato lungo le autostrade, si chiama apilone monopolare. Perché sembrano così diversi? Di solito è perché qualcuno ha dovuto scegliere se spendere più soldi o utilizzare più spazio sul terreno.

Le torri reticolari sono i cavalli di battaglia del settore grazie alla loro incredibile resistenza e convenienza, realizzate con numerosi piccoli pezzi di acciaio angolati. Hanno una struttura simile a una rete- che è robusta e durevole, ma presenta uno svantaggio importante: occupa un'enorme quantità di terreno. Quattro zampe distese, hanno bisogno di molto spazio a terra, quindi di solito hanno un percorso lungo e vuoto chiamato diritto di precedenza. Questo li rende adatti all'aperta campagna con molto terreno. Al contrario, il pilone unipolare è la risposta per gli spazi ristretti. È più costoso da costruire e installare, ma ha un ingombro ridotto. Un palo occupa molto meno spazio di una torre a traliccio, motivo per cui è adatto per aree suburbane affollate o accanto alle autostrade dove non c'è abbastanza spazio per una grande torre a traliccio. La scelta di una torre a traliccio o di un pilone monopolo dipende dall’ambiente e il tipo di torre che utilizziamo è solo una risposta pratica allo spazio disponibile.

Quelle torri d'acciaio che attraversano il paesaggio sono le parti più evidenti di un enorme sistema elettrico-collegato. Considerateli come le autostrade di una rete autostradale nazionale per l'elettricità. Ma proprio come non è possibile portare un'auto direttamente dalla fabbrica al vialetto di casa senza utilizzare le strade locali, l'elettricità deve seguire un simile viaggio in più-fasi per raggiungere casa tua.

Si inizia in una centrale elettrica che produce elettricità. Per compiere il suo lungo viaggio, l'energia viene rafforzata (o "aumentata") da grandi macchine chiamate trasformatori ad altissima tensione. È simile all'aumento della pressione dell'acqua in modo che un grande volume possa fluire attraverso un tubo con una minore perdita di energia. Le torri di trasmissione trasportano le linee ad alta-tensione per centinaia di chilometri, costituendo la parte principale della rete.

E alla fine deve uscire dall'autostrada. Ed è quello che fa una sottostazione di trasmissione: quei grandi spazi recintati-con tutti i trasformatori e le apparecchiature che potresti aver notato vicino alle città. Qui, l'elettricità ad alta-tensione viene "ridotta" a una tensione molto più bassa e più sicura. È il collegamento cruciale tra la rete elettrica a lunga-distanza e la rete elettrica della comunità locale. Dalla sottostazione, l'elettricità a bassa-tensione passa attraverso le linee elettriche più piccole e più familiari che di solito sono appese a pali di legno lungo le strade cittadine. Queste linee portano energia all'ultimo trasformatore vicino a casa tua, che abbassa la tensione ancora una volta prima che entri in casa e raggiunga la presa a muro, in attesa di essere utilizzata. Questa enorme quantità di energia in movimento non è sempre completamente silenziosa, ecco perché a volte potresti sentire dei rumori strani.

Se sei già stato vicino a una grande torre di trasmissione, potresti aver sentito qualche tipo di ronzio o crepitio. Questo suono non indica alcun pericolo, è semplicemente un evento noto e normale noto come scarica corona. È il suono di tutta quella potente elettricità sulla linea che interagisce con tutte quelle molecole d'aria attorno ad essa. Può sembrare un guasto, ma in realtà è una piccola e prevista perdita di energia che si verifica con tensioni molto elevate.

Immaginate l'enorme "pressione" elettrica in quelle linee. È così potente che può far sì che le particelle d'aria proprio accanto al filo si carichino elettricamente o ionizzino. È un po' come una piccola scintilla costante, e tutti quei piccoli scoppi insieme producono il ronzio che senti. È in qualche modo simile al crepitio dell'elettricità statica della maniglia di una porta, tranne per il fatto che si verifica continuamente su larga scala. Potresti anche notare che il suono è più forte in caso di tempo umido, nebbioso o piovoso. Perché l'aria umida ha più gocce d'acqua e l'acqua fornisce un percorso leggermente più semplice all'elettricità per energizzare l'aria vicino al conduttore. Ciò rende l'effetto corona più forte, quindi il ronzio e il crepitio sono più evidenti. Quindi, questo forte campo elettrico influenza l'aria mentre la attraversa, ma cosa succede se qualcos'altro tocca il filo?

È una scena classica e sconcertante: un uccellino può sedersi su un'enorme linea elettrica ad alta-tensione e non avere nemmeno una piuma arruffata. E la risposta in realtà è piuttosto semplice e tutto si riduce al principio base dell'elettricità. L’elettricità deve andare da qualche parte perché ci sia uno zap, e questo significa avere un intero percorso da seguire: un circuito elettrico. Deve spostarsi da un luogo con molta energia a un luogo con meno energia.

Un uccello che si posa su un filo avrà il suo corpo e il filo allo stesso elevato potenziale elettrico. Poiché l'uccello non entra in contatto con il terreno o con un altro filo che trasporta una tensione diversa, non vi è alcun percorso affinché l'elettricità possa fluire attraverso l'uccello. La corrente considera l'uccello come un vicolo cieco e percorre la strada molto più semplice, il filo metallico altamente conduttivo. L'uccello è sicuro perché non fa parte di un circuito. Una persona a terra, però, crea una situazione pericolosa. Se toccassi lo stesso filo, il tuo corpo sarebbe il pezzo mancante. L'elettricità troverebbe immediatamente un nuovo percorso dalla linea ad alta-tensione, attraverso di te, e nel terreno. Il tuo corpo completa il circuito e consente il passaggio di un'enorme e letale quantità di energia. Ecco perché è così importante tenersi lontani dalle linee elettriche cadute; non vuoi diventare parte del percorso dell'elettricità.

Una delle domande più frequenti che ci si pone riguardo alle torri di trasmissione è se queste comportano pericoli per la salute quando si vive in prossimità delle linee elettriche. È il campo elettromagnetico (EMF) a preoccuparli: una forza invisibile di energia creata da tutti i dispositivi elettrici, comprese le linee elettriche.

Per conoscere il pericolo, è necessario sapere che non tutte le radiazioni sono uguali. Pensa a una palla lanciata: un lancio morbido con una pallina da tennis è innocuo, ma una palla da baseball lanciata a 100 miglia all'ora può essere pericolosa. Allo stesso modo, ci sono due tipi principali di radiazioni. Le radiazioni ionizzanti ad alta-energia, come i raggi X-, hanno energia sufficiente per causare danni alle cellule. Ma l'energia proveniente dalle linee elettriche ha una frequenza molto bassa e quindi rientra nella categoria non-ionizzante, che è anche la categoria a cui appartengono i campi elettromagnetici provenienti dai cavi e dagli elettrodomestici domestici.

Dopo molti anni di lavoro scientifico, i grandi gruppi sanitari di tutto il mondo non hanno scoperto che la vicinanza ai campi elettromagnetici delle linee elettriche può far ammalare le persone di cose come il cancro. Alcuni studi precedenti hanno mostrato una piccola connessione, ma la maggior parte di ciò che sappiamo non dimostra che abbiano fatto del male a nessuno. Inoltre, la potenza di un campo elettromagnetico diminuisce man mano che ci si allontana da esso. Il campo è molto più debole a 50 piedi di distanza che proprio sotto la linea, e ancora più debole all’interno di una casa. Questo principio di mantenere una distanza di sicurezza è uno dei motivi per cui si vedono ampie aree aperte di terreno attorno alle torri di trasmissione.

Queste grandi e chiare strisce di terra che affiancano le torri di trasmissione non sono solo spazi vuoti, hanno un nome e un utilizzo speciali. Quest'area è conosciuta come Right-Of-Way (ROW). Consideralo come un percorso di accesso e sicurezza legalmente protetto che la società di servizi pubblici mantiene. È importante garantire il buon funzionamento della rete elettrica e la sicurezza delle persone, assicurandosi che le case e gli altri edifici siano sufficientemente lontani dal pericolo.

L'abbattimento degli alberi in prossimità delle linee elettriche previene principalmente situazioni pericolose. Se un grande albero cresce troppo vicino, l’elettricità potrebbe raggiungerlo, causando un’interruzione di corrente o innescando un incendio boschivo. Durante una tempesta, il ramo di un albero che cade può tagliare una linea, lasciando migliaia di persone senza elettricità. Mantenendo questo corridoio libero da piante ad alto fusto-, i servizi pubblici impediscono che si verifichino incidenti prevedibili e pericolosi. Non si tratta solo di evitare la natura; è un modo vitale per i lavoratori di spostarsi. Quando una torre o una linea richiede un'ispezione o una riparazione, i lavoratori devono avere un percorso libero per raggiungere il luogo utilizzando camion di grandi dimensioni e attrezzature pesanti. Il diritto-of-fa sì che tu possa passare. Tutto ciò fa sorgere una domanda logica: se hanno bisogno di così tanto spazio in superficie, allora perché non mettiamo semplicemente tutte le linee elettriche sottoterra?

La risposta più semplice è il costo. L'interramento delle linee di distribuzione locali e di quartiere è una pratica comune, ma l'interramento delle massicce linee di trasmissione ad alta-tensione non è un'impresa da poco. Sono necessari cavi specializzati, un sacco di trincee da scavare, complicati sistemi di raffreddamento, quindi mettere quelle linee sottoterra costa 5-10 volte di più che costruire grandi torri in aria per un progetto che copre centinaia di miglia, il che significa che la differenza ammonta a miliardi di dollari e quel costo aggiuntivo finirà per essere pagato dalle persone che usano l’elettricità.

Al di là di questo primo costo, le linee metropolitane hanno una scelta difficile tra essere affidabili e facili da riparare. I vantaggi sono evidenti: sono al riparo dal vento, dal ghiaccio e dalla caduta degli alberi e mantengono una bella vista. Ma quando qualcosa va storto, trovarlo e risolverlo è una seccatura enorme. Di solito un guasto su una linea aerea può essere individuato da un elicottero nel giro di poche ore. Un guasto simile in un cavo interrato richiederebbe giorni, se non settimane, di scavi e test per trovarlo e ripararlo, causando interruzioni molto più lunghe. Ma la tecnologia sta cambiando questo calcolo. Un nuovo metodo noto come trasmissione in corrente continua ad alta tensione (HVDC) sta rendendo più possibili progetti sotterranei e sottomarini a lunga distanza. A differenza della normale corrente alternata (CA) utilizzata dalla maggior parte della rete, le linee HVDC funzionano meglio per distanze molto lunghe e possono essere interrate o sott'acqua più facilmente. Ed è così che questi enormi parchi eolici offshore vengono collegati alla terraferma tramite cavi che poggiano sul fondo del mare, il che potrebbe significare che un giorno molte delle nostre reti elettriche potrebbero scomparire dalla vista.

I silenziosi giganti d'acciaio che hai visto per tutta la vita non sono più un mistero. Il groviglio di metallo e fili che prima ti lasciava perplesso è diventato chiaro e ora puoi vedere il bellissimo design all'opera: il robusto telaio a traliccio, le traverse estensibili che mantengono le linee separate e gli importanti isolanti in vetro che salvaguardano il flusso di elettricità.

La prossima volta che farai un giro, potrai riconoscere le varie forme di torri e vedere la lunghezza delle stringhe isolanti, che mostra il livello di tensione della linea. Ogni torre è un collegamento visibile in un sistema invisibile, una parte fisica della massiccia sfida di trasportare energia attraverso la nazione. Questi non sono solo acciaio, sono i cavalli di battaglia del nostro mondo moderno. Ogni volta che accendi un interruttore della luce, proverai un nuovo rispetto per lo straordinario viaggio che l'elettricità compie da una centrale elettrica lontana, attraverso quei cavi in ​​alto, e direttamente nella tua mano.