رمزگشایی از علت قطع برق خوزستان

خطوط انتقال و پست‌های برق هوایی

رایج‌ترین روش انتقال انرژی برق، استفاده از خطوط انتقال و پست‌های برق هوایی است. در این روش از سیم‌های بدون روکش برای انتقال برق استفاده می‌شود که بین آنها برحسب سطح ولتاژ فاصله وجود دارد. هوای آزاد به‌صورت عایق عمل می‌کند و از ایجاد تخلیه الکتریکی و جرقه بین سیم‌ها جلوگیری می‌کند. هرچه سطح ولتاژ سیم‌های برق بالاتر باشد، فاصله بین سیم‌ها بزرگ‌تر در نظر گرفته و از دکل‌هایی با بازوهای بلندتر استفاده می‌شود. برای عایق کردن سیم‌ها نسبت به دکل‌ها و بدنه سایر اجزای شبکه برق از اجزایی به نام مقره استفاده می‌شود که از جنس سرامیک، شیشه یا مواد پلیمری ساخته می‌شود. مقره‌ها برحسب نوع کاربرد و سطح ولتاژ مورداستفاده در شکل‌های مختلف ساخته می‌شوند. مقره‌ها بجز عایق کردن، وظیفه تحمل کشش ناشی از وزن سیم‌های برق را نیز به عهده دارند.

لزوم توجه به انتخاب صحیح مقره‌ها

در انتخاب جنس، شکل و تعداد مقره‌های لازم برای عایق‌کردن سیم‌های برق در هر منطقه، میزان آلودگی آن در نظر گرفته می‌شود. جنس مقره در میزان نشست آلاینده‌ها روی آن تأثیر دارد.

برای مثال، مقره‌های ساخته‌شده از مواد پلیمری مانند لاستیک سیلیکونی در مقایسه با مقره‌های سرامیکی کمتر در برابر آلودگی‌ دچار مشکل می‌شوند. امروزه با پیشرفت فناوری، موادی با طراحی ویژه در ساخت مقره‌ها به کار می‌رود که آلاینده‌ها به میزان بسیار کمتری روی آنها می‌نشینند. علاوه بر جنس، عامل مهم دیگر در انتخاب مقره‌ها فاصله‌ای است که باید روی سطح مقره برای رسیدن از بدنه تا سیم برق پیموده شود. این فاصله در اصطلاح مهندسان برق، فاصله خزشی گفته می‌شود. هر چه یک منطقه آلوده‌تر باشد، مقره انتخابی باید فاصله خزشی بزرگ‌تری داشته باشد. اقلیم طبیعی، وجود مناطق مسکونی و کارخانه‌ها، عوامل مهم تعیین‌کننده شدت آلودگی یک منطقه هستند. در استانداردهای فنی مدون وزارت نیرو میزان آلودگی مناطق از سبک تا خیلی سنگین مقیاس بندی شده است.

اهمیت کلیدی شبکه برق

اتفاق پیش‌آمده در خوزستان بار دیگر اهمیت فوق‌العاده شبکه برق را نشان داد. شبکه برق، یکی از زیرساخت‌های بسیار زیربنایی جوامع امروزی است که قطع آن می‌تواند باعث تحت تأثیر قرار گرفتن زیرساخت‌های دیگر مانند شبکه‌های مخابراتی و ارتباطاتی، شبکه‌های آب‌رسانی و شبکه‌های حمل‌ونقل شود. در اصطلاح فنی بین شبکه برق و دیگر زیرساخت‌ها وابستگی عملکردی وجود دارد و قطع شبکه برق باعث توقف یا اختلال در عملکرد سایر زیرساخت‌ها می‌شود. همچنین قطع برق، زندگی روزمره یکایک شهروندان را تحت تأثیر قرار می‌دهد و آثار منفی اجتماعی دارد. به‌عنوان نمونه، قطعی برق در اهواز باعث از کار افتادن تصفیه‌خانه‌ها و سیستم آبرسانی شهر اهواز شد. همچنین باعث توقف عملکرد بخشی از فعالیت‌های تولید و پالایش نفت در اهواز شد. به‌دلیل گستردگی پیامدهای منفی ناشی از قطع برق، اقدامات لازم برای جلوگیری از تکرار چنین پیشامدی با جدیت باید دنبال شود.

خطوط انتقال کابلی

روش دیگر انتقال انرژی الکتریکی، استفاده از خطوط انتقال کابلی است. خطوط انتقال هوایی نسبت به خطوط انتقال کابلی دارای مزایای اقتصادی و فنی است. به دلیل استفاده از عایق هوا، هزینه احداث خطوط انتقال هوایی، بسیار کمتر از خطوط کابلی است. ظرفیت انتقال توان خطوط هوایی به دلیل خنک شدن بهتر بالاتر است. همچنین جایابی و رفع عیب در خطوط کابلی سخت‌تر و زمانبرتر است. این دلایل اقتصادی و فنی باعث شده، خطوط انتقال هوایی در جهان، متداول‌ترین روش انتقال انرژی برق باشد. رقیب دیگر پست‌های برق هوایی، پست‌های برق با عایق گازی یا پست‌های جی‌آی‌اس (GIS سرواژه Gas Insulated Substation)است. در پست‌های جی‌آی‌اس، هادی‌های حامل جریان برق، درون محفظه‌های دربسته‌ای قرار دارند که با گاز هگزا فلورایدِ گوگرد با فرمول شیمیایی SF₆ عایق می‌شوند، اما چون هزینه احداث این پست‌ها از پست‌های برق هوایی بیشتر است، در حالت عادی از آنها استفاده نمی‌شود.

شیوه زدودن آلودگی از روی مقره‌ها

برای جلوگیری از وقوع اتصالی و قطعی در شبکه برق، باید به‌صورت منظم آلودگی نشسته روی مقره‌های شبکه زدوده شود. برای تمیزکاری مقره‌ها استاندارد فنی مدونی وجود دارد. یکی از روش‌های متداول پاشش آب تحت‌فشار با استفاده از نازل روی مقره‌ها است که آلودگی را پاک می‌کند.

تجهیزات ویژه‌ای برای انجام این کار ساخته شده که شبیه ماشین‌های آتش‌نشانی هستند. نکته جالب آن که برای تمیز کردن مقره‌ها نیازی به قطع برق نیست و اگر فرآیند شست‌و‌شو مطابق استاندارد انجام شود، بدون وجود هیچ خطری می‌توان مقره‌های یک خط برق‌دار یا در اصطلاح فنی خط گرم را تمیز کرد. طبیعتا فاصله زمانی دو شست‌وشو به میزان آلودگی منطقه و نیز جنس مقره‌ها وابسته است.

آسیب‌پذیری خطوط انتقال هوایی

آسیب‌پذیری در برابر نشست آلودگی، از نقاط ضعف خطوط انتقال و پست‌های هوایی است. مقره‌ها در صورتی وظیفه عایقی خود را درست انجام می‌دهند که سطح آنها تمیز و ‌دور از هرگونه آلودگی باشد. نشست آلودگی روی سطح مقره‌ها به‌تدریج باعث ایجاد یک لایه رساننده جریان برق می‌شود. اگر مقداری رطوبت با این لایه آلاینده ترکیب شود، رسانندگی الکتریکی آن را به مقدار زیادی بالا خواهد برد و ممکن است باعث ایجاد اتصالی و جرقه روی سطح مقره شود. میزان رسانندگی آلودگی‌های مختلف نشست کرده روی مقره بنا بر جنس آنها مختلف است. به‌عنوان نمونه، آلودگی‌ نمکی که بیشتر در سواحل دریاها دیده می‌شود، هنگام محلول شدن در آب، رسانندگی بالایی دارد و یکی از بدترین انواع آلودگی‌های مقره به شمار می‌رود.

شبکه برق خوزستان چطور از کار افتاد ؟

با توجه به آنچه شرح داده شد، ترکیب غلظت بالای ریزگردها به همراه رطوبت بالا و مه، علت اصلی اتصالی و قطع برق در استان خوزستان بوده است. به دلیل شدت آلودگی، ریزگردها به میزان زیادی روی مقره‌های شبکه برق خوزستان نشست. سپس رطوبت بسیار بالا که تا 97 درصد گزارش شده، باعث شد یک لایه رساننده روی سطح مقره‌ها ایجاد شود. در تصاویر منتشر شده از تجهیزات شبکه برق خوزستان، یک لایه گِل مانند روی مقره‌ها دیده می‌شود. در چنین شرایطی، جرقه‌های متعدد و قطعی گسترده در شبکه رخ خواهد داد.

در طراحی و عملکرد شبکه برق خوزستان اشکالی وجود نداشت؛ بلکه غلظت فوق‌العاده زیاد ریزگردها و همراه شدن آن با رطوبت بسیار بالا باعث شد شبکه برق در مواجهه با شرایطی بسیار استثنایی و بحرانی قرار بگیرد که برای عملکرد در آن شرایط طراحی نشده است.

با کاهش میزان رطوبت هوا، میزان رسانندگی لایه آلاینده نشست کرده روی مقره‌ها کاهش پیدا کرد و امکان بازیابی نیروگاه‌ها و پست‎‌های برق از مدار خارج‌شده فراهم شد. همچنین شست‌وشوی مقره‌های شبکه برق در سطح استان خوزستان شروع شد که به دلیل حجم وسیع آلودگی و همچنین تجهیزات محدود شست‌وشوی مقره هنوز ادامه دارد. اگر این آلودگی‌ از روی تجهیزات برق شسته نشود با افزایش دوباره رطوبت هوا شاهد قطعی‌ مجدد خواهیم بود.

راه‌حل مشکل در شرایط فعلی چیست؟

به دلیل مشکلات زیست‌محیطی و هجوم مکرر ریزگردها به استان خوزستان، نشست آلودگی روی تجهیزات شبکه برق در این استان طی سال‌های اخیر شدیدا افزایش یافته است.

اصلی‌ترین چاره، حذف مزاحمان اصلی یعنی ریزگردهاست که نه‌تنها امنیت شبکه برق، بلکه تمام ابعاد زندگی و سلامت مردم خوزستان را به خطر انداخته است، اما چون حل ریشه‌ای چالش ریزگردها زمان‌بر است، شبکه برق باید خود را برای مواجهه با شرایط مشابه آماده کند. برخی راهکارهای پیشنهادشده عبارتند از: افزایش تجهیزات شست و شوی مقره، استفاده از مقره‌هایی که در برابر نشست آلودگی‌ عملکرد بهتری دارند، استفاده از برخی پوشش‌های محافظ روی مقره‌ها که نشست آلودگی را کاهش می‌دهند و احداث پست‌های برق جی‌آی‌اس. همچنین تدابیر لازم برای تأمین برق اضطراری در مراکز حساس مانند تصفیه‌خانه و پمپ‌های شبکه آبرسانی باید در نظر گرفته شود.

محمد عادل‌پور

دانشجوی دکتری برق در دانشگاه شهید بهشتی