Магнитные бури влияют не только на самочувствие человека. Они могут стать причиной техногенной катастрофы и вывести из строя системы электроснабжения целого региона на длительное время*. Масштабные перебои в работе электросетей вызывают не сами геомагнитные бури, а генерируемые ими геоиндуцированные токи. Они нагревают металлические элементы конструкции силовых трансформаторов и могут привести к полному их повреждению. Ущерб — миллиарды рублей.

В Тольяттинском госуниверситете (ТГУ) эту тему изучают 15 лет и в настоящее время разрабатывают лабораторный образец устройства, которое будет отслеживать геомагнитные возмущения и блокировать их негативное действие на силовые трансформаторы электросетей. Авторы проекта — специалисты кафедры "Электроснабжение и электротехника" ТГУ под руководством заведующего кафедрой доктора технических наук Веры Вахниной и доцента, кандидата технических наук Алексея Черненко.

Устройство состоит из системы мониторинга на основе датчика Холла (измерительный преобразователь для измерения величины магнитного поля) и системы управления режима нейтрали силового трансформатора. При геомагнитном возмущении геоиндуцированные токи будут втекать в нейтрали и обмотки трансформаторов. Система отследит этот момент и даст сигнал на отключение нейтрали — сработает защита, и трансформатор не почувствует воздействия геоиндуцированных токов из-за геомагнитной бури.

"Такие системы мониторинга и устройства защиты силовых трансформаторов особенно могут быть востребованы в российских энергосетях, расположенных в арктической зоне, — отмечает Вера Вахнина. — Геомагнитные бури развиваются на высоких широтах. Но мониторинг сбоев в работе энергосистем из-за воздействия негативных природных факторов ведут только на пяти электрических подстанциях Кольского полуострова. Это проблема. По данным Ростехнадзора, большое количество повреждений силовых трансформаторов в северных регионах происходит по невыявленным причинам. Хотя можно предположить, что деформация обмоток трансформатора, "пожар стали", любые серьёзные сбои в электросетях могли стать следствием геомагнитного возмущения".

Для России, треть территории которой расположена в арктической и северной зонах, это актуальный вопрос. И решать его нужно как можно быстрее, так как геофизики говорят об ещё одной усиливающейся тенденции — изменению положения магнитных полюсов Земли. Полвека назад по координатам Северный магнитный полюс располагался ближе к Канаде. В настоящее время учёные Института физики Земли РАН отмечают дрейф Северного магнитного полюса в сторону Сибири.

"Если этот дрейф сохранится, то уже ближе к 2050 году Северный магнитный полюс окажется на территории российской Арктики. Тогда наша энергосистема будет ещё сильнее подвержена воздействию повышенной магнитной активности. К этому уже сейчас нужно готовиться, чтобы понимать, как защищать наши энергетические сети, — подчёркивает Вера Вахнина. — К сожалению, пока изучением влияния природных явлений, в том числе геомагнитных бурь, на энергосистему в нашей стране мало кто занимается. В этом вопросе далеко продвинулись учёные Канады, США, скандинавских стран".

В России среди тех, кто имеет хороший опыт, — научный коллектив кафедры "Электроснабжение и электротехника" института химии и энергетики ТГУ, учёные Института физики Земли имени О. Ю. Шмидта Российской академии наук и Российского федерального ядерного центра (РФЯЦ-ВНИИЭФ — Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики). Исследования и разработку методов защиты энергетических объектов при воздействии различных природных и атмосферных явлений специалисты ведут совместно.

В 2022 году учёные кафедры "Электроснабжение и электротехника" ТГУ и РФЯЦ изучали воздействие природных факторов на энергосистему центральной части России. Расчётное моделирование показало: при сильной магнитной буре возможно развитие системной аварии на ряде объектов энергетической системы Центра России (снижение напряжения, массовое отключение линий электропередач, недопустимый нагрев элементов конструкции силовых трансформаторов).

В результате учёные пришли к выводу, что повышать надёжность электроснабжения необходимо не только в высокоширотных регионах. Смещение магнитных полюсов Земли делает уязвимой от геомагнитного возмущения и энергонасыщенную центральную часть России.

Специалисты ТГУ и РФЯЦ рассчитали оптимальные режимы работы Объединённой энергетической системы Центра России, которые позволили бы минимизировать негативное воздействие космической природы на линии электропередач, электрические станции и трансформаторные подстанции. Результаты были озвучены на совещании в министерстве энергетики РФ. Научная статья будет опубликована в журнале "Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки" весной 2023 года.