Солнечный удар для энергетики: почему в жару отключаются электрические подстанции

В чем минусы мощных трансформаторов, чему нам можно поучиться у Саудовской Аравии? На эти и другие вопросы отвечает доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения Кубанского государственного аграрного университета Владимир Тропин.

Где проблема «зарыта»

– Владимир Валентинович, июль для кубанцев выдался сложным, к изматывающей жаре добавились частые многочасовые отключения электричества. На ваш взгляд, кто виноват, в чем главная причина таких частых сбоев в энергосистеме летом?

– Давайте вспомним физику. Постараюсь объяснить как можно проще и понятнее. Начнем с того, что все наши ГОСТы и стандарты, по которым работает энергосистема России, рассчитаны на максимальную температуру окружающей среды в 35 градусов. Поэтому, когда закладывают в расчеты предельно допустимые температуры для элементов трансформаторов, к примеру – для обмотки, сердечника или масла, предполагается, что окружающий воздух будет достаточно прохладным, чтобы охлаждать их.

Трансформаторы во время работы нагреваются – и это тоже физика, законы которой мы не можем отменить. Выходная мощность всегда чуть меньше входной, а разница – это, если простыми словами, то самое тепло, которое нагревает трансформатор. Это тепло, согласно формуле, пропорционально току в квадрате: то есть если мы купили бытовой прибор с мощностью на 10 процентов больше, то потери и нагревание в трансформаторе увеличатся уже на 20 процентов. Вот где «зарыта» основная проблема.

К тому же стоит окружающему воздуху прогреться на восемь градусов больше заложенной нормы, и срок службы трансформатора сразу падает вдвое, с 20–25 лет до 10. И в аномально жаркие дни, как было в том же Краснодаре, мы объективно не можем с уверенностью сказать, как поведет себя техника. Удастся ли предотвратить аварию. Это неуправляемый процесс.

– Что-то может загореться?

– Для начала сработает автоматическое выключение. Наши трансформаторы, к слову сказать, имеют запас прочности и допускают 30-процентную перегрузку в течение трех часов. А если на перегрев не срабатывает автоматика, тогда и сгореть может. Масло загорается при температуре выше 95 градусов. Это очень быстро происходит – взрыв, и пошло-поехало...

И еще одна очень важная закономерность: при повышении номинальной мощности любого нашего трансформатора потери в нем растут пропорционально кубу линейных размеров. Линейные размеры – это длина, высота, ширина. Объясню, что это значит. Когда-то мы жили хорошо, и трансформаторы у нас везде стояли маленькие, небольших мощностей – 250, 400 киловольтампер (кВА). Они грелись меньше. А сейчас чаще большие, мощностью 630, 1000 кВА. Вроде бы хорошо: большая подстанция, большая мощность. Но вот что касается потерь и выделяемого тепла, то это не очень хорошо.

Быстро не получится

– Одна из главных жалоб от потребителей – на то, что аварийные бригады очень медленно работают, много времени проходит от выключения электричества до его подачи. С точки зрения физики, это закономерно? Или где-то все же есть просчеты энергопоставляющих компаний?

– Безусловно, если сработала автоматика на перегрев – остыть в одно мгновение ничего не может. Людям кажется, что это как в щитке у них на лестничной клетке – щелк и включил. Когда автоматический отключатель сработал, кому-то нужно прийти на подстанцию, провести весь анализ, возможно, изменить настройки, провести испытание, чтобы его снова включить. Все это – время! Это не час, а, возможно, три-четыре часа. Надо сделать снова по программе наладку, все проверить, запустить. У электриков очень жесткий регламент.

Что касается просчетов… Мне 73 года, и я специалист «старого звена», воспитан, так сказать, в старых традициях. И традиционисты нашей электрики еще в 1910 году придумали, что номинальный ток на выходе наших трансформаторов не должен превышать 600 ампер. Есть такая классическая схема: «600 ампер – 0,4 киловольта – 0,4 мегавольтампера – 0,4 километра». Или, допустим: «600 ампер – 10 киловольт – 10 мегавольтампер – 10 километров». Как только ток в 600 ампер превышается, это плохо. А сейчас по каким-то экономическим соображениям стали трансформаторы умощнять. И перестали соблюдать эту простую схему: 0,4 киловольта, а ставят трансформатор не 0,4 мегавольтампера, а 1. И у него теперь номинальный ток не 600 ампер, а 1500 ампер.

– Это ошибки проектировщиков?

– Скорее, не ошибки, а желание усилить и при этом сэкономить. Население растет, места в том же Краснодаре мало, трансформаторы устанавливать негде. Поэтому их умощняют. А при выходном токе 1500 ампер и провода сильнее греются, и выключатели автоматические плохо работают. Но самое главное, при этих токах контакты начинают греться и выходить из строя. Соединение – это самое сложное у нас в электротехнике. Вот они еще колоссальную роль играют.

Все упирается в деньги

– А как с высокими температурами справляются жаркие страны? Та же Саудовская Аравия?

– Ну, во-первых, у них в ГОСТы заложена номинальная температура не 35, а 45 градусов. Да и охлаждение у них совсем другое. На окружающий воздух там не надеются, а ставят системы водомасляного охлаждения. Масло в трансформаторе у них запускается еще в водяной контур, и вода охлаждает это масло извне.

– А почему нам на Кубани не перейти на такое же оборудование?

– Искусственное охлаждение – это очень и очень дорого. В этом все дело. Мы иногда ставим на мощных трансформаторах вентиляторы, это называется «трансформаторы с дутьем». Да, они охлаждаются искусственно, но мы при этом тратим энергию еще и на эти вентиляторы, да и КПД немного уменьшается. В Краснодаре практически нет такого.

– Вы наверняка следите за работой энергопоставляющих компаний, ваши студенты ходят туда на практику – у этих предприятий есть программы модернизации? Может быть, оборудование планируют когда-то менять на более «жаропрочное»?

– Конечно, все это есть – и новые методики, и модернизация. Но это же деньги. И чаще всего за счет потребителей. Поэтому процесс не быстрый.

– На ваш взгляд, у нас есть какие-то перспективы поменять ситуацию в ближайшее время? Или в следующем году опять ждать коллапса?

– Ну что вам сказать… Я живу в Краснодаре уже 70 лет, и я помню, что и 30 лет назад были такие проблемы. Но они нарастают в связи с тем, что население растет в геометрической прогрессии и живут люди все лучше, покупают больше оборудования, бытовой техники. И часто используют их не очень эффективно. Например, сплиты оставляет на всю ночь, хотя можно их в четыре утра было бы выключить. Поэтому для начала надо ввести за правило энергосбережение.

И строить потихоньку новые электростанции. Когда по телевидению показывали Ростовскую АЭС, на которой случился сбой, я увидел на цифровом табло цифру – 1500! Это значит, 1500 мегаватт выдавал блок – предельную мощность, на которую рассчитан, даже запаса нет никакого! Он вышел из строя – и другие регионы в принципе не могли ничего поделать. Ну не приходят к нам эти 1500 мегаватт, их нет! Поэтому вынужденно кого-то временно отключали. И тут жалобы ничем не помогут. Каждый человек должен понимать, что электричество – это сложнейшая область техники и науки. И все мы должны потихоньку начинать в ней разбираться.

Где еще случались энергетические коллапсы из-за жары

• В июне массовое отключение электричества произошло на части территорий Черногории, Боснии и Герцеговины и Хорватии, а также Албании. Авария электрораспределительных сетей произошла на фоне высоких температур в регионе. Температура здесь достигала 40 градусов.

• В июне в Кувейте из-за рекордной жары ввели веерные отключения света. Энергетическая инфраструктура не выдерживала возросших нагрузок из-за увеличения температуры. «Веер» коснулся 60 районов. Температура повышалась до 51 градуса.

• В мае в Мексике во многих городах на фоне повышения температур произошли отключения электроэнергии: у Национального центра по контролю за энергетикой сработали системы сигнализации. А в июне в северном городе Мексики Чиуауа из-за жары отключилось электричество для водяных насосов, что привело к прекращению водоснабжения для более чем 70 тысяч человек в течение двух недель.