Burze słoneczne, przerwy w dostawie energii geomagnetycznej i awarie sieci¶

Poważna burza geomagnetyczna ma miejsce, gdy na Słońcu wybucha ogromna, miliardotonowa chmura namagnesowanej plazmy, zwana koronalnym wyrzutem masy (CME), skierowana prosto na Ziemię, ściskająca ziemskie pole magnetyczne i indukująca potężne prądy elektryczne w kontynentalnych sieciach energetycznych, rurociągach i podmorskich kablach komunikacyjnych. W przeciwieństwie do trzęsień ziemi lub wywołanych przez człowieka impulsów elektromagnetycznych (EMP), które uderzają bez ostrzeżenia, burze słoneczne przemieszczają się od Słońca do Ziemi w ciągu 15 do 72 godzin, dając gospodarstwom domowym krytyczne okno ostrzegawcze przed uderzeniem, aby napełnić pojemniki z wodą, uzupełnić zbiorniki paliwa pojazdu, wypłacić gotówkę, naładować akumulatory i fizycznie odłączyć wrażliwe urządzenia elektroniczne przed nadejściem słonecznej fali uderzeniowej.

Zrób to teraz¶

1. Dopełnij zbiorniki paliwa pojazdu i natychmiast wypłać gotówkę o małych nominałach za pomocą zegarka burzy geomagnetycznej G4 lub G5: Kiedy agencje pogody kosmicznej (takie jak Centrum Prognoz Pogody Kosmicznej NOAA w Stanach Zjednoczonych, Brytyjskie Biuro Meteorologiczne lub Europejska Agencja Kosmiczna) wystawiają zegarek G4 (poważny) lub G5 (ekstremalny) na 15 do 48 godzin przed uderzeniem, najpierw udaj się prosto na stację benzynową i do bankomatu. Pompy paliwowe na stacjach paliw i terminale kart w punktach sprzedaży przestają działać w momencie wyłączenia regionalnej sieci energetycznej.
2. Napełnij wanny, czyste dzbanki i pojemniki na wodę na 14 dni picia i korzystania z urządzeń sanitarnych: Miejskie stacje uzdatniania wody i stacje wspomagające korzystają z pomp elektrycznych zasilanych z sieci, które tracą ciśnienie w ciągu kilku godzin od rozległej przerwy w dostawie prądu. Przechowuj co najmniej 4 litry (1 galon) czystej wody na osobę dziennie w dzbankach dopuszczonych do kontaktu z żywnością oraz napełniaj wanny (używając plastikowego pęcherza wannowego, jeśli jest dostępny) do mycia i spłukiwania toalety.
3. Naładuj wszystkie telefony, elektrownie litowe, laptopy, latarki czołowe i radiotelefony do 100%, a następnie ODŁĄCZ je przed przybyciem CME: Po całkowitym naładowaniu akumulatorów fizycznie wyciągnij wszystkie ładowarki i kable zasilające z gniazdek ściennych, zanim burza słoneczna uderzy w ziemską magnetosferę.
4. Fizycznie odłącz wrażliwe urządzenia elektroniczne w domu i wyłącz ciężkie wyłączniki automatyczne urządzeń 240 V: Podczas burzy geomagnetycznej nie polegaj na tanich plastikowych listwach przeciwprzepięciowych. Wyciągnij wtyczki ścienne z komputerów, routerów, telewizorów i kuchenek mikrofalowych oraz wyłącz dwubiegunowe wyłączniki 240 V na głównym panelu elektrycznym centralnych klimatyzatorów, pomp ciepła, elektrycznych podgrzewaczy wody, pomp studniowych i ładowarek pojazdów elektrycznych (EV), aby chronić silniki i tablice sterujące przed poważnymi spadkami napięcia sieciowego i zniekształceniami harmonicznymi.
5. Pobierz pełne mapy drogowe offline i dokumentację medyczną na zapasowe urządzenie i zapakuj zestaw zapasowy z osłoną Faradaya: Ponieważ silne burze geomagnetyczne zakłócają nawigację satelitarną GPS/GNSS i sygnały radiowe o wysokiej częstotliwości przez 24 do 72 godzin, pobierz pełne stanowe lub krajowe mapy offline (w Mapach Google, Apple Maps, OsmAnd lub Organic Maps), potwierdź, że masz w pojeździe papierowe atlasy drogowe i umieść akumulator/korbę ręczną Radio pogodowe AM/FM/NOAA i zapasowy telefon zapakowany w karton, w zamkniętym metalowym pojemniku.
6. Przed uderzeniem przełącz dachowe systemy fotowoltaiczne i domowe akumulatory na „tryb poza siecią / tryb wyspowy”: Jeśli w Twoim domu znajdują się panele słoneczne połączone z hybrydowym falownikiem akumulatorowym (takim jak Tesla Powerwall, Enphase lub SolarEdge), ręcznie odłącz od sieci elektroenergetycznej za pomocą przełącznika zasilania, zanim CME uderzy, tak aby gwałtowne wahania napięcia sieci i harmoniczne fazowe nie mogły spowodować wyzwolenia ani uszkodzenia falownika.

flowchart TD
    A["NOAA / UK Met Office wydaje zegarek burzy geomagnetycznej G4 (poważny) lub G5 (ekstremalny)"] --> B["Otwiera się okno ostrzegawcze: 15 do 48 godzin przed uderzeniem w Ziemię koronalnego wyrzutu masy (CME)"]
    B --> C["Godzina 1: Uzupełnij zbiorniki paliwa pojazdu, wypłać gotówkę (rachunki o wartości 1 USD/5 USD/10 USD/20 USD) i odbierz recepty"]
    C --> D["Godzina 2: Napełnij dzbanki wodą pitną (4 l / 1 gal na osobę/dzień) i napełnij wanny w celach sanitarnych"]
    D --> E["Godzina 3: Naładuj wszystkie telefony, power banki, laptopy i radia do 100%, pobierz mapy offline"]
    E --> F["1 godzina przed uderzeniem satelity L1 (ostrzeżenie DSCOVR/ACE): fizycznie odłącz urządzenia elektroniczne i wyłącz wyłączniki 240 V"]
    F --> G{"Czy regionalna sieć energetyczna załamuje się pod wpływem uderzenia CME?"}
    G -- "Nie: Zasilanie sieciowe odbywa się poprzez kontrolę napięcia stałego" --> H["Poczekaj, aż wskaźnik Kp pogody kosmicznej spadnie poniżej Kp 5, zanim ponownie podłączysz wrażliwy sprzęt"]
    G -- "Tak: zaciemnienie transformatora rozległego" --> I["Zakręć zawór wody na głównej ulicy, jeśli ciśnienie spadnie, monitoruj radio AM i racjonuj zasoby"]

Część 1: Burze słoneczne (CME) a EMP jądrowy: fizyka, mity i realne ryzyko¶

Społeczne zamieszanie pomiędzy naturalną burzą słoneczną (koronalny wyrzut masy / burza geomagnetyczna) a wywołanym przez człowieka impulsem elektromagnetycznym na dużych wysokościach (HEMP / EMP jądrowy) powoduje, że wiele rodzin albo wpada w niepotrzebną panikę (wierząc, że ich odłączony telefon i zaparkowany samochód staną w płomieniach podczas burzy słonecznej), albo ignoruje rzeczywiste zagrożenia infrastrukturalne (długoterminowa awaria wody i sieci energetycznej).

Jak burza słoneczna faktycznie oddziałuje z Ziemią (3 etapy pogody kosmicznej)¶

Kiedy w obszarze aktywnych plam słonecznych skierowanym w stronę Ziemi następuje masowa erupcja magnetyczna, energia słoneczna dociera do naszej planety w trzech odrębnych falach poruszających się z różnymi prędkościami:

1. Fala 1: Rozbłysk słoneczny (awaria radia w skali R: nadchodzi za 8 minut): Błysk promieni rentgenowskich i ekstremalnego światła ultrafioletowego przemieszczający się z prędkością światła. W ciągu 8 minut jonizuje dzienną warstwę D górnych warstw atmosfery ziemskiej, powodując tymczasowe przerwy w działaniu radia krótkofalowego o wysokiej częstotliwości (HF) w lotnictwie i statkach morskich, ale nie ma to żadnego wpływu na sieć elektroenergetyczną.
2. Fala 2: Burza radiacyjna słoneczna (burza protonowa w skali S: nadchodzi w ciągu 15 minut do kilku godzin): Strumienie energetycznych protonów przyspieszane przez erupcję słoneczną. Cząsteczki te mogą powodować jednorazowe zakłócenia w satelitach na wysokich orbitach i zwiększać dawki promieniowania dla astronautów i pasażerów polarnych lotów komercyjnych, ale atmosfera ziemska całkowicie uniemożliwia im dotarcie do ludzi i urządzeń elektronicznych na ziemi.
3. Fala 3: Koronalny wyrzut masy / burza geomagnetyczna (skala G: nadchodzi w ciągu 15 do 72 godzin): To jest zdarzenie zagrażające sieci. Ważący miliard ton bańka namagnesowanej plazmy słonecznej przemierza odległość 150 milionów kilometrów (93 milionów mil) od Słońca do Ziemi. Jeśli wbudowane pole magnetyczne CME wskazuje na południe (negative Bz), w przeciwieństwie do północnego pola magnetycznego Ziemi, łączy się z ziemską magnetosferą i wyrzuca terawaty energii magnetycznej do górnych warstw atmosfery, wpychając Prądy indukowane geomagnetycznie (GIC) do ziemi.

Porównanie techniczne: CME z naturalnej energii słonecznej vs EMP jądrowy na dużych wysokościach (E1, E2, E3)¶

Według ocen technicznych amerykańskiej Agencji ds. Bezpieczeństwa Cyberbezpieczeństwa i Infrastruktury (CISA), Instytutu Badań nad Energią Elektryczną (EPRI), brytyjskiej sieci krajowej ESO i Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, naturalna burza słoneczna wytwarza jedynie powolny prąd indukowany geomagnetycznie (E3-like impuls) i nigdy powoduje szybkie E1 impuls mikrofalowy/radiowy, który smaży odłączone mikrochipy.

Część 2: Skala burzy geomagnetycznej NOAA (G1 do G5) i systemy wczesnego ostrzegania¶

Kosmiczne agencje pogodowe na całym świecie monitorują Słońce 24 godziny na dobę za pomocą obserwatoriów słonecznych (takich jak satelity SOHO i SDO NASA/ESA) oraz głębinowych boi słonecznych umieszczonych w Punkcie Lagrange'a 1 (L1), 1,5 miliona kilometrów (1 milion mil) w górę rzeki od Ziemi (NOAA DSCOVR I NASA ACE satelity).

Jak odczytać indeks Kp i orientację Bz podczas zegarka słonecznego¶

Część 3: Ochrona elektroniki domowej, falowników fotowoltaicznych i budowanie osłony Faradaya¶

Gdy zbliża się groźna burza słoneczna G5 lub zagrożenie EMP, standardowe zabezpieczenia przeciwprzepięciowe nie zabezpieczą Twojego sprzętu i mogą w rzeczywistości spowodować zagrożenie pożarowe w pomieszczeniach zamkniętych.

1. Dlaczego standardowe listwy przeciwprzepięciowe zawodzą (i zapalają się) podczas zjawisk geomagnetycznych¶

Wewnątrz typowego listwy zasilającej za 20 dolarów znajduje się element wielkości monety zwany warystorem tlenku metalu (MOV). MOV został zaprojektowany tak, aby odwracać mikrosekundowy skok napięcia z pobliskiego uderzenia pioruna do przewodu uziemiającego.

• Podczas silnej burzy geomagnetycznej prądy quasi-DC nasycają transformatory sieciowe, powodując utrzymujące się przepięcia, podnapięcia (zaniki napięcia) oraz poważne zniekształcenia częstotliwości harmonicznych parzystych i nieparzystych trwające minuty do godzin, zanim sieć wyłączy się.
• Poddane działaniu trwałych zniekształceń harmonicznych lub długotrwałego przepięcia, MOV znajdujące się w tanich listwach zasilających przegrzewają się powyżej granicy niekontrolowanej temperatury, topiąc plastikową obudowę i zapalając dywan lub zasłony.
• Zasada szczeliny powietrznej: Fizyczne wyciągnięcie wtyczki z gniazdka elektrycznego tworzy 1-metrową szczelinę powietrzną, przez którą nie przeskoczy żaden przepięcie w sieci wywołane energią słoneczną. W przypadku sprzętu okablowanego na 240 V (centralne skraplacze HVAC, pompy studniowe, piekarniki elektryczne, ładowarki pojazdów elektrycznych) przełączenie wyłącznika automatycznego do położenia WYŁ. na głównym panelu wyłączników powoduje otwarcie wewnętrznych styków mechanicznych.

2. Jak w 5 minut zbudować sprawdzony, podwójnie izolowany kontener Faradaya DIY¶

Jeśli chcesz chronić zapasową komunikację i elektronikę przetrwania zarówno przed ekstremalnymi rozbłyskami radiowymi słonecznymi, jak i impulsami elektromagnetycznymi o wysokiej częstotliwości E1/E2 (EMP), nie musisz kupować drogich toreb taktycznych. Możesz zbudować bardzo skuteczną zagnieżdżoną tarczę Faradaya, używając kosza na śmieci ze stali ocynkowanej lub metalowej puszki po ciastkach/amunicji:

flowchart TD
    A["Wybierz gładki zewnętrzny metalowy pojemnik (kosz na śmieci ze stali ocynkowanej, stalowy pojemnik na amunicję lub metalowa puszka na ciasteczka)"] --> B["Krok 1: Sprawdź i wyczyść metalową krawędź pokrywy (zeskrob farbę ze szwów stykowych, tak aby goły metal zetknął się z gołym metalem)"]
    B --> C["Krok 2: Wyłóż całe wnętrze grubą nieprzewodzącą izolacją (karton, pianka lub suche ręczniki)"]
    C --> D["Krok 3: Owiń każdy odłączony element elektroniczny osobno w plastikową torbę + 3 warstwy wytrzymałej folii aluminiowej"]
    D --> E["Krok 4: Umieść owinięty sprzęt wewnątrz izolowanego rdzenia (sprawdź, czy nie ma kontaktu metal-metal ze ścianą zewnętrzną)"]
    E --> F["Krok 5: Zaciśnij metalową pokrywkę i uszczelnij cały szew na obwodzie przewodzącą metaliczną taśmą aluminiową HVAC"]

• Co spakować do pojemnika Faradaya:
• Kieszonkowe radio AM/FM/krótkofalowe, zasilane bateryjnie (plus szczelne baterie litowe AA/AAA, które mają okres trwałości od 15 do 20 lat i nigdy nie wyciekają żrącego kwasu, jak baterie alkaliczne).
• Starszy, zapasowy smartfon lub tablet z fabrycznie załadowanymi mapami topograficznymi i ulicami offline (OsmAnd Lub Organic Maps), nieaktywna Wikipedia (Kiwix), kopie rodzinnej dokumentacji medycznej, recept, aktów prawnych i instrukcji postępowania w sytuacjach awaryjnych w formacie PDF, a także kabel do ładowania USB.
• Składany przenośny panel słoneczny (20 W do 100 W) i power bank litowo-żelazowo-fosforanowy (\(\text{LiFePO}_4\)) lub litowo-jonowy power bank USB.
• Lampa czołowa LED i podstawowy multimetr cyfrowy (do testowania akumulatorów i przywracania zasilania w domu).
• Dla diabetyków lub pacjentów w stanie krytycznym: Zapasowy zapasowy glukometr lub krytyczny elektroniczny monitor medyczny.

Część 4: Przetrwanie długotrwałej awarii sieci i transformatora (od 72 godzin do ponad 30 dni)¶

W przypadku umiarkowanej przerwy w dostawie prądu, gdy przekaźniki zabezpieczające po prostu wyłączają linie przesyłowe w trybie offline, aby oszczędzać sprzęt (jak obecnie próbują tego przedsiębiorstwa użyteczności publicznej w ramach północnoamerykańskiej ustawy NERC TPL-007 standardy zaburzeń geomagnetycznych i protokoły brytyjskiej sieci krajowej), zasilanie można przywrócić za pomocą turbin wodnych i gazowych „Black Start” w ciągu 12 do 72 godzin. Jednakże w skrajnym scenariuszu klasy Carringtona, w którym dziesiątki masywnych transformatorów podwyższających napięcie o bardzo wysokim napięciu (EHV) o masie od 200 do 400 ton** doznają awarii uzwojenia wewnętrznego, zakłady energetyczne posiadają ograniczoną liczbę transformatorów zapasowych, co oznacza, że ​​okresowe przerwy w dostawie prądu lub regionalne przerwy w dostawie prądu mogą trwać tygodnie.

1. Pierwsze 60 minut awarii sieci: blokada dostaw wody i ścieków¶

1. Napełnij wszystkie pozostałe naczynia, podczas gdy w miejskich wieżach ciśnień nadal panuje ciśnienie grawitacyjne: Nawet po awarii pomp elektrycznych w miejskiej elektrowni wodnej, podwyższone sąsiednie wieże ciśnieniowe zapewniają ciśnienie grawitacyjne przez 30 minut do 6 godzin, aż wszyscy na Twojej ulicy opróżnią wieżę. Natychmiast napełnij każdy czysty garnek, wiadro, wannę pralki i dzbanek.
2. Zamknij główny zawór wody w gospodarstwie domowym, gdy ciśnienie w gminie spadnie do zera: Jeśli w wodociągu miejskim spadnie nadciśnienie, zanieczyszczona woda gruntowa przedostanie się do popękanych rur ulicznych, a ujemny syfon zwrotny może zassać czystą wodę prosto z rur domowych i podgrzewacza wody z powrotem do głównej ulicy. Zamknięcie głównego zaworu odcinającego wodę w domu zatrzymuje 110 do 300 litrów (30 do 80 galonów) czystej wody pitnej w zbiorniku podgrzewacza ciepłej wody użytkowej, którą można spuścić w razie potrzeby przez mosiężny kurek na samym dnie zbiornika (pamiętaj, aby najpierw zakręcić zawór gazowy podgrzewacza wody lub wyłącznik elektryczny, a następnie otworzyć kran z ciepłą wodą na górze, aby przerwać podciśnienie i spowodować opróżnienie zbiornika).
3. Przestań spłukiwać standardowe toalety, jeśli miejskie oczyszczalnie ścieków zawiodą: W płaskich lub pagórkowatych dzielnicach miejskie linie kanalizacyjne są uzależnione od elektrycznych pomp do ścieków co kilka kilometrów. Jeśli podczas kilkudniowej przerwy w dostawie prądu wszyscy wlewają wodę z wiader do toalet, a stacje wyciągów nie działają, nieoczyszczone ścieki cofają się przez najniższy odpływ w piwnicy lub prysznic na parterze w okolicy. Przygotuj dwuwiadrową suchą toaletę sanitarną (wiadro o pojemności 19 litrów / 5 galonów wyłożone ciężkimi workami na śmieci i żwirkiem dla kotów, wiórami sosnowymi lub mchem torfowym) i zatkaj najniższy odpływ w piwnicy za pomocą rozszerzalnego gumowego korka pomiarowego, jeśli grozi cofanie się ścieków.

2. Komunikacja i nawigacja, gdy wieże komórkowe, Internet i GPS gasną¶

• Dlaczego maszty komórkowe umierają w ciągu 4 do 24 godzin: Chociaż główne makrowieże komórkowe są wyposażone w zapasowe akumulatory kwasowo-ołowiowe (wytrzymujące od 4 do 8 godzin) lub generatory diesla (wytrzymujące od 24 do 72 godzin), światłowodowe przełączniki transportu dosyłowego i ciężarówki dostarczające paliwo ulegają awarii podczas awarii regionalnej sieci.
• Dlaczego radio AM dużej mocy (530 to 1710 kHz) jest ostatecznym ratunkiem: W przeciwieństwie do sygnałów radiowych i telewizyjnych FM (które przemieszczają się ściśle w linii wzroku i zatrzymują się na horyzoncie w odległości 50 kilometrów), stacje nadawcze AM z czystym kanałem (takie jak stacje głównego punktu wejścia / stacji systemu ostrzegania o sytuacjach awaryjnych w USA, BBC Radio 4 Longwave/Medium Wave w Wielkiej Brytanii, CBC Radio One w Kanadzie i ABC Local Radio w Australii) wykorzystują masywne, wzmocnione nadajniki z wielotygodniowymi rezerwami oleju napędowego. W nocy fale radiowe AM odbijają się od jonosfery na odległość 800 do 1500 kilometrów (500 do 900 mil), dzięki czemu kieszonkowe radio AM za 15 dolarów może odbierać odległe stany, w których nie ma zaciemnień, lub ogólnokrajowe programy alarmowe.
• Nawigacja bez GPS: Podczas burzy geomagnetycznej G5 ekstremalna scyntylacja jonosferyczna zakłóca ultrasłabe 1.575 GHz sygnały z satelitów GPS, Galileo i GLONASS. Piloci samolotów, statki i kierowcy polegający wyłącznie na mapach GPS w chmurze na żywo stracą nawigację. Zawsze miej fizyczny papierowy atlas drogowy w schowku samochodowym i magnetyczny kompas w zestawie ratunkowym (uwaga: w godzinach szczytu burzy magnetycznej igła kompasu magnetycznego może wahać się o 1 do 5 stopni, a następnie powraca do dokładnej północy magnetycznej, gdy tylko burza geomagnetyczna ustąpi).

Często zadawane pytania¶

Sprawdzono źródła¶

• Narodowa Administracja Oceaniczno-Atmosferyczna (Centrum Prognoz Pogody Kosmicznej NOAA - SWPC, Stany Zjednoczone): Skale pogody kosmicznej NOAA (burze geomagnetyczne G1 do G5, burze radiacyjne S1 do S5, awarie radia R1 do R5) i protokoły wiatru słonecznego w czasie rzeczywistym DSCOVR.
• Agencja ds. Bezpieczeństwa Cyberbezpieczeństwa i Infrastruktury (CISA) oraz Federalna Agencja Zarządzania Kryzysowego (FEMA, Stany Zjednoczone): * Wytyczne dotyczące odporności infrastruktury krytycznej i obywateli na impulsy elektromagnetyczne (EMP) i zakłócenia geomagnetyczne (GMD)*.
• North American Electric Reliability Corporation (NERC, Stany Zjednoczone / Kanada): Norma niezawodności TPL-007 (planowane działanie systemu przesyłowego w przypadku zakłóceń geomagnetycznych) i analiza po awarii w Hydro-Québec z 1989 r..
• Centrum operacji pogodowych w brytyjskim biurze Met Office (MOSWOC) i operator krajowego systemu elektroenergetycznego (ESO, Wielka Brytania): Gotowość na trudne warunki pogodowe w przestrzeni kosmicznej, Ocena krajowego rejestru ryzyka dotyczącego burz słonecznych i Łagodzenie skutków działania transformatorów sieciowych.
• Europejska Agencja Kosmiczna (Program Bezpieczeństwa Kosmicznego ESA / Sieć Służb Pogody Kosmicznej, Unia Europejska): Prognozowanie koronalnych wyrzutów masy i wpływ scyntylacji jonosferycznego GNSS.
• Instytut Badań nad Energią Elektryczną (EPRI, Stany Zjednoczone): * Ocena termiczna transformatora impulsu elektromagnetycznego na dużych wysokościach (HEMP E1/E2/E3) i prądu indukowanego geomagnetycznie (GIC)*.

Powiązane przewodniki¶

• Załamanie sieci regionalnej i przedłużające się przerwy w dostawie prądu
• Bezpieczeństwo w przypadku awarii zasilania w domu i zasilanie rezerwowe
• Budowa 72-godzinnego i 14-dniowego zestawu ratunkowego
• Uwagi dotyczące oczyszczania, przechowywania i gotowania wody
• Numery alarmowe według kraju