Corrientes Geomagnéticas Inducidas (GIC) en Latitudes Medias y su Impacto en la Infraestructura Tecnológica

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1 Corrientes Geomagnéticas Inducidas (GIC) en Latitudes Medias y su Impacto en la Infraestructura Tecnológica R. Caraballo, Leda Sanchez Bettucci, R. Ogando IV Taller de Ciencia Planetaria Montevideo 2 de Febrero de 2013

2 Índice 1 Que son las GICs? 2 Desperfectos Generados por las GICs 3 Como mitigar sus efectos?

3 Índice 1 Que son las GICs? 2 Desperfectos Generados por las GICs 3 Como mitigar sus efectos?

4 Índice 1 Que son las GICs? 2 Desperfectos Generados por las GICs 3 Como mitigar sus efectos?

5 La Actividad Solar y su Influencia Para entender las corrientes geoinducidas debemos considerar la primero la actividad solar. El Sol posee un ciclo magnético de 22 yr aprox. donde revierte completamente la polaridad del campo cada 11 yr aprox. (George Hale 1908)

6 La actividad solar afecta la magnetosfera planetaria creando tormentas magnéticas y corrientes ionosfericas. Las GICs son consecuencia del clima espacial severo sobre la superficie terrestre. Las eyecciones de masa coronal (CME) perturban la magnetosfera creando tormentas magnéticas que inyectan gran cantidad de partículas de alta energía en la ionosfera. Interacción CME-Magnetosfera

7 Mecanismo de Generación de GICs Generación de GIC Tormenta Magnética de 1989 La perturbación subita del campo magnético terrestre induce un campo eléctrico (Efecto Faraday) en tierra. E = B t El campo eléctrico crea corrientes en toda estructura conductora conectada a tierra (eg. lineas de transmisión, redes de tuberías,etc) Corrientes cuasi-continuas ( Hz) afectan grandes extensiones geográficas simultaneamente. Su intensidad depende de la topologia de las redes, de la resistividad del suelo y de la tasa de variación del campo magnético.

8 Mecanismo de Generación de GICs Generación de GIC Tormenta Magnética de 1989 La perturbación subita del campo magnético terrestre induce un campo eléctrico (Efecto Faraday) en tierra. E = B t El campo eléctrico crea corrientes en toda estructura conductora conectada a tierra (eg. lineas de transmisión, redes de tuberías,etc) Corrientes cuasi-continuas ( Hz) afectan grandes extensiones geográficas simultaneamente. Su intensidad depende de la topologia de las redes, de la resistividad del suelo y de la tasa de variación del campo magnético.

9 Mecanismo de Generación de GICs Generación de GIC Tormenta Magnética de 1989 La perturbación subita del campo magnético terrestre induce un campo eléctrico (Efecto Faraday) en tierra. E = B t El campo eléctrico crea corrientes en toda estructura conductora conectada a tierra (eg. lineas de transmisión, redes de tuberías,etc) Corrientes cuasi-continuas ( Hz) afectan grandes extensiones geográficas simultaneamente. Su intensidad depende de la topologia de las redes, de la resistividad del suelo y de la tasa de variación del campo magnético.

10 Mecanismo de Generación de GICs Generación de GIC Tormenta Magnética de 1989 La perturbación subita del campo magnético terrestre induce un campo eléctrico (Efecto Faraday) en tierra. E = B t El campo eléctrico crea corrientes en toda estructura conductora conectada a tierra (eg. lineas de transmisión, redes de tuberías,etc) Corrientes cuasi-continuas ( Hz) afectan grandes extensiones geográficas simultaneamente. Su intensidad depende de la topologia de las redes, de la resistividad del suelo y de la tasa de variación del campo magnético.

11 GICs en nuestras Latitudes Se suponía que las GICs no eran un problema en latitudes medias. (Gaunt & Coetzee 2007) Pero han generado fallas graves en las redes eléctricas de Sudafrica, Canada y Nueva Zelanda durante las tormentas solares.(mandea et al. 2007, Pirjola et al. 2010) Se han registrado GICs mayores a 30A, generación de armónicos, destrucción de transformadores y fallas en sistemas de transmisión y señalización.

12 La actividad solar severa genera millones de dólares de pérdidas debidas a fallos ocasionados en las redes de transmisión eléctrica, en satélites artificiales, sistemas de oleoductos, GPS, etc.

13 La Anomaĺıa Del Atlántico Sur (Un problema Mas!) El dipolo magnético terrestre esta descentrado e inclinado 11 o. aprox. resp. al eje terrestre. Esta asimetría crea anomaĺıas en el campo magnético, la mas notable: la Anomaĺıa del Atlántico Sur (SAMA). Electrones y protones del cinturon interno de Van Allen inciden directamente sobre la SAMA a H=100km! (Heirtzler 2002) La menor intensidad de campo en todo el planeta. (ca nT) El Pitch angle scattering de electrones con energías >100 KeV provoca pulsaciones en el campo magnético (Jayanti et al. 2001) Mayor penetración de partículas energéticas, mayor tasa de fallas en componentes electrónicos.

14 Antecedentes Históricos 1859:27 Ago-7 Sep: La tormenta solar más intensa registrada, El Evento Carrington Colapso casi total del sistema telegráfico norteamericano. Auroras extremadamente brillantes visibles en Florida!!!. ( Russell et al. 2005) 1921: La mayor mancha solar registrada, se pudo observar a simple vista mediante vidrios ahumados. La tormenta solar colapsó los sistemas de señalización del ferrocarril central de Nueva York y Londres. Interferencia en los sistemas telegráficos de toda Europa e Incendio en la oficina telegráfica de Suecia. Auroras visibles en Pasadena marzo 13: Falla masiva en la red de Hydro-Quebec Co., 6 millones de personas sin electricidad. Colapso de los servicios básicos de Montreal y alrededores por más de 6hs. Costo estimado de las pérdidas: U$S 2 billones. 2003: 22 Oct.-4 Nov. La tormenta de Halloween, provocó apagones en Suecia y falla severa de transformadores en la red eléctrica de Sudáfrica.

15 El Clima Espacial y sus Efectos

16 Estrategias de Mitigación de Efectos Que hacer? Un modelo que pronostique del clima espacial. (quizás en el futuro?). Seguimiento de alertas sobre el clima espacial brindados por Agencias espaciales y obs. geomagneticos Sistemas de monitoreo en tiempo real de GIC en lineas de alta tensión y tuberías. Instalación de bancos de capacitores en serie con las lineas de tensión para prevenir el flujo de GICs y estabilizar el voltaje. Implementación de protocolos de contención rápida en caso de falla masiva. Actualmente disponemos de 18 a 24hs según la velocidad de la CME

17 Estrategias de Mitigación de Efectos Que hacer? Un modelo que pronostique del clima espacial. (quizás en el futuro?). Seguimiento de alertas sobre el clima espacial brindados por Agencias espaciales y obs. geomagneticos Sistemas de monitoreo en tiempo real de GIC en lineas de alta tensión y tuberías. Instalación de bancos de capacitores en serie con las lineas de tensión para prevenir el flujo de GICs y estabilizar el voltaje. Implementación de protocolos de contención rápida en caso de falla masiva. Actualmente disponemos de 18 a 24hs según la velocidad de la CME

18 Estrategias de Mitigación de Efectos Que hacer? Un modelo que pronostique del clima espacial. (quizás en el futuro?). Seguimiento de alertas sobre el clima espacial brindados por Agencias espaciales y obs. geomagneticos Sistemas de monitoreo en tiempo real de GIC en lineas de alta tensión y tuberías. Instalación de bancos de capacitores en serie con las lineas de tensión para prevenir el flujo de GICs y estabilizar el voltaje. Implementación de protocolos de contención rápida en caso de falla masiva. Actualmente disponemos de 18 a 24hs según la velocidad de la CME

19 Estrategias de Mitigación de Efectos Que hacer? Un modelo que pronostique del clima espacial. (quizás en el futuro?). Seguimiento de alertas sobre el clima espacial brindados por Agencias espaciales y obs. geomagneticos Sistemas de monitoreo en tiempo real de GIC en lineas de alta tensión y tuberías. Instalación de bancos de capacitores en serie con las lineas de tensión para prevenir el flujo de GICs y estabilizar el voltaje. Implementación de protocolos de contención rápida en caso de falla masiva. Actualmente disponemos de 18 a 24hs según la velocidad de la CME

20 Estrategias de Mitigación de Efectos Que hacer? Un modelo que pronostique del clima espacial. (quizás en el futuro?). Seguimiento de alertas sobre el clima espacial brindados por Agencias espaciales y obs. geomagneticos Sistemas de monitoreo en tiempo real de GIC en lineas de alta tensión y tuberías. Instalación de bancos de capacitores en serie con las lineas de tensión para prevenir el flujo de GICs y estabilizar el voltaje. Implementación de protocolos de contención rápida en caso de falla masiva. Actualmente disponemos de 18 a 24hs según la velocidad de la CME

22 Conclusiones 1 Las GICs afectan extensas áreas geográficas a medida que la interconexión de múltiples redes eléctricas crece. 2 Su efecto se acentúa a medida que las lineas de transmisión se hacen mas largas. 3 Poseen un efecto acumulativo sobre los transformadores de HV acortando su vida útil. 4 Los cables submarinos de comunicación de datos son aun mas propensos a estas fallas (por su extensión) 5 Disponemos de medidas paliativas, pero aun es incierto que sucedería en otro evento similar al de Carrington. 6 A medida que la miniaturización electrónica avanza, el equipamiento electrónico se vuelve mas sensible a la actividad solar. 7 Se podría afrontar un fallo de propociones antes que colapse la estructura de servicios básicos de los grandes centros urbanos (Gas, electricidad, transito, agua potable, comunicaciones, etc.)?

23 Referencias I. Daglis,.Space Storms and Space Weather Hazards NATO Science Series II Vol I. Daglis. Effects of Space Weather on Technology Infrastructure Ed. Springer 2005 A. Pulkkinen GEOMAGNETIC INDUCTION DURING HIGHLY DISTURBED SPACE WEATHER CONDITIONS: STUDIES OF GROUND EFFECTS 2003 C. Schrijver, G. Siscoe. Heliophysics I, Space Storms and Radiation: Causes and Effects 2008 W. Baumjohann R. Treumann. Basic Space Physics Imperial College Press 1997

24 Agradecimientos Los autores agradecen al Dr. Gonzalo Tancredi por su invitación a formar parte de este Taller

25 Gracias por su Atención!!

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