Российские ученые установили, как космическая погода влияет на возникновение опасных геомагнитно-индуцированных токов в энергосетях. Такие паразитные токи появляются во время возмущений магнитного поля Земли и способны вызывать сбои в работе трансформаторов, ускорять коррозию оборудования и ухудшать качество электроснабжения. Результаты исследования опубликованы в журнале Space Weather.
Работу выполнили специалисты Полярного геофизического института, Института физики Земли имени Шмидта РАН и Центра физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра РАН. Они проанализировали данные, собранные на подстанциях Мурманской области и Карелии за 2012–2022 годы. Это единственная в России система регистрации геомагнитно-индуцированных токов, созданная в 2011 году.
Исследователи изучили 124 наиболее интенсивных всплеска токов и сопоставили их с параметрами солнечного ветра, состоянием магнитосферы и ионосферы Земли. Большинство опасных скачков продолжались менее пяти минут, однако более длительные события обычно оказывались и наиболее мощными.
Полярные сияния оказались важным маркером риска
Одна из ключевых находок связана с географией. На подстанции возле Мурманска экстремальные скачки фиксировались не только во время сильных магнитных бурь, но также при умеренных и даже слабых геомагнитных возмущениях. В районе Кондопоги в Карелии подобные явления чаще всего наблюдались на фоне сильных бурь.
Более 70% опасных событий происходили ночью и перед рассветом. Именно в эти часы в верхние слои атмосферы поступают мощные потоки заряженных частиц, которые вызывают яркие полярные сияния. Авторы также обнаружили связь между количеством экстремальных скачков и 11-летним циклом солнечной активности: во время солнечного минимума таких событий становилось заметно меньше.
При этом исследование не выявило простой линейной зависимости между величиной скачков токов и параметрами солнечного ветра или индексами геомагнитной активности. Это означает, что одинаковые условия в околоземном космосе могут приводить к совершенно разным последствиям для энергосистем из-за локальных особенностей ионосферы, магнитосферы, геологического строения местности и конфигурации электросетей.
Наше исследование показало, что интенсивность скачков геомагнитно-индуцированных токов пока можно прогнозировать только вероятностным способом, поскольку они зависят от слишком многих факторов — как от локальных процессов в магнитосфере и ионосфере Земли, так и от топологии электросетей, проводимости земной коры. Однако, опираясь на собранную базу данных, можно будет хотя бы приблизительно оценивать риски, которые несут скачки геомагнитно-индуцированных токов для энергосистем. В дальнейшем мы планируем развивать как физические модели для расчета величины геомагнитно-индуцированных токов, так и нейросетевой подход для обработки данных.
Владимир Белаховский
Космос и энергетика
Самый известный пример воздействия космической погоды на энергетику произошел 13–14 марта 1989 года. Тогда мощная геомагнитная буря вызвала масштабный блэкаут в канадской провинции Квебек, оставив без электричества миллионы людей. Именно поэтому прогнозирование геомагнитно-индуцированных токов считается одной из важнейших задач космической метеорологии.
По оценкам NASA, сильные солнечные бури могут не только вызывать помехи в энергосетях, но и существенно изменять распределение заряженных частиц в верхней атмосфере Земли, влияя на работу систем спутниковой связи, морской и воздушной навигации, tрубопроводного транспорта в высоких широтах.
Недавно ученые из Перми сумели смоделировать солнечное динамо — электромагнитный движок всех солнечных вспышек и выбросов. Об этом — в статье Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru