В последнее время погода в России, мягко говоря, не перестаёт нас удивлять. Синоптики постоянно предупреждают о перепадах температур, ветре, и конечно же о сильных ливнях с грозами. Понятно, что простой горожанин уже привык к капризам погоды, поэтому не обращает на них внимания.
Однако мы всё же зависим от электроснабжения, поэтому, приходя на работу, а также домой, хотим включить вентилятор, кондиционер, ну или взять что-то освежающее из холодильника. Как же получается, что электричество поступает к нам без перебоев, даже несмотря на постоянные грозы?
Как устроена система электроснабжения?
Для того чтобы понять суть проблемы, разберём вначале, как электроэнергия попадает к нам в дом. Разумеется, что электроэнергия вырабатывается на электростанциях. Однако для того, чтобы передавать её на значительные расстояния от одной подстанции до другой, применяют воздушные линии высокого напряжения, по которым, в основном передаётся переменный ток.
Нужно отметить, что существуют и линии постоянного тока, но они получили меньшее распространение, поэтому в данной статье мы не будем их рассматривать. Одной из причин, препятствующих широкому распространению таких высоковольтных линий, является постройка сложных и дорогостоящих подстанций.
Обычно мы не обращаем внимание на линии электропередач (ЛЭП), но если взглянуть на них со стороны, а ещё лучше с высоты птичьего полёта, то можно увидеть, что они охватывают довольно большое пространство, так же как и паутина, причём вся эта паутина выполнена из металла.
А что же произойдёт, если в такую металлическую паутину ударит молния? Допустим, пусть даже ударит рядом с ЛЭП. Ведь изоляция оборудования как ЛЭП, так и подстанций просто не рассчитана на такое напряжение, которое может составлять несколько миллионов вольт.
Получается, что правы наши бабушки, которые при первых раскатах грома, стараются отключить все электроприборы? Вдруг в них ударит молния?
Однако мы на своём опыте хорошо знаем, что различные предприятия и учреждения продолжают работать даже в грозу, а некоторые из них просто не могут не работать. Что же защищает распределительные сети от молнии? Насколько эффективна эта защита?
Грозозащитные тросы и молниеотводы
Прежде всего, нужно отметить, что как на подстанциях, так и на линиях электропередач напряжением 35 кВ и выше применяются специальные устройства. Для защиты воздушных ЛЭП применяются грозозащитные тросы – заземлённые провода, натянутые над основными проводами ЛЭП.
Как уже было сказано, такие тросы устанавливаются на линиях 35 кВ, но не по всей длине, а только для защиты подходов к подстанциям. Таким же образом защищают и ЛЭП более высокого напряжения, на 110 и 220 кВ с деревянными опорами. На ЛЭП с железобетонными или металлическими опорами напряжением 110 кВ и выше, грозозащитные тросы устанавливают на всём их протяжении.
На рисунке видно, что грозозащитные тросы подвешены на изоляторах. Однако могут применяться и неизолированные тросы. В этом они подключаются к заземляющему устройству напрямую, а если используются изолированные грозозащитные тросы, то они подключатся к заземляющему устройству через разрядники. Конструкция этих устройств будет рассмотрена дальше.
Хорошо, с линиями электропередач, более или менее, но понятно. Как же защищены от молний сами подстанции? Конечно же, это старые добрые молниеотводы (громоотводы).
Почему старые? Да всё потому, что изобретателем молниеотвода был американец Бенджамин Франклин. При этом хотя официальной датой изобретения этого устройства считается 1752 год, есть свидетельства существования молниеотводов, установленных на более древних сооружениях, например, на храме Соломона.
Однако вернёмся к защите подстанций от атмосферных перенапряжений. Для этого применяются молниеотводы (молниеприёмники). При этом места их расположения выбираются так, чтобы вероятность попадания в них грозового разряда была значительно выше, чем вероятность повреждения оборудования.
ОПН и разрядники
Конечно, защитить оборудование полностью подобные устройства во всех случаях не смогут. Например, как же быть, если молния ударит непосредственно в фазный провод ЛЭП? Тем более что молниеотводы и грозозащитные тросы применяются на подстанциях не всех классов напряжения.
Рассмотрим в качестве примера работу трёхфазной сети переменного тока напряжением 380 В.
Мы уже знаем, что грозозащитных тросов на таких ЛЭП не устанавливается. Поэтому можно предположить, что удар молнии в такую ЛЭП неизбежно вызовет очень трагичные последствия. Почему же этого обычно не происходит?
Дело в том, что есть ещё целый класс устройств, защищающих оборудование от атмосферных перенапряжений. Это ограничители перенапряжений (ОПН) и вентильные разрядники. Подключаются эти устройства к фазному проводу, а другая сторона подключается к заземляющему устройству.
Основной частью ОПН является резистор с переменным сопротивлением – варистор (varistor). Это слово образовано от сокращения двух английских слов Vari(able) – переменное и (Resi)stor – сопротивление.
Благодаря тому, что варистор обладает высокой пропускной способностью и нелинейной вольт-амперной характеристикой, при появлении любого перенапряжения сопротивление варистора снижается, благодаря чему повышенное напряжение уходит в землю. После того как уровень напряжения на защищаемом участке электрической цепи восстанавливается, сопротивление варистора повышается.
По принципу работы вентильный разрядник очень похож на ОПН, но с той лишь разницей, что установленный в нём резистор не обладает такими вольт-амперными характеристиками, как у варистора. Поэтому в конструкции разрядников присутствуют искровые промежутки и конденсаторы.
Нужно отметить, что ОПН, или как их ещё называют, устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) широко применяются для защиты электроустановок потребителей. Без установки УЗИП просто невозможно обеспечить комплексную защиту, например, жилого дома.
Разрядники мультикамерные
Нужно отметить, что такие устройства также предназначены для защиты воздушных ЛЭП от атмосферных или других перенапряжений, хотя используют несколько иной принцип работы.
Конструкция разрядника состоит из искрового промежутка и дугогасящих камер – мультикамерной системы (МКС), а также из крепёжного устройства. МКС выполнена из силиконовой резины, в которую вмонтированы электроды. Между электродами есть отверстия, которые выходят наружу.
При возникновении перенапряжения на линии сначала происходит пробой воздушного промежутка. После этого происходит пробой дугогасящих камер в МКС. Электрическая дуга в дугогасящих камерах разбивается на множество отдельных разрядов. Эти разряды выбрасываются наружу из-за того, что при горении дуги внутри дугогасящих камер повышается давление и температура.
Гашение дуги происходит в результате того, что дуга удлиняется, разбивается на множество отдельных разрядов, которые, попадая наружу, интенсивно охлаждаются окружающим воздухом. После гашения дуги возрастает сопротивление МКС, что позволяет обеспечить бесперебойную работу воздушной ЛЭП.
Заключение
Конечно, в любой энергосистеме или электроустановке, пусть даже самой совершенной, технические устройства занимают лишь второстепенное место. Главное место всегда должно отводиться человеку!
Без качественного обслуживания оборудования не может быть никакой речи о бесперебойном электроснабжении, а самая совершенная техника не может заменить опытного и обученного работника. К сожалению, некоторые владельцы хотят сэкономить и забывают о таком простом правиле, но ведь с электрическим током шутки плохи!
Автор статьи — Илья Корчагин.
