Одним из самых значительных научных результатов, достигнутых в области электроэнергетики за последние десятилетия, является открытие Любивое Поповича. Ученый, работавший ведущим научным сотрудником Белградской распределительной сетевой компании (Сербия), сегодня на пенсии.

Тем не менее предложенное им решение проблемы, связанной с благоприятным индуктивным влиянием окружающих металлических установок на характеристики распределительных линий, проходящих через городские и/или пригородные районы как при нормальной работе, так и в условиях неисправности, по-прежнему вызывает большой интерес научного сообщества и профессионалов энергетической сферы. В интервью «ЭПР» доктор Попович рассказал о своем открытии и поделился мнением о будущем энергетики.

Проблема в дефиците данных

— Доктор Попович, в чем суть проблемы, решением которой вы занимались?

— Сети распределения электроэнергии содержат, в частности, определенное количество кабельных линий высокого и сверхвысокого напряжения, проходящих через городские или пригородные районы. Эти районы также заняты различными металлическими сооружениями, типичными для городской среды.

Колеблющееся магнитное поле, существующее вокруг и вдоль кабельной линии, индуцирует определенную электродвижущую силу в каждой из окружающих металлических установок. Вместе эти установки образуют сложную электрическую цепь со множеством индуктивно и гальванически связанных элементов. Индуцированные токи создают собственное колеблющееся магнитное поле, уменьшающее токи во всех других цепях, включая ту часть несбалансированного тока, которая при нормальных условиях эксплуатации возвращается в энергосистему через землю. В результате сокращается интенсивность обширного электромагнитного поля, образующегося вокруг и вдоль каждой распределительной кабельной линии. Кроме того, металлические установки снижают вредные, а в случае замыкания на землю — опасные напряжения, возникающие в каждой из КЛ в отдельности.

Эти и другие эффекты взаимодействия между распределительными кабельными линиями и окружающими их металлическими установками были известны с начала массового применения переменных токов Теслы, то есть более ста лет назад. Однако количественное определение благоприятных эффектов в конкретном случае было невозможно. Причина — многие металлические сооружения расположены под землей, и, как следствие, их конструктивные характеристики и пространственное расположение неопределенны или полностью неизвестны. Во многих случаях даже общее количество таких установок неизвестно. Из-за дефицита этих данных эта проблема долгое время считалась практически неразрешимой.

— Какое решение предложили вы?

— В разработанной мной методологии проблематика отсутствия большого количества релевантных данных была преодолена благодаря следующим двум фактам:

Каждый из индуцированных токов является результатом индуктивного влияния токов в фазных проводниках рассматриваемой кабельной линии, а также всех других индуцированных токов;

Каждый из индуцированных токов оказывает обратное влияние на токи в фазных проводниках рассматриваемой кабельной линии.

Это означает, что мы можем получить данные о совокупном индуктивном влиянии окружающих металлических установок, включая металлические оболочки кабельной линии. Следовательно, проблема дефицита релевантных данных решается путем моделирования замыкания на землю на питаемой подстанции и измерения токов только в двухфазных проводниках. Одним из них является ток имитируемого замыкания на землю. Тогда как другой индуцируется в ближайшем фазном проводнике, который для целей измерения подключен к системам заземления таким образом, что представляет собой дополнительный нейтральный проводник.

Основываясь на возможности измерения этих токов, была разработана аналитическая часть методики путем введения эквивалентного нейтрального проводника, заменяющего все окружающие металлические установки, включая оболочки кабелей, с точки зрения их индуктивного влияния. Предполагается, что этот проводник имеет цилиндрическую форму и окружает фазный проводник с имитируемым током замыкания на землю по всей длине.

По сути, методология учитывает индуктивное влияние всех окружающих металлических установок, но не требует подробной информации о них.

Благоприятных эффектов множество

— Где уже применяется ваша методика и какие еще перспективы ее использования вы видите?

— Методика применялась для решения задачи определения характеристик кабельной линии 110 кВ, которая последовательно питает две подстанции. Кроме того, она будет полезна при проектировании системы заземления высоковольтных подстанций, расположенных в городских районах.

С небольшой модификацией методология может пригодиться для оценки высоковольтных воздушных линий, проходящих через пригородные районы. Однако в этом случае благоприятные эффекты могут оказаться не столь выраженными из-за меньшего количества окружающих металлических установок.

Наконец, методология подойдет для определения характеристик воздушных линий высокого и сверхвысокого напряжения, находящихся за пределами городских агломераций.

Известные фактические характеристики кабельных линий высокого и сверхвысокого напряжения позволяют более корректно оценить потенциал и разности потенциалов в системе заземления питаемых подстанций на стадии проектирования. Определить фактический импеданс (комплексное электрическое сопротивление) системы заземления питаемой подстанции.

Методика показывает фактическое значение потенциально опасных напряжений, которые могут возникнуть в некоторых окружающих металлических установках во время замыкания на землю на питаемой подстанции, а еще выявляет напряжения, возникающие в любом из окружающих стальных трубопроводов, которые могут спровоцировать коррозию на его поверхности и другие нежелательные последствия. Можно будет делать выводы и о реальной пропускной способности рассматриваемой кабельной линии из-за индуктивного воздействия окружающих металлических конструкций.

Эти благоприятные эффекты более выражены, когда кабельная линия проходит через районы с высокой степенью урбанизации. Поскольку эти установки существуют в городах, независимо от нашей потребности в более эффективной подаче электроэнергии, их индуктивное воздействие на линии электропередачи можно считать ценным подарком для энергокомпаний всего мира.

Заместитель председателя Правительства РФ Александр Новак вручает Любивое Поповичу премию «Глобальная энергия».

Фото: Фотобанк Росконгресс

Ученые нуждаются в социальном одобрении

— Доктор Попович, каким вы видите будущее энергетики?

— Я бы выделил несколько перспективных направлений, на которых, вероятно, будет сфокусировано внимание государств в дальнейшем. Прежде всего, это ориентация на развитие возобновляемых источников энергии, а также адаптация к ним существующих сетей передачи и распределения. Полагаю, будет вестись работа в части снижения потерь при производстве электроэнергии с использованием ископаемого топлива, продолжится активное внедрение современных технологий и развитие smart grid. Будут строиться воздушные линии сверхвысокого напряжения постоянного тока для передачи электроэнергии на большее расстояние с минимальными потерями мощности.

— Как вы считаете, достаточно ли сегодня ведется научных разработок в сфере электроэнергетики?

— Современные электроэнергетические системы представляют собой самые крупные и сложные технические системы на нашей планете. Они являются результатом развития нескольких научных дисциплин, а также объединения усилий огромного числа ученых и инженеров по всему миру. Однако, независимо от этого факта, потребность в дальнейшем развитии и совершенствовании все еще существует.

Считаю, что в каждой стране стоило бы создать собственный отдел разработок и исследований, который бы занимался вопросами развития электроэнергетики. К примеру, к электротехнической промышленности предъявляются все более высокие требования с точки зрения количества и качества поставляемой энергии. Поиск оптимальных решений возникающих в связи с этим проблем часто требует серьезного анализа и исследований.

— В 2023 году вам вручили Почетный диплом премии «Глобальная энергия». Насколько для вас важно признание ваших достижений на международном уровне?

— В отличие от спортсменов и артистов, у ученых нет собственной аудитории и поклонников, которые отмечали бы их усилия и поддерживали в начинаниях. Ученые творят и трудятся вдали от глаз общественности. Но они, безусловно, нуждаются в социальном одобрении, как и другие люди, работающие на общее благо. Единственный способ, которым общество может отплатить им за их вклад, это вручение соответствующих наград. Я благодарен Ассоциации «Глобальная энергия», которая отметила мои заслуги.

Как и многие ученые, я занимался наукой, движимый, прежде всего, своей внутренней потребностью. И был очень удовлетворен и горд своими научными достижениями и преимуществами, которые они открывают в сфере электроэнергетики по всему миру. Однако только после того, как мне вручили Почетный диплом в рамках форума «Российская энергетическая неделя» в Москве, понял, насколько для меня важно такое признание. Теперь могу с уверенностью сказать, что мечта мальчишки, который хотел приносить пользу людям, сбылась.