Современная электроэнергетика требует надежных методов контроля состояния высоковольтных ЛЭП. Эти линии постоянно подвергаются перегрузкам, обледенению, ветру и вибрациям. Аварии на ЛЭП приводят к серьезным экономическим потерям и перебоям в электроснабжении. Традиционные способы контроля (визуальные осмотры, тепловизионная съемка) не позволяют вести непрерывный мониторинг в реальном времени, требуют много времени и малоэффективны в труднодоступных местах. Кроме того, обычные электромагнитные датчики плохо работают в условиях сильных полей [1, 2].

Альтернативой выступают волоконно-оптические технологии. Оптическое волокно — диэлектрик, поэтому оно нечувствительно к электромагнитным помехам и может одновременно служить датчиком и каналом передачи данных [3].

Физические принципы работы оптоволоконных датчиков

Волоконные брэгговские решетки (ВБР) — участки волокна с периодическим изменением показателя преломления. Они отражают свет на определенной длине волны. При изменении температуры или деформации период решетки меняется, и длина волны отраженного света сдвигается. Чувствительность: ~10 пм/°С и ~1 пм/µε [4, 5]. Недостаток — перекрестная чувствительность к температуре и деформации, что требует методов разделения воздействий.

Распределенные системы используют само волокно как непрерывный датчик. В волокно запускается лазерный импульс, анализируется обратное рассеяние.

Рис. 1. Волоконно Брэгговская решетка(ВБР)

Рамановское рассеяние чувствительно к температуре — позволяет строить температурный профиль вдоль десятков километров с точностью до метра [2, 3].

Бриллюэновское рассеяние реагирует и на температуру, и на деформацию, что важно для обнаружения обледенения или провисания проводов [6].

Датчики на эффекте Фарадея (волоконно-оптические трансформаторы тока). Магнитное поле тока поворачивает плоскость поляризации света в волокне. Угол поворота пропорционален силе тока. Такие датчики безопаснее, компактнее и выдают цифровой сигнал [7].

Флуоресцентные датчики (со специальными добавками в волокне) позволяют измерять температуру в критических точках (места соединений) по времени затухания свечения [8].

Применение оптоволоконных систем для мониторинга ЛЭП

Контроль температуры проводов. Нагрев провода током и погодой снижает его прочность и увеличивает провисание. Традиционно максимальный ток рассчитывают для худших условий (жара, безветрие), что занижает пропускную способность. Установка датчиков (например, ВБР) позволяет динамически определять допустимый ток в реальном режиме. Это подход динамического определения пропускной способности (Dynamic Line Rating) — увеличение нагрузки на 10–30 % без строительства новых линий [1].

Борьба с гололедом. Намерзание льда создаёт дополнительную нагрузку, опасную обрывом проводов и падением опор. Распределенные системы на бриллюэновском рассеянии (волокно встроено в грозотрос) фиксируют деформации от натяжения. Система показывает точный участок обледенения, что позволяет своевременно включить плавку [6].

Контроль вибраций. Ветровая нагрузка вызывает вибрацию проводов, приводящую к усталости металла и обрывам. Для контроля используют ВБР с высокой частотой опроса или акустические системы, «слышащие» вибрацию вдоль всей линии [6].

Мониторинг состояния опор. Датчики деформации на опорах фиксируют наклон из-за подмыва грунта или оползней, позволяя принять меры до разрушения [5].

Цифровые трансформаторы тока на эффекте Фарадея — ключевой элемент цифровых подстанций. Они не содержат масла, не взрываются при КЗ и выдают информацию прямо в цифровом формате для релейной защиты [7].

Эффективность и перспективы внедрения

Внедрение оптоволоконных систем дает экономические преимущества. Несмотря на первоначальные затраты, они быстро окупаются за счет предотвращения аварий. Своевременное обнаружение проблемы позволяет избежать дорогостоящего ремонта и ущерба от отключений. По некоторым данным, непрерывный мониторинг предотвращает до 70 % аварийных отказов [9].

Становится возможным переход от плановых ремонтов к обслуживанию по фактическому состоянию — ремонтные бригады выезжают только при сигнале датчиков. Это снижает эксплуатационные затраты на 30–50 % [3].

Современные оптоволоконные системы легко интегрируются в общую систему управления подстанции, поддерживают протокол МЭК 61850 и часто используют те же оптические каналы, что и для связи, что дополнительно снижает затраты [9].

Волоконно-оптические датчики — перспективное направление для мониторинга высоковольтных ЛЭП. Их главные достоинства: нечувствительность к электромагнитным помехам, возможность распределенного измерения параметров на больших расстояниях, безопасность и долгий срок службы.

Разные типы датчиков позволяют решать практически все задачи эксплуатации ЛЭП: контроль температуры, своевременное обнаружение гололеда, мониторинг вибрации и деформаций опор, точное измерение тока.

Внедрение таких систем дает реальный экономический эффект за счет предотвращения аварий, более полного использования пропускной способности линий и снижения затрат на обслуживание. В будущем они станут основой полностью автоматизированных, самодиагностируемых энергосистем.

Литература:

1. Проект «Оптоволоконный датчик температуры проводов ЛЭП». Казанский государственный энергетический университет / Университет 2035. — URL: https://pt.2035.university/project/optovolokonnyj-datcik-temperatury-provodov-lep (дата обращения: 14.03.2026).
2. How Fiber Optic Asset Monitoring Improves Power Asset Performance and Safety / FJINNO. — 2025. — URL: https://www.fjinno.net/ru/how-fiber-optic-asset-monitoring-improves-power-asset-performance-and-safety/
3. Мониторинг силового кабеля с использованием распределенных волоконно-оптических датчиков / FJINNO. — 2025. — URL: https://www.fjinno.net/ru/power-cable-monitoring-using-distributed-optical-fiber-sensors/
4. Патент № 2319988 РФ. Оптоволоконная мультисенсорная система… — Опубл. 27.03.2008.
5. Strain Sensor | Fiber Optic Strain Measurement & Structural Health Monitoring Solutions / FJINNO. — 2025. — URL: https://www.fjinno.net/ru/strain-sensor-fiber-optic-strain-measurement-structural-health-monitoring-solutions/
6. Power Cable Condition Monitoring: Fiber Optic Sensors for Fault Prevention / FJINNO. — 2026. — URL: https://www.fjinno.net/ru/power-cable-condition-monitoring-fiber-optic-sensors-for-fault-prevention/
7. Волоконно-оптический измерительный трансформатор тока / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. — URL: https://ni.spbstu.ru/наука-и-образование/волоконно-оптический-измерительный
8. Патент № 2527308 РФ. Волоконно-оптический измеритель температуры. — Опубл. 27.08.2014.
9. Васев А. Н., Мисбахов Р. Ш., Зиганшина А. И., Федотов В. В. Комбинированные системы сбора и передачи технологической и диагностической информации АСУТП электроустановок // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. — 2018. — Т. 20, № 11–12. — С. 16–26.