भू-चुंबकीय रूप से प्रेरित धारा

भू-चुंबकीय रूप से प्रेरित धाराएँ (जीआईसी), अंतरिक्ष मौसम घटनाओं के कारण भू-चुंबकीय क्षेत्र में तेजी से बदलाव से पृथ्वी की सतह पर प्रेरित विद्युत धाराएँ हैं। जीआईसी लंबे विद्युत कंडक्टर प्रणालियों जैसे विद्युत प्रसारण ग्रिड और सतह के नीचे पाइपलाइन परिवहन के सामान्य संचालन को प्रभावित कर सकते हैं। जीआईसी को प्रेरित करने वाले भू-चुंबकीय उपद्रव में भू-चुंबकीय तूफान और उप-तूफान सम्मिलित हैं जहां उच्च भू-चुंबकीय अक्षांश पर सबसे गंभीर उपद्रव होती है।

पृष्ठभूमि
पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र समय की विस्तृत श्रृंखला में भिन्न-भिन्न होता है। सामान्यतः दशकों से सहस्राब्दियों तक होने वाली लंबी अवधि की विविधताएँ मुख्य रूप से पृथ्वी के कोर में डायनेमो प्रक्रिया का परिणाम हैं। आयनमंडल, चुंबकमंडल और हेलिओस्फियर में गतिशील प्रक्रियाओं के कारण सेकंड से लेकर वर्षों तक के समय के पैमाने पर भू-चुंबकीय भिन्नताएं भी होती हैं। ये परिवर्तन अंततः सौर गतिविधि (या सनस्पॉट) चक्र से जुड़े बदलावों से सम्बंधित हैं और अंतरिक्ष मौसम की अभिव्यक्तियाँ हैं।

तथ्य यह है कि सौर स्थितियों पर भू-चुंबकीय क्षेत्र की प्रतिक्रिया उपयोगी हो सकती है, उदाहरण के लिए, मैग्नेटोटेलोरिक्स का उपयोग करके पृथ्वी की संरचना की जांच, लेकिन यह एक संकट भी पैदा करता है। यह भू-चुंबकीय संकट मुख्य रूप से पृथ्वी के सुरक्षात्मक वायुमंडलीय कंबल के तहत प्रौद्योगिकी के लिए एक विपत्ति

है।

बुनियादी ढांचे के लिए संकट
पृथ्वी के बाहर एक समय-परिवर्तनशील चुंबकीय क्षेत्र टेल्यूरिक करंट को प्रेरित करता है जिसे संवाहक जमीन में विद्युत धाराएँ प्रवाहित होती हैं । ये धाराएँ एक द्वितीयक (आंतरिक) चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं। फैराडे के प्रेरण के नियम के परिणामस्वरूप, पृथ्वी की सतह पर एक विद्युत क्षेत्र चुंबकीय क्षेत्र के समय परिवर्तन के साथ प्रेरित होता है। सतह विद्युत क्षेत्र, विद्युत धाराओं का कारण बनता है, जिसे भू-चुंबकीय रूप से प्रेरित धाराओं (जीआईसी) के रूप में जाना जाता है जो किसी भी संचालन संरचना में प्रवाहित होता है, उदाहरण के लिए, पृथ्वी के भीतर स्थित एक विद्युत या पाइपलाइन ग्रिड। इस विद्युत क्षेत्र को वी/किमी में मापा गया जो पूरे नेटवर्क में वोल्टेज स्रोत के रूप में कार्य करता है।

संवाहक नेटवर्क के उदाहरण विद्युत ऊर्जा संचरण ग्रिड, तेल और गैस पाइपलाइन, गैर-फाइबर ऑप्टिक अंडरसी संचार केबल, गैर-फाइबर ऑप्टिक टेलीफोन और टेलीग्राफ नेटवर्क और रेलवे हैं। जीआईसी को अक्सर क्वासि डायरेक्ट करंट (डीसी) के रूप में वर्णित किया जाता है, हालांकि जीआईसी की भिन्नता आवृत्ति विद्युत क्षेत्र की समय भिन्नता से नियंत्रित होती है। जीआईसी को प्रौद्योगिकी के लिए खतरा होने के लिए, विद्युत करंट को एक निश्चित परिमाण और घटना आवृत्ति का होना चाहिए जो उपकरण को तत्काल या संचयी क्षति के लिए अतिसंवेदनशील बनाता है। किसी भी नेटवर्क में जीआईसी का आकार विद्युत गुणों और नेटवर्क की टोपोलॉजी द्वारा नियंत्रित होता है। सबसे बड़ा मैग्नेटोस्फेरिक-आयनोस्फेरिक करंट बदलाव, जिसके परिणामस्वरूप सबसे बड़ा बाहरी चुंबकीय क्षेत्र बदलाव होता है, भू-चुंबकीय उपद्रवोंके दौरान होता है और तब सबसे बड़ा जीआईसी होता है। महत्वपूर्ण भिन्नता अवधि सामान्यतः सेकंड से लेकर लगभग एक घंटे तक होती है, इसलिए प्रेरण प्रक्रिया में ऊपरी मेंटल (पृथ्वी) और स्थलमंडल सम्मिलित होते हैं। चूंकि उच्च चुंबकीय अक्षांशों पर सबसे बड़े चुंबकीय क्षेत्र भिन्नताएं देखी जाती हैं, जीआईसी को 1970 के दशक से कनाडाई, फिनिश और स्कैंडिनेवियाई पावर ग्रिड और पाइपलाइनों में नियमित रूप से मापा जाता रहा है। दसियों से सैकड़ों एम्पेयर का जीआईसी दर्ज किया गया है। प्रमुख उपद्रवोंके दौरान मध्य-अक्षांश में भी जीआईसी दर्ज किया गया है। यहाँ तक कि कम अक्षांश क्षेत्रों के लिए भी जोखिम हो सकता है, विशेष रूप से पृथ्वी के दिन की ओर होने वाले क्षेत्र के परिवर्तन की उच्च, लघु-अवधि दर के कारण अचानक शुरू होने वाले उपद्रव के दौरान।

जीआईसी को पहली बार सौर चक्र 9 के दौरान 1847-8 में उभरते हुए विद्युत टेलीग्राफ नेटवर्क पर देखा गया था। तकनीकी परिवर्तन और संवाहक नेटवर्क के विकास ने आधुनिक समय में जीआईसी के महत्व को और अधिक बढ़ा दिया है। अंडरसी केबल, टेलीफोन और टेलीग्राफ नेटवर्क और रेलवे के लिए तकनीकी महत्व समान हैं। इन प्रणालियों के बारे में उपलब्ध साहित्य में कम समस्याएं बताई गई हैं क्योंकि संतुलन सुनिश्चित करने के प्रयास किए गए हैं।

पावर ग्रिड में
आधुनिक इलेक्ट्रिक पॉवर ट्रांसमिशन में विद्युत सर्किट से जुड़े हुए उत्पादन संयंत्र होते हैं जो सबस्टेशनों पर नियंत्रित निश्चित ट्रांसमिशन वोल्टेज पर काम करते हैं। नियोजित ग्रिड वोल्टेज इन सबस्टेशनों के बीच पथ की लंबाई पर काफी हद तक निर्भर है और 200-700 केवी वोल्टेज प्रलाणी सामान्य हैं। अत्यधिक लंबे पथ पर संचरण हानियों को कम करने के लिए उच्च वोल्टेज और कम लाइन प्रतिरोधों का उपयोग करने की प्रवृत्ति है। कम लाइन प्रतिरोध जीआईसी के प्रवाह के लिए अनुकूल स्थिति उत्पन्न करते हैं। ट्रांसफार्मर में एक चुंबकीय सर्किट होता है जो अर्ध-डीसी जीआईसी द्वारा बाधित होता है: जीआईसी द्वारा उत्पादित क्षेत्र चुंबकीय सर्किट के ऑपरेटिंग बिंदु को ऑफसेट करता है और ट्रांसफॉर्मर अर्ध-चक्र संतृप्ति में जा सकता है। यह एसी वेवफॉर्म, स्थानीय हीटिंग में हार्मोनिक्स पैदा करता है और उच्च प्रतिक्रियाशील विद्युत की मांग, अक्षम विद्युत संचरण और सुरक्षात्मक उपायों के संभावित त्रुटिपूर्ण संचालन की ओर जाता है। ऐसी स्थितियों में नेटवर्क को संतुलित करने के लिए महत्वपूर्ण अतिरिक्त प्रतिक्रियाशील विद्युत क्षमता की आवश्यकता होती है। ट्रांसफॉर्मर के लिए महत्वपूर्ण समस्याएं पैदा करने वाली जीआईसी की परिमाण ट्रांसफार्मर प्रकार के साथ भिन्न होती है। आधुनिक उद्योग परंपरा नए ट्रांसफॉर्मर पर जीआईसी सहनशीलता स्तर को निर्दिष्ट करना है।

13 मार्च 1989, को भू-चुंबकीय उपद्रव के कुछ सेकंड में ही, एक मामले में हाइड्रो-क्यूबेक पावर ग्रिड के पतन का कारण बना, क्योंकि उपकरणों के सुरक्षात्मक रिले घटनाओं के एक व्यापक क्रम में बंद हो गए। महत्वपूर्ण आर्थिक नुकसान के साथ छह लाख लोगों को नौ घंटे तक बिजली के बिना रहना पड़ा। 1989 के बाद से, उत्तरी अमेरिका, यूनाइटेड किंगडम, उत्तरी यूरोप और अन्य जगहों की बिजली कंपनियों ने जीआईसी जोखिम के मूल्यांकन और राहत रणनीतियों को विकसित करने में निवेश किया है।

कैपेसिटर ब्लॉकिंग सिस्टम, मेंटेनेंस शेड्यूल में बदलाव, अतिरिक्त ऑन-डिमांड जनरेटिंग क्षमता और अंततः लोड शेडिंग द्वारा जीआईसी जोखिम को कुछ सीमा तक कम किया जा सकता है। ये विकल्प महंगे हैं और कभी-कभी अव्यवहारिक होते हैं। उच्च वोल्टेज बिजली नेटवर्क के निरंतर विकास जोखिम को बढ़ा रहे है। यह आंशिक रूप से उच्च वोल्टेज पर इंटरकनेक्टेडनेस में वृद्धि, ऑरोरल ज़ोन में ग्रिड के लिए विद्युत संचरण के संदर्भ में कनेक्शन, और अतीत की तुलना में क्षमता के करीब संचालित ग्रिड के कारण है।

पावर ग्रिड में जीआईसी के प्रवाह को समझने और जीआईसी संकट पर सलाह देने के लिए ग्रिड के अर्ध-डीसी गुणों का विश्लेषण आवश्यक है। इसे पृथ्वी के एक भूभौतिकीय मॉडल के साथ जोड़ा जाना चाहिए जो ड्राइविंग सतह विद्युत क्षेत्र प्रदान करता है, जो समय-भिन्न आयनोस्फेरिक स्रोत क्षेत्रों और पृथ्वी के एक चालकता मॉडल के संयोजन से निर्धारित होता है। इस तरह के विश्लेषण उत्तरी अमेरिका, ब्रिटेन और उत्तरी यूरोप में किए गए हैं। पावर ग्रिड की जटिलता, स्रोत आयनोस्फेरिक करंट सिस्टम और 3डी ग्राउंड कंडक्टिविटी एक सटीक विश्लेषण को कठिन बनाते हैं। प्रमुख उपद्रवों और उनके परिणामों का विश्लेषण करने में सक्षम होने से हम एक संचरण प्रणाली में कमजोर स्थानों की तस्वीर बना सकते हैं और काल्पनिक घटना परिदृश्यों को चला सकते हैं।

ग्रिड प्रबंधन प्रमुख भू-चुंबकीय उपद्रवों के अंतरिक्ष मौसम पूर्वानुमानों द्वारा भी सहायता प्राप्त है। यह को लागू करने की अनुमति देता है। सीएमई की गति के आधार पर, सौर अवलोकन पृथ्वी के कोरोनल मास इजेक्शन (सीएमई) की एक से तीन दिन की चेतावनी प्रदान करते हैं। इसके बाद, अंतरिक्ष यान द्वारा सौर हवा में सीएमई से पहले सौर हवा के झटकों का पता लगाना लगरंगिआन बिंदु, एक भू-चुंबकीय उपद्रव (फिर से स्थानीय सौर हवा की गति के आधार पर) की निश्चित 20 से 60 मिनट की चेतावनी देता है। भू-चुंबकीय उपद्रव के पृथ्वी तक पहुंचने और पृथ्वी के भू-चुंबकीय क्षेत्र को प्रभावित करने के लिए सूर्य से एक सीएमई लॉन्च होने के बाद लगभग दो से तीन दिन लगते हैं।

पाइपलाइनों में जीआईसी संकट
प्रमुख पाइपलाइन नेटवर्क सभी अक्षांशों पर उपलब्ध हैं और कई प्रणालियां महाद्वीपीय पैमाने पर हैं। उच्च दबाव वाले तरल या गैस को समाहित करने के लिए स्टील से पाइपलाइन नेटवर्क का निर्माण किया जाता है और संक्षारण प्रतिरोधी कोटिंग्स होती हैं। स्टील को मिट्टी या पानी के संपर्क में आने से पाइपलाइन कोटिंग को नुकसान हो सकता है जिससे संभवतः स्थानीय क्षरण हो सकता है। यदि पाइपलाइन को मिटटी के भीतर दबाया गया है, तो ग्राउंड की तुलना में स्टील को नकारात्मक क्षमता पर बनाए रखने से क्षरण को कम करने के लिए कैथोडिक संरक्षण का उपयोग किया जाता है। परिचालन क्षमता पाइपलाइन के आसपास के क्षेत्र में मिट्टी और पृथ्वी के विद्युत-रासायनिक गुणों से निर्धारित होती है। पाइपलाइनों के लिए जीआईसी खतरा यह है कि जीआईसी पाइप-से-ग्राउंड पोटेंशियल के बदलने का कारण बनता है, जिससे प्रमुख भू-चुंबकीय उपद्रवों(गुम्मो, 2002) के दौरान क्षरण की दर बढ़ जाती है। जीआईसी संकट विनाशकारी विफलता नहीं है, लेकिन पाइपलाइन की सेवा जीवन को कम करने का कारण है।

पाइपलाइन नेटवर्क को पावर ग्रिड के समान तरीके से तैयार किया जाता है, उदाहरण के लिए वितरित स्रोत ट्रांसमिशन लाइन मॉडल के माध्यम से जो पाइप के साथ किसी भी बिंदु पर पाइप-टू-ग्राउंड पोटेंशियल प्रदान करते हैं (बोटेलर, 1997; पुल्किनन एट अल, 2001)। इन मॉडलों को जटिल पाइपलाइन टोपोलॉजी पर विचार करने की आवश्यकता है, जिसमें मोड़ और शाखाएं सम्मिलित हैं, साथ ही विद्युत इंसुलेटर (या फ्लैंगेस) जो विभिन्न वर्गों को विद्युत रूप से अलग करते हैं। जीआईसी को पाइपलाइन की प्रतिक्रिया के विस्तृत ज्ञान से, पाइपलाइन इंजीनियर भू-चुंबकीय तूफान के दौरान भी कैथोडिक सुरक्षा प्रणाली के व्यवहार को समझ सकते हैं, जब पाइपलाइन सर्वेक्षण और रखरखाव निलंबित हो सकता है।

यह भी देखें

 * सौर उपद्रवोंकी सूची
 * 1859 का सौर तूफान
 * ऑरोरा (एस्ट्रोनॉमी)

आगे की पढाई

 * Bolduc, L., जीआईसी observations and studies in the Hydro-Québec power system. J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 64(16), 1793–1802, 2002.
 * Boteler, D. H., Distributed source transmission line theory for electromagnetic induction studies. In Supplement of the Proceedings of the 12th International Zurich Symposium and Technical Exhibition on Electromagnetic Compatibility. pp. 401–408, 1997.
 * Boteler, D. H., Pirjola, R. J. and Nevanlinna, H., The effects of geomagnetic disturbances on electrical systems at the Earth's surface. Adv. Space. Res., 22(1), 17-27, 1998.
 * Erinmez, I. A., Kappenman, J. G. and Radasky, W. A., Management of the geomagnetically induced current risks on the national grid company's electric power transmission system. J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 64(5-6), 743-756, 2002.
 * Gummow, R. A., जीआईसी effects on pipeline corrosion and corrosion-control systems. J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 64(16), 1755–1764, 2002.
 * Lanzerotti, L. J., Space weather effects on technologies. In Song, P., Singer, H. J., Siscoe, G. L. (eds.), Space Weather. American Geophysical Union, Geophysical Monograph, 125, pp. 11–22, 2001.
 * Lehtinen, M., and R. Pirjola, Currents produced in earthed conductor networks by geomagnetically-induced electric fields, Annales Geophysicae, 3, 4, 479-484, 1985.
 * Pirjola, R., Fundamentals about the flow of geomagnetically induced currents in a power system applicable to estimating space weather risks and designing remedies. J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 64(18), 1967–1972, 2002.
 * Pirjola, R., Kauristie, K., Lappalainen, H. and Viljanen, A. and Pulkkinen A., Space weather risk. AGU Space Weather, 3, S02A02,, 2005.
 * Thomson, A. W. P., A. J. McKay, E. Clarke, and S. J. Reay, Surface electric fields and geomagnetically induced currents in the Scottish Power grid during the 30 October 2003 geomagnetic storm, AGU Space Weather, 3, S11002,, 2005.
 * Pulkkinen, A., R. Pirjola, D. Boteler, A. Viljanen, and I. Yegorov, Modelling of space weather effects on pipelines, Journal of Applied Geophysics, 48, 233-256, 2001.
 * Pulkkinen, A. Geomagnetic Induction During Highly Disturbed Space Weather Conditions: Studies of Ground Effects, PhD thesis, University of Helsinki, 2003. (available at eThesis)
 * Price, P.R., Geomagnetically induced current effects on transformers, IEEE Transactions on Power Delivery, 17, 4, 1002–1008, 2002,

बाहरी कड़ियाँ

 * Solar Shield &mdash; experimental जीआईसी forecasting system
 * Solar Terrestrial Dispatch &mdash; जीआईसी warning distribution center
 * जीआईसीnow! Service by Finnish Meteoroloजीआईसीal Institute
 * Ground Effects Topical Group of ESA Space Weather Working Team
 * जीआईसी measurements
 * Metatech Corporation's जीआईसी site
 * Space Weather Canada

Power grid related links
 * Geomagnetic Storm Induced HVAC Transformer Failure is Avoidable
 * NOAA Economics -- Geomagnetic Storm datasets and Economic Research
 * Geomagnetic Storms Can Threaten Electric Power Grid जीआईसीs: The Bane of Technology-Dependent Societies by Delores J. Knipp (AGU)