التخفيف من تأثيرات الاقتران الحثّي على خطوط الأنابيب المدفونة باستخدام موصلات تحكم في التدرج بتكوين خط علوي وخوارزمية تحسين فرس النهر

لماذا يمكن لخطوط الكهرباء أن تُهدّد الأنابيب المدفونة بهدوء

في جميع أنحاء العالم، غالبًا ما تتشارك خطوط النقل عالية الجهد وخطوط الأنابيب تحت الأرض نفس شرائط الأرض الضيقة. هذا يوفر المساحة والتكلفة — لكنه قد يخلق خطرًا مُخبأ. التيارات الكهربائية المتدفقة في خطوط النقل الضخمة تُولّد حقولًا مغناطيسية يمكنها أن تحثّ جهودًا كهربائية في الأنابيب المعدنية القريبة. تلك الفروق الجهدية غير المرئية قد تصعق العمال وتتسبب تدريجيًا في تآكل الفولاذ. تستكشف هذه الدراسة مدى جدّية هذه المشكلة وتختبر طرقًا ذكية للحفاظ على سلامة كل من الأشخاص وخطوط الأنابيب.

تيارات خفية تحت أقدامنا

تحمل خطوط الأنابيب الفولاذية المدفونة النفط والغاز والمواد الكيميائية على مئات الكيلومترات، بينما تنقل الخطوط العلوية الكهرباء بآلاف ومئات آلاف الفولت. عندما تسير هاتان الشبكتان جنبًا إلى جنب، يعمل التيار المتردد في الخط كمِلفّ أولي للمحول إلى حدّ ما، وتصبح الأنابيب كالمِلفّ الثانوي. الحقل المغناطيسي المتغير من الخط يحثّ جهدًا كهربائيًا على طول الأنبوب ويتسبب في تدفق تيار بين الأنبوب والتربة المحيطة. وقد وضعت هيئات السلامة الدولية مثل NACE حدًا علويًا موصى به بنحو 15 فولت على مثل هذه الجهود الحثية لتجنّب الصعق الكهربائي والتآكل المفرط، لكن العديد من المسارات الحقيقية قد تتجاوز هذا المستوى.

قياس الخطر على الناس والفولاذ

بَنَى المؤلفون نموذجًا رياضيًا مفصلاً، قائمًا على قوانين الكهرومغناطيسية الكلاسيكية ونظرية الدوائر القياسية، لتقدير الحقل المغناطيسي من خط بجهد 400 كيلو فولت في شمال الجزائر والجهد الناتج على خط أنابيب مدفون طوله 40 كيلومترًا يمرّ بجانبه. ثم يترجمون تلك الجهود إلى خطرين ملموسين. أولًا، يقدّرون مقدار التيار الذي سيمرّ عبر شخص يلمس الأنبوب وهو واقف على الأرض، ويقارنونه ببيانات طبية حول الرجفان القلبي وفترات بقاء المصابين بالصعق. ثانيًا، يحسبون كيف يدفع نفس التداخل التآكل عبر دفع شحنة خلال عيوب صغيرة في طلاء الأنبوب الوقائي. والنتائج مُقلقة: عند فصل جانبي نموذجي مقداره 40 مترًا، يصل الجهد المحثّ إلى نحو 43 فولت — ما يقارب ثلاثة أضعاف حد NACE — مما ينتج تيارات صعق وكثافات تيار تآكل تقع في نطاق يمكن أن تؤدي إلى إصابات خطيرة وفقدان سريع للمعدن.

استخدام سلك بسيط لتهدئة الجهود الخطرة

لإعادة النظام إلى نطاق آمن، يفحص الفريق طريقة تخفيف مستخدمة بالفعل في الصناعة لكنها ليست دائمًا مُحسّنة بعناية. يضيفون موصلًا نحاسيًا عاريًا طويلًا — يُسمّى موصل التحكم في التدرج — يُدفن بالقرب وبالتوازي مع الأنبوب ومتصلاً به عبر أجهزة خاصة تمنع التيار المستمر لكن تسمح بمرور التيار المتردد. فعليًا، يوفر هذا الموصل الإضافي مسارًا أسهل للتيارات المحثّة ويسوّي فروق الجهد على طول الأنبوب. تُظهر المحاكاة أنه بعد تركيبه، ينخفض الجهد الأقصى المحثّ على طول الأنبوب من نحو 43 فولت إلى قيمة قريبة من هدف السلامة 15 فولت. وبدوره، تنخفض التيارات المتوقعة للصعق الكهربائي عبر شخص وكثافة التيار المحركة للتآكل بشكل حاد إلى ما دون حدودها الحرجة.

السماح لخوارزمية بإعادة ترتيب الأجهزة الهوائية

ثم يطرح الباحثون سؤالًا أكثر طموحًا: هل يمكننا أيضًا إعادة تصميم تخطيط الموصلات العلوية نفسها لتقليل التداخل بشكل أكبر؟ استكشاف كل الترتيبات الممكنة يدويًا سيكون غير عملي، لذا يلجؤون إلى تقنية بحث مستوحاة من الطبيعة حديثة تُسمّى خوارزمية تحسين فرس النهر، التي تُحاكي كيف يستكشف فرس النهر ويدافع عن منطقته. يُتيحون لهذه الخوارزمية تغيير التباعد الأفقي وارتفاعات الموصلات الثلاثة للطور وموصل الأرض، بهدف تقليل أقصى جهد محفّز على الأنبوب. أفضل حل وجدته يضع موصلات الطور في تكوين مثلثي مع موصل الأرض فوق المركز. هذه الهندسة تلغي جزئيًا الحقول المغناطيسية من كل طور عند موقع الأنبوب. في هذا الترتيب المحسّن، ينخفض الجهد الأقصى المحثّ إلى نحو 2–3 فولت — أقل بكثير من حدود القلق المتعلقة بالصعق أو التآكل.

جعل الممرات المشتركة أكثر أمانًا لعقود

بعبارات بسيطة، تظهر الدراسة أن تشغيل خطوط نقل قوية مجاورة لخطوط أنابيب مدفونة يمكن أن يولد جهودًا محثّة كافية لتعريض العمال للخطر وتسريع الصدأ بشكل كبير، حتى عندما تعمل الأنظمة بشكل طبيعي. لكنها تُظهر أيضًا أن إجراءين نسبيًا بسيطين — موصل تخفيف قريب وُترتيب مدروس للأسلاك العلوية — يمكن أن يقلّلا تلك الجهود غير المرغوبة بمقدار ترتيب عددي. باستخدام هذه الأدوات، يمكن لمصممي الممرات الطاقية الجديدة ومشغلي الممرات القائمة حماية كلّ من الناس والبنية التحتية المعدنية مع الاستمرار في جني فوائد مشاركة المسارات الاقتصادية.

الاستشهاد: Hachani, K., Bachir, B., Rabah, D. et al. Mitigation of inductive coupling effects on buried pipelines using gradient control conductors of overhead line configuration and hippopotamus optimization algorithm. Sci Rep 16, 7947 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40852-5

الكلمات المفتاحية: تآكل خطوط الأنابيب, تداخل خطوط الكهرباء, السلامة الكهربائية, التخفيف من التيار المتردد, تحسين بطريقة ميتا هيوستيك