Ilustrační snímek. Foto: Kichigin / Shutterstock
Třináctého března roku 1989 nastal v kanadském Québecu rozsáhlý výpadek elektřiny – během zhruba minuty a půl se zhroutila přenosová soustava a bez proudu zůstalo bezmála šest milionů lidí. Výpadek trval zhruba devět hodin, avšak události, které k němu vedly, začaly již o několik dní dříve mimo naši planetu.
6 milionů bez elektřiny
První výkyvy napětí zaznamenali québečtí energetici již 12. března, kdy se dispečeři pokoušeli provádět zásahy potřebné k udržení stability. Následující noc však přinesla prudké změny zemského magnetického pole, které vyvolaly nežádoucí proudy v síti. Transformátory posléze začaly pracovat v neobvyklých podmínkách a průběh střídavého proudu se deformoval.
Na zkreslený průběh napětí a proudu reagovaly ochrany, které odpojily statické kompenzátory jalového výkonu – zařízení pomáhající udržovat napětí v soustavě. Po jejich odpojení následovala ztráta stability a odpojování dalších částí sítě. K výpadku přitom došlo ještě před nejsilnější fází celé bouře, která teprve měla Zemi potkat.
Ze Slunce vyráží oblak plazmatu
Sluneční erupce představuje prudké uvolnění energie, při němž vzniká intenzivní elektromagnetické záření a kterou může doprovázet výron koronální hmoty. Do meziplanetárního prostoru se vydá obrovský oblak plazmatu (elektricky nabitého plynu), který s sebou nese magnetické pole. Ty nejrychlejší mohou k Zemi dorazit přibližně za patnáct až osmnáct hodin, zatímco pomalejším cesta může zabrat i několik dní.
Během bouře se zesilují a mění elektrické proudy v magnetosféře i ve vodivé vrstvě horní atmosféry – ionosféře. Jejich proměny se projevují změnami magnetického pole měřenými na zemském povrchu. Intenzitu bouře ovlivňuje také orientace magnetického pole unášeného slunečním větrem. Pokud jeho severojižní složka směřuje k jihu, vytvářejí se na denní straně magnetosféry příznivé podmínky pro magnetickou rekonexi, při níž se přepojují magnetické siločáry meziplanetárního a zemského pole. Tím se usnadňuje přenos energie ze slunečního větru do magnetosféry, oblasti ovládané magnetickým polem naší planety.
Jak vzniká proud v pozemském vedení
Proměnlivé magnetické pole vyvolává elektrické pole také ve vodivém zemském prostředí. Mezi vzdálenými místy propojenými elektrickým vedením tak vznikají rozdíly napětí, které mohou pohánět proud přes uzemněné části transformátorů a přenosové linky. Tyto geomagneticky indukované proudy (GIC) jsou pozemským důsledkem elektromagnetické indukce.
Dlouhá vedení propojují místa vzdálená stovky kilometrů, a tudíž se podél jejich trasy může účinek elektrického pole výrazně projevit. Záleží ovšem i na směru vedení, odporech jednotlivých částí soustavy i způsobu uzemnění. Proudy GIC se mění pomalu a ve srovnání s běžným střídavým proudem v síti se chovají téměř jako proud stejnosměrný. Transformátorům tak přidávají složku, na kterou jejich běžný provoz není uzpůsoben.
Jejich magnetické jádro se může během části střídavého cyklu dostávat do nasycení, kdy už na další magnetizaci reaguje jen omezeně. Výsledkem bývá zkreslení průběhu proudu, zvýšené zahřívání a větší odběr jalového výkonu, jehož dostupnost pomáhá udržovat napětí v soustavě. Mohou zasáhnout ochrany, odpojovat zařízení a za nepříznivých okolností se problémy rozšíří do dalších částí sítě a při příliš silném namáhání hrozí také poškození samotných transformátorů.
Lze předpovídat výpadek?
Pomocí pozorování Slunce můžeme rozpoznat výron směřující k Zemi. Zůstává však nejistota, kdy přesně dorazí a jak bude orientované jeho magnetické pole. Přímá měření sond poblíž takzvaného libračního bodu L1 mezi Sluncem a Zemí nám sice mohou přinést upřesnění parametrů, avšak při rychlém slunečním větru zpravidla zbývají jen desítky minut k přípravě.
Energetici z tohoto důvodu potřebují postupy připravené předem. Mohou například omezit přenos elektřiny přes ohrožené části soustavy či zajistit dostatek podpory pro udržování napětí. Pomáhá také průběžné měření nežádoucích proudů a sledování zatížení zařízení a jejich opatrné odstavování.
Například již zmíněný Hydro-Québec po roce 1989 upravil nastavení ochran a doplnil soustavu o zařízení, která zvyšují stabilitu a omezují šíření indukovaných proudů. Zavedl také podrobnější sledování poruch a postupy pro omezení přenosů při očekávané silné bouři.
Při bouři roku 2024 na Novém Zélandu dispečeři poprvé použili předem připravený plán cíleného odpojování vybraných vedení. Změnili tím cesty, kterými nežádoucí proudy protékaly, a snížili zatížení ohrožených transformátorů. Dodávky elektřiny přitom odběratelům zůstaly zachovány. Na jednom z transformátorů v rozvodně Halfway Bush v Dunedinu dosáhl naměřený proud přibližně 99 ampérů. Model pro stejné zařízení bez ochranných zásahů, ale při zachování neplánovaného odpojení transformátoru v sousední rozvodně, předpokládal zhruba 200 ampérů.
Slunce se bude připomínat dalšími bouřemi, jejichž následky se budou lišit místo od místa. Každá zaznamenaná bouře však přináší příležitost pro další měření, s nimiž lze ochranu sítě do budoucna zpřesnit.
-etcz-
Comments