Різне · 14 серпня 2023, 17:26 850

Спалахи на Сонці. Підготовко до нової Керрінгтонської події

Недавня стаття на Businessinsider «Сонячна буря, що трапляється раз на століття, може вивести з ладу електромережі та знищити супутники. Ось чому вчені побоюються, що це може статися незабаром» (www.businessinsider.com/...-higher-next-years-2023-8) дуже зацікавила мене і змусила задуматись який би ефект мала подібна подія на Землі на сучасну цивілізацію.

Варто зауважити, що сонячні бурі теоретично не можуть мати впливу на відокремлену від мережі електроніку (навідміну від електромагнітного впливу від термоядерного вибуху), але потенційно зможе вивести з ладу трансформатори, лінії електропередач, трубопроводи тощо.

Теми: електрика

👍ПодобаєтьсяСподобалось0

До обраногоВ обраному0

Facebook

Twitter

Ctrl + Enter

Serhii Tyshchenko Embedded Software Engineer 15.08.2023 01:58

потенційно зможе вивести з ладу трансформатори, лінії електропередач, трубопроводи тощо.

У Канаді погоріли трансформатори при спалахах в 80-ті, журналісти роздули, не вникнувши у фізику процесу, і понеслась байка про глобальну катастрофу.

Спалахи на сонці викидають великі маси протонів і електронів, висотні і космічні ядерні вибухи викидають також електрони і іони продуктів ділення. На висотах, де ще немає атмосфери, але ще є відчутне магнітне поле Землі, ці заряджені частинки «нанизуються» на магнітні силові лінії. Певна їх кількість завжди існує, це називається радіаційними поясами Землі: i.stack.imgur.com/ih8bU.jpg

Ці закручені заряджені частинки, у свою чергу, самі створюють магнітне поле, направлене у протилежному напрямку до земного. Відповідно, якщо їх кількість буде змінюватись під дією викидів з сонця, вони будуть ослаблювати магнітне поле землі, тобто самі ці зміни концентрації частинок сонячного вітру будуть породжувати повільно змінне магнітне поле.

Так, ЛЕП або трубопровід високо над землею буде утворювати петлю, на яку це змінне магнітне поле буде наводити різницю потенціалів. Чи значиме це для трубопроводів? Практично ні, бо велика наведена напруга буде припадати на величезну ж відстань по не дуже-то електропровідній землі, тому труба не перегорить. Певні проблеми становить власне намагнічування труб, але це стосується зварювальних робіт, розмагнічування і так штатно виконується перед подібними роботами.

З лініями зв’язку нічого не станеться — оптика до магнітного поля принципово імунна, а провідні лінії, навіть у вигляді доісторичних телефонних ліній на трьох перекладинах з купою ізоляторів вздовж залізниць, оформлені у вигляді витих пар (у випадку згаданих ліній, поворот на 90 градусів робиться між сусідніми стовпами, тому це не кидається в очі) або коаксіальних ліній. Для відносно довгих хвиль, магнітне поле між сусідніми витками буде одинаковим, напруга на них буде з протилежним знаком, і у результаті ні наводки від магнітного поля чи радіосигналів не приходять у лінію, ні навпаки, вона не випромінює як антена.

Для самих ЛЕП загрози також немає — так, вони не завиті, велика протяжність дозволяє наводити великі напруги, а малий опір дроту — розвивати при цьому постійний струм помітної величини. Але малий струм для власне ЛЕП загрози не становить, а великий викличе спрацювання «запобіжників» на кінцях лінії.

І ось тут вступає в гру тонка специфіка саме трансформаторів. Як вони працюють — одна обмотка починає нарощувати струм через себе у відповідністю з формулою самоіндукції і магнітне поле, вторинна обмотка від цього змінного магнітного поля генерує напругу у пропорції до числа витків, підключення навантаження до вторинної обмотки створює протидіюче магнітне поле, на компенсацію якого первинна обмотка миттєво піднімає струм через себе. В ідеалі, чим більша індуктивність (число витків) трансформатора, тим менше початковий холостий струм, який доводиться у вигляді реактивної потужності мотати туди-сюди, але це збільшує опір обмоток, тому користуються стальними осердями, які збільшують індуктивність. На частоті в 50 Гц і при правильно спроектованому трансформаторі, вплив осердя можна звести до просто збільшення у сотні-тисячі разів індуктивності.

Але, як тільки до напруги частотою 50 Гц додається навіть незначна складова з дуже низькою частотою зміни, повільне наростання струму холостого ходу через первинну обмотку може добігти до величин, при яких всі магнітні домени у сталі вже будуть розвернуті в одному напрямку, і подальший лінійний ріст магнітного поля буде супроводжуватись зростанням струму холостого ходу у десятки, сотні, тисячі разів, або іншими словами, трансформатор починає себе вести так, ніби стальне осердя з нього зникло.

У донапівпровідникову епоху на цьому ефекті робились аналоги транзисторів для плавного регулювання і комутації великих потужностей: www.youtube.com/watch?v=ChRccHCQY8c

Конкретно у випадку зв’язки ЛЕП з трансформатором відбувається аналогічна ситуація: слабкий постійний струм, наведений на ЛЕП майже постійним магнітним полем землі, знижує індуктивність первинної обмотки трансформатора і її опір змінному струмові значно зниженим, при цьому власне струми у ЛЕП залишаються практично у нормі, і не викликають спрацювання систем захисту. Великий струм холостого ходу розігріває первинну обмотку трансформатора, насичений магнітним полем магнітопровід перестає утримувати магнітне поле від первинної обмотки, і воно шарашить по зовнішньому корпусу трансформатора, сукупно це призводить до радикального росту втрат на тепло у трансформаторі, на які він не розрахований, і без додаткових систем захисту він може вигоріти.

Чи можна від цього захиститись? Якщо будь-якою ціною не допускати блекауту, то скоріше ні, але детектувати підмагнічування постійним струмом і/або аномальний ріст температури у трансформаторі і вимикати споживачів — задача цілком реальна, і скоріше за все, вже врахована у нових інсталяціях, тому на сценарій апокаліпсису воно не тягне.

Відповісти

Підтримати

Reader 15.08.2023 01:00

Ну просто буря то таке, можна перезавантажити (місяць. хтось помре) А от конкретний викид що здере атмосферу.... І що характерно, щоб бути готовим -треба гроші і полюбляти підготовку до фалаутів.

Відповісти

Підтримати