Geomagnetische Stürme

Sonnensturm beeinflusst Fernwirknetze

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Teilchenschauer treffen an den höheren Breitengraden auf die oberen Schichten der At-mosphäre und erzeugen dort Nordlichter bzw. Südlichter

Geomagnetisch induzierte Ströme können in Fernwirknetzen zu erheblichen Störungen führen. Es lohnt sich, den Einfluss dieser Ströme genau zu untersuchen und Gegenmaßnahmen zu treffen, um die Auswirkungen auf die Netze zu minimieren.

Allen Fernwirknetzen ist gemeinsam, dass sie die Überwachungs- und Steuerungsdaten sicher transportieren müssen. Allerdings beeinflussen solche Netze äußere, manchmal sogar außerirdische Effekte.

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Das nächste Maximum wird für etwa 2012/2013 erwartet

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Das nächste Maximum wird für etwa 2012/2013 erwartet

Astronomen kennen seit langer Zeit ein regelmäßiges Auf und Ab der Sonnenaktivität. Ungefähr alle elf Jahre erreicht die Sonne ein Maximum, das nächste ist für 2012/2013 zu erwarten. Koronale Massenauswürfe treten in den Jahren hoher Sonnenaktivität verstärkt auf. Eine ganze Front elektrisch geladener Teilchen bewegt sich dann auf unseren Planeten zu und, wenn sie nach etwa 24 Stunden auf die Erde treffen, verursachen sie eine ganze Reihe von Effekten:

Die geladenen Teilchen drücken das Magnetfeld der Erde über viele Stunden zusammen. Teilchenschauer treffen an den höheren Breitengraden, also auch zum Südpol hin, auf die oberen Schichten der Atmosphäre und erzeugen dort Nordlichter oder Südlichter.

Sie beeinflussen zudem massiv Funkübertragungen (vornehmlich Kurzwellenübertragungen) und die Satellitenkommunikation, Funkamateure nutzen die dann manchmal extrem guten Reflexionseigenschaften der Ionosphäre für Weitverkehr mit kleinen Sendeleistungen.

Die äußeren Atmosphärenschichten dehnen sich unter dem Einfluss der Teilchen aus und erwärmen sich, wodurch sie die Umlaufbahn tief fliegender Satelliten stören.

Auch das Magnetfeld der Erde verändert sich, wenn auch langsam. Wie aus dem Physikunterricht bekannt, induziert ein sich änderndes Magnetfeld in einem geschlossenen Leiter einen Strom beziehungsweise eine elektrische Spannung längs dieses Leiters.

Der geomagnetisch induzierte Strom

Aufgrund dieses Effektes entstehen in einem elektrisch leitfähigen Netz sehr hohe Ströme. Dieser Geomagnetic Induced Current (GIC) hat teilweise erhebliche Auswirkungen auf das Netz und die damit verbundene Einrichtungen.

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Der Geomagnetic Induced Current (GIC) hat teilweise erhebliche Auswirkungen auf das Netz und die damit verbundene Einrichtungen

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Der Geomagnetic Induced Current (GIC) hat teilweise erhebliche Auswirkungen auf das Netz und die damit verbundene Einrichtungen

Auf der Erdoberfläche sind schon aufgrund normaler Erdmagnetfeldaktivitäten elektrische Potenzialdifferenzen vorhanden. Hat beispielsweise eine lange Rohrleitung an beiden Enden elektrischen Kontakt zum Erdreich, fließen beträchtliche Ausgleichströme durch diesen Leiter. Einer dadurch möglichen elektrochemischen Korrosion der Leitung begegnet man erfolgreich mit dem Erzeugen von elektrischen Gegenströmen (Stromstärke etwa 10 A, aktiver Korrosionsschutz). 

Ein GIC induziert erheblich höhere Ströme von mehreren 1.000 A in Leitern. Unternehmen der elektrischen Energiewirtschaft haben damit leidvolle Erfahrungen sammeln müssen. Die Transformatoren von Hochspannungsübertragungssystemen sind für eine Frequenz von 50 Hz ausgelegt. Ein GIC ändert sich wesentlich langsamer, etwa im Bereich von µHz bis mHz. Man kann hier also fast von »induziertem Gleichstrom« sprechen. Wenn in lange Hochspannungsleitungen hohe Ströme eingekoppelt werden, besteht die Gefahr, dass die verwendeten Leistungstransformatoren in die so genannte magnetische Sättigung geraten und sich dann wie ein elektrischer Kurzschluss verhalten. Massive Zerstörungen und Trafobrände sind oft die Folge. Das bedeutet für die Energieversorger hohe Kosten und eine lange Wiederbeschaffungszeit, denn sie können es sich wirtschaftlich nicht leisten, neben jeden Hochspannungstransformator einen Ersatz zu stellen.

Verbesserte Schutzeinrichtungen und eine bewusste Überdimensionierung von neueren Anlagen haben eine gewisse Verbesserung erbracht, aber ein starker GIC ist und bleibt für Energienetze gefährlich. Wie eingangs erwähnt, werden viele Energienetze mittels Fernwirktechnik überwacht. Es soll im Folgenden beleuchtet werden, wie die GICs die Kupfer-Datenübertragungsnetze beeinflussen.

1. Teil: Sonnensturm beeinflusst Fernwirknetze
2. Teil: Fernwirknetze und Fernmeldenetze