حماية المجال الكهربائي الكلي فوق منصات المباني قرب خطوط نقل التيار المستمر فائق الجهد بواسطة شبك معدني مؤرض

لماذا هذا مهم في الحياة اليومية

مع توسّع خطوط الطاقة الفائقة الجهد لإيصال الكهرباء من مناطق بعيدة إلى المدن، أصبحت هذه الخطوط تمر بشكل متزايد بالقرب من المنازل والمباني السكنية. يشعر السكان الذين يعيشون تحت هذه الخطوط أحيانًا بإحساسات غريبة على الشرفات والأسطح — مثل انتصاب الشعر أو صدمات صغيرة عند لمس الأجسام المعدنية. تنظر هذه الدراسة في وسيلة عملية لتهدئة تلك الحقول الكهربائية غير المرئية حول أسطح المباني، باستخدام شبك معدني مؤرض بسيط يمكن تركيبه على المباني القائمة أو الجديدة.

الحقول غير المرئية حول خطوط الطاقة العالية

تحمل خطوط النقل الحديثة ذات التيار المستمر فائق الجهد (UHVDC) كميات هائلة من الطاقة عبر مسافات طويلة. حول الأسلاك، تولد هذه الخطوط مجالًا كهربائيًا كليًا يتألف من جزأين: المجال الثابت الأساسي الناتج عن الجهد العالي نفسه، ومساهمة ثانية من الجسيمات المشحونة التي تُنشأ في الهواء بواسطة تفريغات كورونا الصغيرة على الموصلات. عندما تمر هذه الخطوط بالقرب من مبانٍ متعددة الطوابق، يمكن لأشكال الجدران والأسقف والشرفات أن تركز المجال في نقاط محددة يتواجد فيها الناس أو يلمسون الدرابزينات المعدنية. كانت اختبارات السلامة السابقة تقيم المجال أساسًا عند مستوى الأرض، ما يعني أن منصات الأسطح والشرفات قد تتعرض لحقول أقوى حتى عندما تكون المعايير مستوفاة على الأرض أدناه.

درع بسيط مصنوع من شبك معدني

يقترح المؤلفون إجراءً وقائيًا مباشرًا: وضع شبك معدني مؤرض أعلى مباشرة عن منصة السطح المسطحة لمبنى قريب. الشبك هو في الأساس شبكة من أسلاك معدنية رفيعة، متصلة جيدًا بنظام تأريض المبنى. ولأن المعادن تسمح بحركة الشحنات الكهربائية بحرية، فإن الشبك يميل لأن يكون عند جهد موحد. تنتهي خطوط المجال الواردة من خط النقل على هذه السطح بدلًا من اختراق الفضاء حيث يتواجد الناس. وبنفس الوقت، يجذب الشبك ويصرف الجسيمات المشحونة التي تنجرف من الخط إلى الأرض عبر مسار منخفض المقاومة.

كيف اختبر الفريق وصقل التصميم

لفهم مدى فعالية هذا الدرع، بنى الباحثون نموذجًا ثلاثي الأبعاد مفصَّلًا تضمّن خط النقل والمبنى والشبك المؤرض والهواء المحيط. استخدموا مزيجًا من محاكاة العناصر المنتهية وحسابات عددية لتعقّب كلّ من الجهد الكهربائي وحركة الجسيمات المشحونة في الريح. أتاح لهم النموذج تغيير تباعد الشبك، وسماكة الأسلاك، والارتفاع فوق السطح، وزاوية التركيب. درسوا تخطيطان رئيسيان: لوحة شبك أفقية فوق المنصة (تركيب «موازٍ») وشاشة شبك رأسية مركبة على حافة السطح المواجهة للخط.

ما الذي يجعل الدرع الأكثر فاعلية

أظهرت المحاكاة أن حجم فتحات الشبكة هو العامل التصميمي الحاسم. شبك خشن بمربعات طول ضلعها متران خفّض بالفعل المجال فوق السطح بأكثر من 60 بالمئة، بينما شبك أكثر كثافة بفتحات ربع متر خفّضه أكثر. بالمقابل، كان لتثخين الأسلاك أثر طفيف فقط على الحماية، رغم أنه ساعد في القوة والمتانة. وضع الشبك قريبًا من المنصة قدّم حماية أفضل من تركيبه أعلى، لأن الفجوة الأكبر سمحت بتسرب مزيد من الجسيمات المشحونة من الجوانب. بالنسبة للشبك الأفقي، فإن إمالته قليلاً مثل سطح مائل حتى نحو 30 درجة حسّن الحماية على الجانب الأقرب إلى الخط عبر توجيه خطوط المجال والشحنات بعيدًا عن المنصة.

اختبارات ميدانية بجانب خط كهرباء حي

اختبر الباحثون بعد ذلك تصميماتهم على طول خط UHVDC بقيمة ±800 كيلو فولت في شين يانغ، الصين. تم تركيب شبكات من الفولاذ المقاوم للصدأ فوق وبجانب مبنى ذي سقف مسطح، وسجّلت مقاييس مجالات حساسة المجال الكهربائي الكلي عند ارتفاع السطح قبل وبعد التركيب. مع شبك أفقي موضوع فوق السطح، انخفض الطرف الأقوى من القيم المقاسة ليبلغ نحو سدس المستوى غير المحمي. كما وفّر شبك رأسي على طول حافة السطح انخفاضًا كبيرًا، وإن لم يكن بنفس قوة التكوين العلوي. في كلتا الحالتين، كان المجال المتبقي أقل بكثير من حدود السلامة الصينية والدولية.

ماذا يعني هذا للأشخاص الذين يعيشون بالقرب من خطوط الطاقة

بالنسبة للسكان الذين يقلقون من إحساس الوخز أو الصدمات الصغيرة على منصات الأسطح تحت خطوط الجهد العالي، تشير هذه الدراسة إلى حل هندسي عملي. يمكن لشبك معدني مؤرض مصمَّم بفتحات صغيرة إلى حد معقول ومثبت قريبًا من المناطق التي يتحرّك فيها الناس أن يحافظ على المجال الكهربائي فوق السطح ضمن معايير الأمان بشكل مريح. كما تُظهر الدراسة أن هذا النهج يتفوق على بدائل شائعة مثل أسلاك درع إضافية أو الاعتماد على أشجارٍ عالية. وبما أن المواد قياسية والتركيب بسيط، تقدّم الشبكات المعدنية المؤرضة وسيلة واقعية لتهدئة التوترات بين شبكات النقل والأحياء مع السماح لشبكات الطاقة الحديثة بالتمدد.

الاستشهاد: Liao, Z., Zhang, J., Zhang, Y. et al. Shielding of the total electric field above building platforms near UHVDC transmission lines by grounded metal mesh. Sci Rep 16, 14522 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44471-y

الكلمات المفتاحية: خطوط نقل التيار المستمر فائق الجهد, المجالات الكهربائية على الأسطح, حماية بشبك معدني مؤرض, سلامة منصات المباني, تفريغ كورونا