Покоренная плазма

Многие, не знающие коварный характер молний, расчерчивающих огненными зигзагами грозовое небо, считают, что защититься от нее дело несложное. Достаточно, мол, поставить металлический штырь на крыше, соединить его с землей — и делу конец.

В действительности все обстоит иначе. Обезопасить людей, промышленные сооружения, жилые дома и другие объекты от грозовых разрядов — это значит решить целый комплекс сложных вопросов, предусмотреть все неожиданности, которые может преподнести молния.

Государство тратит большие средства, чтобы предохранить людей и народное добро от ударов молнии — плазмы, вспыхивающей в воздухе.

Поговорим вначале о защите зданий от ударов молнии. Ни один проект нового здания, особенно высотного, не утверждается, пока не будет разработана система грозозащиты.

В специальных лабораториях строят макеты таких зданий и обстреливают их искусственными молниями. Если будут обнаружены уязвимые места, грозозащита усиливается.

Даже если строится большой жилой дом с железной крышей, недостаточно заземлить ее в одном месте. Провода-токоотводы должны соединять ее через каждые двадцать пять метров периметра крыши, а также по углам.

Самые строгие требования к защите от грозы предъявляются к промышленным объектам, которые производят взрывоопасные вещества или имеют смеси пыли, паров, газов, способных взорваться. Молниеотводы на такие здания не ставятся, они располагаются вокруг здания, защищая от прямых попаданий молний большой участок. Чтобы внутри помещения не возникла искра, все металлические части оборудования заземляются.

Как видите, молнии приносят немало хлопот людям и обходятся в копеечку.

Не простое дело — защита от ударов молнии проводов, подвешенных над землей.

Вряд ли смогли бы мы регулярно слушать радиопередачи, пользоваться электрическим светом, разговаривать по телефону, если бы специалисты не придумали, как избавиться от попадания молний в провода.

При прямом ударе молнии в провод в линии связи или в линии электропередачи могут возникать напряжения в несколько миллионов вольт. Даже если разряд молнии попал не на линию, а между облаками, в проводах возникают перенапряжения в сотни тысяч вольт. Волна перенапряжения стремительно мчится вдоль проводов, может врываться в дома и учреждения и поражать людей, выводить из строя аппаратуру.

Приходилось вам видеть шеренги высоких металлических опор, к которым подвешены провода линии электропередачи? Зачем на них подвешено четыре провода, а не три, необходимых для передачи трехфазного тока?

Из-за гроз. Верхний провод, прикрепленный к самым верхушкам опор, служит для защиты остальных проводов от прямых ударов молнии. Он так и называется «тросовый молниеотвод».

А как быть в том случае, если молния все-таки ухитрится ударить в провод? Линия выйдет из строя?

Нет. В этом случае с искрой-молнией вступает в борьбу искра защитная.

На рисунке показан провод высокого напряжения, подвешенный на гирлянде изоляторов. Когда в провод ударит молния и в нем возникнет перенапряжение, изоляторы остаются невредимыми. Разряд образуется раньше между двумя защитными кольцами, смонтированными у обоих концов гирлянды. Молния лишь на мгновение замыкается на землю, и это мгновение столь коротко, что потребители даже не замечают «атаки» молнии.

Телеграфные провода защищаются от ударов молнии не только искровыми разрядниками, но и особыми плазменными устройствами — ионными разрядниками.

Вдоль линии через определенные расстояния устанавливаются эти надежные часовые, представляющие собой газоразрядные трубки, наполненные неоном или водородом. Один электрод разрядника присоединен к проводу, второй — к земле. Когда в провод ударит молния или возникнет перенапряжение от сверкнувшей неподалеку молнии, в трубке возникает плазма. Она автоматически заземляет линию. Как только заряд стечет в землю и напряжение в линии станет безопасным, разряд гаснет и линия продолжает работать как ни в чем не бывало.

Заглянем под капот автомобиля: там немало интересных устройств, заставляющих машину работать долго и безотказно. Всюду можно увидеть провода различных сечений и расцветок, клеммы, датчики, прямоугольные и цилиндрические коробки, назначение которых непосвященный человек поймет не сразу. В передней части, сверху или сбоку двигателя, пристроен генератор. Это электростанция автомобиля, она заряжает аккумулятор, питает энергией лампы фар и другие электроустройства. Ротор генератора при помощи ременной передачи вращается от вала двигателя. Прибавит водитель газ, ротор вращается быстрее, сбросит — обороты его падают.

Если бы не было небольшой коробочки — реле-регулятора, то генератор давал бы самые различные напряжения. При больших оборотах он перегружал бы током аккумулятор, а лампочки бы перегорали, при малых — аккумулятор не получал бы нужной подзарядки.

В реле-регуляторе, если снять с него крышку, можно увидеть несколько катушек — электромагнитов. Они чутко реагируют на всякие изменения напряжения и силы тока генератора и замыкают или размыкают контакты. Ходит по городу целый день машина, а в коробке реле-регулятора то и дело пощелкивают контакты. Шофер спокоен — электростанция не подведет.

Сотни тысяч размыканий и замыканий тока сделают контакты реле за долгую жизнь машины. И каждый раз между ними проскакивает искорка, появляется и исчезает небольшой кусочек плазмы, хотя здесь это и нежелательное явление.

Я уже рассказывал о работе супругов Лазаренко, вступивших в бой с искрами-грызунами. Они убедились, что перед искрой никакой материал устоять не может, и создали свой замечательный станок для электроискровой обработки.

Но искры в тысячах реле продолжали скакать и грызть контакты. Они нередко так разогревали их, что контакты спекались, сваривались и тогда машина или какой-либо сложный станок теряли координацию движений, либо переставали работать. Из-за маленькой искры выходила из строя большая машина.

Инженеры ломали голову над тем, как уменьшить искрение в контактах, химики-металлурги стали создавать специальные сплавы, которые смогли бы выдержать побольше «укусов» искры. Она незаметно, изо дня в день разрушает, грызет металл контактов реле, каким бы прочным он ни был.

Одним из средств, уменьшающих искрение контактов, является включение так называемых искрогасящих конденсаторов.

На рисунке вы видите пару контактов реле, параллельно которым подключен конденсатор. Контакты замкнуты, и через них идет ток. В данный момент на конденсаторе нет напряжения, он «закорочен» контактами.

При размыкании контактов ток в цепи не исчезает мгновенно. Пока между контактами «живет» искра, электроны движутся в проводах. Но при конденсаторе искра не получается такой «жирной», как в случае, когда конденсатора нет. Часть тока идет на зарядку конденсатора, и искре «достается» меньшая мощность.

Правда, при замыкании контактов конденсатор будет разряжаться через них, увеличивая искру, но с этим мирятся, потому что при замыкании искра получается значительно слабее. В системе зажигания автомобиля искрогасящий конденсатор — важная деталь. Он устанавливается параллельно контактам прерывателя и не дает этим контактам быстро подгорать и выходить из строя.

И все же до сих пор искрение в контактах механических реле считается большим злом. В некоторых случаях приходится отказываться от таких реле и применять более сложные электронные схемы.

Помните, я рассказывал о тиратроне — плазменном приборе, имеющем, кроме анода и катода, еще электрод — сетку.

Оказалось, что с помощью тиратрона можно не только выпрямлять переменный ток, но и прерывать его. Иными словами, использовать его в качестве реле.