Об одном из них нельзя не сказать несколько слов — это электронный осциллограф. В одном из режимов его внутренний генератор, воздействуя нарастающим напряжением («пила») на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, равномерно продвигает электронный луч и высвечивает на экране ровную горизонтальную линию. Если при этом на другую пару отклоняющих пластин подать какой-нибудь исследуемый сигнал, то он будет отклонять луч вверх-вниз, и на экране появится самый настоящий график сигнала — подробный отчёт о всех его изменениях во времени. В двухлучевом осциллографе можно наблюдать и сравнивать одновременно два сигнала. Осциллограф может работать в нескольких режимах, демонстрируя главную черту всех измерительных приборов: они позволяют реально увидеть невидимый мир электричества.
Глава 18Бригады прибывают по медному проводу
Коротко познакомившись с основными источниками и потребителями электроэнергии, нельзя считать, что тебе открылась картина современной большой электроэнергетики. В этой картине пока не хватает исключительно важного звена — системы транспортировки и распределения электрической энергии, её доставки от генератора к потребителю. Нажимая на кнопку выключателя настольной лампы, мы, конечно, понимаем, что электричество приходит в наш дом с электростанции, и приходит по проводам. Но большинство пользователей, скорее всего, не знает, как много на этом пути устройств преобразования, переключения и распределения электроэнергии, приборов контроля, управления и защиты, насколько сложным бывает то, что скромно называется «электрическая сеть».
Детальное знакомство с электрическими сетями нужно, разумеется, лишь специалисту, но получить некоторые общие сведения о сетях полезно каждому, кто хочет представить себе, как в нашем мире работает электричество.
Т-186. Незаменимый вклад реальности. В конце сороковых годов только что ушедшего столетия, то есть больше, чем шестьдесят лет назад, отечественное электронное телевидение сформировалось как область техники и технологии, готовая служить миллионам. Институты уже готовили инженеров-телевизионщиков, студенты учились по прекрасным новым учебникам телевидения, делали лабораторные работы, защищали курсовые проекты по телевизионным передатчикам, приёмникам, антеннам. Но при этом многие без пяти минут инженеры никогда не видели живого телевизора — телецентры были только в Москве и Ленинграде. В то время автор оканчивал радиотехнический институт далеко от Москвы, сдал курс телевидения и, завершая работу над дипломным проектом по телевизионной тематике, впервые увидел телевизионную картинку (разумеется, чёрно-белую, о цветной в те времена даже не фантазировали), когда попал в Ленинград на преддипломную практику. Прекрасно понимая, как всё это делается, откуда, куда и какие идут ТВ-сигналы, где и как они обрабатываются, как формируется картинка, я был просто потрясён, когда увидел её живьём, на всю жизнь запомнил этот момент и кадры из венгерского фильма «Мишка-аристократ» на маленьком контрольном телевизоре в аппаратной Опытного ленинградского телецентра. С этой картинкой пришло совсем иное отношение к тому, что я знал о телевидении, — таков незаменимый вклад реальности.
Мы с вами постепенно приблизились к нынешнему крупномасштабному производству электроэнергии. Сначала предстали перед нами его физические основы, например электромагнитная индукция, затем появилась вращающаяся в магнитном поле рамка и, наконец, настоящий генератор. Настал момент сделать последний шаг — взглянуть на настоящую электростанцию. Из нескольких её типов для этого путешествия лучше всего, пожалуй, выбрать (если будет возможность выбирать!) самую распространённую тепловую станцию.
Перед тем как вы отправитесь на экскурсию, вспомните, пожалуйста, то, о чем уже говорила эта книга, с чего мы с вами начали. Ни детальный рисунок, ни подробный комментарий к нему, ни попытки образного описания чего-либо не могут заменить незаменимого — личного впечатления, реального знакомства. Чтобы почувствовать, что такое мир, в котором мы живём, надо своими глазами увидеть некоторые его важные фрагменты, например, большой аэропорт, сельскохозяйственную ферму, госпиталь, автоматизированное производство компьютеров, морской лайнер, научный центр, автомобильный завод, университет, полиграфический комбинат и, конечно, крупную электростанцию, которая даёт силу всему, что работает вокруг нас.
ВК-234. Человек построил холодильники, хранилища пищевых продуктов. Существуют хранилища металлов, тканей, водохранилища. Но нет у нас больших хранилищ электрической энергии. Пока эту задачу решают батареи конденсаторов большой ёмкости, но они рассчитаны на малые напряжения и пока ещё не очень пригодны для электромобилей. Можно бы хранить энергию в магнитном поле катушек, но для них нужны обмотки без потерь. Так что проблема электрических кладовых остаётся открытой.
Тепловая электростанция, сокращённо ТЭС, начинается с подъездных железнодорожных путей, по которым ей доставляют топливо, например уголь или мазут. Если ТЭС питается газом, то он, скорее всего, приходит с какой-либо районной распределительной станции по трубопроводам и, конечно, проходит через контрольно-распределительный отдел самой электростанции. Он имеет свои органы управления и контрольные приборы, позволяющие, например, оценить входное давление и поступление газа и его расход. Если будете на станции, потребляющей уголь, обязательно обратите внимание на участок разгрузки вагонов — в большинстве случаев это делается, как принято говорить, без прикосновения человеческой руки (Р-87). Подобные автоматы-разгрузчики уже давно стали своего рода символом освобождения человека от тяжёлого физического труда.
Не пожалейте времени на машинный зал и постарайтесь вспомнить то, что мы с вами уже обсуждали касательно машин, которые вы в нём увидите. Поинтересуйтесь сроком плановых осмотров или остановок той или иной машины для профилактического осмотра и текущего ремонта. Обратите внимание на размеры машин — длина мощного электрогенератора может составлять несколько метров, и конструкторы, стремясь к повышению мощности, сделали бы его ещё длиннее, если бы не опасность провисания тяжёлого ротора. Это мы с лёгкостью говорим «допустимое провисание», на самом деле решения здесь принимаются на основе многократных испытаний, анализов металла и расчётов с микронной точностью.
Путешествие по машинному залу покажет вам, разумеется, не всё, что участвует в производстве и поставках электроэнергии, на пути к потребителю она проходит через невидимые преобразования в сложном сооружении, которое называется «электрическая сеть». Образно говоря, бригады электрических работников прибывают к нам с электростанции по медному проводу со многими пересадками.
ВК-235. Полоса частот передатчика — серьёзная проблема для длинных и средних волн, где общая частотная территория невелика. На ультракоротких волнах (УКВ) и в более высокочастотных диапазонах частотные «пространства» велики и легче находят место передатчикам с широкой полосой. В этих диапазонах работают станции с частотной модуляцией и высоким качеством звука и телевизионные передатчики, каждому из которых нужна полоса, достаточная для сотен средневолновых радиостанций.
Т-187. Машины тысячекилометровых размеров — электрические сети и системы. Одна из главных забот при передаче энергии с электростанции к потребителю — снижение потерь. Даже сейчас, когда для этого, казалось бы, сделано всё возможное, мировые потери при транспортировке электричества составляют примерно 10 % от всей добываемой электрической мощности. Главный способ снижения потерь — это переброска электрической энергии по линиям электропередачи при высоком напряжении и по возможности не очень больших токах (Р-78). Генератор электростанции даёт на выходе 10–15 кВ, для транспортировки больших мощностей на большие расстояния этого недостаточно. Увеличить выходное напряжение генератора нельзя, это недопустимо усложнит его. Поэтому перед отправкой в дальний путь электричество поступает на подстанцию, где мощные трансформаторы повышают напряжение, и по дальним линиям электропередачи (ЛЭП) уже идут десятки и сотни тысяч киловатт при напряжении, увеличенном до многих десятков и сотен тысяч вольт.
Казалось бы, можно и дальше снижать потери, ещё больше увеличивая напряжение, но здесь тоже есть свои ограничения. Например, потери, связанные с коронным разрядом: высокое напряжение ионизирует воздух вокруг проводов, затрачивая на это энергию. Да и само оборудование линий передачи и трансформаторных подстанций с ростом напряжения становится сложнее и дороже. Когда-то даже была такая популярная в народе песня «ЛЭП-500 непростая линия…», в песне говорилось о линии электропередачи ЛЭП-500, то есть передающей электрическую энергию при напряжении 500 киловольт, полмиллиона вольт.
ВК-236.В таблице цифры, подтверждающие высказывания в подписи к предыдущему рисунку. Диапазоны, начиная с УКВ и с более высокой частотой, имеют серьёзный недостаток: их радиоволны распространяются лишь на расстояние прямой видимости и даже при высоких антеннах больше 30–50 километров обычно не проходят. Но этот недостаток имеет огромное достоинство — станции, расположенные на расстоянии порядка 100 километров, могут работать на одних и тех же частотах, не мешая друг другу.
Для потребителя, разумеется, нужны сравнительно невысокие напряжения — и машины для них проще, и правила техники безопасности не столь суровы. Поэтому любая высоковольтная линия в конце концов приходит на подстанцию или на цепочку станций, с последней из которых получают энергию жилые районы городов и где трансформаторы понижают высокое напряжение до 380/220 В. Здесь первая цифра 380 В указывает линейное напряжение в трёхфазной системе (звезде), вторая цифра 220 В — это фазовое напряжение (оно всегда в 1,7 раза меньше линейного), которое и поступает в наши квар