Які наслідки можуть мати магнітні бурі для енергетичних систем на Землі

Як магнітні бурі впливають на електромережі?

Магнітні бурі – це явища, які починаються дуже далеко від нас. Зоря – це величезна куля розжареного газу, різні частини якої обертаються з різною швидкістю. Це призводить до того, що магнітні поля Сонця заплутуються. Коли напруга досягає межі, вони розривають один одного, як занадто натягнуті гумки, вивільняючи енергію, еквівалентну мільйону водневих бомб. Ці потужні корональні викиди маси несуть мільярди тонн плазми, яка рухається з величезною швидкістю, пише 24 Канал.

Дивіться також Яка роль сонячних плям у виникненні магнітної бурі на Землі 

Коли ця плазма досягає Землі приблизно через три дні, вона взаємодіє з магнітним полем нашої планети. Якби Земля не мала захисного магнітного щита, сонячний вітер просто здув би нашу атмосферу в космос. Проте магнітне поле не відбиває енергію повністю, а також поглинає її, створюючи коливання та електромагнітні хвилі.​

Схема магнітного поля Землі / Фото NASA/GSFC/SOHO/ESA

Саме в цей момент починаються проблеми для енергосистем. Змінюючись, магнітне поле Землі індукує додаткові електричні струми в довгих провідних структурах, таких як високовольтні лінії. Ці струми, відомі як геомагнітно індуковані струми (ГІС), діють як квазіпостійні, що функціонують на дуже низьких частотах – між 0,001 та 1 герцом. Звичайна мережа працює на 50 – 60 герцах. Струми можуть досягати сотень ампер і проникають у енергосистему через заземлення трансформаторів, викликаючи насичення її осердь.

Вплив на трансформатори

Найбільша небезпека полягає в перегріві силових трансформаторів, оскільки буря генерує струми, яких не повинно бути в мережі. ГІС спричиняють насичення магнітопроводу трансформатора, що призводить до надмірного нагрівання, вібрацій та пошкодження ізоляції, що може обернутися навіть пожежею. У найгірших випадках трансформатор може повністю вийти з ладу, а його заміна коштує мільйони доларів і займає місяці.

Високовольтні електричні лінії особливо вразливі до впливу ГІС, оскільки вони можуть діяти як антени, збираючи енергію від магнітних бур. Коли це опромінення перевищує межу, можуть спрацьовувати захисті реле, які намагаються стримати негативні ефекти завдяки автоматичним відключенням.

Географічний фактор

Найбільш вразливими є енергосистеми в полярних та високоширотних регіонах, де магнітне поле Землі слабкіше, а індуковані струми сильніші. Також ризик вищий у регіонах з низькою електропровідністю ґрунту, де струми концентруються в лініях електропередач.

Сучасні енергокомпанії використовують системи моніторингу космічної погоди, щоб завчасно вживати захисних заходів – наприклад, знижувати навантаження на критичні трансформатори або тимчасово відключати найбільш вразливі елементи мережі.

Дивіться також Магнітні бурі: як наука передбачає їх виникнення і чи можемо ми підготуватися до наслідків 

Історичні приклади

Найбільш наочна демонстрація небезпеки магнітних бур сталася 13 – 14 березня 1989 року, коли найсильніша з часу початку космічної ери буря поцілила в Землю. Сонячний спалах класу X4.5 спричинив геомагнітну бурю, що стала однією з найсильніших в історії. Вона вивела з ладу енергомережу канадської провінції Квебек на дев'ять годин. за різними даними, це зачепило від 2 до 6 мільйонів людей.

Пізніше розслідування встановило, що високовольтні трансформатори були насичені геомагнітно індукованими струмами, що спричинило серію каскадних відмов. Поза тим, що в системі був зруйнований один ключовий трансформатор, вся мережа опинилася в критичному стані.

Але 1989 рік – це не перший випадок. У 1859 році магнітна буря, відома як подія Керрінгтона, вивела з ладу телеграфні лінії по всій Європі та Америці. Оператори описували, як коли через дроти бігли самовільні "електричні грози", обмотка приймаючого телеграфу загоралась. 

Річард Каррінгтон намалював ці сонячні плями у 1859 році. Саме вони відповідальні за подію, яку потім назвуть його іменем / Ескіз Річарда Каррінгтона

Геомагнітна буря індукувала потужні електричні струми в довгих телеграфних дротах, що призводило до іскріння, ударів струмом операторів і навіть займання паперу в деяких телеграфних станціях. Окремі телеграфні апарати продовжували працювати та передавати повідомлення навіть після відключення від батарей.

За часів події Керрінгтона технології були набагато простішими, тому система змогла відновитися швидше. Прості телеграфні лінії піддавалися впливу менше, ніж складні трансформаторні системи сучасних енергомереж.