Невидимая атака сверху: солнечные всплески открывают путь к большому блэкауту энергосистемы

Солнечная активность, которую многие воспринимают как абстрактное космическое явление, может напрямую влиять на работу земной инфраструктуры. Российские ученые впервые получили прямые доказательства того, что всплески на Солнце способны вызывать опасные токи в энергосистемах Сибири. Эти процессы уже сегодня достигают уровней, потенциально влияющих на надежность электроснабжения.

Фото: flickr.com by NASA Goddard Space Flight Center, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/

Магнитная буря

Что скрывается за токами из космоса

Речь идет о геомагнитно-индуцированных токах, или ГИТ — особом виде электрических токов, возникающих в земной коре и протяженных металлических конструкциях во время магнитных бурь. Их источник — солнечные вспышки и выбросы корональной массы, которые вызывают резкие колебания магнитного поля Земли. В результате в почве и горных породах наводятся токи, способные "втягиваться" в линии электропередач, трубопроводы и рельсовые пути.

Опасность ГИТ заключается в том, что они протекают через заземляющие контуры и трансформаторы на подстанциях. Даже сравнительно небольшие по величине токи могут приводить к перегреву оборудования, искажению параметров сети и некорректной работе систем релейной защиты. В мировой практике именно такие процессы становились причиной крупных аварий и масштабных отключений электроэнергии.

Уникальные измерения на Алтае

До недавнего времени считалось, что наибольшему риску подвержены в основном приполярные регионы. Однако новое исследование, выполненное учеными Института космофизических исследований ДВО РАН совместно с Горно-Алтайским государственным университетом, показало иную картину. Впервые в России прямые измерения ГИТ были проведены в энергосистеме средних широт — на подстанции "Ининская" в Республике Алтай.

Мониторинг стартовал весной 2024 года и продолжался почти год. За это время исследователям удалось зафиксировать несколько эпизодов магнитных бурь разной интенсивности и сопоставить их с поведением токов в заземляющем контуре трансформатора. Для такой работы потребовалось разработать специальный измерительный комплекс, устойчивый к сильным промышленным помехам.

Как удалось уловить сигналы

Измерительное устройство включало датчики Холла и высокоточный 24-битный регистратор, размещенные в термозащищенном боксе. Система непрерывно отслеживала токи в заземлении подстанции с апреля 2024 года. Параллельно данные поступали с магнитной станции "Байгазан", расположенной в районе Телецкого озера.

Анализ показал четкую закономерность: каждый всплеск геомагнитной активности сопровождался ростом тока на подстанции с задержкой всего в несколько минут. Причем ГИТ регистрировались не только во время мощных бурь, но и в периоды так называемых фоновых пульсаций магнитного поля, которые происходят значительно чаще.

Экстремальная буря мая 2024 года

Кульминацией наблюдений стала магнитная буря 10-11 мая 2024 года — самая сильная за последние два десятилетия. Прямые измерения на подстанции показали ток порядка 138 миллиампер. Однако с учетом параллельного заземления расположенной рядом Ининской солнечной электростанции суммарный геомагнитно-индуцированный ток в грунте между объектами достигал уже 1,3 ампера.

Компьютерное моделирование, выполненное в рамках исследования, позволило заглянуть и в прошлое. Расчеты показали, что во время исторически более мощных магнитных бурь аналогичные токи в энергосети Алтая могли превышать 2 ампера, что уже считается серьезным риском для оборудования.

Модель прогноза и неожиданный громоотвод

Помимо самих измерений, ученые создали математическую модель, способную с высокой точностью прогнозировать величину ГИТ на основе данных магнитных наблюдений. Это открывает путь к созданию систем оперативного предупреждения для энергетиков, особенно в регионах с протяженными линиями электропередач.

Отдельного внимания заслуживает выявленная сезонная особенность. Летом, когда грунт оттаивает и его электрическое сопротивление меняется, значительная часть токов уходит через более эффективное заземление солнечной электростанции. Фактически объект возобновляемой энергетики начинает играть роль своеобразного "громоотвода", снижая нагрузку на традиционную сеть.

Почему это важно для всей Сибири

Результаты работы ясно показывают: энергосистемы Сибири и других регионов средних широт нельзя считать защищенными от последствий космической погоды. Особенно это актуально для мощных линий электропередач напряжением 500 кВ и выше, где даже небольшие наведенные токи могут иметь серьезные последствия.

Исследование, поддержанное грантом Российского научного фонда, делает Алтай не только живописным регионом, но и ключевой научной площадкой для разработки методов защиты критической инфраструктуры от солнечных бурь. Накопленный опыт и отработанные методики могут лечь в основу масштабной системы мониторинга, способной повысить устойчивость энергосетей перед лицом космических факторов.