กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากสนามแม่เหล็ก โลก ( GICs ) คือกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวโลกเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของสนามแม่เหล็ก โลก ที่เกิดจาก ปรากฏการณ์ สภาพอากาศในอวกาศ GICs สามารถส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติของ ระบบ ตัวนำไฟฟ้า ที่มีความยาวมาก เช่นสายส่งไฟฟ้าและท่อ ส่งใต้ดิน การรบกวนทางแม่เหล็กโลกที่ทำให้เกิด GICs ได้แก่พายุแม่เหล็กโลกและพายุย่อยแม่เหล็กโลกโดยการรบกวนที่รุนแรงที่สุดมักเกิดขึ้นที่ละติจูดแม่เหล็กโลกสูง

สนามแม่เหล็กโลกเปลี่ยนแปลงไปตามช่วงเวลาที่หลากหลาย การเปลี่ยนแปลงในระยะยาว ซึ่งโดยทั่วไปเกิดขึ้นในช่วงหลายทศวรรษถึงหลายพันปี ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการทำงานของไดนาโมในแกนโลกการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก โลก ในช่วงเวลาเพียงไม่กี่วินาทีถึงหลายปีก็เกิดขึ้นเช่นกัน เนื่องมาจากกระบวนการเปลี่ยนแปลงใน ชั้นบรรยากาศ ไอโอโนสเฟียร์แมกนีโตสเฟียร์และเฮลิโอสเฟียร์การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เชื่อมโยงกับการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับวัฏจักรของกิจกรรมดวงอาทิตย์ (หรือจุดดวงอาทิตย์)และเป็นการแสดงออกของสภาพอากาศในอวกาศ

ข้อเท็จจริงที่ว่าสนามแม่เหล็กโลกตอบสนองต่อสภาวะของดวงอาทิตย์นั้นมีประโยชน์ ตัวอย่างเช่น ในการตรวจสอบโครงสร้างของโลกโดยใช้แมกเนโตเทลลูริกส์แต่ก็ก่อให้เกิดอันตรายด้วย อันตรายจากสนามแม่เหล็กโลกนี้เป็นความเสี่ยงต่อเทคโนโลยีภายใต้ชั้นบรรยากาศที่ปกป้องโลกเป็นหลัก^{[ 1 ]}

สนามแม่เหล็กภายนอกโลกที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในตัวนำไฟฟ้าใต้ดิน กระแสไฟฟ้าเหล่านี้สร้างสนามแม่เหล็กทุติยภูมิ (ภายใน) ขึ้นมา ตามกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์สนามไฟฟ้าที่พื้นผิวโลกจึงถูกเหนี่ยวนำขึ้นมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กตามเวลา สนามไฟฟ้าที่พื้นผิวนี้ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่เรียกว่ากระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากสนามแม่เหล็กโลก ไหลในโครงสร้างตัวนำใดๆ เช่น โครงข่ายไฟฟ้าหรือท่อส่งที่ต่อลงดิน สนามไฟฟ้านี้ซึ่งวัดได้ในหน่วย V/km ทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าในเครือข่าย

ตัวอย่างของเครือข่ายนำไฟฟ้า ได้แก่ โครงข่ายส่งไฟฟ้า ท่อส่งน้ำมันและก๊าซ สายเคเบิลสื่อสารใต้น้ำที่ไม่ใช่ใยแก้วนำแสง เครือข่ายโทรศัพท์และโทรเลขที่ไม่ใช่ใยแก้วนำแสง และทางรถไฟ กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำในชั้นบรรยากาศโลก (GIC) มักถูกอธิบายว่าเป็นกระแสตรงเสมือน (DC) แม้ว่าความถี่ของการเปลี่ยนแปลงของ GIC จะถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าตามเวลา เพื่อให้ GIC เป็นอันตรายต่อเทคโนโลยี กระแสจะต้องมีขนาดและความถี่ในการเกิดที่ทำให้อุปกรณ์มีความเสี่ยงต่อความเสียหายทั้งในทันทีหรือสะสม ขนาดของ GIC ในเครือข่ายใดๆ จะถูกควบคุมโดยคุณสมบัติทางไฟฟ้าและโครงสร้างของเครือข่าย การเปลี่ยนแปลงของกระแสในชั้นบรรยากาศแมกนีโตสเฟียร์-ไอโอโนสเฟียร์ที่ใหญ่ที่สุด ซึ่งส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กภายนอกที่ใหญ่ที่สุด เกิดขึ้นในช่วงพายุแม่เหล็กโลก และเป็นช่วงเวลาที่ GIC ขนาดใหญ่ที่สุดเกิดขึ้น ช่วงเวลาการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญมักจะอยู่ระหว่างไม่กี่วินาทีถึงประมาณหนึ่งชั่วโมง ดังนั้นกระบวนการเหนี่ยวนำจึงเกี่ยวข้องกับชั้นแมนเทิลบนและชั้นธรณีภาค เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดนั้นพบได้ในละติจูดแม่เหล็กสูง กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากสนามแม่เหล็กโลก (GIC) จึงได้รับการวัดอย่างสม่ำเสมอในโครงข่ายไฟฟ้าและท่อส่งของแคนาดา ฟินแลนด์ และสแกนดิเนเวียมาตั้งแต่ทศวรรษ 1970 โดยมีการบันทึกค่า GIC ที่มีค่าตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อยแอมแปร์นอกจากนี้ยังมีการบันทึกค่า GIC ในละติจูดกลางระหว่างพายุใหญ่ด้วย อาจมีความเสี่ยงต่อพื้นที่ละติจูดต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่พายุเริ่มต้นอย่างฉับพลัน เนื่องจากอัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและในช่วงเวลาสั้นๆ บนด้านกลางวันของโลก

GIC ถูกสังเกตครั้งแรกบน เครือข่าย โทรเลขไฟฟ้า ที่กำลังพัฒนา ในช่วงปี 1847–1848 ระหว่างวัฏจักรสุริยะที่ 9 [ ^{2 ] การ}เปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีและการเติบโตของเครือข่ายตัวนำทำให้ความสำคัญของ GIC เพิ่มมากขึ้นในสังคมสมัยใหม่ ข้อพิจารณาทางเทคนิคสำหรับสายเคเบิลใต้น้ำ เครือข่ายโทรศัพท์และโทรเลข และทางรถไฟมีความคล้ายคลึงกัน มีรายงานปัญหาน้อยลงในเอกสารสาธารณะเกี่ยวกับระบบเหล่านี้ เนื่องจากมีการพยายามสร้างความยืดหยุ่น^{[ 3 ]}

ระบบส่งกำลังไฟฟ้าสมัยใหม่ประกอบด้วยโรงไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกันด้วยวงจรไฟฟ้าซึ่งทำงานที่แรงดันส่งคงที่ซึ่งควบคุมที่สถานีย่อย แรงดันกริดที่ใช้ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความยาวของเส้นทางระหว่างสถานีย่อยเหล่านี้ และแรงดันระบบ 200–700 kV เป็นเรื่องปกติ มีแนวโน้มที่จะใช้แรงดันที่สูงขึ้นและความต้านทานสายที่ต่ำลงเพื่อลดการสูญเสียในการส่งในระยะทางที่ยาวขึ้นเรื่อยๆ ความต้านทานสายที่ต่ำทำให้เกิดสถานการณ์ที่เอื้อต่อการไหลของ GIC หม้อแปลงไฟฟ้ามีวงจรแม่เหล็กที่ถูกรบกวนโดย GIC แบบกึ่งกระแสตรง: สนามที่เกิดจาก GIC จะชดเชยจุดการทำงานของวงจรแม่เหล็ก และหม้อแปลงอาจเข้าสู่ภาวะอิ่มตัว ครึ่งรอบ สิ่งนี้ทำให้เกิดฮาร์โมนิกในรูปคลื่นกระแสสลับ ความร้อนเฉพาะที่ และนำไปสู่ ความต้องการ กำลังปฏิกิริยา ที่สูงขึ้น การส่งกำลังที่ไม่มีประสิทธิภาพ และอาจทำให้มาตรการป้องกันทำงานผิดพลาด การรักษาสมดุลของเครือข่ายในสถานการณ์ดังกล่าวต้องใช้ความจุของกำลังปฏิกิริยาเพิ่มเติมจำนวนมาก^{[ 4 ]}ขนาดของ GIC ที่จะก่อให้เกิดปัญหาอย่างมีนัยสำคัญต่อหม้อแปลงจะแตกต่างกันไปตามประเภทของหม้อแปลง แนวปฏิบัติในอุตสาหกรรมสมัยใหม่คือการระบุระดับความคลาดเคลื่อนของ GIC สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าใหม่

เมื่อวันที่ 13 มีนาคม พ.ศ. 2532 พายุแม่เหล็กโลกที่รุนแรง ทำให้ โครงข่ายไฟฟ้าของ Hydro-Québecล่มสลายในเวลาเพียงไม่กี่วินาที เนื่องจากรีเลย์ป้องกัน อุปกรณ์ ทำงานผิดพลาดเป็นลำดับ^{[ 5 ]}ประชาชน 6 ล้านคนไม่มีไฟฟ้าใช้เป็นเวลา 9 ชั่วโมง ส่งผลให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจอย่างมาก นับตั้งแต่ปี พ.ศ. 2532 บริษัทไฟฟ้าในอเมริกาเหนือ สหราชอาณาจักร ยุโรปเหนือ และที่อื่นๆ ได้ลงทุนในการประเมินความเสี่ยงของ GIC และในการพัฒนากลยุทธ์การบรรเทาผลกระทบ

ความเสี่ยงจากกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (GIC) สามารถลดลงได้ในระดับหนึ่งโดยระบบบล็อกตัวเก็บประจุ การเปลี่ยนแปลงตารางการบำรุงรักษา กำลังการผลิตไฟฟ้าเพิ่มเติมตามความต้องการ และท้ายที่สุดคือการตัดโหลด อย่างไรก็ตาม ตัวเลือกเหล่านี้มีราคาแพงและบางครั้งก็ไม่สามารถนำไปปฏิบัติได้จริง การเติบโตอย่างต่อเนื่องของเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูงส่งผลให้ความเสี่ยงสูงขึ้น ส่วนหนึ่งเป็นเพราะการเชื่อมต่อกันที่เพิ่มมากขึ้นในระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น การเชื่อมต่อในแง่ของการส่งกำลังไฟฟ้าไปยังโครงข่ายในเขตออโรร่า และโครงข่ายที่ทำงานใกล้ถึงขีดจำกัดความจุมากกว่าในอดีต

เพื่อทำความเข้าใจการไหลของ GIC ในโครงข่ายไฟฟ้าและเพื่อให้คำแนะนำเกี่ยวกับความเสี่ยงของ GIC จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์คุณสมบัติกึ่งกระแสตรงของโครงข่าย^{[ 6 ]}การวิเคราะห์นี้ต้องควบคู่ไปกับแบบจำลองทางธรณีฟิสิกส์ของโลกที่ให้สนามไฟฟ้าพื้นผิวที่ขับเคลื่อน ซึ่งกำหนดโดยการรวมสนามแหล่งกำเนิดไอโอโนสเฟียร์ที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาและแบบจำลองการนำไฟฟ้าของโลก การวิเคราะห์ดังกล่าวได้ดำเนินการในอเมริกาเหนือ สหราชอาณาจักร และยุโรปเหนือ ความซับซ้อนของโครงข่ายไฟฟ้า ระบบกระแสไอโอโนสเฟียร์แหล่งกำเนิด และการนำไฟฟ้าของพื้นดินแบบ 3 มิติ ทำให้การวิเคราะห์ที่แม่นยำทำได้ยาก^{[ 7 ]}ด้วยความสามารถในการวิเคราะห์พายุใหญ่และผลที่ตามมา นักวิเคราะห์สามารถสร้างภาพของจุดอ่อนในระบบส่งกำลังและจำลองสถานการณ์เหตุการณ์สมมติได้

การจัดการกริดยังได้รับความช่วยเหลือจากการพยากรณ์สภาพอากาศในอวกาศของพายุแม่เหล็กโลกขนาดใหญ่ ซึ่งช่วยให้สามารถนำกลยุทธ์การบรรเทามาใช้ได้ การสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์ให้คำเตือนล่วงหน้า 1-3 วันเกี่ยวกับการปล่อยมวลโคโรนา (CME) ที่มุ่งหน้าสู่โลก ขึ้นอยู่กับความเร็วของ CME หลังจากนั้น การตรวจจับ คลื่นกระแทก ของลมสุริยะ ที่นำหน้า _CMEในลมสุริยะ โดยยานอวกาศที่จุด Lagrangian L1 จะให้คำเตือนที่แน่นอน 20 ถึง 60 นาทีเกี่ยวกับพายุแม่เหล็กโลก (อีกครั้ง ขึ้นอยู่กับความเร็วลมสุริยะในท้องถิ่น) ใช้เวลาประมาณ 2-3 วันหลังจาก CME ถูกปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ พายุแม่เหล็กโลกจึงจะมาถึงโลกและส่งผลกระทบต่อสนามแม่เหล็กโลก^{[ 8 ]}

เครือข่ายท่อส่งขนาดใหญ่มีอยู่ทั่วทุกละติจูด และหลายระบบมีขนาดระดับทวีป เครือข่ายท่อส่งสร้างจากเหล็กเพื่อบรรจุของเหลวหรือก๊าซที่มีแรงดันสูง และมีการเคลือบป้องกันการกัดกร่อน ความเสียหายต่อการเคลือบของท่อส่งอาจทำให้เหล็กสัมผัสกับดินหรือน้ำ ซึ่งอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนเฉพาะจุด หากท่อส่งถูกฝังอยู่ใต้ดิน จะใช้ การป้องกันแบบแคโทดิกเพื่อลดการกัดกร่อนโดยการรักษาเหล็กให้มีศักย์ไฟฟ้าลบเมื่อเทียบกับพื้นดิน ศักย์ไฟฟ้าในการทำงานจะถูกกำหนดจากคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าของดินและพื้นโลกในบริเวณใกล้เคียงกับท่อส่ง อันตรายจาก GIC ต่อท่อส่งคือ GIC ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของศักย์ไฟฟ้าระหว่างท่อกับดิน ทำให้เพิ่มอัตราการกัดกร่อนในช่วงพายุแม่เหล็กโลกครั้งใหญ่^{[ 9 ]}ความเสี่ยงจาก GIC ไม่ใช่ความเสี่ยงต่อความล้มเหลวร้ายแรง แต่เป็นการลดอายุการใช้งานของท่อส่ง

เครือข่ายท่อส่งได้รับการจำลองในลักษณะเดียวกับโครงข่ายไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ผ่านแบบจำลองสายส่งแบบกระจายแหล่งกำเนิดที่ให้ศักยภาพระหว่างท่อกับดิน ณ จุดใด ๆ ตามแนวท่อ^{[ 10 ]} (Boteler, 1997) แบบจำลองเหล่านี้จำเป็นต้องพิจารณาโครงสร้างท่อส่งที่ซับซ้อน รวมถึงส่วนโค้งและสาขา ตลอดจนฉนวนไฟฟ้า (หรือหน้าแปลน) ที่แยกส่วนต่าง ๆ ออกจากกันทางไฟฟ้า จากความรู้โดยละเอียดเกี่ยวกับการตอบสนองของท่อส่งต่อ GIC วิศวกรท่อส่งสามารถเข้าใจพฤติกรรมของระบบป้องกันการกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าได้แม้ในระหว่างพายุแม่เหล็กโลก เมื่อการสำรวจและการบำรุงรักษาท่อส่งอาจถูกระงับ

• รายชื่อพายุสุริยะ
  • พายุสุริยะปี 1859
• แสงเหนือ (ดาราศาสตร์)

• Bolduc, L., การสังเกตและการศึกษา GIC ในระบบพลังงานไฮโดร-ควิเบก J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 64(16), 1793–1802, 2002
• Boteler, DH, ทฤษฎีสายส่งแหล่งกำเนิดกระจายสำหรับการศึกษาการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ในภาคผนวกของรายงานการประชุมสัมมนาและนิทรรศการทางเทคนิคนานาชาติซูริคครั้งที่ 12 ว่าด้วยความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า หน้า 401–408, 1997
• Boteler, DH, Pirjola, RJ และ Nevanlinna, H. ผลกระทบของการรบกวนทางแม่เหล็กโลกต่อระบบไฟฟ้าที่พื้นผิวโลก Adv. Space. Res., 22(1), หน้า 17–27, 1998
• Erinmez, IA, Kappenman, JG และ Radasky, WA, การจัดการความเสี่ยงของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากสนามแม่เหล็กโลกในระบบส่งไฟฟ้าของบริษัทโครงข่ายไฟฟ้าแห่งชาติ J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 64(5-6), 743–756, 2002
• Lanzerotti, LJ, ผลกระทบของสภาพอากาศในอวกาศต่อเทคโนโลยี ใน Song, P., Singer, HJ, Siscoe, GL (บรรณาธิการ), สภาพอากาศในอวกาศ สมาคมธรณีฟิสิกส์แห่งอเมริกา, เอกสารทางธรณีฟิสิกส์, 125, หน้า 11–22, 2001
• Lehtinen, M. และ R. Pirjola, กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในเครือข่ายตัวนำที่ต่อลงดินโดยสนามไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำจากสนามแม่เหล็กโลก, Annales Geophysicae, 3, 4, 479–484, 1985
• Pirjola, Risto (ธันวาคม 2002). "หลักการพื้นฐานเกี่ยวกับการไหลของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำทางแม่เหล็กโลกในระบบไฟฟ้าที่สามารถนำไปใช้ในการประเมินความเสี่ยงของสภาพอากาศในอวกาศและการออกแบบวิธีแก้ไข"วารสารฟิสิกส์บรรยากาศและดวงอาทิตย์-โลก 64 ( 18): 1967– 1972. Bibcode : 2002JASTP..64.1967P . doi : 10.1016/S1364-6826(02)00228-6 .
• Pirjola, R. , Kauristie, K. , Lappalainen, H. และ Viljanen, A. และ Pulkkinen A. , ความเสี่ยงจากสภาพอากาศในอวกาศ ภูมิอากาศอวกาศ AGU, 3, S02A02, ดอย : 10.1029/2004SW000112 , 2548.
• Thomson, AWP, AJ McKay, E. Clarke และ SJ Reay, สนามไฟฟ้าบนพื้นผิวและกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากสนามแม่เหล็กโลกในโครงข่ายไฟฟ้าของ Scottish Power ระหว่างพายุแม่เหล็กโลกเมื่อวันที่ 30 ตุลาคม 2546, AGU Space Weather, 3, S11002, doi : 10.1029/2005SW000156 , 2005
• Pulkkinen, A. การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กโลกในช่วงสภาวะอากาศอวกาศที่ปั่นป่วนอย่างรุนแรง: การศึกษาผลกระทบจากพื้นดิน วิทยานิพนธ์ปริญญาเอก มหาวิทยาลัยเฮลซิงกิ ปี 2003 (มีให้ดูได้ที่ eThesis)เก็บถาวรเมื่อ 27 พฤษภาคม 2013 ที่Wayback Machine
• Price, PR (ตุลาคม 2545). "ผลกระทบของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากสนามแม่เหล็กโลกต่อหม้อแปลงไฟฟ้า". IEEE Transactions on Power Delivery . 17 (4): 1002– 1008. Bibcode : 2002ITPD...17.1002P . doi : 10.1109/TPWRD.2002.803710 . ISSN  0885-8977 .

• Solar Shield — ระบบพยากรณ์ GIC แบบทดลองเก็บถาวรเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม 2552 ที่Wayback Machine
• ศูนย์กระจายสัญญาณเตือนภัย GIC ของระบบส่งกำลังไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์สู่พื้นดิน
• บริการ GICnow! จากสถาบันอุตุนิยมวิทยาฟินแลนด์
• กลุ่มงานเฉพาะเรื่องผลกระทบจากพื้นดินของทีมงานด้านสภาพอากาศในอวกาศของ ESAเก็บถาวรเมื่อวันที่ 6 กุมภาพันธ์ 2550 ที่Wayback Machine
• การวัด GIC
• เว็บไซต์ GIC ของบริษัท Metatech Corporation
• สภาพอากาศอวกาศแคนาดา

ลิงก์ที่เกี่ยวข้องกับโครงข่ายไฟฟ้า

• ความเสียหายของหม้อแปลงไฟฟ้าระบบปรับอากาศที่เกิดจากพายุแม่เหล็กโลกนั้นสามารถป้องกันได้ ( เก็บถาวรเมื่อ 2013-05-17 ที่Wayback Machine)
• ฝ่ายเศรษฐศาสตร์ของ NOAA – ชุดข้อมูลพายุแม่เหล็กโลกและการวิจัยทางเศรษฐศาสตร์
• พายุแม่เหล็กโลกสามารถคุกคามโครงข่ายไฟฟ้าได้ GICs: ภัยร้ายของสังคมที่พึ่งพาเทคโนโลยีโดย Delores J. Knipp ( AGU )