Saulės audros, geomagnetiniai elektros energijos tiekimo sutrikimai ir tinklo gedimas¶

Sunki geomagnetinė audra įvyksta, kai Saulė išsiveržia didžiuliu milijardų tonų įmagnetintos plazmos debesiu, vadinamu koroninės masės išmetimu (CME), nukreiptu tiesiai į Žemę, suspaudžiant Žemės magnetinį lauką ir sukeliant galingas elektros sroves žemyno elektros tinkluose, vamzdynuose ir povandeniniuose ryšių kabeliuose. Skirtingai nuo žemės drebėjimų ar žmogaus sukeltų elektromagnetinių impulsų (EMP), kurie smogia be jokio įspėjimo, saulės audros iš Saulės į Žemę nukeliauja per 15-72 valandas, suteikdamos namų ūkiams kritinį įspėjimo langą, kad būtų galima užpildyti vandens talpyklas, papildyti transporto priemonių kuro bakus, išimti grynuosius pinigus, įkrauti baterijas ir fiziškai atjungti jautrią elektroniką prieš atvykstant saulės smūgiui.

Padarykite tai dabar¶

1. Papildykite transporto priemonių degalų bakus ir išimkite mažo nominalo avarinius grynuosius pinigus iškart po G4 arba G5 geomagnetinio audros laikrodžio: kai kosmoso orų agentūros (pvz., NOAA kosminių orų prognozių centras JAV, JK Met Office arba Europos kosmoso agentūra) išduoda G4 (sunkus) arba G5 (ekstremalus) laikrodį 48 val. iki smūgio A stoties. Degalinių degalų siurbliai ir pardavimo taškų kortelių terminalai nustoja veikti, kai tik regioninis elektros tinklas atsijungia.
2. Pripildykite vonias, švarius ąsočius ir vandens talpyklas 14 dienų gerti ir valyti: savivaldybių vandens valymo įrenginiai ir slėginės stotys priklauso nuo tinklo maitinamų elektrinių siurblių, kurie praranda slėgį per kelias valandas po didelio ploto užtemimo. Laikykite mažiausiai 4 litrus (1 galoną) švaraus vandens vienam asmeniui per dieną maistiniuose ąsočiuose, taip pat pripildykite vonias (jei yra, naudokite plastikinę vonios pūslę) skalbimui ir tualeto nuleidimui.
3. Įkraukite visus telefonus, ličio elektrines, nešiojamuosius kompiuterius, priekinius žibintus ir dvipusius radijo imtuvus iki 100 proc., tada ATJUNKITE juos prieš CME atvykimo langą: kai akumuliatoriai bus visiškai įkrauti, fiziškai ištraukite visas įkrovimo plyteles ir maitinimo laidus iš sieninių lizdų, kol saulės audra užklups Žemės magnetosferą.
4. Fiziškai atjunkite jautrią namų elektroniką ir išjunkite sunkius 240 voltų prietaisų grandinės pertraukiklius: geomagnetinės audros metu nepasitikėkite pigiomis plastikinėmis apsaugos nuo viršįtampio juostelėmis. Ištraukite kompiuterių, maršrutizatorių, televizorių ir mikrobangų krosnelių sieninius kištukus ir nuimkite dviejų polių 240 voltų grandinės pertraukiklius prie pagrindinio centrinio oro kondicionierių, šilumos siurblių, elektrinių vandens šildytuvų, šulinių siurblių ir elektrinių transporto priemonių (EV) įkroviklių skydelio, kad apsaugotumėte jų variklius ir valdymo plokštes nuo didelių tinklo įtampos iškraipymų ir harmonikų iškraipymų.
5. Atsisiųskite visus neprisijungus pasiekiamus kelių žemėlapius ir medicininius įrašus į atsarginį įrenginį ir supakuokite Faradėjaus ekranuotą atsarginį rinkinį: kadangi stiprios geomagnetinės audros trikdo GPS / GNSS palydovinės navigacijos ir aukšto dažnio radijo signalus 24-72 valandas, atsisiųskite pilnos valstijos arba nacionalinius neprisijungus pasiekiamus žemėlapius ("Google Maps", "Apple Maps" ir "Organic Maps", patvirtinkite, ar turite popierinius kelių žemėlapius). transporto priemonę ir į sandarų metalinį indą įdėkite bateriją/rankinį švaistiklį AM/FM/NOAA orų radiją ir atsarginį telefoną, suvyniotą į kartoną.
6. Prieš susidūrimą perjunkite saulės energijos ir namų baterijų sistemas į „Off-grid / Island Mode“: jei jūsų namuose yra saulės kolektorių, sujungtų su hibridiniu akumuliatoriaus keitikliu (pvz., „Tesla Powerwall“, „Enphase“ arba „SolarEdge“,), rankiniu būdu atjunkite nuo elektros tinklo per perdavimo jungiklį, kol CME nepaveikia tiek smarkių harmonikų išjungimo tinklo įtampos ir fazės.

flowchart TD
    A["NOAA / JK Met Office problemos G4 (sunkus) arba G5 (ekstremalus) geomagnetinis audros laikrodis"] --> B["Įspėjimo langas atsidaro: likus 15-48 valandoms iki Koroninės masės išmetimo (CME) pasiekiant Žemę"]
    B --> C["1 valanda: papildomi transporto priemonių degalų bakai, grynųjų pinigų išėmimas (1 USD / 5 USD / 10 USD / 20 USD kupiūros) ir receptų paėmimas"]
    C --> D["2 valanda: pripildykite geriamojo vandens ąsočius (4 l / 1 gal asmeniui per dieną) ir užpildykite vonias sanitariniais tikslais"]
    D --> E["3 valanda: įkraukite visus telefonus, maitinimo blokus, nešiojamus kompiuterius ir radijas iki 100%, atsisiųskite žemėlapius neprisijungus"]
    E --> F["1 valanda iki L1 palydovo smūgio (DSCOVR / ACE įspėjimas): fiziškai atjunkite elektroniką ir išjunkite 240 V pertraukiklius"]
    F --> G{"Ar regioninis elektros tinklas žlunga dėl CME poveikio?"}
    G -- "Ne: komunalinės paslaugos važiuoja per riedėjimo įtampos valdymą" --> H["Prieš vėl prijungdami jautrią pavarą, palaukite, kol kosminių orų Kp indeksas nukris žemiau Kp 5"]
    G -- "Taip: plačiajuosčio transformatoriaus užtemimas" --> I["Išjunkite pagrindinės gatvės vandens vožtuvą, jei slėgis krenta, stebėkite AM transliacijos radiją ir raciono išteklius"]

1 dalis: Saulės audros (CME) ir branduolinė EMP: fizika, mitai ir reali rizika¶

Visuomenės painiavos tarp natūralios Saulės audros (Masinė Koroninė išmetimas / Geomagnetinė audra) ir žmogaus sukeltos Didelio aukščio elektromagnetinio impulso (HEMP / Branduolinis EMP) sukelia daug šeimų arba be reikalo paniką (manant, kad jų atjungtas telefonas ir pastatytas automobilis ilgainiui gali užsidegti, o vandens infrastruktūra užsidegs). elektros tinklo gedimas).

Kaip Saulės audra iš tikrųjų sąveikauja su Žeme (3 kosminio oro etapai)¶

Kai masinis magnetinis išsiveržimas įvyksta aktyvioje saulės dėmės srityje, nukreiptoje į Žemę, saulės energija pasiekia mūsų planetą trimis skirtingomis bangomis, judančiomis skirtingu greičiu:

1. 1 banga: Saulės blyksnis (R skalės radijo užtemimas: atvyksta per 8 minutes): rentgeno spindulių ir ekstremalių ultravioletinių spindulių blyksnis, sklindantis šviesos greičiu. Dienos metu jis per 8 minutes jonizuoja viršutinių Žemės atmosferos sluoksnių D sluoksnį, sukeldamas laikinus Aukšto dažnio (HF) trumpųjų bangų radijo užtemimus aviacijos ir jūrų laivuose, tačiau neturi jokio poveikio elektros tinklui.
2. 2 banga: Saulės spinduliuotės audra (S skalės protonų audra: atvyksta per 15 minučių iki kelių valandų): Saulės išsiveržimo pagreitinti energingų protonų srautai. Šios dalelės gali sukelti vieno įvykio sutrikimus aukštos orbitos palydovuose ir padidinti radiacijos dozes astronautams ir keleiviams, vykstantiems poliarinių komercinių skrydžių metu, tačiau Žemės atmosfera visiškai neleidžia joms pasiekti žmonių ar ant žemės esančios elektronikos.
3. 3 banga: vainikinių masių išmetimas / geomagnetinė audra (G skalė: atvyksta per 15-72 valandas): tai tinklei pavojingas įvykis. Milijardo tonų įmagnetintos saulės plazmos burbulas skrieja 150 milijonų kilometrų (93 milijonų mylių) atstumu nuo Saulės iki Žemės. Jei įterptasis CME magnetinis laukas nukreiptas ** į pietus (negative Bz)**, priešais Žemės magnetinį lauką šiaurės kryptimi, jis susijungia su Žemės magnetosfera ir išmeta magnetinės energijos teravatais į viršutines atmosferos sluoksnius, nukreipdamas į žemę geomagnetiškai sukeltas sroves (GIC).

Techninis palyginimas: natūralaus saulės CME ir didelio aukščio branduolinio EMP (E1, E2, E3)¶

Remiantis JAV kibernetinio saugumo ir infrastruktūros saugumo agentūros (CISA), Elektros energijos tyrimų instituto (EPRI), JK National Grid ESO ir JAV Energetikos departamento techniniais vertinimais, natūrali saulės audra gamina tik lėtą geomagnetiškai sukeltą srovę (E3-like pulsas) ir niekada neduoda greito E1 mikrobangų/radijo dažnio impulsas, kuris kepa atjungtas mikroschemas.

2 dalis: NOAA geomagnetinės audros skalė (G1-G5) ir išankstinio įspėjimo sistemos¶

Kosmoso orų agentūros visame pasaulyje stebi Saulę 24 valandas per parą naudodamos saulės observatorijas (pvz., NASA/ESA SOHO ir SDO palydovus) ir giliųjų kosmoso saulės vėjo plūdurus, esančius Lagranžo taške 1 (L1), 1,5 milijono kilometrų (1 milijono mylių) prieš srovę nuo Žemės (NOAA DSCOVR ir NASA ACE palydovai).

Kaip perskaityti Kp indeksą ir Bz orientaciją saulės laikrodžio metu¶

3 dalis: namų elektronikos, saulės keitiklių apsauga ir Faradėjaus skydo kūrimas¶

Kai neišvengiama didelė G5 saulės audra arba EMP grėsmė, standartinės vartotojų apsaugos nuo viršįtampių neišgelbės jūsų įrangos ir iš tikrųjų gali tapti gaisro pavojumi patalpose.

1. Kodėl geomagnetinių įvykių metu sugenda (ir užsidega) standartinės maitinimo juostelės viršįtampio apsaugos priemonės¶

Įprasto 20 USD vertės maitinimo juostelės viršįtampio apsaugoje yra monetos dydžio komponentas, vadinamas Metal Oxide Varistor (MOV). MOV yra sukurtas taip, kad nukreiptų mikrosekundės įtampos šuolį nuo netoliese esančio žaibo smūgio į įžeminimo laidą.

• Per smarkią geomagnetinę audrą kvazi-nuolatinės srovės prisotina komunalinius transformatorius, sukeldamos nuolatinį viršįtampą, žemą įtampą (užmušimą) ir didelį lyginį ir nelyginį harmoninio dažnio iškraipymą, trunkantį nuo minučių iki valandų, kol tinklas atsijungia neprisijungus.
• Kai veikiamas nuolatinis harmoninis iškraipymas arba ilgalaikė per didelė įtampa, pigių maitinimo juostų viduje esantys MOV perkaista viršijant savo šiluminę ribą, ištirpsta plastikinis korpusas ir užsidega kilimas arba užuolaidos.
• Oro tarpo taisyklė: fiziškai ištraukus elektros kištuką iš sieninio lizdo susidaro 1 metro oro tarpas, kurio joks saulės sukeltas tinklo viršįtampis negali peršokti. Jei naudojate laidinę 240 voltų įrangą (centrinius ŠVOK kondensatorius, šulinių siurblius, elektrines orkaites, elektrinių elektrinių įkroviklius), pagrindiniame pertraukiklio skydelyje grandinės pertraukiklį perjungus į padėtį OFF, atsidaro vidiniai mechaniniai kontaktai.

2. Kaip per 5 minutes sukurti patikrintą, dvigubai izoliuotą „Faraday“ konteinerį „pasidaryk pats“¶

Jei norite apsaugoti atsarginį ryšį ir išgyvenimo elektroniką nuo ekstremalių saulės radijo bangų ir aukšto dažnio E1/E2 elektromagnetinių impulsų (EMP), jums nereikia pirkti brangių taktinių krepšių. Galite sukurti labai efektyvų įdėtą Faradėjaus skydą naudodami cinkuoto plieno šiukšliadėžę arba metalinę sausainių / šovinių skardą:

flowchart TD
    A["Pasirinkite sklandų išorinį metalinį konteinerį (cinkuoto plieno šiukšliadėžę, plieninę šovinių skardinę arba metalinę sausainių skardą)"] --> B["1 veiksmas: apžiūrėkite ir nuvalykite metalinio dangtelio ratlankį (nuvalykite dažus, kad kontaktinė siūlė liestų pliką metalą)"]
    B --> C["2 veiksmas: išklokite visą vidų stora nelaidžia izoliacija (kartonine dėžute, putplasčiu arba sausais rankšluosčiais)"]
    C --> D["3 veiksmas: kiekvieną atjungtą elektroninį elementą įvyniokite į plastikinį maišelį + 3 sluoksnius tvirtos aliuminio folijos"]
    D --> E["4 veiksmas: įdėkite apvyniotą pavarą į izoliuotą šerdį (patikrinkite, kad metalas nesusiliestų su išorine siena)"]
    E --> F["5 veiksmas: paspauskite metalinį dangtį ir užsandarinkite visą perimetro siūlę laidžia metaline aliuminio ŠVOK juosta"]

• Ką supakuoti į Faraday konteinerį:
• Kšeninis AM / FM / trumpųjų bangų baterijomis maitinamas radijas (taip pat sandarios ličio AA / AAA baterijos, kurių galiojimo laikas yra 15-20 metų ir kurios niekada nepraleidžia korozinės rūgšties, pavyzdžiui, šarminių baterijų).
• Senesnis atsarginis išmanusis telefonas arba planšetinis kompiuteris su neprisijungus pasiekiamais topografiniais ir gatvių žemėlapiais (OsmAnd arba Organic Maps), Vikipedija neprisijungus (Kiwix), šeimos medicininių įrašų, receptų, dokumentų ir skubios pagalbos vadovų PDF kopijos, taip pat USB įkrovimo laidas.
• Sulankstoma nešiojama saulės baterija (20-100 W) ir ličio-geležies fosfatas (\(\text{LiFePO}_4\)) arba ličio jonų USB maitinimo blokas.
• LED priekinis žibintas ir pagrindinis skaitmeninis multimetras (baterijoms ir namų maitinimo atstatymui išbandyti).
• Diabetikams arba sunkiems medicininiams pacientams: atsarginis atsarginis gliukozės kiekio kraujyje matuoklis arba svarbus elektroninis medicininis monitorius.

4 dalis: Išgyvenimas dėl ilgo tinklo ir transformatoriaus užtemimo (nuo 72 valandų iki 30 ir daugiau dienų)¶

Esant vidutiniam elektros energijos tiekimo sutrikimui, kai apsauginės relės tiesiog išjungia perdavimo linijas neprisijungus, kad išsaugotų įrangą (kaip dabar komunalinės paslaugos bando naudoti Šiaurės Amerikos NERC TPL-007 geomagnetinių trikdžių standartai ir JK nacionaliniai tinklo protokolai), maitinimas gali būti atkurtas naudojant „Black Start“ hidro ir dujų turbinas per 12-72 valandas. Tačiau esant ekstremaliam Carrington klasės scenarijui, kai dešimtys masyvių 200-400 tonų Ypač aukštos įtampos (EHV) paaukštintų transformatorių kenčia nuo vidinių apvijų gedimų, komunalinių paslaugų įmonės turi nedaug atsarginių transformatorių, o tai reiškia, kad elektros energijos tiekimo nutraukimas arba regioniniai atjungimai gali trukti savaites.

1. Pirmosios 60 tinklo griūties minučių: vandens ir nuotekų blokavimas¶

1. Užpildykite kiekvieną likusį indą, kol savivaldybės vandens bokštai vis dar turi gravitacijos slėgį: net sugedus elektriniams siurbliams miesto vandens gamykloje, aukšti kaimynystėje esantys vandens bokštai užtikrina gravitacijos slėgį nuo 30 minučių iki 6 valandų, kol visi jūsų gatvėje esantys žmonės nusausins bokštą. Nedelsdami užpildykite kiekvieną švarų puodą, kibirą, skalbimo mašinos vonią ir ąsotį.
2. Uždarykite pagrindinį buitinį vandens vožtuvą, kai komunalinis slėgis nukrenta iki nulio: jei komunalinio vandens tiekimo vamzdynas praranda teigiamą slėgį, užterštas gruntinis vanduo patenka į įtrūkusius gatvės vamzdžius, o neigiamas atgalinis sifonas gali išsiurbti švarų vandenį tiesiai iš jūsų namo vamzdžių ir vandens šildytuvo atgal į pagrindinį gatvės vamzdį. Pagrindinio namų vandens uždarymo vožtuvo gaudyklių uždarymas 110-300 litrų (30-80 galonų) švaraus geriamojo vandens buitinio karšto vandens šildytuvo bake, kurį prireikus galite išleisti iš žalvario kaiščio pačiame bako apačioje (pirmiausia išjunkite vandens šildytuvo dujų vožtuvą arba elektrinį baką, kad atidarytumėte karšto vandens pertraukiklį kanalizacija).
3. Nustokite nuplauti standartinius tualetus, jei sugenda komunalinių nuotekų pakėlimo stotelės: plokščiose arba kalvotose apylinkėse komunalinės kanalizacijos linijos priklauso nuo elektrinių nuotekų pakėlimo siurblių kas kelis kilometrus. Jei per kelias dienas trunkantį elektros energijos tiekimo nutraukimą visi pila vandenį į tualetus kibiru, kol liftų stotys neveikia, žalios nuotekos grįžta pro žemiausią rūsio grindų kanalizaciją arba pirmame aukšte esantį dušą kaimynystėje. Įrenkite dviejų kibirų sausą sanitarinį tualetą (19 litrų / 5 galonų kibirą, išklotą sunkiais rangovo šiukšlių maišais ir kačių kraiku, pušų drožlėmis ar durpių samanomis) ir užkimškite žemiausią rūsio grindų kanalizaciją išplečiamu guminiu bandomuoju kamščiu, jei kyla grėsmė nuotekoms.

2. Ryšiai ir navigacija, kai užtemsta mobiliojo ryšio bokštai, internetas ir GPS¶

• Kodėl mobiliojo ryšio bokštai miršta per 4-24 valandas: nors pagrindiniai koriniai makrobokštai turi atsargines švino-rūgšties baterijas (veikia nuo 4 iki 8 valandų) arba dyzelinius generatorius (veikia nuo 24 iki 72 valandų), sugenda optinio pluošto atbulinio perdavimo jungikliai ir degalų tiekimo sunkvežimiai sugenda regioninio tinklo griūties metu.
• Kodėl didelio galingumo AM radijas (530 to 1710 kHz) yra svarbiausias išlikimo būdas: skirtingai nuo FM radijo ir televizijos signalų (kurie sklinda griežtai matomoje vietoje ir sustoja horizonte už 50 kilometrų), aiškaus kanalo AM transliacijos stotys (pavyzdžiui, pirminio įėjimo taško / avarinio įspėjimo sistemos stotys JAV, BBC Radio 4 vietinis radijas Kanadoje ir masinis CBC kanalas) grūdinti siųstuvai su kelių savaičių dyzelino atsargomis. Naktį AM radijo dangaus bangos atsimuša į jonosferą 800-1500 kilometrų (500-900 mylių) atstumu, todėl 15 USD kainuojantis kišeninis AM radijas gali priimti tolimas neužtemdytas būsenas arba nacionalines nepaprastosios padėties transliacijas.
• Navigacija be GPS: per G5 geomagnetinę audrą ekstremali jonosferos scintiliacija sumaišo itin silpną 1.575 GHz signalus iš GPS, Galileo ir GLONASS palydovų. Lėktuvų pilotai, laivai ir vairuotojai, pasikliaujantys tik tiesioginiais debesies GPS žemėlapiais, praras navigaciją. Visada laikykite fizinį popierinį kelių atlasą savo transporto priemonės pirštinių dėžėje ir magnetinį pagrindo kompasą avariniame rinkinyje (pastaba: piko magnetinio audros valandomis magnetinio kompaso rodyklė gali svyruoti nuo 1 iki 5 laipsnių, o tada, kai tik geomagnetinė audra nurims, ji grįš į tikslią magnetinę šiaurę).

Dažnai užduodami klausimai¶

Šaltiniai patikrinti¶

• Nacionalinė vandenynų ir atmosferos administracija (NOAA kosminių orų prognozavimo centras - SWPC, Jungtinės Valstijos): NOAA kosminių orų svarstyklės (geomagnetinės audros nuo G1 iki G5, saulės spinduliuotės audros nuo S1 iki S5, radijo stokos nuo R1 iki R5) ir DSCOVR realaus laiko saulės vėjo protokolai.
• Kibernetinio saugumo ir infrastruktūros saugumo agentūra (CISA) ir Federalinė ekstremalių situacijų valdymo agentūra (FEMA, Jungtinės Valstijos): * Elektromagnetinio impulso (EMP) ir geomagnetinių trikdžių (GMD) atsparumo gairės ypatingos svarbos infrastruktūrai ir piliečiams*.
• Šiaurės Amerikos elektros patikimumo korporacija (NERC, Jungtinės Valstijos / Kanada): Patikimumo standartas TPL-007 (Perdavimo sistemos planuojamas veikimas esant geomagnetinių trikdžių įvykiams) ir 1989 m. hidro-Kvebeko elektros energijos tiekimo nutraukimo analizė po įvykio.
• JK „Met Office“ kosminių oro sąlygų operacijų centras (MOSWOC) ir Nacionalinis tinklo elektros sistemos operatorius (ESO, Jungtinė Karalystė): * Pasirengimas sunkiems kosminiams orams, Nacionalinio saulės audrų rizikos registro įvertinimas ir tinklo transformatoriaus mažinimas*.
• Europos kosmoso agentūra (ESA Kosmoso saugos programa / Kosminių orų paslaugų tinklas, Europos Sąjunga): Koronalinės masės išmetimo prognozė ir jonosferos GNSS scintiliacijos poveikis.
• Elektros energijos tyrimų institutas (EPRI, Jungtinės Valstijos): * Didelio aukščio elektromagnetinio impulso (HEMP E1/E2/E3) ir geomagnetinės srovės (GIC) transformatoriaus šiluminiai įvertinimai*.

Susiję vadovai¶

• Regioninio tinklo žlugimas ir užsitęsęs elektros energijos tiekimas
• Namų elektros energijos tiekimo nutraukimo sauga ir atsarginė energija
• Sukurkite 72 valandų ir 14 dienų skubios pagalbos rinkinį
• Pranešimai apie vandens valymą, laikymą ir virimą
• Pagalbos numeriai pagal šalį