Впервые в истории России ученые провели прямые измерения загадочных и потенциально опасных «токов из космоса» в энергосистеме средних широт, и результаты этого уникального исследования только сейчас обнародованы научным сообществом. Почему об этом говорят сейчас? Мониторинг начался весной 2024 года, и почти целый год ушел на кропотливый сбор данных во время редких магнитных бурь, их сложнейшую обработку для «очистки» от помех, создание компьютерной модели и обязательную процедуру рецензирования в научном журнале.
И вот теперь, когда все этапы завершены, можно с уверенностью заявить: на подстанции «Ининская» в Республике Алтай исследователи зафиксировали геомагнитно-индуцированные токи (ГИТ), которые возникают в высоковольтных линиях из-за бурь на Солнце. Во время мощнейшей за 20 лет магнитной бури в мае 2024 года сила этих токов в земле достигла 1.3 ампера — уровня, который уже может влиять на работу оборудования и в перспективе привести к сбоям в электроснабжении.
Что же это за явление? Во время солнечных бурь потоки заряженных частиц вызывают быстрые колебания магнитного поля Земли. Эти колебания, подобно гигантскому генератору, наводят электрические токи в самой земной коре, которые затем «стекают» в протяженные металлические объекты — линии электропередач, трубопроводы, рельсы. Протекая через трансформаторы на подстанциях, ГИТ могут вызывать их перегрев, искажение напряжения и даже ложные срабатывания систем защиты, что однажды уже приводило к масштабным блэкаутам в Канаде и Скандинавии.
До недавнего времени считалось, что это проблема в основном приполярных регионов. Однако работа алтайских исследователей из Института космофизических исследований ДВО РАН и Горно-Алтайского государственного университета доказала: средние широты, включая Сибирь, тоже в зоне риска. Для этого ученым пришлось решить нетривиальную задачу: разработать и установить на действующей подстанции сверхчувствительный измерительный комплекс, способный уловить слабые токи на фоне мощных промышленных помех.
Устройство на базе датчиков Холла и 24-битного регистратора, помещенное в специальный термобокс, отслеживало ток в заземляющем контуре трансформатора с апреля 2024 года. Анализ данных выявил четкую связь: каждый всплеск солнечной активности, зафиксированный магнитной станцией «Байгазан» на Телецком озере, через несколько минут отзывался всплеском тока на подстанции. Токи регистрировались не только во время сильных бурь, но и во время постоянных, почти фоновых «пульсаций» магнитного поля Земли.
Самым впечатляющим оказался результат измерений во время экстремальной магнитной бури 10-11 мая 2024 года. Прямые измерения показали ток в 138 миллиампер, однако с учетом параллельного заземления соседней Ининской солнечной электростанции, общий ГИТ, протекавший в земле между объектами, достигал 1.3 ампера. Моделирование показало, что во время исторических бурь прошлого подобные токи в сети Алтая могли достигать и 2 ампер.
Ученые не только измерили токи, но и создали компьютерную модель, которая с хорошей точностью предсказывает их величину на основе данных с магнитной станции. Эта модель — первый шаг к созданию системы прогноза и оперативного предупреждения для энергетиков. Обнаружена и сезонная особенность: летом, когда грунт оттаивает, сопротивление заземления меняется, и большая часть опасного тока уходит через лучше заземленную солнечную электростанцию, что неожиданно делает ее своеобразным «громоотводом» для энергосистемы.
Это пионерское исследование доказывает, что энергосистемы Сибири нуждаются в мониторинге космической погоды не меньше, чем северные сети. Накопленные данные и отработанная методика помогут оценить риски и для более мощных сибирских ЛЭП напряжением 500 кВ. Работа, поддержанная грантом РНФ, превращает Алтай из просто живописного региона в передовую научную площадку по защите критической инфраструктуры России от капризов нашего светила.
Исследование опубликовано в журнале «Солнечно-земная физика».
