Линии электропередач (ЛЭП), работающие на основной промышленной частоте 50/60 Гц (Power Line Emission, PLE), буквально опоясывают землю. Это протянутые на многие сотни и тысячи километров, гигантские источники мощного излучения, способного проникать не только в атмосферу, но и в ионосферу Земли и нарастающего по мере технологического развития человечества.

"Наша планета сегодня находится в постоянном электромагнитном окружении. Его создают не только природные процессы (электрическое и постоянное магнитное поле Земли, радиоволны Солнца и звезд, атмосферные процессы), но и мы сами, люди, — говорит заведующий лабораторией "Физика околоземного пространства" ИФЗ РАН Вячеслав Пилипенко. — Идеально работающие ЛЭП ничего не должны излучать, потому что любое излучение — это дополнительные потери энергии, и энергетики принимают меры, чтобы их избежать. Но в промышленных районах под действием сильной нагрузки или при сильных геомагнитных возмущениях ЛЭП выходят из идеального режима работы".

Трёхфазная линия передачи энергии на большие расстояния должна быть сбалансированной. Это значит, что напряжения и токи каждой из фаз имеют одинаковую амплитуду, а сдвиг амплитуды по фазе равен 120 градусам. Если хотя бы одно условие не выполняется, то система становится разбалансированной, что приводит к снижению эффективности работы ЛЭП и потерям мощности из-за излучения электромагнитной энергии.

Источником дисбаланса является неравномерность нагрузки. Скоростные железные дороги, индукционные печи в металлургии, компьютеры, системы освещения и даже чайники — всё это нелинейные потребители энергии и главные "виновники" возникающей неравномерной нагрузки.

"Из-за нелинейных элементов в системах потребителей промышленных районов в ЛЭП генерируются высшие гармоники, и тогда ЛЭП может работать как излучающая антенна. Наши расчёты показали, что излучение это может быть достаточно сильным. Настолько, что его способны зарегистрировать спутники. Люди, которые занимаются спутниковыми наблюдениями, изучают в основном природные процессы. Но когда на фоне природных шумов проявляется вот такая "активность" наших линий электропередач, её уже невозможно игнорировать. Стабильное излучение на 50 и 60 Гц — природа такого создать не может", — отмечает Вячеслав Пилипенко.

Высшие гармоники — это токи или напряжения, частота которых превышает основное колебание 50/60 Гц и кратна этой частоте основного колебания. Высшие гармоники тока не вносят вклад в активную мощность, но оказывают термическую нагрузку на сеть.

Электромагнитные излучения в ионосфере фиксировались спутниками DEMETER (высота орбиты примерно 660 км) и "Чибис-М" (высота 500 км). Статистика, собранная геофизиками за десять лет, показала, что интенсивность PLE над промышленно развитыми районами уже значительно превышает средний уровень.

Самыми "мощными" потребителями электроэнергии оказались европейские страны, Китай, Индия, США, Канада, а также регионы европейской части России и Дальний Восток. Поэтому активным изучением эффекта электромагнитного "загрязнения" околоземного пространства занимаются прежде всего исследователи промышленно развитых стран. В последние годы активизировались китайцы, т. к. самые протяженные и сверхвысоковольтные ЛЭП располагаются именно в Китае.

Этой проблемой учёные заинтересовались ещё в 80-х годах прошлого столетия. Так, на одной из сессий COSPAR (Комитета по космическим исследованиям) рассматривался вопрос о возможном влиянии электромагнитных излучений промышленных потребителей на ионосферу, и был отмечен эффект так называемого "выходного дня" — увеличение электромагнитных излучений очень низких частот в ионосферу в рабочие дни по сравнению с выходными днями (электромагнитное "дыхание" земной цивилизации в околоземное космическое пространство).

Теоретические модели, позволяющие достоверно оценить степень проникновения энергии PLE в верхнюю ионосферу, в рамках совместного с ИФЗ РАН исследования разрабатывали специалисты института химии и энергетики Тольяттинского госуниверситета. Как отметила заведующий кафедрой "Электроснабжение и электротехника" ТГУ, профессор Вера Вахнина, для российских исследователей электромагнитное загрязнение околоземного пространства — тема новая.

"Растущие передаваемые мощности и напряжения ЛЭП говорят о том, что из-за деятельности человека электромагнитного излучения становится всё больше и больше, причём не только на Земле, но и в космосе. Мы пока мы не можем достоверно и в полной мере прогнозировать, к чему приведёт такое "загрязнение" околоземного космического пространства, как повлияет на земные технологические системы. Это вторичный эффект. Однако, исходя из проведенных исследований, возникает предположение, что, в первую очередь, это может оказать влияние на спутниковую связь на базе низкоорбитальных спутников — а это системы радиосвязи, высокоскоростной интернет, системы геолокации. То есть, все те блага на основе беспроводных технологий, к которым привыкло современное человечество. Поэтому необходимо внимательно отслеживать источники интенсивного электромагнитного излучения на Земле, чтобы своевременно разрабатывать способы защиты, если они понадобятся, и решать вопрос с уменьшением этого воздействия на технологические системы", — комментирует Вера Вахнина.

Исследование было проведено в рамках программы "Приоритет-2030" национального проекта "Наука и университеты".