utjecaj geomagnetskih smetnji na energetske sustave

Click here to load reader

Post on 22-Sep-2014

117 views

Category:

Documents

9 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Pomorski fakultet u RijeciElektromagnetska kompatibilnost brodskih uređajaUtjecaj geomagnetskih smetnji na energetske sustaveU Rijeci, lipanj 2011.SADRŽAJ 1. Uvod........................................................................................................................................3 2. Geomagnetske oluje................................................................................................................4 2.1 Karakteristike geomagnetskih oluja..................

TRANSCRIPT

Pomorski fakultet u Rijeci

Elektromagnetska kompatibilnost brodskih ureaja

Utjecaj geomagnetskih smetnji na energetske sustave

U Rijeci, lipanj 2011.

SADRAJ 1. Uvod........................................................................................................................................3 2. Geomagnetske oluje................................................................................................................4 2.1 Karakteristike geomagnetskih oluja..................................................................................4 2.2 Znaajnije povijesne geomagnetske oluje i njihove posljedice........................................5 3. Utjecaj geomagnetskih oluja...................................................................................................7 3.1 Utjecaj geomagnetski induciranih struja na transformator i distributivnu mreu.............7 3.2 Smanjenje posljedica GIC-a...........................................................................................10 ...................................................................................................................................................10 4. Zakljuak...............................................................................................................................11 Literatura...................................................................................................................................12

1. Uvod

Posljednjih godina, prirodne katastrofe su prouzroile katastrofalne posljedice u cijelom svijetu. Tsunamiji, tornada, poplave, potresi i vulkanske erupcije dovele su do tisua izgubljenih ivota, te milijardi dolara ekonomske tete. Geomagnetske oluje, oblik svemirskog nevremena, su puno rjee, ali imaju potencijal da naprave tetu u cijelom svijetu sa samo jednim dogaajem. Visokonaponski transformatori i prijenosne linije, napravljeni da izdre zemaljska nevremena, posebno su osjetljivi na geomagnetski inducirane struje. Osim na elektroenergetske sustave geomagnetske oluje utjeu i na komunikacije, satelite i cjevovode. U ovom seminaru ukratko su opisane geomagnetske oluje, znaajnije oluje i njihove posljedice, te utjecaj geomagnetskih oluja na elektroenergetske sustave.

2. Geomagnetske oluje

Geomagnetska oluja je privremeno ometanje Zemljine magnetosfere, koje uzrokuju Suneve aktivnosti, a to su obino udarni val i oblak magnetskog polja Sunevog vjetra, zajedno sa Sunevim bakljama i koronalnim izbacivanjem mase, koji zajedno napadaju Zemljino magnetsko polje 3 dana nakon Sunevih aktivnosti. Pritisak Sunevog vjetra na magnetosferu i magnetsko polje Sunevog vjetra e se poveavati ili smanjivati, ovisno o Sunevim aktivnostima. Promjene pritiska Sunevog vjetra mijenjaju elektrinu struju u ionosferi, a magnetsko polje Sunevog vjetra e medusobno djelovati sa Zemljinim magnetskim poljem. Geomagnetske oluje obino traju dan ili dva, ali mogu trajati i danima.

2.1 Karakteristike geomagnetskih oluja

Za mjerenje veliine geomagnetske oluje se koristi vie skala. K i A k indeksi se koriste za kategoriziranje intenziteta geomagnetske oluje. K faktor iznosi od 0 do 9 i temelji se na maksimalnoj devijaciji magnetskog polja unutar intervala od 3 sata, dok Ak indeks iznosi od 0 do 400 za 24 satni indeks koji proizlazi iz osam 3 satnih K indeksa. Tihe geomagnetske oluje imaju K faktor od 0 do 4 i Ak od 0 do 20. Manjim olujama se klasificiraju oluje s K indeksom od 5 ili Ak od 30 do 50. Ozbiljne oluje su one s K indeksom od 7 do 9 i Ak indeksom od 100 do 400. Od 1999. uvedena je i G skala koja prikazuje geomagnetski utjecaj na fiziku infrastrukturu. [3] Ozbiljnije oluje se definiraju sa negativnim Dst (Disturbance storm time) indeksima, pa je tako ozbiljna oluja ona koja ima Dst manji od -500 nanoTesla (nT). Uz to, intenzitet geomagnetske oluje se esto izraava u nanoTeslama po minuti (nT/min). U sljedeem poglavlju su navedene ozbiljnije oluje u posljednjih 200 godina, od kojih je najjaa bila oluja iz 1859. koja je po jaini bila 3 puta jaa od oluja u posljednjih 30 godina. [3]

Geomagnetska oluja putuje od Sunca prema Zemlji sa brzinama preko 2300 km/s. Najbra zabiljeena oluja je bila oluja iz 1972. kojoj je trebalo 14.6 sati od Sunca do Zemlje sa brzinom od 2850 km/s. [3] Kad geomagnetska oluja stigne do Zemljinog magnetskog polja putuje kroz tri faze, poetnu fazu, glavnu fazu i fazu oporavljanja. Poetna faza moe trajati od nekoliko minuta do nekoliko sati i moe emitirati maksimalno nekoliko desetaka nT. Glavna faza traje od 30 minuta do nekoliko sati i prouzrokuje stotine negativnih nT. Trajanje faze oporavljanja, najdulja faza, moe trajati od nekoliko desetaka sati, pa sve do jednog tjedna i to je faza u kojoj se razina nT vraa u normalu. [3] Podruja na viim geografskim irinama su vie osjetljiva na geomagnetske oluje od niih regija, ali su zabiljeena i oteenja od geomagnetski induciranih struja (GIC) i u junoj Africi i Japanu. Za precizniji model geografskog predvianja GIC-a, potrebno je uzeti u obzir i vodljivost zemlje na temelju tipa tla, sadraju tekuine i mineralnog sastava odreene regije.

2.2 Znaajnije povijesne geomagnetske oluje i njihove posljedice

Od kad je postojala mogunost za praenje geomagnetskih oluja, zabiljeene su tri znaajnije. To su oluja iz 1859., 1989, te 2003. Svaka od ove tri geomagnetske oluje je prikazala ranjivost razliitih infrastruktura, te postavila pitanje nadzora i zatite od geomagnetskih oluja. [3] Najjai sluaj geomagnetske oluje je zabiljeen 1859. Od 28. kolovoza do 2. rujna 1859., mogle su se primijetiti brojne Suneve pjege i Suneve baklje, a najaktivnije su bile 1. rujna. Ogromno koronalno izbacivanje masa je udarilo direktno Zemlju, izazvano Sunevim bakljama. 18 sati nakon pojave, 2. rujna 1859. snimljena je najjaa geomagnetska oluja, koja je imala vrijednost -1760 nT. U telegrafskim icama se uoila geomagnetski inducirana elektrina struja (GIC), koja je uzrokovala elektrini udar na nekoliko telegrafskih operatora. U dananje vrijeme oluja ovakvih razmjera napravila bi bilijune dolara tete. [3] 13. oujka 1989., geomagnetska oluja je uzrokovala izbacivanje elektrine mree u Quebecu i sjeveroistonim dijelovima SAD-a, 6 miljuna ljudi je ostalo bez elektrine struje i

to na 9 sati. Geografska pozicija i duljina prijenosnih linija od 1000km, je znaajno utjecala na dogaaje u Hydro-Quebec mrei. Geomagnetski inducirana struja koja je tekla mreom je znaajno otetila statike kompenzatore, te uzrokovala njihovo iskljuenje. To je uzrokovalo daljnje smetnje u sustavu i oteenja opreme. Pri obskrbi elektrinom energijom pridruili su se drugi centri, te u kombinaciji s smanjenjem potronje industrije se je nakon 9 sati vratilo 83% ukupne snage, ali je i dalje milijon ljudi ostao bez struje. Sveukupna teta uzrokovana ovim dogaajem je iznosila 6 milijardi dolara. Nakon ovog incidenta kanadska vlada je uloila 1.2 milijarde dolara u ugradnju serijskih kapaciteta u prijenosne linije koji e blokirati geomagnetski induciranu struju. [3]

Slika 2.1 Prikaz geomagnetske oluje iz 1989. [4]

Zadnja vea geomagnetska oluja je bila na kraju 2003. godine, te je utjecala na elektroenergetski sustav, avio industriju, te satelitske komunikacije. U vedskoj su primjeeni problemi sa transformatorima, koji su doveli do padova sustava i estih nestajanja struje. Tijekom ove oluje nastali su i problemi kod avionskih letova gdje je zbog solarne aktivnosti bilo problema u visoko frekventnoj komunikaciji, a neka podruja su bila potpuno komunikacijski nedostupna. Zbog toga je puno letova preusmjereno, te su nastali trokovi od 10,000$, pa sve do 100,000$ po preusmjerenom letu. Takoer je bila pogoena GPS navigacija, pa Federal Aviation Administration (FAA) nije bila u mogunosti davati GPS potporu punih 30 sati.

3. Utjecaj geomagnetskih oluja

Geomagnetska inducirana struja (engl. geomagnetically induced current - GIC) utjee na normalan rad veoma dugih elektrinih vodia, uslijed geomagnetske oluje. Za vrijeme geomagnetske oluje, elektrina struja u magnetosferi i ionosferi doivljava promjene, a mijenja se i Zemljino magnetsko polje. Najvie problema imaju vrlo dugi dalekovodi u Kini, Sjevernoj Americi i Australiji, dok su Europski dalekovodi puno krai. Postoje zatitne mjere kao ukopavanje prijenosnih linija u zemlju, postavljanje gromobrana na dalekovode ili koritenje kablova kraih od 10 km.

Slika 3.1 Grafiki prikaz geomagnetskog utjecaja [2]

3.1 Utjecaj geomagnetski induciranih struja na transformator i distributivnu mreu

Za vrijeme velikog izbacivanja koronalne mase Sunca, na Zemlji dolazi do geomagnetskih oluja koje uzrokuju razliku potencijala na povrini zemlje i kvazi-istosmjerne struje iznosa preko 100 A. Takve pojave mogu uzrokovati tok istosmjerne struje kroz uzemljene nul toke

transformatora u energetskoj mrei. Ta struja je priblino istog iznosa i smjera u sve tri faze, te moe uzrokovati pomak po krivulji magnetiziranja i zasienje jezgre. Kada kroz uzemljenje zvjezdita transformatora potee istosmjerna struja, dolazi do itavog niza popratnih pojava na rad transformatora. Jezgre transformatora s povratnim magnetskim putem e se zbog istosmjernog magnetiziranja asimetrino zasititi. S obzirom da magnetski lim od kojeg je jezgra sastavljena ima krivulju magnetiziranja sa strmim koljenom, a transformatori su projektirani za indukcije u jezgri blizu koljena krivulje, istosmjerni tok moe izazvati vrlo veliku struju magnetiziranja, reda veliine i do deset puta veu od nominalne struje. Zasienje jezgre znatno poveava rasipni tok u transformatoru, to poveava dodatne gubitke uslijed vrtlonih struja u konstrukcijskim dijelovima i uzrokuje njihovo poveano zagrijavanje. Jezgra u zasienju i velika struja u namotima izazivaju poveanu buku transformatora.

Slika 3.2 Zasienost transformatora [1]

Transformatori koriste elik u svojim jezgrama da bi poboljal