Физики связали опасные токи в энергосетях с космической погодой
Российские ученые выяснили, при каких условиях космическая погода чаще вызывает опасные скачки токов в линиях электропередач. Работа поможет точнее оценивать риски аварий в энергосетях северных регионов.
Источник: Я.А. Сахаров и др. / Прикладные аспекты космической погоды, ИКИ РАН, 2016. Устройство для регистрации геомагнитно-индуцированных токов.
МОСКВА, 20 июня. /Новости науки/. Космическая погода может вызывать опасные скачки паразитных токов в энергосетях не только во время сильных магнитных бурь, но и при средних и слабых геомагнитных возмущениях. К такому выводу пришли российские физики, сообщила пресс-служба Российского научного фонда.
Результаты исследования, поддержанного региональным грантом РНФ и грантом Министерства образования и науки Мурманской области, опубликованы в журнале Space Weather.
Космической погодой называют процессы, связанные с активностью Солнца, солнечным ветром, магнитным полем Земли и верхними слоями атмосферы. Во время мощных вспышек и выбросов с Солнца к Земле летит облако плазмы. Оно проходит около 150 млн километров за 2–3 суток и может вызвать магнитную бурю.
Сильнее всего такие возмущения проявляются в высоких широтах. Там же часто видны яркие полярные сияния. В это время в линиях электропередач, железных дорогах, трубопроводах, нефте- и газопроводах могут возникать геомагнитно-индуцированные токи. Это паразитные токи, которые появляются из-за изменений магнитного поля Земли.
Такие токи ухудшают качество электроэнергии, ускоряют коррозию и могут повреждать оборудование. Особенно уязвимы трансформаторы. Поэтому энергетикам важно заранее понимать, когда риск таких скачков становится высоким.
Один из самых известных примеров произошел 13–14 марта 1989 года. Тогда мощная магнитная буря вызвала крупные сбои в энергосистемах по всему миру. Больше всего пострадала канадская провинция Квебек, поэтому бурю часто называют Квебекским событием.
Ученые из Полярного геофизического института, Института физики Земли имени О. Ю. Шмидта РАН и Центра физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра РАН изучили данные за 2012–2022 годы. Этот период примерно соответствует одному солнечному циклу.
Исследователи использовали данные с подстанций в Мурманской области и Карелии. Их собирала единственная в России система регистрации геомагнитно-индуцированных токов. Ее создали в конце 2011 года сотрудники Полярного геофизического института и Центра физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра РАН.
Авторы сопоставили 124 самых сильных скачка тока с параметрами солнечного ветра, межпланетного магнитного поля, состоянием ионосферы и магнитосферы Земли. Ионосфера — это слой атмосферы, где много заряженных частиц.
«Экстремальные скачки, выбранные для анализа, имели разную продолжительность — от нескольких минут до примерно часа. При этом продолжительность большинства всплесков составляла менее пяти минут. Интересно, что более длительные скачки имели и большую интенсивность, а короткие, напротив, были слабее», — сказал руководитель проекта, ведущий научный сотрудник Полярного геофизического института Владимир Белаховский.
Анализ показал, что вблизи Мурманска экстремальные скачки могут возникать не только во время сильных бурь. Они также происходят при средних и даже слабых геомагнитных возмущениях. Южнее, у города Кондопога в Карелии, опасные скачки чаще связаны именно с сильными магнитными бурями.
Ученые также нашли связь с 11-летним циклом солнечной активности. В период минимума цикла число экстремальных событий заметно снижалось.
Более 70% опасных скачков возникали в полуночные и предутренние часы. В это время в ионосферу чаще попадают мощные потоки заряженных частиц. Они же вызывают яркие полярные сияния.
При этом простой линейной зависимости ученые не нашли. Размер скачков не удавалось напрямую связать только с параметрами солнечного ветра, межпланетного магнитного поля, индексами геомагнитной активности или скоростью изменения магнитного поля Земли.
Это значит, что похожая космическая погода может по-разному влиять на энергосети. Итог зависит от локальных процессов в ионосфере и магнитосфере, от устройства самой сети и от проводимости земной коры.
«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», — отметил Белаховский.
Авторы считают, что такие данные помогут развивать прогнозы космической погоды для энергетики. Это особенно важно для северных регионов, где магнитные возмущения сильнее влияют на инфраструктуру.
Исследование опубликовано в журнале Space Weather. Метод работы — анализ 124 экстремальных скачков геомагнитно-индуцированных токов на российских подстанциях за 2012–2022 годы и их сопоставление с параметрами космической погоды.
Результаты исследования, поддержанного региональным грантом РНФ и грантом Министерства образования и науки Мурманской области, опубликованы в журнале Space Weather.
Космической погодой называют процессы, связанные с активностью Солнца, солнечным ветром, магнитным полем Земли и верхними слоями атмосферы. Во время мощных вспышек и выбросов с Солнца к Земле летит облако плазмы. Оно проходит около 150 млн километров за 2–3 суток и может вызвать магнитную бурю.
Сильнее всего такие возмущения проявляются в высоких широтах. Там же часто видны яркие полярные сияния. В это время в линиях электропередач, железных дорогах, трубопроводах, нефте- и газопроводах могут возникать геомагнитно-индуцированные токи. Это паразитные токи, которые появляются из-за изменений магнитного поля Земли.
Такие токи ухудшают качество электроэнергии, ускоряют коррозию и могут повреждать оборудование. Особенно уязвимы трансформаторы. Поэтому энергетикам важно заранее понимать, когда риск таких скачков становится высоким.
Один из самых известных примеров произошел 13–14 марта 1989 года. Тогда мощная магнитная буря вызвала крупные сбои в энергосистемах по всему миру. Больше всего пострадала канадская провинция Квебек, поэтому бурю часто называют Квебекским событием.
Ученые из Полярного геофизического института, Института физики Земли имени О. Ю. Шмидта РАН и Центра физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра РАН изучили данные за 2012–2022 годы. Этот период примерно соответствует одному солнечному циклу.
Исследователи использовали данные с подстанций в Мурманской области и Карелии. Их собирала единственная в России система регистрации геомагнитно-индуцированных токов. Ее создали в конце 2011 года сотрудники Полярного геофизического института и Центра физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра РАН.
Авторы сопоставили 124 самых сильных скачка тока с параметрами солнечного ветра, межпланетного магнитного поля, состоянием ионосферы и магнитосферы Земли. Ионосфера — это слой атмосферы, где много заряженных частиц.
«Экстремальные скачки, выбранные для анализа, имели разную продолжительность — от нескольких минут до примерно часа. При этом продолжительность большинства всплесков составляла менее пяти минут. Интересно, что более длительные скачки имели и большую интенсивность, а короткие, напротив, были слабее», — сказал руководитель проекта, ведущий научный сотрудник Полярного геофизического института Владимир Белаховский.
Анализ показал, что вблизи Мурманска экстремальные скачки могут возникать не только во время сильных бурь. Они также происходят при средних и даже слабых геомагнитных возмущениях. Южнее, у города Кондопога в Карелии, опасные скачки чаще связаны именно с сильными магнитными бурями.
Ученые также нашли связь с 11-летним циклом солнечной активности. В период минимума цикла число экстремальных событий заметно снижалось.
Более 70% опасных скачков возникали в полуночные и предутренние часы. В это время в ионосферу чаще попадают мощные потоки заряженных частиц. Они же вызывают яркие полярные сияния.
При этом простой линейной зависимости ученые не нашли. Размер скачков не удавалось напрямую связать только с параметрами солнечного ветра, межпланетного магнитного поля, индексами геомагнитной активности или скоростью изменения магнитного поля Земли.
Это значит, что похожая космическая погода может по-разному влиять на энергосети. Итог зависит от локальных процессов в ионосфере и магнитосфере, от устройства самой сети и от проводимости земной коры.
«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», — отметил Белаховский.
Авторы считают, что такие данные помогут развивать прогнозы космической погоды для энергетики. Это особенно важно для северных регионов, где магнитные возмущения сильнее влияют на инфраструктуру.
Исследование опубликовано в журнале Space Weather. Метод работы — анализ 124 экстремальных скачков геомагнитно-индуцированных токов на российских подстанциях за 2012–2022 годы и их сопоставление с параметрами космической погоды.
