Учёные Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) разработали устройство, которое защищает оборудование подстанций от опасных высокочастотных перенапряжений. Новая технология способна значительно продлить срок службы трансформаторов, генераторов и других дорогостоящих узлов энергетической инфраструктуры.
Высокочастотные импульсы перенапряжений — одна из скрытых угроз для энергетических объектов. Такие всплески возникают при молниевых разрядах, переключениях нагрузки и резонансных колебаниях в линиях электропередачи.
По словам доцента кафедры безопасности труда НГТУ Валентина Ломана, изоляция обмоток трансформаторов и генераторов особенно чувствительна к этим импульсам.
"Опасность высокочастотных импульсов в том, что они постепенно разрушают изоляцию, сокращая срок службы оборудования", — пояснил Валентин Ломан.
Со временем повреждения накапливаются: при повышении нагрузки изоляция может не выдержать, что приводит к аварии и дорогостоящему ремонту.
Инженеры НГТУ создали частотно-зависимое устройство (ЧЗУ), которое подавляет импульсы перенапряжения и предотвращает их распространение по электрической сети. Устройство действует по принципу фильтра — оно пропускает рабочие частоты, но блокирует опасные высокочастотные колебания.
В ходе работы команда разработала уникальную лабораторную схему, которая позволяет моделировать импульсы с разными параметрами, приближёнными к реальным.
Результаты испытаний показали: применение ЧЗУ значительно снижает амплитуду высокочастотных всплесков и защищает оборудование от пробоя изоляции.
| Параметр | Без устройства | С применением ЧЗУ | Эффект |
| Уровень перенапряжений | Высокий | Снижен в 2-3 раза | Стабилизация системы |
| Вероятность износа изоляции | Высокая | Минимальная | Продление ресурса |
| Время отклика защиты | Не регулируется | Мгновенное | Предотвращение аварий |
Учёные изготовили промышленные образцы устройства и провели высоковольтные импульсные измерения, которые подтвердили эффективность технологии. Разработка уже заинтересовала энергетические компании.
Сейчас университет заключил лицензионный договор с АО "Россети Тюмень" для организации производства ЧЗУ. Идёт подготовка к аттестации — проверке надёжности, безопасности и соответствия стандартам отрасли.
"Характеристики устройства подтверждены испытаниями, моделирующими реальные условия", — отметили в пресс-службе НГТУ.
Разработка актуальна не только для традиционных подстанций, но и для ветровых электростанций и других возобновляемых источников энергии.
Ветрогенераторы часто устанавливаются в удалённых районах — на побережьях, в степях и горах, где сложен доступ для обслуживания. При этом они подвержены молниевым разрядам и статическим разрядам, вызывающим те самые перенапряжения.
Учёные при поддержке Российского научного фонда адаптировали технологию под условия ветроэнергетики, чтобы оборудование могло автономно защищаться от коротких, но мощных импульсов.
Продление ресурса оборудования. ЧЗУ снижает электрические нагрузки, предотвращая разрушение изоляции.
Повышение надёжности сети. Устройство минимизирует риск коротких замыканий и отключений.
Снижение затрат. За счёт меньшего износа оборудования сокращаются расходы на ремонт и замену трансформаторов.
Совместимость с современными системами. Разработка легко интегрируется в существующие схемы подстанций и ветроустановок.
Ошибка: использовать только стандартные разрядники без фильтрации высоких частот.
Последствие: частичные повреждения изоляции при каждом всплеске.
Альтернатива: установка частотно-зависимых устройств для комплексной защиты.
Ошибка: игнорировать влияние молний на удалённые энергообъекты.
Последствие: выход из строя ветрогенераторов и кабельных линий.
Альтернатива: внедрять автономные системы защиты на основе ЧЗУ.
Ошибка: проводить диагностику только после поломок.
Последствие: дорогостоящие аварии и длительные простои.
Альтернатива: использовать мониторинг с интегрированной защитой от перенапряжений.
Если ЧЗУ будет применяться повсеместно, энергетическая инфраструктура России сможет увеличить средний срок службы трансформаторов и генераторов на 10-15 лет. Это особенно важно в условиях модернизации старых сетей и роста доли "зелёной" энергетики.
Кроме того, универсальность устройства открывает возможность экспорта технологии в страны, где остро стоит проблема молниевых перенапряжений — например, в Индонезию, Индию и Бразилию.
| Плюсы | Минусы |
| Продлевает срок службы оборудования | Требует настройки под конкретные параметры сети |
| Подходит для ветровых и солнечных электростанций | Необходима аттестация перед серийным применением |
| Простая интеграция в существующие схемы | Высокая точность сборки компонентов |
| Повышает надёжность энергосистемы | Пока ограниченные производственные мощности |
Что такое частотно-зависимое устройство (ЧЗУ)?
Это электронный фильтр, который автоматически подавляет высокочастотные импульсы перенапряжений, не влияя на рабочее напряжение сети.
Где будет использоваться новая разработка?
На подстанциях воздушных линий, ветровых электростанциях и других объектах, подверженных резким перепадам напряжения.
Когда устройство выйдет в промышленное производство?
После завершения аттестации и испытаний совместно с "Россети Тюмень", запланированных на ближайшие годы.
Миф: защита от перенапряжений нужна только при грозах.
Правда: импульсы возникают и при обычных переключениях нагрузки.
Миф: современные трансформаторы устойчивы к любым скачкам.
Правда: изоляция чувствительна к высокочастотным всплескам, которые не видны приборам.
Миф: такие устройства дороги и сложны в установке.
Правда: ЧЗУ монтируется в стандартные ячейки без переделки оборудования.
Испытания проводились на импульсных установках, моделирующих реальные грозовые удары.
Применение ЧЗУ снижает частоту отказов изоляции почти на 30%.
Разработка полностью выполнена отечественными специалистами — от схемотехники до прототипов.
Первые системы защиты от перенапряжений появились в середине XX века и использовали простые разрядники.
С развитием электроники появились фильтры, способные работать на высоких частотах.
Разработка НГТУ стала следующим шагом — интеллектуальной защитой, адаптирующейся к реальным условиям сети.