Магнитные бури способны выводить из строя силовые трансформаторы и оставлять без света целые регионы. Это давняя проблема, а самый громкий случай произошел в 1989 году в канадской провинции Квебек: мощная геомагнитная буря на 9 часов оставила без электричества 6 миллионов человек. Полное отключение энергосистемы вызвали геоиндуцированные токи (ГИТ), которые наводятся в длинных линиях электропередачи и попадают в обмотки силовых трансформаторов. Эти токи имеют частоту намного ниже стандартных 50 герц, практически эквивалентны постоянному току и не предусмотрены в системах защиты российских электросетей.
В Тольяттинском госуниверситете это явление активно изучают. Год назад на Международной научно-практической конференции "Электротехника, электроника и управление в электротехнических системах: тренды, технологии, исследования" (ICEE-2025) доктор технических наук, профессор Вера Вахнина представила развернутый доклад о масштабах угрозы и необходимости защиты высоковольтных трансформаторов от геомагнитных воздействий. Сейчас ученые представили готовое техническое решение, разработанное при участии АО "Россети Научно-технический центр". На его основе можно спроектировать и собрать систему мониторинга ГИТ для энергосетей страны.
- Мы не просто говорим "нужно защищать трансформаторы", - поясняет один из авторов работы, главный научный сотрудник лаборатории "Моделирование электрофизических процессов" ТГУ, доктор технических наук Алексей Кувшинов. - Мы определили, в каких узлах электрической сети токи достигают опасных значений, какие трансформаторы уязвимы в первую очередь, какие датчики нужно устанавливать и какие критерии использовать, чтобы вовремя заметить насыщение магнитной системы. Это готовые требования для проектировщиков и энергетиков.
Ученые математически доказали, что опасность ГИТ зависит не только от силы магнитной бури, но и от топологии сети – того, как проложены линии электропередачи относительно направления геоэлектрического поля. На основе этого выделены критические узлы: тупиковые подстанции, а также узловые и проходные подстанции с резким изменением направления линий. Именно там необходимо устанавливать датчики в первую очередь.
После аварии 1989 года образцовой считается система мониторинга ГИТ в энергосистеме Hydro-Quebec ("Идро-Кебек", канадская госкомпания). Однако ученые из Тольятти доказали, что зарубежный подход не учитывает "фоновые" искажения тока в нейтрали трансформатора – в российских сетях они могут достигать сотен ампер, что маскирует картину и мешает вовремя заметить опасное насыщение. Специалисты предложили собственные критерии обнаружения опасного режима: появление четных гармоник в фазных токах и рост шестой гармоники в токе нейтрали. Это позволяет надежно отличить аномалию, вызванную магнитной бурей, от обычных эксплуатационных искажений.
Также в работе сформулированы требования к измерительному оборудованию. Датчики должны работать в частотном диапазоне от 0 до 0,1 герца, выдерживать токи короткого замыкания до 30 килоампер и при этом точно измерять слабые геоиндуцированные токи величиной от 10 ампер. Ученые тольяттинского вуза обосновали и выбор измерительных преобразователей прямого усиления – они более надежны в российских условиях, чем компенсационные аналоги, используемые за рубежом.
- Силовой трансформатор – штучное изделие, - отмечает Алексей Кувшинов. - Если он выйдет из строя, замена может занять полтора года. Ущерб от аварии в Квебеке сегодня составил бы несколько миллиардов долларов. Наша система мониторинга позволяет диспетчеру видеть не просто абстрактные токи, а понятную индикацию: зеленый – все нормально, желтый – внимание, красный – трансформатор в опасной зоне. Это дает время на принятие решения: снизить нагрузку или отключить оборудование до того, как произойдет повреждение.
Разработка ученых из Самарской области может быть интегрирована с существующими автоматизированными системами управления электросетями. Она уже прошла апробацию на модели Объединенной энергетической системы Центра России и готова к внедрению на объектах напряжением 220 киловольт и выше.
Исследователи описали свою методику в статье, опубликованной в журнале "Электротехника" (16+) № 2 за 2026 год. Это один из старейших российских научно-технических журналов в области электротехники и энергетики.
