Co powoduje przepięcie w sieci energetycznej?

W regionie, w którym mieszkam, istnieje stanowy standard, który mówi, że odchylenie napięcia sieciowego może wynosić do 5 procent w sposób ciągły i do 10 procent w krótkich okresach czasu, więc jeśli napięcie w sieci mieści się w tych zakresach - to po prostu w porządku. Napięcie nominalne wynosi 220 woltów, więc może być w zakresie 209..231 woltów w sposób ciągły i w zakresie 198..242 woltów przez krótki czas.

Teraz rozumiem, że czasami są druty niewymiarowe i ogromne straty i złe połączenia drutów, co może powodować podnapięcie w miejscu odbiorcy.

Co spowodowałoby przepięcie? Mam na myśli, że gdzieś są starannie zaprojektowane generatory, które obracają się z dokładnie monitorowanymi „odpowiednimi” prędkościami i wytwarzają dokładnie obliczone napięcie. Następnie są transformatory, które ponownie mają odpowiednią liczbę zwojów w każdym uzwojeniu, a zatem zamieniają właściwe napięcie na inne właściwe napięcie. Więc nie rozumiem, jak napięcie nagle wzrosłoby wyżej niż zaprojektowane. Jednak istnieje nawet stanowy standard, który pozwala na dość duże odchylenia.

Co dokładnie powoduje przepięcia w sieci energetycznej?

Dlaczego napięcie sieciowe ogólnie przekracza wartość nominalną? Nie mówię o skokach mocy, które pozostawiają marginesy. Mówimy o standardowych operacjach. Z założenia moc jest ustawiona bliżej górnego marginesu niż do środka. Oto powody:

Wszystkie standardowe generatory mocy pracują z pewną prędkością obrotową, która jest zsynchronizowana z częstotliwością sieci. Częstotliwość obrotowa generatora zależy również od liczby biegunów, w które jest wyposażony, na przykład wszystkie 4-biegunowe generatory w sieciach 50 Hz pracują z prędkością 1500 / min.

Częstotliwość sieci jest prawie jedyną stałą wartością, jakiej można oczekiwać od sieci.

Przy stałej prędkości moc wyjściowa generatora jest regulowana przez wzbudzenie cewek polowych i mechaniczny wkład turbiny lub silnika. Obie wartości muszą być regulowane zgodnie. Jeśli zwiększysz wzbudzenie bez zwiększania mocy mechanicznej, maszyna zwolni i zsynchronizuje się, czego należy zapobiec.

Niektóre rodzaje elektrowni pracują asynchronicznie (głównie koło zamachowe, słońce, wiatr), co oznacza, że ​​ich moc wyjściowa musi być elektronicznie regulowana, aby dopasować ją do sieci.

Z kilku powodów dostawcy energii będą regulować w kierunku górnej granicy.

Po pierwsze, mogą szybciej reagować, aby zmniejszyć moc wyjściową: Odciągnij parę, zmniejsz wzbudzenie i gotowe. Aby zareagować w górę, muszą najpierw wytworzyć więcej pary, co wymaga czasu. Więc bezpieczniej jest być na najwyższym limicie.

Po drugie, ta sama moc może być efektywniej transportowana, gdy napięcie jest wyższe. Straty prawie wyłącznie pochodzą z prądu, wyższe napięcie oznacza mniej prądu, więc mniej strat, większy procent napięcia dociera do klienta, a tylko energia, która dociera, zostanie zapłacona.

Wreszcie, część zużytej mocy to czysty opór elektryczny, który zużywa więcej energii przy wyższym napięciu, co prowadzi do wyższego zużycia i wyższej sprzedaży. Myślę, że to nie jest wielka sprawa.

Teraz dostawcy energii bardzo dobrze wiedzą, ile energii średnio zostanie zużyte. Wiedzą, ile jeszcze potrzeba będzie w wyjątkowe dni, takie jak Święto Dziękczynienia (każdy piec jest w akcji tego dnia), lub w dniu superbowl. Będą planować przez dłuższy czas.

Pod uwagę brana jest tutaj jakość linii sieciowych: jeśli wiedzą, że spadek napięcia w sąsiedztwie jest dość wysoki, dostawa do tej dzielnicy zostanie skonfigurowana, aby w miarę możliwości planowane napięcie docierało do klientów. Transformatory między sieciami wysokiego / średniego / niskiego napięcia można do pewnego stopnia regulować. (patrz ULTC na stronie http://en.wikipedia.org/wiki/Tap_%28transformer%29 )

Dlatego spadki napięcia, a także przesunięcia fazowe są zmorą dostawców: Te dwa czynniki prowadzą do większych strat w liniach, które muszą sami zapłacić.

Masz rację, że siatka jest dokładnie dostrojona, jednak nie jest ona tak statyczna, jak to mogłoby prowadzić do uwierzenia. Cała siatka jest ogromną maszyną, która jest dość niestabilna. Konieczne jest stałe monitorowanie i ponowna regulacja, aby system utrzymywał stabilne działanie.

Podczas gdy masz rację, że generator generuje stabilne napięcie (w przeważającej części), obciążenie sieci zmienia się co sekundę. Systemy monitorujące te zmiany nie zawsze mogą natychmiast zareagować, szczególnie gdy w grę wchodzą duże poruszające się obiekty, takie jak generatory.

Zacznijmy od twojego domu. Transformator zasilający twój obszar ma trzy fazy. Urbanista planowałby domy w twojej okolicy na (prawie) równe kwoty na każdym etapie. Teraz, jeśli obciążenia będą się różnić, spowoduje to niewielkie przesunięcia napięć w każdej fazie, gdy fazy staną się niezrównoważone. Jest to zwykle niewielkie, ale może łatwo powodować niewielkie fluktuacje, które widzisz. Jeśli możesz wykreślić wykresy pomiarów w czasie, powinno być interesujące, jak wyglądają fluktuacje w godzinach szczytu (poranki i wieczory).

Siatka jest dynamiczna na wiele innych sposobów: linie przesyłowe nagrzewają się i ochładzają, zmieniając ich rezystancję, aktywność słoneczna indukuje prądy na liniach przesyłowych, całe miasta zostają zrzucone z sieci z powodu wypadku. Moją ulubioną niestabilnością jest faza generatora. Generatory muszą być utrzymywane w fazie i częstotliwości, jednak gdy zmienia się obciążenie (sieć), powoduje to nieznaczne przyspieszenie lub spowolnienie generatora. Kompensują to koła reakcyjne, które uwalniają i pochłaniają energię z generatora.

Wszystkie powyższe zmiany powodują obciążenie sieci, dlatego widoczne będą wahania napięcia.

Jak powiedzieli inni, podstawowy problem polega na tym, że popyt może się szybko zmieniać, ale dużych maszyn wytwarzających energię elektryczną i poboru mocy nie można tak szybko zmienić.

W Stanach Zjednoczonych standardem jest to, że wszystko jest ponownie oceniane co 4 sekundy. Centrum sterowania dla każdego regionu monitoruje prądy w różnych liniach przesyłowych, napięcia w różnych miejscach i energię zrzucaną do sieci przez każdego z dużych producentów.

Charakterystyka każdego producenta jest znana i co 4 sekundy mówi się mu, czy regulować moc wyjściową w górę, czy w dół. Elektrownie jądrowe najwolniej reagują i zwykle są utrzymywane przy „podstawowym” obciążeniu. Są też rośliny „osiągające szczyt”, które mogą reagować znacznie szybciej, ale także droższe elektryczność. Szczytowe zakłady to często silniki z wałem turbosprężarowym napędzające generator. Są one zwykle trzymane z dala, z wyjątkiem dużego popytu. Elektrownie wodne mają własne zestawy cech. Mogą reagować dość szybko, rzędu minuty lub kilku minut, na duże zmiany popytu. Częściowo wybrano 4 sekundy, ponieważ w tym czasie nic nie mogło odpowiedzieć tak szybko. Centralny sterownik, który wysyła sygnały co 4 sekundy, stosuje również algorytm uczciwości. Na przykład, jeśli w okolicy znajduje się kilka roślin szczytowych, próbuje wykorzystać je w równym stopniu. Zarządzanie siecią jest złożonym problemem, a marnowanie pieniędzy wiąże się z dużą ilością pieniędzy.

Istnieje lokalna firma Beacon Power , która produkuje systemy przechowywania koła zamachowego do sieci. Są to duże koła zamachowe w komorach ewakuacyjnych, napędzane łożyskami magnetycznymi. Każde koło zamachowe może przechowywać około 100 kWh energii elektrycznej. Jest to czysto magazynowanie, a nie wytwarzanie, ale zaletą jest to, że przechowywanie i odzyskiwanie energii odbywa się elektronicznie, a zatem może reagować bardzo szybko. Możliwe jest stworzenie uzasadnienia biznesowego dla instalacji tych kół zamachowych wyłącznie w celu krótkotrwałego osiągania maksymalnego poziomu, zarówno absorpcyjnego, jak i produkcyjnego. Niektóre nowsze zakłady wytwarzania energii będą obejmować lokalne krótkoterminowe magazynowanie. Dzięki temu cała instalacja wygląda jak dobrze zachowująca się, elastyczna i szybko reagująca elektrownia, nawet jeśli ostatecznym źródłem energii jest woda, węgiel lub ropa.

W pobliżu znajduje się kolejna interesująca roślina o nazwie Northfield Mountain Reservoir . Jest to znacznie większa stacja magazynowania energii, która działa na energię potencjalną wody. Podczas niewielkich obciążeń, gdy wolno reagujące elektrownie wytwarzają więcej niż to konieczne, woda jest pompowana z rzeki Connecticut pod górę do zbiornika górskiego Northfield. Podczas dużego zapotrzebowania woda spływa z powrotem do rzeki i wytwarza energię. Stacja ma 4 odwracalne generatory, każdy o mocy 270 MW, dzięki czemu cała stacja może chwilowo zapewnić moc szczytową powyżej 1 GW.

Mniej więcej to, co powiedzieli w większości przypadków. Plus:

Zmienianie mocy wyjściowej w przypadku bardzo dużych maszyn zajmuje skończony czas. Zawory hydroturbinowe muszą być otwierane lub zamykane, co wpływa na masę przepływającej wody. Turbiny parowe z kotłami zasilanymi węglem muszą radzić sobie z energią w piecu, jeśli ładunek spadnie - lub mieć dodatkowe paliwo, jeśli ładunek nagle skoczy.

Oświetlenie uderza / samochód uderza w słup / pożar domu lub przerywana linia zwiera podajnik. Wyłączniki otwarte. Błąd może nie rozprzestrzeniać się w górę łańcucha lub może w pewnym stopniu. Obciążenie spada nagle. Obracające się sterowniki maszyn wymagają wyłączenia zasilania. Dopływ wody do kropli turbiny, dopływ węgla do ognia obniża ... Napięcie rośnie gwałtownie, a następnie wraca do stanu ustalonego.

NZ i Francja są 12-11 tuż przed końcem pierwszej połowy Pucharu Świata w rugby. Piłka wygina się w kierunku słupków bramki i odbija się. Nie przyznano kary. Sędzia odgwizduje gwizdek i dwie drużyny zbiegają z boiska. 1 300 000 NZerów przestaje oglądać telewizję. 22% idzie do toalety. Stacja pomp wody nie zauważy gwałtownego wzrostu przez kilka minut. Włączono 127 000 elektrycznych dzbanków na szybką kawę. Więcej. Moc obciążenia drastycznie wzrasta. Spadki napięcia Więcej wody jest wybierane. więcej węgla, więcej ... Dwie drużyny wbiegają na boisko, czajniki się wyłączają. Światła są wyłączone. Toalety są puste. ... Obciążenie spada. Do tej pory dodaje się węgiel ... Napięcie rośnie ...

Wszystkie te generatory generują dokładne napięcia, dla których zostały zbudowane ... tak dzieje się po drodze ... od generatora do wtyczki w przeważającej części.

• W Afryce Południowej podczas burz z wyładowaniami elektrycznymi oświetlenie uderzy w pobliżu linii wysokiego napięcia lub bezpośrednio do niej, powodując masakrę na stacjach schodzenia - jest to zabezpieczone (i próbuje natychmiast zareagować), ale wiele razy ludzie z pobliskich miast Wypełnij sklepy z naprawami elektrycznymi następnego dnia, ponieważ telewizor się wysadził. Skoki te pulsują w dół sieci, co jest dozwolone ze względu na poziomy tolerancji 10%. (Mówię z doświadczenia i nie robię tu rzeczy)

• W innych częściach świata spowodowane przez huragany, trzęsienia ziemi.

• W innych okolicznościach może to być spowodowane upadkiem drzewa na linie wysokiego napięcia

• Nagła zmiana właściwości atmosferycznych.

• Przekierowanie sieci energetycznej (połączenia z utrzymaniem)

• Ale może to również powodować w domu, że to samo przez urządzenia generujące informacje zwrotne.

Przez lata i wraz z wprowadzeniem nowych przepisów dotyczących okablowania, te spadki / szczyty zostały w większości usunięte. Ale nadal istnieje tolerancja i większość urządzeń użytkowników końcowych toleruje to odchylenie, ponieważ prąd jest dalej udoskonalany za pomocą transformatorów w urządzeniu.

Jak wszyscy inni powiedzieli, siatka ciągle się zmienia. Widziałem filmy dokumentalne o lokalnych firmach energetycznych tutaj w Holandii. Najczęstszą rzeczą, jaką słyszysz, jest to, że mają „typowe” okresy szczytowe, podczas których muszą wytwarzać prąd. Zazwyczaj elektrownie przygotowują się na te chwile; czy istnieje wystarczająca zdolność do nadążenia za rosnącym popytem?

Posuwa się nawet tak daleko, że niektóre firmy energetyczne obserwują radar pogodowy (szczególnie nieoczekiwany) deszcz, prysznice itp. Tak się składa, że ​​deszcz ochładza wiele budynków, co z kolei wymaga energii, aby utrzymać je w odpowiedniej temperaturze. Typowa (tj. Średnia) reakcja polega na tym, że ludzie będą zużywać więcej prądu i energii, aby utrzymać wszystko w cieple. Aby temu przeciwdziałać, elektrownia przygotowuje się na większą moc, kiedy wydaje się, że będzie padać, ponieważ wiedzą, że będą musieli dostarczyć więcej energii, jak zwykle.

Wszystkie te efekty są kontrolowane przez komputery. Wiele statystyk i „typowych oczekiwanych” krzywych w pewnych okolicznościach jest prawdopodobnie modelowanych w celu utrzymania siatki na pewnej stabilności. W rzeczywistości tylko kilku operatorów jest w samych elektrowniach. W samej małej elektrowni może być 1-2 techników i 1-2 operatorów w biurze.

Wracając do pytania: bardzo trudno jest utrzymać stabilną siatkę. Ze względu na obciążenie, które może zmieniać się szybciej niż maszyny, wiele regulacji odbywa się na „oczekiwanych wzorach”. Dodanie turbin wiatrowych do sieci sprawia, że ​​regulacja jest nieco trudniejsza, ponieważ mogą wytworzyć kilka dodatkowych MW, gdy wiatr wieje silny, a kilka minut później może zniknąć, gdy się zatrzyma.

Główną przyczyną przepięć są

1. Błyskawica
2. Przełączanie skoków
3. Awaria izolacji
4. rezonans

Obciążenia mają charakter rezystancyjny, indukcyjny i pojemnościowy. w tym indukcyjnym i pojemnościowym występują obciążenia reaktywne, podczas gdy obciążenia rezystancyjne nazywane są rzeczywistymi (moc). W normalnie pracującym systemie zasilania moc rzeczywista i moc bierna powinny znajdować się w równowadze, tj. (Z grubsza) generowana moc rzeczywista = rzeczywista moc pobierana (obciążenie + straty), w przeciwnym razie prędkość generatora i częstotliwość wzrośnie lub spadnie. Podobnie generowana moc bierna = pobierana moc bierna, w przeciwnym razie napięcie wzrośnie i spadnie. Zwykle generatory są przystosowane do regulacji mocy rzeczywistej i biernej zgodnie z zapotrzebowaniem na obciążenie poprzez monitorowanie napięcia i częstotliwości. Działania takie jak przełączanie pioruna spowodują nagłe zmiany, które skutkują przepięciami. Indukcyjność przeciwstawia się zmianie prądu. w celu uzyskania dalszych informacji.