Какие последствия могут иметь магнитные бури для энергетических систем на Земле

Как магнитные бури влияют на электросети?

Магнитные бури – это явления, которые начинаются очень далеко от нас. Звезда – это огромный шар раскаленного газа, разные части которой вращаются с разной скоростью. Это приводит к тому, что магнитные поля Солнца запутываются. Когда напряжение достигает предела, они разрывают друг друга, как слишком натянутые резинки, высвобождая энергию, эквивалентную миллиону водородных бомб. Эти мощные корональные выбросы массы несут миллиарды тонн плазмы, которая движется с огромной скоростью, пишет 24 Канал.

Смотрите также Какова роль солнечных пятен в возникновении магнитной бури на Земле

Когда эта плазма достигает Земли примерно через три дня, она взаимодействует с магнитным полем нашей планеты. Если бы Земля не имела защитного магнитного щита, солнечный ветер просто сдул бы нашу атмосферу в космос. Однако магнитное поле не отражает энергию полностью, а также поглощает ее, создавая колебания и электромагнитные волны.

Схема магнитного поля Земли / Фото NASA/GSFC/SOHO/ESA

Именно в этот момент начинаются проблемы для энергосистем. Изменяясь, магнитное поле Земли индуцирует дополнительные электрические токи в длинных проводящих структурах, таких как высоковольтные линии. Эти токи, известны как геомагнитно индуцированные токи (ГИС), действуют как квазипостоянные, функционирующие на очень низких частотах – между 0,001 и 1 герцом. Обычная сеть работает на 50 – 60 герцах. Токи могут достигать сотен ампер и проникают в энергосистему через заземление трансформаторов, вызывая насыщение ее сердечников.

Влияние на трансформаторы

Наибольшая опасность заключается в перегреве силовых трансформаторов, поскольку буря генерирует токи, которых не должно быть в сети. ГИС вызывают насыщение магнитопровода трансформатора, что приводит к чрезмерному нагреву, вибраций и повреждения изоляции, что может обернуться даже пожаром. В худших случаях трансформатор может полностью выйти из строя, а его замена стоит миллионы долларов и занимает месяцы.

Высоковольтные электрические линии особенно уязвимы к воздействию ГИС, поскольку они могут действовать как антенны, собирая энергию от магнитных бурь. Когда это облучение превышает предел, могут срабатывать защитные реле, которые пытаются сдержать негативные эффекты благодаря автоматическим отключениям.

Географический фактор

Наиболее уязвимыми являются энергосистемы в полярных и высокоширотных регионах, где магнитное поле Земли слабее, а индуцированные токи сильнее. Также риск выше в регионах с низкой электропроводностью почвы, где токи концентрируются в линиях электропередач.

Современные энергокомпании используют системы мониторинга космической погоды, чтобы заблаговременно принимать защитные меры – например, снижать нагрузку на критические трансформаторы или временно отключать наиболее уязвимые элементы сети.

Смотрите также Магнитные бури: как наука предсказывает их возникновение и можем ли мы подготовиться к последствиям

Исторические примеры

Наиболее наглядная демонстрация опасности магнитных бурь произошла 13 – 14 марта 1989 года, когда сильнейшая со времени начала космической эры буря попала в Землю. Солнечная вспышка класса X4.5 вызвала геомагнитную бурю, ставшую одной из самых сильных в истории. Она вывела из строя энергосеть канадской провинции Квебек на девять часов. по разным данным, это задело от 2 до 6 миллионов человек.

Позже расследование установило, что высоковольтные трансформаторы были насыщены геомагнитно индуцированными токами, что повлекло серию каскадных отказов. Помимо того, что в системе был разрушен один ключевой трансформатор, вся сеть оказалась в критическом состоянии.

Но 1989 год – это не первый случай. В 1859 году магнитная буря, известная как событие Кэррингтона, вывела из строя телеграфные линии по всей Европе и Америке. Операторы описывали, как когда через провода бежали самовольные "электрические грозы", обмотка принимающего телеграфа загоралась.

Ричард Каррингтон нарисовал эти солнечные пятна в 1859 году. Именно они ответственны за событие, которое потом назовут его именем / Эскиз Ричарда Каррингтона

Геомагнитная буря индуцировала мощные электрические токи в длинных телеграфных проводах, что приводило к искрению, ударам током операторов и даже воспламенению бумаги в некоторых телеграфных станциях. Отдельные телеграфные аппараты продолжали работать и передавать сообщения даже после отключения от батарей.

Во времена события Керрингтона технологии были гораздо проще, поэтому система смогла восстановиться быстрее. Простые телеграфные линии подвергались воздействию меньше, чем сложные трансформаторные системы современных энергосетей.