Нам много и часто говорят, что не очень хороша торговля энергоресурсами, что много выгоднее торговать как можно более глубоко переработанным сырьем – и это чистая правда. Чем глубже передел – тем выше прибыль, тем шире сортимент конечной продукции, тем больше ассортимент продукции. Но это несколько «бухгалтерский» взгляд, а он должен быть шире.
Чем глубже передел сырья – тем больше рабочих мест, тем больше самих производств, тем больше востребованность в профессионалах реального производства, а не менеджеров и юристов, тем просто интереснее жить и расти молодежи – у нее «ассортимент» возможных и нужных профессий становится шире. Не хотим, чтобы молодежь, получив хорошую профессию, уезжала из страны? Не хотим. Значит, нужно обеспечивать их востребованность у себя дома, благо дом у нас велик, как ни у кого другого на планете. И, разумеется, журнал Геоэнергетика.ru точно знает, что самые интересные и перспективные профессии – те, что связаны с энергетикой.
Как мы неоднократно говорили, и Путин это подчеркнул в своем выступлении в рамках Недели энергетики, состоявшейся осенью 2017 года:
Энергетика – важнейшая из отраслей экономики. /Владимир Путин/
Спорить не будем, будем продолжать рассказывать и показывать, что это именно так. Энергетика – «печка» от которой пляшет любая промышленность, да и нам, «плясунам» приятно утро начинать в уютных, теплых квартирах, где шумит чайник, в душе струится горячая вода, где можно включить свет, радио и даже телевизор, не к ночи будь помянут. Осваивая новые отрасли энергетики, мы создаем технологии, которые успешно «перебегают» в промышленность, в сельское хозяйство, в транспорт. В общем, электроэнергия – это жизнь, вот про нее и поговорим. Ведь именно электроэнергия – продукт самой высокой степени переработки. Добываем нефть, газ, уголь, уран, тем или иным способом сжигаем их – получаем электроэнергию, создаем электрический ток. А что мы помним-то про него? «В школе проходили»? Проходили-проходили, да и прошли. Повторим на всякий случай.
Электроэнергия – конечный продукт переработки любого энергетического ресурса, что ископаемого, что возобновляемого.
Электроэнергия – это электрический ток, который выдает в сеть любая электростанция, вне зависимости от того, как именно она устроена. Значит, понимание того, что такое есть электрический ток, как от турбины он приходит к нам в розетки, светит нам фонарями на улице, помогает залить топливо в бак и наполнить ванну горячей водой – обязанность каждого культурного человека. Кто не верит – прочтите цитату Путина еще разок.
Есть такое изречение «Краткость – сестра таланта». Иногда это именно так, а иногда совсем иначе. Сотни раз мы читали определение того, что такое есть электростанция. «Предприятие по выработке электрической энергии» – коротко, совершенно не ясно, и скрывается за этой фразой зачастую не талант, а элементарное отсутствие знаний. Наш журнал неоднократно рассказывал про самые разные типы электростанций – атомные, тепловые, гидроэнергетические, но как-то вот ни разу «не лез внутрь». Ну, вот и настала пора подробно познакомиться, что же там, на электростанциях, творится, что делают там их сотрудники, чем занимаются. Может, они бездельники, которым все, что по делу и надо – так раз в неделю пыль смахнуть да пол протереть? Как бы не так! Знать, уметь и выполнять им приходится столько всего, что можно только удивляться, как они справляются со всеми обязанностями.
Фото: profservice.pro
Давайте доведем высказывание Владимира Путина до полной завершенности. Энергетика – важнейшая отрасль экономики. Электроэнергия – конечный продукт энергетических процессов. Электростанция – генератор электроэнергии. Те, кто обеспечивают ее бесперебойное и качественное производство – важнейшее специалисты для любой отрасли экономики. Нарушения логики есть? Нет. Короли электротока, покорители напряжений, императоры электрического напряжения, князи турбоагрегатов – энергетикам, обеспечивающим страну электроэнергией, подходит каждое из этих званий и весь их комплект разом. Попробуем показать и рассказать хотя бы немного об их сакральных знаниях, о священных ритуалах, творимых ими в храмах электричества. Прекратите ехидно ухмыляться, у нас впереди путь в пучину знаний! Даем твердое обещание убегать от формул, сопротивляться желанию писать их пачками. Только в том случае, если уж совсем за горло возьмут – иногда и такое бывает.
Электрический ток с точки зрения физики и здравого смысла
Оценивать работу любой электростанции принято по вырабатываемой ею мощности, единица измерения которой – ватт. Что такое мощность, собственно говоря? Неважно какая она – электрическая или механическая или еще какая, мощность была и остается количеством работы, которую тот или иной механизм способен произвести в единицу времени. Потому мощность и измеряют всегда в ваттах – не важно, что именно работает в качестве источника энергии, важно только то, сколько работы можно совершить в единицу времени. Именно «можно» – мы ведь далеко не всегда используем, к примеру, всю мощность двигателя внутреннего сгорания, спрятанного под капотом машины. Нет, иногда хочется, конечно, но уж больно штрафы кусаются…
Ладно, про единицу времени мы все понимаем, секунда она и есть секунда. Но, если речь идет об электрическом токе, то что в нем-то работает, спрашивается? Провода линий электропередач огнем не полыхают, дым из розетки (чур-чур-чур!) не идет, а работа работается. Раз мы этого работника не видим – значит, он очень маленький, он вообще внутри провода помещается. Да единичный электрический заряд это – больше ведь некому! Почему именно единичный, тоже понятно – разберемся с единичным, потом просто умножим на их количество, да и дело с концом. Вот движется этот единичный заряд по участку электрической цепи из точки А в точку Б и совершает при этом работу. Мы с вами, бывает, тоже движемся по таким вот маршрутам, и точно знаем, что двигаться можно по разному – быстрее или медленнее. Хотим дотопать побыстрее – движемся напряженнее, не торопимся – расслабляемся, но напрягать мышцы все равно приходится. Ой, вот и прозвучало слово «напряжение» – мы не специально, оно само.
Сургутская ГРЭС-2 — крупнейшая тепловая электростанция (ГРЭС) России, расположенная в городе Сургут Ханты-Мансийского автономного округа, Фото: energo-24.ru
С какой целью мы напрягаемся при ходьбе? Чтобы перенести себя из точки А в точку Б. Исключительно такие же соображения применимы и к электрическому напряжению, логика не меняется. Напрягаться при ходьбе худощавому человеку приходится куда меньше, чем тому, кто вынужден нести свой лишний вес, толстяк выполняет больше работы при ходьбе. Значит, напряжение – это работа, деленная на переносимый вес. Возвращаемся к электричеству, по прежнему не меняя логики: электрическое напряжение это отношение работы электрического поля, совершенной при переносе пробного заряда из точки А в точку Б, к величине этого пробного заряда. Если, как и в прошлом примере, вместо некоего пробного заряда рассматривать заряд единичный, то получается, что при своем движении по участку электрической цепи из точки А в точку Б единичный электрический заряд совершает работу, численно равную напряжению, которое действует на этом участке. Если единичных зарядов много, то их общую работу можно вычислить, просто умножив работу единичного напряжения на количество единичных зарядов.
Про мощность мы уже рассуждали – это работа в единицу времени. Работа, как выяснилось – это напряжение, умноженное на количество единичных зарядов, движущихся по участку электрической цепи. Остается вспомнить, что ток – это электрический заряд, протекающий по проводнику в единицу времени, и оказывается, что простая логика помогла нам вывести одно из основных правил электричества:
мощность равна произведению силы тока на напряжение
Да, большая просьба – если вы вдруг увидите в какой-нибудь книге (не дай бог – в учебнике вашего ребенка!) определение электрического тока как «направленного движения электронов» – окропите ее святой водой и немедленно сожгите, а пепел развейте по ветру! Автор этой фразы – святотатец, оскорбивший всех физиков, человек, запудривший мозги огромному количеству людей! Электрон имеет массу покоя, и, если он «движется», то любые провода должны становиться легче в том месте, где они отходят от источника тока и тяжелее – в той части, которая максимально удалена от этого источника. Автор этого псевдоопределения сумел сохранить инкогнито, и только это уберегло его от проклятий всех физиков всех времен и всех народов. Извините за ремарку – это нервное.
От этой формулы никуда не деться:
Р = U x I
где: Р – мощность; U – напряжение; I – сила тока.
Электрический ток и правила арифметики
Пока ничего сложного, продолжаем упражнять логику дальше. В наших проводах «журчит» ток не постоянный, а переменный. Он у нас меняется по синусоидальной формуле, но нагляднее, конечно, припомнить не формулу, а график – картинки в учебнике запоминаются легче:
График напряжения переменного тока
Напряжение меняется не только по величине, оно даже знак меняет – то больше нуля, то меньше. Но и сила тока ведет себя ровно так же:
График силы переменного тока
Величина меняется, знак меняется. Как там правила умножения-то выглядят? «Минус» на «минус» дают «плюс»; «плюс» на «плюс» – конечно, «плюс»; «минус» на «плюс» – вообще минус. И как, спрашивается, в таких антисанитарных условиях вычислять мощность? Удивительно, но приходится искать какие-то достаточно изощренные варианты.
Первый, который приходит в голову – попробовать уменьшить временной отрезок до минимума, на который только способны наши измерительные приборы. Если промежуток времени доведен до мгновения, то за него сила тока и напряжение не успевают измениться, формула «успевает сработать». Математически понятно, хотя с точки зрения физики – так себе. Но понятие «мгновенная мощность» существует и используется. Определение совершенно понятно: мгновенная мощность – это произведение мгновенной силы тока на мгновенное напряжение. Практической пользы – просто никакой, сами понимаете. Но эта «игра ума» все таки пользу приносит, сейчас расскажем.
Мощность бывает разная
Активная мощность. Если вычислить среднее значение мгновенной мощности за какой-то реально значимый период времени, то мы ее и получим. Она, собственно говоря, и есть самая полезная, а, значит и самая важная для нас мощность электрического тока. Активная мощность характеризует необратимый, безвозвратный расход энергии тока, она характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии – например, тепловую, электромагнитную. Это ток, который уже никогда не вернется в источник, который превратится в полезную энергию, благодаря которой работают все механизмы, благодаря которой горят лампочки в квартирах и жужжат всевозможные электрические моторы. Ну и, чего греха таить – это еще и та энергия, которая уходит на нагрев проводов. Что сделать для того, чтобы активная мощность была всегда положительной, нам подсказывают графики силы тока и напряжения. Нужно добиться того, что эти две величины колебались синхронно. Ток «с минусом» — и напряжение должно быть «с минусом», тогда их произведение – мощность – будет выше нуля, аналогично случаю, когда сила тока и напряжение одновременно выше нуля. Энергетики высказываются по этому поводу высказываются чуть более замысловато:
«Нужно добиться того, чтобы косинус сдвига фаз был равен единице»
Физики – не медики, но тоже горазды использовать терминологию, основная цель которой – взрыв мозга всех, кто не погружен в тайны их великой науки… Вот оно надо им тот косинус вспоминать всуе? Ну, что с ними поделать, прямо как дети малые. Испортили такую хорошую формулу, она для активного переменного тока пишется:
P = U x I x cos α
где α – тот самый сдвиг фаз.
Ну, и что делать – придется вспомнить еще и геометрию. Косинус растет от -1 до +1, но понятно, что для пользы дела нужен косинус, который равен именно единице. Можете у школьного возраста детей или внуков спросить, они не дадут соврать: косинус равен единице, если угол равен нулю. Если нет сдвига фаз – получим максимально возможную активную мощность. Мы это и без всяких косинусов прекрасно понимаем – если будут колебаться сила тока и напряжение синхронно, то их произведение всегда будет положительным, то есть максимально возможным. Истинно говорим вам – любят физики шутить, вот ради смеха и придумали этот самый косинус! А, да, чуть не забыли – активная мощность измеряется, само собой, в ваттах. Аббревиатура – Вт у нас и W не у нас.
Реактивная мощность
Ну, а если серьезно, синхронизации графиков добиться технически непросто, это только в сказке бывает. В реальности полная синхронизация невозможна, какая-то «разножка» всегда остается. Мало того – электрики не любят говорить о сферических конях в вакууме, они всегда конкретны. Не бывает в реальности электрических сетей, в которых нет так называемых реактивных элементов. Это такая аппаратура, которая способна накапливать электроэнергию внутри своей конструкции – всевозможные конденсаторы, обмотки трансформаторов, моторов, всяческих зарядных устройств. Чтобы не перечислять названия всех приборов с такой способностью, физики придумали им общее – индуктивные (накапливающие энергию) элементы. Соответственно, если они есть в электрической цепи, их удобно называть «индуктивной нагрузкой», так что не надо бояться таких «непонятных» слов – физики это вам не медики, они к латыни прибегают только в случаях крайней необходимости.
Сургутская ГРЭС-2, Фото: energo-24.ru
Как они берут на себя заряд? Любой переменный ток создает не только электрическое поле, но еще и магнитное. Поскольку это происходит всегда и везде, физики считают это поле единым, они его так и называют – электромагнитное. Вот все эти обмотки двигателей и всяческих зарядных устройств, конденсаторы накапливают энергию в виде магнитного поля. А дальше наступает один интересный момент. Если у нас в сети сдвиг фаз между напряжением и силой тока не нулевой, возникает мгновение, когда мощность оказывается меньше нуля, отрицательной. И что остается делать зарядному устройству? Правильно – он «выплевывает» энергию обратно в сеть. Разумеется, не всю, только ее часть – частота колебаний в сети у нас 50 герц, 50 колебаний в секунду. И движется этот реактивный ток (ну, раз он идет от реактивного элемента, как его еще называть) в сторону основного источника тока. У реактивного тока есть своя сила тока, свое напряжение, их произведение – тоже мощность, только реактивная.
Реактивная мощность характеризует энергию, совершающую колебания между источником тока и реактивным элементом цепи. Ничего хорошего в ее наличии нет – электроэнергия болтается взад-вперед между источником и этими реактивными элементами, не совершая никакой полезной работы, да еще и расходуется из-за нагрева проводов. Турбина крутится, генератор греется, а пользы от этого никакой. Да, измеряется реактивная энергия не в ваттах – электрики не любят путаницы, поэтому используют другую единицу измерения, чтобы четко понимать на любой своей электрической схеме, о чем конкретно идет речь. Единица реактивной мощности – вольт-ампер реактивный или, сокращенно – вар. Английская аббревиатура – var, тут уж не перепутаешь.
Баллада о косинусе
Вот такой вредный оказывается этот самый косинус, который испортил нам простую формулу – как только он становится отличен от единицы, в сети возникает вредная реактивная мощность, крадущая часть возможностей генератора электростанции. Полную его мощность в действии увидеть практически не получается, она всегда разделяется на мощность активную, радующую потребителей, и мощность реактивную – предмет ненависти каждого уважающего себя электрика. Борьба с реактивной мощностью – дело доблести и славы, но быть этой борьбе вечной. Не бывает сети, в которой не работают электрические моторы, в которой никто ничего не заряжает – ради этого, вообще-то, электростанция и создается. Враг коварен и непрост, но и тактические приемы этой бесконечной битвы весьма разнообразны, но в эти подробности, в эти дебри мы не пойдем.
Сургутская ГРЭС-2, Фото: energo-24.ru
Называются все эти устройства без затей – компенсаторы реактивной мощности, конструкции которых совершенствуются просто без устали и остановок. Они нужны энергетикам, работающим на каждой электростанции – чем меньше на станции вар, тем больше ватт удается отдать потребителю, чтобы за эти ватты получить оплату, чтобы электростанция побыстрее окупилась и стала приносить прибыль. Компенсаторы реактивной мощности нужны серьезным потребителям. Любой завод, фабрика – это электромоторы с их обмотками. Есть обмотка – есть реактивный ток, много обмоток – много реактивного тока. А счетчик крутится, поскольку электростанция свое дело сделала – преодолев собственные проблемы реактивной мощности, она вытолкнула в сеть мощность активную. Ты, буржуйский капиталист, электроэнергии получил? Получил. Раскошеливайся! Она у тебя на заводе (фабрике, цехе, мастерской) не вся используется? Будь умнее, стань рачительным и бережливым хозяином – ну, то есть, заплати денег приличному специалисту, он под твой комплект оборудования компенсаторы реактивного тока подберет – и будет тебе счастье. Привез новые станки? Пересчитывай. Отключил производственную линию? Пересчитывай. Не скучай, в общем. Но в подобного рода гипотетических текстах энергетиков никакого издевательства нет – на своих электростанциях они и сами в точно такой же ситуации. Считают и пересчитывают, поскольку от точности подбора схемы компенсаторов реактивных токов зависит заработок электростанции.
Так, с электродвигателями и промышленными предприятиями все понятно, но возникает логический вопрос – а откуда, собственно говоря, на электростанциях возникает реактивный ток? Энергетикам-то какие такие обмотки и для чего нужны? Вот с бешеной (или не очень) скоростью турбина, задачей конструкторов которой было обеспечить максимально возможный КПД – она должна уметь забрать всю энергию пара, воды, газа или что там ее крутит. Крутится ротор, стоит статор – ток пошел, все в порядке. Какие такие реактивные мощности, где они тут могут возникнуть?
Не так давно журнал Геоэнергетика знакомил читателей со статьей Дмитрия Таланова «Покорение электротока», в которой он рассказал и показал, как выглядит самая общая схема трехфазного синхронного генератора.
Трехфазный синхронный генератор
Как видите, тут на роторе имеется обмотка возбуждения, а на статоре – трехфазная обмотка. Все, приехали – страшное слово «обмотка» уже прозвучало. Уже в самом генераторе есть индуктивная нагрузка, то есть сам генератор, помимо активного тока, заодно генерирует и реактивный ток. Оцените еще раз написанное чуть выше: «Борьба с реактивной мощностью – дело доблести и славы, но быть этой борьбе вечной». Создаешь электрический ток – будь добр изначально начинать рассчитывать схемы компенсаторов реактивной мощности.
Генератор – роддом электроэнергии
Да, кстати сказать, раз уж речь зашла о генераторах, давайте и про них пару слов скажем. Присмотримся внимательно к чертежу, точнее – к его названию. Называется этот генератор «трехфазный синхронный». Почему трехфазный, Дмитрий Таланов рассказал, но не стал заострять внимание на слове «синхронный», а ведь физики – народ конкретный, просто так, без веских причин на чертеже ничего лишнего они писать не станут. Загадка? Но у нас ведь есть логика, давайте снова попробуем ее использовать. Синхронные процессы – это те процессы, которые происходят одновременно. С чем может быть синхронен генератор и что именно в нем можно синхронизировать? Генератор – это ротор и статор, статор синхронизировать не получится, поскольку он не движется. Значит, с чем-то синхронизировано движение ротора, а движение у него – это вращение вокруг продольной оси. Что в генераторе еще вращается? Механически – ничего, кроме ротора. Но ток создает вращающееся магнитное поле, хоть мы его глазами и не видим. Все, «следствие, которое вели колобки», закончилось – в синхронном генераторе синхронны вращения ротора и магнитного поля. Никаких проблем, логика продолжает побеждать премудрости электростанции.
Если у ротора два полюса, то за один его полный оборот создаваемая им электродвижущая сила (ЭДС) совершает полный цикл своих изменений. Частота таких изменений измеряется в герцах, Гц – число изменений ЭДС в секунду. Берем число оборотов ротора в минуту, делим на 60 – получаем частоту изменений ЭДС. У нас в электрической сети частота, как известно, 50 герц. Если у ротора сконструированы два полюса, то вращаться он должен со скоростью 3’000 оборотов в минуту – немало, согласитесь. Ну, а что у нас, собственно говоря, вращает ротор-то? Да не секрет – турбина. Ротор подчинен именно ей, ведь, как мы уже говорили, задача турбины – обеспечить забор всей энергии, которую на электростанции получают из того или иного энергетического ресурса. Турбина – главная, генератор конструирует, подстраиваясь под технические требования, которые задают характеристики турбины. О чем мы?
Энергетики на Сургутской ГРЭС-2, Фото: energo-24.ru
К примеру, паровая турбина оптимально работает при 3’000 оборотов в минуту – значит, с такой скоростью и должен вращаться ротор, если у него два полюса. Дизельный генератор имеет оптимальный режим в 750 оборотов в минуту, в четыре раза медленнее паровой турбины. И что тогда? Если у ротора два полюса, за 750 оборотов он выдаст в сеть всего 12,5 Гц. Что делать с таким безобразием? Какие-то переходники придумывать, усложняя механическую конструкцию генератора? Глупо, головоломно, куда проще сконструировать на роторе в четыре раза больше полюсов. 4 х 2 = 8 – вот такое число полюсов у ротора дизельного генератора для того, чтобы наша сеть получала ток частоты 50 Гц. Еще медленнее темп вращения турбин крупных ГЭС – порой всего 150 оборотов в минуту, в 20 раз медленнее паровой турбины. Значит, тут совсем уж другие генераторы – у их роторов 2 х 20 = 40 полюсов. Веселая жизнь у проектировщиков электростанций, однако! Сосчитай, какая именно турбина для электростанции будет оптимальной, потом придумай, как будет выглядеть ротор. И это мы ведь только один из параметров рассмотрели, да и то не полностью.
Исходя из всего, что мы уже успели рассказать, понятен список основных характеристик генератора. Число оборотов в секунду, сила тока, напряжение тока, полная мощность и коэффициент мощности. Что такое коэффициент мощности? А это мы с вами поймали энергетиков на маленькой хитрости – они в это понятие упрятали реактивную мощность, которая, как мы помним, зависит от пресловутого косинуса сдвига фаз силы тока и его напряжения. «Испорченная» формула снова в действии! Да, если вам доведется подслушать разговор энергетиков в курилке, когда они думают, что посторонних рядом нет, то вы услышите, что они время от времени употребляют в разговоре некий «косинус фи». Это мы для простоты в «испорченной» формуле сдвиг фаз обозначили буквой А, а во всяких учебниках физики для «крутости» пользуются буквами греческого алфавита. У медиков – латынь, причем слова и даже фразы, у физиков – греческий, но они умудряются обходиться всего-навсего буквами. Вот буковкой «фи» энергетики традиционно обозначают тот самый сдвиг фаз. Так и живут – когда готовят текст для «всяких прочих» в красивой газете или в журнале, пишут красиво: «коэффициент мощности», а меж собой – «косинус фи». Хорошая такая буква, отражает физическую суть. Вы ведь тоже, когда смотрите на формулу
P = U x I x cos α
и видите этот самый cos, беззвучно говорите «фи»… «Фи» косинусу, если он отличается от единицы! – говорят энергетики, продолжая безостановчно-бесконечную борьбу с реактивным током.
Генератор – это еще и механизм
Что еще беспокоит энергетиков электростанции, если речь идет о генераторах? Ротор – большая железяка, которая крутится с большой скоростью. Значит, механически она должна быть чрезвычайно надежно закреплена на своем месте, и, как любой другой вращающийся вал, делают это при помощи подшипников. Ротор турбоагрегата АЭС, к примеру, имеет диаметр до полутора метров и длину до 6,5. Требования к подшипникам такого вала представить можно, но очень сложно – вращение, трение в подшипнике, система смазки, система охлаждения… На такие глубины мы, с вашего позволения, в этот раз не пойдем – статья и так основательно загружена непростой информацией. Заметим только, что охлаждать на электростанциях приходится много чего.
Турбины и генераторы соединяют между собой специально конструируемой муфтой – она греется. Вращается вал турбины – греется и он. Вращается ротор – и набирает температуру. Для охлаждения чего уже только не придумывают, список всевозможных изобретений, применяемых в наше время стремится к бесконечности. Турбоагрегаты (это турбина, муфта, передающая вращение к ротору генератора и сам генератор) накрывают кожухами, под который закачивают водород, теплопроводность которого выше, чем у воздуха. Тот или иной газ забрал температуру с вала турбины и с ротора, в результате нагрелся сам, его отправляют в охладитель, потом возвращают обратно. Но для машин с мощностью больше 300 МВт системы внешнего охлаждения уже недостаточно, в таких случаях используют непосредственное охлаждение обмоток. Обмотки выполняют полыми, в этих полостях циркулирует охлаждающий газ или жидкость – вода, трансформаторное масло. Работает турбоагрегат – значит, включается система охлаждения.
Сургутская ГРЭС-2, Фото: energo-24.ru
Когда нам говорят, что электростанция часть вырабатываемой электроэнергии тратит на саму себя – речь идет не о лампочках в кабинетах и залах. Насосы, кондиционеры – это вполне заметные нагрузки, бороться за их уменьшение давно стало большой работой для проектировщиков всего этого оборудования. Но результат их трудов всегда один: энергетикам, работающим непосредственно на электростанции, никогда не скучно. За насосами следи, подшипники контролируй, масло во время подлей, герметичность контролируй… Думаете, это все? Зря, нельзя расслабляться!
Давайте представим себе, что генератор у нас в составе гидроагрегата, то есть ротор соединен с гидротурбиной. Вращает турбину вода, а это дело такое – нет-нет, да и меняется частота вращения из-за всяческих внезапных внешних причин. В фильтрующее устройство затянуло мусор – поток воды стал меньше, скорость вращения внезапно изменилась, мусор убрали – скорость вращения снова изменилась. А генератор обязан уметь всего этого «не замечать» – его дело выдавать ток частотой 50 герц. Логично? Логично. Значит, конструкторы генераторов обязаны думать еще и стойкости электрической системы – о ее способности возобновлять начальный режим работы (или максимально близкий к нему) при разного рода возмущениях.
Хватает проблем не только у турбин ГЭС, случаются они и у паровых – утечка пара, какие-то проблемы с сжиганием топлива – генератор и это должен уметь компенсировать каким-то образом. В общем, это отдельная, большая и непростая наука . Устройства автоматического регулирования возбуждения, быстродействующие устройства релейной защиты, увеличение быстродействия коммутационной аппаратуры, устройства динамического торможения, быстродействующее регулирование вращательного момента турбин. Разумеется, в жизни электростанций есть еще и такие внезапные внезапности, которые случаются не меньше двух раз в сутки – города и производства, для обеспечения электроэнергией которых электростанции работают, каждый день ложатся спать, чтобы утром проснуться. «Простите, нам столько не надо» меняется на «Дай-дай-дай и быстро!!!». Затормозить вращение турбины вечером или перевести генераторы на холостой ход (разомкнуть контакты – и вот вращение есть, а тока нет), при этом не допукая выхода из наших 50 Гц? Разогнать турбину, отменить холостой ход генератора и опять же не уйти от 50 Гц?
Вот это все тоже пропускаем, если вы не против. Не будем мучить и рассказами про всяческие высшие гармоники, не бросимся в пучину рассказа о материалах, используемых при изготовлении турбин и ротора – там используются разные металлы и их сплавы. Просим только помнить, что такой доброты – не лезть в такие подробности, электростанции, в отличие от нас, по отношению к персоналу электростанции не позволяют.
Дежурство на электростанции – ежедневный подвиг
Диспетчер в зале увидел какую-то проблему, неисправность – смена должна отреагировать мгновенно. Ногами пробежать, головой подумать, руками исправить: подшипник, насос, компенсатор, разгерметизация, перегрев, недолив-перелив охлаждающей жидкости. В каком зале, в каком коридоре, на каком этаже, где какой вентиль, рубильник – от скрупулезного знания, внимательности, точности действий этих «незаметных людей» в буквальном смысле этого слова зависит наш комфорт, надежность работы городской и промышленной инфраструктуры.
Диспетчерский зал Сургутской ГРЭС-2, Фото: energo-24.ru
Давайте не забывать о них, давайте почаще вспоминать об их ежедневном напряжении, об их бесконечной работы. Тут поломка, здесь сбой, вот там нужно провести профилактику, вот там надо то, вот тут – это… Тяжелейшая работа, требующая предельной внимательности, огромного объема знаний, ежедневной готовности ежеминутно мчаться устранять любые проблемы. С кем, с чем можно сравнить такую вот работу? Разве что с дежурными сменами ракетных войск, только вот у энергетиков, работающих на электростанциях ежедневно проходят не учения, а работа, от которой зависит наше с вами благополучие. Свет горит, лифты бегают, вода из крана на кухне течет, батареи теплые – мы привыкли к этому, относимся как к чему-то совершенно естественному, не так ли? Значит, все эти годы, за которые такая привычка выработалась, персонал электростанций работал и работает безукоризненно. Ежедневно, ежечасно, без выходных и праздников.
Мы так привыкли, нам так удобно – а они дежурят, обслуживают, устраняют, ведут профилактические работы. «В телевизоре» их не показывают, газеты про них молчат , вспоминают про них только в тех случаях, когда происходят ЧП такого масштаба, что просто приходится вспоминать. Вспоминаем словами недобрыми, в запале упуская из виду простой факт – если ЧП случилось раз в 10 лет, то это значит, что 3649 дней сотрудники электростанций отработали на «пять с плюсом». Незаметный трудовой подвиг, который стоит уважительного отношения к королям электротоков, повелителям турбин и генераторов, гвардии бойцов с реактивной мощностью. Доведется познакомиться с такими людьми, просто пожмите им руку и скажите слово «Спасибо» – они его заслуживают от каждого из нас.
Даже беглое, «через две ступеньки на пятую» знакомство с «внутренностями» электрической части электростанций, как видите, требует основательно поработать, подумать, поупражнять память и логику. «Электрическая часть электростанции» – это свежеизобретенное определение, мы его сами придумали – давайте условимся, что это все, что относится непосредственно к производству электроэнергии. К ней не относятся процессы, дающие энергии турбинам – плотины и водоводы ГЭС, топки угольных электростанций, премудрости атомной физики. Только само электричество, его рождение и путь-дорожка от обмоток генератора в наши с вами розетки и прочие лампочки. Кое-что мы рассказали, но впереди еще много интересного и важного. Дорогу осилит идущий!