Как изменение климата влияет на надежность энергосистемы нашей страны
Климат на планете меняется — в целом становится теплее. При этом в России темпы потепления выше средних глобальных показателей. Это подтверждается как наблюдениями и статистикой, так и положениями российских нормативных документов.
Рассмотрим, как изменения климата влияют на надёжность энергосистемы России, в первую очередь — на работу воздушных линий электропередачи (ВЛ). Именно этот вопрос предлагаем вынести на обсуждение.
Глобальное потепление несёт ряд существенных рисков для энергоинфраструктуры страны:
- рост нагрузки на сети летом из‑за аномальной жары и связанного с ней увеличения энергопотребления;
- угроза ВЛ и подстанций (ПС) вследствие лесных пожаров, а также из‑за деградации вечной мерзлоты — в северных регионах это приводит к деформации фундаментов опор;
- образование гололёдных отложений на проводах ВЛ и, как следствие, риск их обрыва.
Рост числа случаев возникновения гололеда недооценённая проблема в электроэнергетике?
Особое внимание предлагаем уделить проблеме гололёда — этот фактор существенно влияет на надёжность энергосистемы.
Органы исполнительной власти России и крупнейшие энергетические компании хорошо осведомлены о данной проблеме.
Например, в протоколе ПАО «Россети» от 1-2 июля 2026 г. Итогов XI Международной научно-технической конференции «Развитие и повышение надежности электросетей», организованной ПАО «Россети» и журналом «ЭЭПИР», указано: «Наблюдается тренд на увеличение частоты, продолжительности и массы гололедообразования, а также географическое смещение этих явлений, где инфраструктура для борьбы с ним (мониторинг и плавка гололеда) отсутствует».
В климатических докладах Росгидромета за последнее десятилетие полностью подтверждается тезис о трансформации климатических условий, влияющих на работу энергоинфраструктуры.
Анализ действующих нормативных документов позволяет заключить, что текущие климатические изменения напрямую сказываются на частоте и интенсивности гололёдообразования на воздушных линиях электропередачи.
Ключевые тенденции, выявленные по данным наблюдений:
- в большинстве регионов страны отмечается повышение зимних температур;
- в Европейской части России увеличилось количество осадков в зимний период;
- прослеживается географическое смещение гололёдных явлений — в направлении с юга на север и с запада на восток;
- в Центральном федеральном округе (по данным за 2021–2025 гг.) зафиксированы рост числа случаев гололёда, увеличение продолжительности явлений и массы отложений;
- по всей территории России растёт частота погодных аномалий, в частности ледяных дождей.
Указанные климатические факторы создают существенные риски для электрических сетей и надёжности энергоснабжения в России. Рост частоты и интенсивности гололёдных явлений повышает вероятность технологических нарушений, перегрузок оборудования и аварийных отключений.
Рост числа аварий на ВЛ из-за гололеда и изменения климата
В последние годы зафиксировано несколько резонансных гололёдных аварий, продемонстрировавших уязвимость сетевой инфраструктуры.
Так, в декабре 2023 года продолжительные ледяные дожди на юге России, в том числе в Ростовской области (12–18 декабря), вызвали массовые отключения в сетях 0,4–500 кВ.
Гололёд формировался в две волны: первая (12–13 декабря) оставила без питания около 119 тыс. потребителей, вторая (после частичного восстановления 15 декабря) — ещё около 185 тыс.
Восстановление линий в Ростовской области завершили к 18 декабря, в смежных регионах — к концу месяца.
Плавка гололёда на местных ВЛ помогла сократить ущерб и ускорить подачу электроэнергии.
С учётом наблюдаемых климатических изменений, резонансных гололёдных аварий и особенностей географического положения России вопросы борьбы с гололёдообразованием в электрических сетях приобретают особую значимость. Рост частоты опасных погодных явлений делает эти задачи ещё более актуальными.
Карты районирования по гололеду и основные методы борьбы с ним
Карта районирования регионов России по гололёду приведена в ПУЭ 7 го издания (стоит отметить, что на региональном уровне карты районирования по гололеду должны уточняться).
На основании районирования по гололеду, должны разрабатываться мероприятия по борьбе с ним.
Однако карта в ПУЭ давно не актуализировалась, и происходящие климатические изменения в ней пока не отражены. Поэтому её обновление — важная задача: это позволит корректно относить территории к соответствующим гололёдным районам, в том числе к IV району и выше (с нормативной толщиной стенки гололёда от 25 мм).
В настоящее время выделяют основные методы борьбы с гололёдом на ВЛ:
- механические (например, оббивка);
- электротермические (плавка постоянным или переменным током);
- электромеханические;
- физико химические (гидрофобные покрытия и реагенты);
- комбинированные подходы;
- замена ВЛ на кабельные линии;
- мероприятия по укреплению ВЛ — для обеспечения способности линии выдерживать гололёдную нагрузку.
Плавка гололеда — один из основных методов борьбы с гололедом на ВЛ
Наиболее распространенными активными методами борьбы с гололедообразованием являются плавка гололеда и механическая оббивка гололеда с проводов и тросов воздушных линий. Механическая оббивка требует достаточно длительного времени на реализацию в связи с необходимостью вывода линии в ремонт выезда бригады на место гололедообразования (что в зимних и горных условиях не всегда возможно), поэтому это мероприятие не всегда эффективно, однако оно достаточно широко применяется и иногда является единственным доступным способом сохранить линию.
Мы полагаем, что наиболее эффективным методом борьбы с гололёдом, особенно на ответственных линиях, является организация его плавки.
Наша организация ООО «ЭнергоСофтПроект» более 20 лет занимается вопросами организации плавки гололеда, в частности расчетами режимов плавки. Эти расчеты являются трудоемкой задачей.
В целях автоматизации расчетов нами были разработаны программы для ЭВМ – «Гололед», предназначенные для расчетов параметров режима плавки гололеда на проводах и грозозащитных тросах воздушных линий при различных погодных условиях: ток плавки; напряжение плавки; активная и реактивная мощность, расходуемая на плавку гололеда; время плавки; максимально допустимый ток плавки, температура провода, время достижения допустимой температуры провода.
В настоящий момент требования к проведению плавки гололеда на проводах и грозозащитных тросах линий электропередачи установлены приказом Минэнерго России от 19.12.2018г. №1185 (далее – Приказ).
В приложении 3 и 4 к Приказу установлен перечень возможных схем плавки гололёда на проводах линий электропередачи, а в приложении 5 к Приказу – перечень схем плавки для грозозащитных тросов.
Проблема расчетов режимов плавки гололеда для грозозащитных тросов
В последнее время всё большее распространение получают грозозащитные тросы новых марок, например, коррозионностойкие, либо с встроенным оптическим кабелем. Последние, в свою очередь, имеют сложную внутреннюю структуру (рисунок 2), которая включает в себя покрытие стальных проволок алюминиевым сплавом и оптические волокна, заключенные в алюминиевый модуль.
В специализированном программном обеспечении семейства «Гололёд», разработанным нашей организацией, для фазных проводов и грозозащитных тросов реализованы различные алгоритмы расчета плавки гололёда, учитывающие эти различия.
В существующих алгоритмах расчета режимов плавки ГЗТ и фазных проводов предполагается использование различных подходов к учету их активного сопротивления (R) и внутреннего индуктивного сопротивления (Xвн):
- для ГЗТ необходимо учитывать зависимости R и Xвн от действующей величины протекающего тока (I) (в программах семейства «Гололед» используется массив значений R, Xвн и I для диапазона от 20А до 360 А) за счёт значительного влияния ферромагнитных свойств на погонные параметры;
- для фазных проводов применяются фиксированные значения R и Xвн, так как преобладающая доля алюминия (в редких случаях меди) в сечении фазных проводов практически исключает проявление ферромагнитных свойств.
В технической литературе содержится информация о значениях R и Xвн для стальных ГЗТ типа С-35, С-50, С-70, С-100. Однако, отсутствует информация о характеристиках R и Xвн для большинства современных ГЗТ типа ГТК и ОКГТ.
В этой связи возникла необходимость выявления закономерностей и зависимостей в части изменения R и Xвн в зависимости от I для усовершенствования алгоритма расчета режимов плавки гололеда на ГЗТ, плакированных алюминием, в условиях температуры провода близкой к 0°C без проведения большого количества натурных экспериментов.
Ключевой задачей в этой связи является проведение ограниченной серии лабораторных экспериментов для определения действительных значений R и Xвн для нескольких типовых образцов грозозащитных тросов типа ОКГТ и их дальнейший анализ.
В ответ на запрос, производитель ООО «Сарансккабель-оптика» представил следующие образцы производимых на заводе грозозащитных тросов:
- ОКГТc-1/24-11.7/76;
- ОКГТц-1/32-12.1/71;
- ОКГТц-1/24-11.2/89;
- ГТК20-0/70-11,1/96.
Кроме того, филиалом ПАО «Россети Юг»-«Ростовэнерго» для проведения экспериментов были представлены следующие образцы ГЗТ и фазных проводов: С-50 (ГЗТ); А-70 (провод); АС-50/8 (провод).
Проблема расчетов режимов плавки гололеда для грозозащитных тросов
Исследование характеристик грозозащитных тросов производилось на установке (показана на рисунке 3) .
Установка собрана на базе холодильника «АТЛАНТ МХМ-1847-34 КШД 345/115» с мощностью замораживания морозильной камеры 15 кг/сутки и минимальной температурой минус 26 ℃. Морозильный отсек модернизирован (изменена конфигурация испарителя для увеличения полезного объёма отсека, проделаны отверстия для токопровода) и использован в качестве климатической камеры для создания отрицательных температур. В качестве термостата для поддержания температуры внутри камеры использован специализированный контроллер температуры Inkbird ITC-308 с диапазоном контроля температур от минус 50 ℃ до 99 ℃, шагом настройки 1 ℃, настройкой зоны нечувствительности и возможностью калибровки.
Холодильный отсек (верхняя часть холодильника) отключён. В холодильном отсеке располагаются детали установки, включающие следующие элементы (отмечены на рисунке 3):
1. Лабораторные автотрансформаторы (ЛАТР) 220 В, 8 А, 2 шт., позволяющие регулировать ток в объекте исследования в диапазоне от 0 до максимального значения (зависит от сопротивления образца, в случае с испытанными образцами до 300 А).
2. Трансформаторы тока (ТТ) типа CT30 400/5А (класс точности 0.2S, мощность 2.5ВА) и CT30 100/5А (класс точности 0,5, мощность 1 ВА) для измерения токов в различных диапазонах.
3. Регистратор температуры Testo 175 T3.
4. Нагрузочный трансформатор – обратно включённый трансформатор тока с одновитковой вторичной обмоткой. Представляет собой трансформатор тока ТДВ-35 с увеличенным числом обмоток и коэффициентом трансформации 1/180 А.
5. Токопровод, выполненный из трёх цилиндрических алюминиевых стержней, диаметром 24 мм. Три стержня и образец провода скрепляются между собой специально изготовленными соединительными муфтами и образуют контур для протекания тока в образце провода. Соединительные муфты выполнены из цилиндрического алюминиевого проката, диаметром 50 мм, и позволяют соединять стержни токопровода под углом 90 градусов, фиксируя положение прижимными винтами М20. Средний стержень токопровода располагается внутри трансформатора тока, посередине окна магнитопровода. Крайние стержни токопровода проходят в технологические отверстия внутрь морозильного отсека. Излишняя длина (выступающие вверх концы крайних стержней токопровода, на рисунке 3 обозначены цифрой 5) позволяют регулировать высоту позиционирования образца троса внутри морозильного отсека.
6. Образец ГЗТ (на рисунке обозначен цифрой 6), который крепится к крайним стержням токопровода посредством соединительных муфт и образует одновитковый контур для протекания тока в тросе (во вторичной цепи нагрузочного трансформатора). С двух концов провода расположены металлические хомуты, к которым винтовым соединением крепится провод для контроля напряжения на образце троса.
7. Токовые клещи Habotest HT206D для контроля тока в проводе при проведении испытаний.
Для более быстрого охлаждения троса после проведения экспериментов внутри морозильной камеры, под проводом расположены вентиляторы. С целью увеличения инерции изменения температуры внутри морозильного отсека внизу камеры располагается ящик со льдом.
В состав установки также входит модуль аналогово-цифрового и цифро-аналогового преобразования (АЦП ЦАП) Zet 210, предназначенный для подключения к ПК и оцифровки и измерений сигналов тока и напряжения. Сигнал тока измерялся как напряжение на шунте 75ШИП1 с разрешением 15мВ/А, включаемом в цепь измерительных трансформаторов тока, расположенных на токопроводе.
Сигнал напряжения получался напрямую с зажимов, расположенных по краям исследуемого образца троса.
Для проверки адекватности измерений АЦП применялся цифровой осциллограф DOS1102.
Как проходили испытания образцов тросов
Для проведения испытаний подготавливался образец троса длиной 47 см: края образца в местах контакта троса с токопроводом и хомутами для фиксации напряжения зачищались от окислов, а в случае с тросом, покрытым коррозией, обрабатывались нейтрализатором ржавчины, после чего к хомутам на винт крепились провода контроля напряжения и трос устанавливался в морозильную камеру.
Температура морозильной камеры задавалась на уровне –7 ℃ с зоной нечувствительности 2 ℃. Отрицательная температура совместно с вентиляторами внутри камеры позволяла быстрее достигать температуры провода 0 ℃, при которой и проводились измерения.
Для токов до 100 А измерительный шунт подключался к ТТ с коэффициентом трансформации 100/5, а для токов выше 100 А – к ТТ с коэффициентом 400/5.
Задавался ток, величина которого устанавливалась на основе показаний токовых клещей, после чего подача тока прекращалась и производилось охлаждение образца троса до температуры 0 ℃. Температура троса контролировалась по показанию термодатчика. После достижения требуемой температуры для уменьшения помех (наличие помех контролировалось наблюдением на осциллографе) отключались импульсные блоки питания (БП ноутбука и охлаждающих вентиляторов), производилась подача тока и последующий запуск регистрирующего осциллографа в программе ZETLab. Регистрация производилась по двум каналам – ток и напряжение, с частотой дискретизации 25 кГц на интервале времени 1 секунда. Значение температуры троса при проведении измерения фиксировалось и в дальнейшем учитывалось при расчёте активного сопротивления. Проведённый замер для заданного тока повторялся пять раз; при нагреве провода повторно производилось его охлаждение до 0 ℃. Проведённая группа опытов повторялась для других значений токов в интервале от 20 А до 200 А, с шагом 20 А. При переходе через значение 100 А ТТ менялся, а неиспользуемый закорачивался.
Какие получены результаты экспериментов и их интерпретация
По окончанию испытаний и проведения расчетов согласно вышеизложенной методике, результаты полученных значений активного и внутреннего индуктивного сопротивлений от величины тока показаны на графиках, изображенных на рисунках 4-5.
Так, на рисунках 4, 5 представлены графики изменений активного сопротивления (R) и внутреннего индуктивного (Xвн) при различном токе, равном 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200 А.
1. Экспериментально установлено, что зависимости активного (R) и внутреннего индуктивного (Xвн) сопротивлений от тока для современных грозозащитных тросов с алюминиевым плакированием коррелируют с характеристиками сталеалюминиевых проводов и существенно отличаются от характеристик стальных тросов.
2. На основании этого выявлено ключевое структурное различие, требующее модификации алгоритма расчета режимов плавки гололеда для грозозащитных тросов. Предлагается разделить алгоритм на два варианта:
- Для стальных ГЗТ (С-35, С-50, С-70, С-100): сохранение текущей методики с вводом зависимостей R(I) и Xвн (I).
- Для ГЗТ с алюминиевым плакированием: использование упрощенной модели, по аналогии со сталеалюминиевыми проводами. Существующий алгоритм для последних является подходящей основой.
3. Для практического применения результатов необходимо реализовать двухрежимный алгоритм в программных комплексах семейства «Гололед», что позволит повысить точность расчетов режимов плавки гололеда для линий с тросами разного типа.
Хотите обсудить вопросы сотрудничества?