Úvodní strana  >  Články  >  Sluneční soustava  >  Výzkumy v AsÚ AV ČR (144): Poruchovost v české rozvodné síti v závislosti na úrovni sluneční aktivity

Výzkumy v AsÚ AV ČR (144): Poruchovost v české rozvodné síti v závislosti na úrovni sluneční aktivity

Komplikovaný vztah Slunce a Země zachycen na ilustračním obrázku.
Autor: © SOHO (ESA&NASA)

O negativních vlivech sluneční aktivity na pozemní infrastrukturu bylo napsáno mnoho. Geomagnetické superbouře po sobě často zanechávají poškozená zařízení. Ve Spojených státech se nedávno objevila studie poukazující, že i malé události mají svůj vliv na poruchovost zařízení. Představujeme práci, jejíž autoři provedli podobnou studii pro zařízení české rozvodné sítě. I zde byla nalezena zvýšená závadovost klíčových zařízení v období zvýšené sluneční aktivity.

Strašákem pro stabilitu rozvodných sítí elektrické energie jsou tzv. geomagneticky indukované proudy (GIC z anglického Geomagnetically Induced Currents), tedy proudy, které jsou na zařízení rozvodné sítě indukovány změnami zemského magnetického pole. Tyto změny jsou vyvolávány proměnností slunečního větru a jsou největší v období, kdy je aktivita našeho Slunce zvýšená. Největší vliv pak mají přirozeně eruptivní sluneční události, proto lze pojmy sluneční aktivita a geomagnetická aktivita pro účely této studie zaměňovat. GIC pronikají do klíčových zařízení rozvodné sítě a protože se vůči provozním proudům chovají jako stejnosměrné (jejich typická doba proměnnosti se počítá v minutách, zatímco provozní proud změní své znaménko padesátkrát za sekundu), ovlivňují jejich správnou funkci. Porušený tvar provozní sinusoidy způsobuje změny frekvence a generaci vyšších harmonických, což může vést k zásahu provozních ochran a odpojení postiženého vedení od sítě. Téměř stejnosměrné GIC po průniku do jádra transformátoru nutí zařízení pracovat daleko od návrhových parametrů, dochází k saturaci jádra jednou polaritou s následným zvýšeným tepelným zatížením, které může v extrémních případech vést až k tavení jádra.

Z událostí v minulosti je známo, že velké geomagnetické bouře, tzv. superbouře, jsou spojovány se zvýšeným výskytem závad na klíčových zařízeních rozvodné sítě. V březnu 1989 vstoupil do historie  Québecký blackout, který trval na velkém území celých devět hodin, místy ale až dva měsíce. Stejná geomagnetická bouře ale měla za následek havárie různých zařízení po celém světě, zvýšená poruchovost byla zaznamenána v následujících 25 měsících. Téměř 29 hodin trvající geomagnetická bouře na přelomu října a listopadu 2003 se podepsala lokálními blackouty ve skandinávských zemích nebo rozsáhlými poruchami transformátorů v Jihoafrické republice nebo na Novém Zélandu.

V roce 2013 byla publikována práce provedená pro území Spojených států amerických, která studovala  souvislost mezi výskytem poruch v rozvodné síti a úrovní geomagnetické aktivity. Studie přesvědčivě ukázala, že čtyři procenta všech poruch mají svého původce ve vrtoších našeho Slunce. Navazující práce ukazuje, že to znamená kolem 180 miliard dolarů ročně jen na pojistných plněních na území USA.

Michal Švanda, pracující mimo jiné pro Sluneční oddělení ASU, společně se svou studentkou Tatianou Výbošťokovou z MFF UK realizovali podobnou studii pro rozvodnou síť v České republice. Po tři roky trvajících jednáních získali provozní deníky od všech hlavních distributorů elektrické energie na území ČR a rozdělili je do dvanácti anonymizovaných datových sérií. Každá z těchto sérií obsahovala seznam dní, v nichž byla na zařízeních určitého typu připojených k jednotné napěťové hladině zaznamenána anomálie. Vzhledem ke komplikovanému vyjednávání jednotlivé série pokrývají šest až deset let, všechny se překrývají pouze ve třech rocích. Třináctá testovací série tak vznikla spojením všech poruchových logů dohromady a pokrývá souvisle dvanáct let.

Rozložení závadovosti elektrických sítí v čase bylo porovnáváno s datovou sérií reprezentující úroveň geomagnetické aktivity. Ta měla svůj základ v tzv. K-indexu poruch zemského magnetického pole, který byl vypočten na základě minutových měření z observatoře Budkov obhospodařované Geofyzikálním ústavem AV ČR. V sérii modifikovaného K-indexu byla automaticky vyhledávána lokální maxima odpovídající zvýšené geomagnetické aktivitě v určitém období, k nimž byla dohledávána blízká minima. Cílem bylo porovnat počet anomálií registrovaných v maximech a minimech v jednotlivých sériích od distributorů. Blízkost párovaných období byla požadována proto, aby se zohlednily například sezónní výkyvy nebo dlouhodobé trendy vyvolané změnami v složitosti a zatížení sítě. Počet anomálií byl porovnáván v různě dlouhých obdobích několika desítek dnů v okolí minim a maxim, přičemž studie byla konzistentně provedena pro okna s délkami 10 až 120 dní.

Z výsledků vyplývá že pro sčítací okna v délce 30 až 70 dnů lze i pro českou rozvodnou síť zaznamenat statisticky významně zvýšenou poruchovost v období zvýšené geomagnetické aktivity, a to pro datové řady, které reprezentují anomálie na zařízeních sítě s vysokým a velmi vysokým napětím. Pro nízkonapěťovou hladinu se toto nepotvrdilo, stejně tak negativně dopadly i testy v datových řadách distributora, u nějž převažovala vedení s krátkými úseky mezi zemnícími body. Poruchovost byla v kladných případech zvýšena až o několik desítek procent a statisticky se anomálie vyskytovaly významněji po lokálním maximu geomagnetické aktivity než před ním. Stejná statistická analýza aplikovaná na dvanáctiletou spojenou datovou sérii jednoznačně podtrhuje zvýšený výskyt anomálií v období zvýšené geomagnetické aktivity. To vše nasvědčuje kauzální souvislost, i když ji metodika použitá ve studii nedokáže přímo prokázat.

Jde o pilotní studii v podmínkách státu, u něhož byly díky velké vzdálenosti od geomagnetického pólu efekty sluneční aktivity považovány za vyloučené. Množící se studie v literatuře však ukazují, že amplitudy GIC mohou být i v takových lokalitách značné a dosahovat tak hranic, které již mohou vést ke zvýšenému zatížení klíčových zařízení a tak jejich předčasnému selhání.  

REFERENCE

T. Výbošťoková, M. Švanda, Statistical Analysis of the Correlation between Anomalies in the Czech Electric Power Grid and Geomagnetic Activity, Space Weather v tisku, preprint arXiv:1907.01753

KONTAKT

doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D.
michal@astronomie.cz
Sluneční oddělení Astronomického ústavu AV ČR

 

 

 

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Sluneční oddělení ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. Více o autorovi na jeho webových stránkách svanda.astronomie.cz.

Štítky: Geomagnetická bouře, Kosmické počasí, Astronomický ústav AV ČR


35. vesmírný týden 2019

35. vesmírný týden 2019

Přehled událostí na obloze od 26. 8. do 1. 9. 2019. Měsíc bude v novu. Večer můžeme pozorovat nízko nad jihem Jupiter a Saturn. V druhé polovině noci jsou nejvýše Neptun a Uran. Aktivita Slunce je velmi nízká. Bezpilotní Sojuz MS-14 odstartoval, ale odložilo se jeho připojení k ISS. Sonda Chandrayaan-2 se dostala na oběžnou dráhu kolem Měsíce. Evropské robotické vozítko ExoMars 2020 již dostalo všechny vědecké přístroje. Před 225 lety objevil William Herschel Saturnův měsíc Enceladus. Před 160 lety došlo k velmi silné erupci na Slunci.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Měsíc ve stínu Země 16. 7. 2019

Titul Česká astrofotografie měsíce za červenec 2019 obdržel snímek „Měsíc ve stínu Země 16. 7. 2019“, jehož autorem je Dalibor Hanžl   Opět máme za sebou zajímavý a zejména estetický astronomický úkaz – částečné zatmění Měsíce. A také další kolo soutěže Česká astrofotografie měsíce,

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Mléčná dráha v souhvězdí Orla

Další informace »