Разогреть завтрак в микроволновке, сделать кофе в кофемашине, зарядить телефон или услышать систему оповещения — современный человек имеет дело с небольшими электрическими трансформаторами иногда десятки раз в день. Чуть реже, например, по пути на работу, он может встретить высоковольтный трансформатор — «рогатое существо» размером с небольшой дом, задача которого — уменьшить напряжение для распределения электричества по жилым домам.

В «жилах» именно таких «рогатых существ» течет трансформаторное масло — особая жидкость, у которой сразу несколько функций: защищать начинку аппарата от влаги и механических повреждений, отводить лишнее тепло, выполнять роль диэлектрика и даже рассказывать о том, в каком состоянии находится трансформатор.

Чтобы каждый раз не разбирать агрегат целиком, инженеры вместе с химиками давно научились диагностировать его «болезни» почти как у человека — по «крови», то есть по трансформаторному маслу. По нескольким кубическим сантиметрам жидкости в лабораторных условиях можно понять, насколько сильно износились изолирующие материалы — кабельная бумага и электрокартон, которые покрывают жилы и обмотки внутри трансформатора.

Индикаторами «болезни» становятся фурановые производные — вещества, образующиеся в процессе разложения природных углеводов, таких как целлюлоза в бумажных изоляторах. Чем их больше, тем дольше работал материал, а значит — при достижении определенной концентрации изоляцию нужно менять.

В основе нового подхода лежит использование глубоких эвтектических растворителей (ГЭР) — веществ, состоящих из простых и доступных компонентов (хлорида холина, мочевины, тимола и многих других), но обладающих уникальными свойствами: нетоксичностью, биоразлагаемостью и высокой растворяющей способностью.

«Сегодня их используют, например, в производстве биотоплива — ГЭР позволяют эффективнее перерабатывать растительное сырье, — рассказал Андрей Шишов. — В металлургии они помогают извлекать ценные металлы из промышленных отходов и бедных руд, в электрохимии — открывают путь для создания безопасных аккумуляторов высокой емкости, в химии полимеров — дают возможность более эффективно перерабатывать целлюлозу и создавать биоразлагаемые пластики».

Компоненты таких экстрагентов (веществ, способных извлекать компоненты из различных смесей) доступны любой лаборатории, а их смешивание — простой механический процесс, который не требует специальных условий или сложного оборудования.

По данным отраслевого портала «Рынок электротехники», в 2024 году объем российского рынка силовых трансформаторов оценивался в диапазоне 70–80 млрд рублей в год. По прогнозу источника ожидается, что в ближайшие пять-семь лет он будет расти со среднегодовым темпом в 3–5 % и к 2030 году достигнет объема уже в 90–100 млрд рублей.

Причем, как отмечается в исследовании Tebiz Group, большая часть этих трансформаторов сделана за рубежом, а тенденция к импортозамещению стала намечаться совсем недавно. В этом контексте разработка химиков СПбГУ становится особенно интересной для российских производителей: за счет перехода на удачные отечественные решения можно без потери качества снизить стоимость самого агрегата и его обслуживания.

Методику ученых СПбГУ уже удалось успешно протестировать на образцах отработанного трансформаторного масла, отобранных на одной из работающих электростанций в Санкт-Петербурге. Исследования проводились с использованием оборудования ресурсного центра «Методы анализа состава вещества» Научного парка СПбГУ.

Кроме того, как отмечают химики, у разработки есть и другие векторы развития: в будущем ее можно адаптировать для определения металлов в машинном масле, а также в биодизеле с той же целью — для оценки состояния двигателей.