EFEITOS DA INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA NA TERRA: CORRENTES ELÉTRICAS INDUZIDAS EM SISTEMAS TECNOLÓGICOS NA SUPERFÍCIE
As variações geomagnéticas observadas por magnetômetros instalados na superfície terrestre são compostas por duas partes, sendo uma delas gerada pelo fluxo elétrico externo, presente na Ionosfera e na Magnetosfera, e a outra gerada pelas correntes elétricas induzidas no interior da Terra. Basicamente, estas correntes resultam da interação do campo magnético com a Terra sólida condutora, constituída pelo acoplamento ortogonal deste campo com o campo elétrico. As amplitudes dos campos geoelétricos induzidos variam em função da freqüência do sinal, da taxa da variação do campo geomagnético, e também da distribuição e anisotropia da condutividade elétrica na crosta e manto terrestre.
Durante as tempestades geomagnéticas, a magnitude das variações do campo magnético na superfície da Terra é muito grande, em relação aos dias normais, como também é grande a sua taxa de variação. As tempestades magnéticas causam variações do campo entre 1000 a 2000 nT nas latitudes aurorais, entretanto são bem menores, entre 200 a 300 nT, nas latitudes baixas (equatoriais) e médias, como no caso do Brasil. A ocorrência das tempestades geomagnéticas produz correntes elétricas induzidas geomagneticamente (em inglês: GIC = Geomagnetically Induced Currents) em sistemas tecnológicos da superfície terrestre, constituídos por meios condutores, como gasodutos e linhas de transmissão de energia elétrica, de telefonia e televisão a cabo. Estes GIC são substancialmente amplificados quando a taxa de variação do campo geomagnético é mais intensa e a Terra se apresenta com resistividade elétrica elevada.
No caso das linhas de transmissão de energia, campos elétricos induzidos fluem através dos aterramentos dos pontos neutros dos transformadores das sub-estações elétricas, separadas por centenas de quilômetros, com características de correntes elétricas quase continuas (Quase-DC). Estas correntes fluem pelos transformadores e pelas linhas de transmissão entre os transformadores em questão e causam diversos tipos de danos, podendo afetar múltiplos sistemas tecnológicos em vastas áreas simultaneamente e conseqüentemente apresentam sérios problemas sócio-econômicos. Os GIC conseguem mudar o sistema de operação dos transformadores, de linear para não linear, produzindo ruídos mecânicos, geração de calor, e alterando os harmônicos. Desta maneira, os transformadores acabam ficando seriamente danificados e algumas vezes introduzem queda no fornecimento da energia elétrica, ocasionando um “apagão” (“Blackout”). As distorções nos harmônicos causadas pelo GIC, normalmente, colocam em risco a operação do sistema de proteção convencional que protege os capacitores, transformadores e geradores.
No caso de longos dutos metálicos para gás e óleo, o problema reside na prevenção de corrosão associada a concentrações anômalas da diferença de potencial entre o solo e o duto metálico.
MODELOS DOS EFEITOS DE GIC EM SISTEMAS TECNOLÓGICOS NA SUPERFÍCIE
A previsão da ocorrência de GIC em condutores longos e lineares dispostos na superfície terrestre baseia-se na determinação dos parâmetros do comportamento das variações geomagnéticas durante as tempestades geomagnéticas e da impedância da Terra na região onde os sistemas tecnológicos estão instalados.
Duas abordagens empíricas são normalmente utilizadas nos modelos de previsão: i) a mais simples leva em consideração a estimativa das derivadas do campo magnético horizontal dH/dt (componente norte-sul) e a dD/dt (componente leste-oeste), durante a ocorrência das tempestades geomagnéticas; ii) a mais complexa considera os processos físicos que condicionam o fenômeno de indução geomagnética no interior da Terra, em função de freqüência e da amplitude do sinal eletromagnético incidente.
Em ambos os casos, realiza-se uma avaliação da evolução do sinal magnético durante a geração das tempestades magnéticas, nos seus três componentes H (norte-sul), D (leste-oeste), e Z (vertical). Utilizando os sinais periódicos presentes na serie temporal das variações do campo geomagnético, estimam-se a magnitude da potência em função da freqüência e os parâmetros de polarização, forma elíptica e azimute das ondas eletromagnéticas. No modelo mais complexo, avalia-se também a indução geomagnética em função de freqüência e da amplitude do sinal eletromagnético incidente na Terra, com modelos da distribuição da condutividade elétrica e anisotropia em profundidades compatíveis com a potência e polarização do sinal, na região onde está instalado o sistema tecnológico.
A eventual ocorrência de GIC e a sua magnitude pode ser estimada com a instalação de um amperímetro tipo efeito-Hall no neutro de transformadores de sub-estações de linhas de transmissão de energia elétrica, e por magnetômetros tensoriais ao lado de dutos metálico e abaixo das linhas de transmissão de energia elétrica, conforme mostra o exemplo abaixo. Para se estimar os efeitos deletérios destas ocorrências, necessitam-se considerar, também, os parâmetros técnicos das instalações do sistema tecnológico em observação.
Figura ilustrando ocorrências de GIC (círculos vermelhos) em linhas de transmissão de alta tensão entre Itumbiara–São Simão (GO) e Pimenta-Barreiro (SP). Este evento é relacionado à atividade geomagnética do período de 7 a 10 de novembro de 2004, conforme mostra o índice Kp (topo) e variação temporal da componente magnética horizontal registrada pelo Observatório de Vassouras e em magnetômetros localizados ao longo das respectivas linhas de transmissão.