Российские ученые нашли неожиданный способ использовать полярные сияния для защиты высоковольтных линий электропередачи в Арктике. Оказывается, по тому, как выглядит небо за Полярным кругом, можно с высокой точностью предсказать опасные скачки тока в энергосистемах, которые возникают во время магнитных бурь.
Каждые несколько лет мощная магнитная буря способна вывести из строя целые регионы. Самый известный случай произошёл в канадской провинции Квебек в марте 1989 года — тогда без электричества остались 6 миллионов человек на девять часов. Причина — геоиндуцированные токи, которые во время геомагнитных возмущений возникают в длинных проводах линий электропередачи. Эти токи могут достигать сотен ампер и перегревать трансформаторы вплоть до их разрушения.
Российские энергосистемы в Заполярье тоже сталкивались с этой проблемой. В ноябре 2001 года из-за сильной магнитной бури отключилась линия 330 кВ между Оленегорском и Мончегорском, обесточив потребителей мощностью более 73 мегаватт. А в 2003 году на той же подстанции «Оленегорск» во время магнитной бури ложно сработала релейная защита.
Проблема в том, что для точного прогноза опасных токов нужна густая сеть геомагнитных обсерваторий. Но в российской Арктике таких станций катастрофически мало — на огромных территориях Таймыра, Якутии и Гыданского полуострова их практически нет. А космическая погода там бушует регулярно.
Группа учёных из Геофизического центра РАН и Уфимского университета науки и технологий предложила оригинальное решение. Они проанализировали 14 лет наблюдений за полярными сияниями в обсерватории «Ловозеро» на Кольском полуострове — почти 93 тысячи синхронных записей того, как выглядит небо, и какие токи текут в трансформаторах на соседней подстанции «Выходной».
Оказалось, что связь между сияниями и опасными токами очень устойчивая. Самое главное — не просто наличие сияния, а его тип. Если на небе видны дискретные сияния — яркие, с чёткими спиралями и вихрями, — то вероятность того, что ток в энергосистеме превысит опасные 10 ампер, составляет 7,5 процента. Если же сияние диффузное, размытое, бледное — та же вероятность падает в 24 раза, до 0,31 процента. Когда сияний нет вообще — риск минимален.
Также важна и область неба: если сияние видно на юге, это указывает на особенно сильное расширение аврорального овала во время мощных бурь, и токи в сетях оказываются значительно выше, чем когда сияние наблюдается только на севере. Медианный уровень токов при южных сияниях — 0,68 ампера, при зенитных — 0,23, а при северных — всего 0,08.
То есть по одной лишь визуальной картине ночного неба можно понять, насколько серьезна магнитная буря и стоит ли ждать проблем с электричеством.
Авторы подчёркивают: это не замена точным приборам, а надёжный запасной вариант для ситуаций, когда данных с магнитометров нет. Любой диспетчер или даже просто житель Заполярья может оценить обстановку по тому, что видит над головой. В условиях Арктики, где облачность и полярная ночь ограничивают видимость, это работает примерно семь месяцев в году.
Кстати, те же закономерности могут объяснять и сбои в железнодорожной автоматике. Исследования показали, что число ложных срабатываний сигнализации на Северной железной дороге резко возрастает в полночь — и этот же пик совпадает с максимальной вероятностью наблюдения сияний. Оба явления вызваны одними и теми же процессами в магнитосфере.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. Учёные планируют развить подход, объединив данные о локализации и структуре сияний в единую вероятностную модель, которая поможет энергетикам и транспортникам в Арктике принимать решения в условиях дефицита информации, опираясь только на то, что можно увидеть собственными глазами.
Исследование опубликовано в журнале «Солнечно-земная физика»
Изображение на обложке: разработано Magnific
