Uno de los eventos más temidos de la meteorología espacial, los eventos GIC

Uno de los eventos más temidos de la meteorología espacial actualmente en la sociedad de alta tecnología, es todo aquello que pueda afectar a la superficie terrestre, causado principalmente por el Sol.

La red de energía eléctrica de un país, toda esa energía que recibimos en nuestro hogar o negocio y que sustenta nuestro bienestar, puede colapsar por la meteorología espacial. Uno de los grandes descubrimientos del siglo XIX fue la constatación de que un campo magnético variable en el tiempo es capaz de producir una corriente eléctrica en un alambre conductor. La idea básica es que la tasa de tiempo de cambio del flujo magnético (es decir, líneas de fuerza magnética) que pasa a través de un bucle de corriente es proporcional a la corriente que se genera alrededor del bucle. Un poco antes, pero igualmente importante descubrimiento fue que un cable que transporta corriente produce un campo magnético. La aplicación de estos principios está muy extendido en la sociedad moderna en los generadores eléctricos, transformadores de energía eléctrica y motores eléctricos, por ejemplo.

Campos magnéticos variables en el tiempo y los sistemas de corriente eléctrica no son fenómenos simplemente artificiales, ya que en realidad son muy comunes en la naturaleza también. Los actuales sistemas eléctricos naturales que varían en el tiempo se pueden encontrar dentro de la Tierra, en los océanos y en la atmósfera superior de la Tierra (por encima de ~100 km), donde los constituyentes de la atmósfera incluyen iones cargados positivamente y electrones cargados negativamente que se mueven sobre en una miríada de formas complicadas. Muchos de estos sistemas actuales de la atmósfera superior son constantemente presentes y modulan de manera regular en respuesta a la rotación de la tierra, la fuerza gravitacional de la luna, y la lenta variación de la radiación solar a lo largo del ciclo solar.

El peligro acecha cuando un evento solar severo asocia una eyección de masa coronal (CME) y esta enorme nube de plasma procedente del Sol, golpea la Tierra, provocando una tormenta geomagnética. Una tormenta geomagnética es una perturbación del campo geomagnético terrestre, que provoca y crea diferentes variaciones en la estabilidad de nuestro escudo magnético. Es entonces cuando los electrones procedentes de la CME en forma de cascada se dirigen hacia la magnetosfera de la Tierra en las regiones polares, y crean una corriente que fluye a lo largo del óvalo auroral. Cuando estas corrientes son intensas crean un campo eléctrico que son inducidos hacia la superficie. El campo eléctrico actuará como corrientes de conducción en el suelo y serán inducidos en los conductores eléctricos creados por el hombre, tales como cables de comunicación, oleoductos y redes de transmisión de energía eléctrica, oleoductos de gas y material ferroviario. Estas corrientes, que por lo tanto constituyen efectos de tierra procedentes de la meteorología espacial, se conocen como corrientes geomagnéticamente inducidas (GIC).

Principio básico para la generación de GIC: las variaciones de las corrientes ionosféricas (I (t)) generan un campo eléctrico (E (t)) que conduce GIC. Se muestran también grabaciones GIC reales del gasoducto finlandés de gas natural.

 

GIC_Transformer
Daño en un transformador producido por un evento GIC

Normalmente parte de un sistema que da potencia en los transformadores consiste en una configuración de conexión a líneas de transmisión de tres fases en una red. Cuando la alimentación de corriente alterna AC (alternating current) está equilibrada y no hay perturbaciones geomagnéticas las tres corrientes de fase se suman a cero en el punto del transformador neutral y ninguna corriente fluye a tierra. Cuando hay un evento GIC, sin embargo, no se equilibra de la misma manera, por lo que fluye entre las líneas de transmisión y el suelo una cantidad de energía diferente. Entonces las corrientes no se cancelan en el punto neutro y esto puede causar problemas graves a los transformadores y en la red eléctrica.

Los GICs tienen frecuencias <1 Hz, que son muy pequeñas en comparación con el 50 o 60 Hz corriente alterna AC en el sistema de potencia. Estas corrientes pueden ser tratadas como casi un sistema corriente continua DC (Direct Current). Cuando las corrientes inducidas geomagnéticamente fluyen a través del cableado del transformador se produce una magnetización adicional durante los semiciclos. El flujo magnético se extiende produciendo lo que se llama como corrientes parásitas que pueden causar puntos calientes que pueden dañar el transformador. Durante la saturación de medio ciclo causado por la corriente de magnetización hace aumentar significativamente los armónicos en la forma de onda de corriente alterna. El mayor contenido de armónicos puede provocar un funcionamiento incorrecto de los relés de protección, mal funcionamiento de los equipos y por lo tanto puede conducir a la desconexión de las líneas eléctricas. El aumento de la demanda de potencia reactiva, junto con la mala operación de los relés de protección puede causar un colapso del sistema eléctrico.

La historia de la GIC se remonta a unos 150 años atrás. Las primeras observaciones fueron hechas en los dispositivos de telégrafo primeros y más tarde en sistemas de corriente eléctrica. Los eventos GIC se han registrado por la industria de la energía durante muchos años. El primer caso documentado, se produjo durante una tormenta geomagnética severa el domingo de Pascua, 24 de marzo de 1940. En la costa este de Estados Unidos se observaron muchas perturbaciones geomagnéticas. El evento GIC más dañino se produjo en marzo de 1989. Toda la provincia de Quebec (Canadá) experimentó un apagón que duró alrededor de nueve horas. La compañía eléctrica Hydro-Québec perdió más de 21.500 MW. Un gran transformador en una planta nuclear en la costa este de Estados Unidos fue dañado por un evento GIC. El 30 de octubre de 2003, se produjo un corte de energía en Malmö en el sur de Suecia, que causó una interrupción de 50.000 clientes que duró aproximadamente una hora por otro evento GIC.

Cabría esperar que los primeros inventores de los sistemas de telégrafo no se dieron cuenta de que el circuito eléctrico que estaban construyendo se enhebraba por líneas de flujo magnético producida naturalmente, y, aún más sorprendente, que este flujo podría variar con el tiempo e inducir una corriente natural en su sistema. No fue mucho tiempo después de su despliegue, sin embargo, que se observaron los informes de las corrientes anómalas que podrían a veces prohibir la comunicación o podrían permitir a un sistema ejecutarse sin una fuente de energía eléctrica, o en casos más dramáticos que el papel de impresión se incendiara. Efectos similares se siguieron notado de vez en cuando con la próxima generación de líneas de comunicación (cables coaxiales).

Video: Análisis de las perturbaciones geomagnéticas y las corrientes inducidas geomagneticamente y cómo se pueden reducir los fallos de los transformadores y el sobrecalentamiento al mitigar el efecto del GIC.

                             

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