Алексей МАРАХОВЕЦ. «От АЭС до розетки: как 220 киловольт превратить в 220 В»

Помните анекдот про студентку-блондинку на экзамене, которую преп спрашивает про то, как работает трансформатор, а та, подумав, отвечает — «Вот так: УУУУУУУУУ»?  Я тут зашёл случайно на ульяновскую подстанцию 220 кВ (220 тысяч вольт) и теперь могу сказать, что звук здесь вовсе не «УУУУУУУУУ», а всего лишь тихое потрескивание разрядов над головой. Главное, не пытаться фотографировать себя в прыжке раскрытой селфи-палкой, иначе подписчики увидят в сториз незабываемое фаер-шоу.
О том, откуда в ульяновские розетки приходят любимые 220 вольт, и куда деваются остальные три нуля в номинале напряжения — читайте далее…

Кстати, дорогие жители города Ульяновска, вы же знали, что основной источник электроэнергии в Поволжье вовсе не Жигулёвская ГЭС?  Главная «батарейка» европейской части страны — Балаковская АЭС под Саратовом, мощностью 4000 МВт. Именно от неё тянется одна из главных магистралей в 500 киловольт до Москвы. Проходит линия и через Ульяновскую область, образуя в ней 2 крупных подстанции 500 кВ — в Вешкайме и Ключиках. В Вешкайме ток с АЭС сливается с током еще одного источника — Жигулёвской ГЭС.

А вот нам от всего этого богатства перепадает 220 кВ, которые и приходят на подстанцию «Ульяновская» из Ключиков. Вот теперь знайте, что в ваших розетках не простые, а «атомные» 220 В.

Подстанция «Ульяновская» находится в самом городе, между улицами Станкостроителей и Промышленной. Именно сюда приходит высоковольтная линия 220 кВ. Линий, на самом деле, две, но по факту используется только одна — вторая резервная. Как вы уже поняли, активная та, что справа. От неё на подстанцию и заходят провода. Эта часть называется верхней стороной, по уровню напряжения. Главная задача подстанции — понизить напряжение с 220 кВ до 110 кВ и 6 кВ и передать её потребителю или на другие подстанции в регионе.

Подстанция состоит из двух частей — ОРУ (нет, не я ору) и ЗРУ. ОРУ — это открытое распределительное устройство. Если по-простому, то это всё, что находится на свежем воздухе, под открытым небом. ЗРУ находится соответственно в крытом помещении, и до него мы дойдём позже.

Высоковольтный кабель с опоры ЛЭП подходит на территорию подстанции и подключается к электрогазовым выключателям — белые гофры на фото. Они позволяют отключить подстанцию от тока, чтобы там можно было выполнять работы.

В этих гофрах находятся контакты выключателя, которые под управлением автоматики размыкаются в случае необходимости. Но нельзя просто так взять и развести контакты, потому что это Двести Двадцать Тысяч Вольт. Между ними обязательно возникнет электрическая дуга, которая спалит к чертям всё вокруг и превратит станцию в маленький адок. Чтобы дуга не возникала, необходимо контакты поместить в непроводящую среду диэлектрика. Раньше это были огромные бочки с 6 тоннами специального масла. И это именно они неукротимо и ярко полыхали в случае аварии на подстанции. Сейчас их роль выполняют вот такие колонки, в которые закачан газ гексафторид серы или элегаз. Его пробивное напряжение в 3 раза выше, чем у воздуха, поэтому возникновение дуги в элегазе практически исключено.

Гексафторид серы — это как раз тот газ, который носит название «прозрачная вода». Если наполнить им открытый сверху сосуд (газ в 5 раз тяжелее воздуха ) и поместить туда лёгкую лодочку, сделанную из фольги, то она будет держаться на поверхности и не «утонет».  А если вдохнуть элегаз (он абсолютно безвреден для человека), то голос станет низким, как у Дарта Вейдера.

Элегаз может вытечь из колонки, поэтому нужно постоянно следить за его давлением. Сотрудница подстанции на фото разглядывает в бинокль показания манометра под выключателем и записывает их в журнал.

Но даже если отключить станцию от ЛЭП с помощью выключателей, то никакие работы всё равно проводить нельзя. Для полной безопасности необходим «видимый физический разрыв» — визуально наблюдаемое отделение участка электрической сети. Для этих целей и служат разъединители. Это металлические штанги-контакты между двумя колонками выключателей, которые разводятся в стороны автоматикой с пульта, либо вручную с помощью рычагов управления. На фото их видно слева.

Еще один элемент, необходимый на каждой подстанции — высокочастотный заградитель. Он нужен для того, чтобы не допускать помехи в канале ВЧ-связи. Какая еще ВЧ-связь?  А вот такая. Линии электропередач используются не только для передачи электричества, но и для связи между подстанциями. На частоте 24-1000 кГц по тем же проводам передаются сигналы противоаварийной автоматики, релейной защиты, телефонной связи и телемеханики.   По сути, заградитель — это огромная силовая катушка индуктивности. Она блокирует ВЧ-сигналы от других источников, работающих на соседних линиях с близкими частотами.  Подобное устройство есть и на кабеле, идущем от вашего компа к монитору и называется ферритовым фильтром — обратите внимание на «бочонок» у разъёма.

А вот это еще одно устройство, которое позволяет регулировать напряжение в энергосистеме —  батарея статических конденсаторов (БСК). Она используется для повышения напряжения на 3-4% с целью его нормализации.  Раньше в конденсаторах использовалась диэлектрическая жидкость трихлордифенил, которая при разложении превращалась в диоксины — чрезвычайно токсичные вещества. Сейчас такие устройства практически повсеместно выведены из эксплуатации и заменены на безопасные.

Вот мы плавно и подошли к самому главному девайсу — биг-боссу подстанции, Трансформатору. Это автотрансформатор мощностью 125 МВА (мегавольтампер) и стоимостью 127 млн. рублей. Их тут два. Оба сейчас работают на 50% от максимальной нагрузки. Производит их компания «Тольяттинский Трансформатор».

На вход трансформатор принимает напряжение 220 кВ, а на выходе понижает его до 110 кВ и 6кВ (у него две вторичных обмотки). В процессе работы выделяется очень много тепла, поэтому трансформатор необходимо охлаждать. Делается это с помощи масла, которое забирает тепло с обмоток и через систему радиаторов и кулеров отдаёт в окружающую среду.

Большая ёмкость — это расширительный бак для трансформаторного масла.

Масло имеет свой срок службы. Каждая партия нового масла проходит строгий контроль в лаборатории подстанции.

Там оно нагревается, и образующиеся в масле газы подвергаются хроматографическому анализу в специальном оборудовании.

Эти трансформаторы на подстанции «Ульяновская» появились сравнительно недавно — в 2012 году. «ФСК ЕЭС» потратила на модернизацию этого объекта около 2 млрд. рублей.

Ток пониженного до 110 кВ напряжения уходит опять на ЛЭП, опора которой находится уже с другой стороны подстанции. Эта линия дальше идёт в сторону Димитровграда, к подстанции «Черемшанская».

Но, как я уже сказал, трансформатор 220/110 имеет две вторичные обмотки, и на выходе даёт еще и ток, напряжением в 6 кВ. Он течёт по металлическим шинам к ЗРУ (закрытое распределительное устройство).

Этот ток 6кВ используется для нужд городских потребителей электроэнергии. Напрямую подстанция «Ульяновская» запитывает только крупные промышленные предприятия города: «Завод железобетонных изделий», «Завод крупного панельного домостроения», «Ульяновский аэропорт», Ульяновский механический завод «УМЗ-2» и другие. Мы с вами получаем свои 220 вольт через другого поставщика — «УльГЭС», который, в свою очередь, получает электроэнергию с этой подстанции.

ЗРУ представляет собой здание, в котором располагаются контроллеры. К ним и подходят кабели с 6 кВ с улицы. Каждый контроллер (шкаф) — отдельный потребитель.

Контроллеры подписаны — больше всего шкафчиков обслуживают «УльГЭС», то есть, нас с вами в конечном итоге.

Вот отсюда начинается электричество для «Строй ЖБИ», «ВоТГК» и «УВАУГА».

Чик — и света у них нет.

Чик — и света нет в «Картхолле».

Чикать кнопками в ЗРУ можно только в специальной обуви, исключающей контакт с землёй. А вообще, требования для 6кВ намного мягче, чем к 220 кВ. Если там запрещено приближаться к токоведущим частям ближе, чем на 2,5 метров, то здесь запрещено только прямое касание.

В любом случае, для плановых и ремонтных работ в каждом контроллере предусмотрены вакуумные выключатели. Помните, я рассказывал про газовые и масляные? Это третий тип.

С каждого шкафчика ток 6 кВ по подземным кабелям поступает конечным потребителям и на другие понижающие трансформаторные подстанции. В каждом дворе есть такая будка, куда приходит 6 кВ, а на окружающие дома уходит 400 В. Да, да, именно 400, потому что это напряжение между двумя фазами бытовой трехфазной сети. А между фазой и нулём как раз те самые 220-230 В.

В главном здании подстанции располагается АСУ ТП — пульты автоматизированной системы  управления технологическим процессом.

Отсюда станция управляется в автоматическом и полуавтоматическом режиме. Оператор при необходимости изменяет параметры и контролирует их. На табло высвечиваются текущие показатели силы тока и напряжения в энергосистеме.

Теперь вы знаете, что происходит, когда половина вашего района остаётся без света. Это значит, что где-то чего-то на подстанции утекло, возникла какая-нибудь адова дуга, разлетелись в клочья изоляторы, автоматика отключила секцию, забегали находящиеся на дежурстве люди, развели разъединители, достали со склада ЗИП и в жутко нервозной обстановке, среди ночи, меняют оборудование. Иногда эти люди не спят несколько суток. Это те, кто несёт свет в наши дома. И имя им — Энергетики.

Автор фото и текста: Алексей Мараховец