Cosa causa la sovratensione nella rete elettrica?

Nella regione in cui vivo esiste uno standard statale che afferma che la deviazione della tensione di rete può essere compresa tra il 5 percento in modo continuo e il 10 percento per brevi periodi di tempo, quindi se la tensione di rete rientra in tali intervalli, va bene. La tensione nominale è di 220 volt, quindi può essere compresa nell'intervallo 209..231 volt continuamente e nell'intervallo 198..242 volt per brevi periodi di tempo.

Ora capisco che a volte ci sono cavi di dimensioni inferiori e perdite enormi e giunti di filo difettosi e questo può causare sottotensione nel sito del consumatore.

Cosa causerebbe la sovratensione? Voglio dire, ci sono generatori progettati con cura da qualche parte che ruotano a velocità "giuste" attentamente monitorate e producono una tensione accuratamente pre-calcolata. Poi ci sono trasformatori che hanno di nuovo il giusto numero di venti in ogni avvolgimento e quindi convertono la giusta tensione nell'altra giusta tensione. Quindi non vedo come la tensione diventerebbe improvvisamente più alta del previsto. Eppure c'è anche uno standard statale che consente deviazioni piuttosto enormi.

Cosa causa esattamente le sovratensioni nella rete elettrica?

Perché la tensione di rete è generalmente superiore al valore nominale? Non sto parlando di picchi di potenza, che lasciano i margini. Stiamo parlando di operazioni standard. In base alla progettazione, la potenza è impostata più vicino al margine superiore che al centro. Questi sono i motivi:

I generatori di corrente standard funzionano tutti con una certa velocità di rotazione che è sincronizzata con la frequenza di rete. La frequenza di rotazione del generatore dipende anche dal numero di poli di cui è dotata, ad esempio tutti i generatori a 4 poli nelle reti a 50Hz funzionano con 1500 / min.

La frequenza di rete è quasi l'unico valore persistentemente costante che ci si può aspettare dalla griglia.

Alla velocità fissa, la potenza erogata da un generatore è regolata dall'eccitazione delle bobine di campo e dall'ingresso meccanico sulla turbina o sul motore. Entrambi i valori devono essere regolati all'unisono. Se si aumenta l'eccitazione senza aumentare l'input meccanico, la macchina rallenterà e uscirà dalla sincronizzazione, cosa che deve essere prevenuta.

Alcuni tipi di centrali elettriche funzionano in modo asincrono (volano, solare, eolico), il che significa che la loro potenza deve essere regolata elettronicamente per adattarla alla rete.

Per diversi motivi i fornitori di energia regoleranno verso l'estremità superiore.

In primo luogo, possono reagire più rapidamente per ridurre la potenza erogata: deviare un po 'di vapore, ridurre l'eccitazione, fatto. Per reagire verso l'alto, devono prima fare più vapore, il che richiede tempo. Quindi è più sicuro essere al limite massimo.

In secondo luogo, la stessa potenza può essere trasportata in modo più efficiente quando la tensione è maggiore. Le perdite provengono quasi esclusivamente dalla corrente, una tensione maggiore significa meno corrente, quindi meno perdite, una maggiore percentuale di tensione arriva al cliente e solo l'energia che arriva verrà pagata.

Infine, una parte dell'energia utilizzata è pura resistenza elettrica, che consuma più energia con una tensione più elevata, portando a un consumo maggiore e a maggiori vendite. Suppongo che questo non sia un grosso problema.

Ora i fornitori di energia sanno benissimo quanta energia verrà consumata in media. Sanno quanto sarà necessario di più in giorni speciali come il Ringraziamento (ogni stufa è in azione quel giorno) o il giorno del superbowl. Pianificheranno in anticipo per un po '.

Qui viene presa in considerazione la qualità delle linee di rete: se sanno che la caduta di tensione all'interno di un quartiere è piuttosto elevata, la fornitura a quel quartiere verrà impostata in modo che la tensione pianificata arrivi ai clienti, se possibile. I trasformatori tra le reti ad alta / media / bassa tensione possono essere regolati in una certa misura. (vedi ULTC su http://en.wikipedia.org/wiki/Tap_%28transformer%29 )

Pertanto, le cadute di tensione e anche i cambiamenti di fase sono la rovina dei fornitori: questi due fattori portano a maggiori perdite nelle linee, che devono pagare da sole.

Hai ragione a dire che la griglia è ottimizzata, ma non è così statica da indurti a credere. L'intera griglia è una macchina immensa che è piuttosto instabile. Sono necessari un costante monitoraggio e una nuova regolazione affinché il sistema mantenga operazioni stabili.

Mentre hai ragione sul fatto che un generatore genera una tensione stabile (per la maggior parte) il carico sulla griglia cambia ogni secondo. I sistemi che monitorano questi cambiamenti non possono sempre reagire istantaneamente, specialmente quando sono coinvolti grandi oggetti in movimento come i generatori.

Cominciamo a casa tua. Il trasformatore che fornisce la tua zona ha tre fasi. Il pianificatore della città avrebbe ideato le case nel tuo quartiere in (quasi) uguale quantità per ogni fase. Ora, se i carichi differiscono, causerà piccoli cambiamenti nelle tensioni in ogni fase man mano che le fasi diventano sbilanciate. Questo di solito è minore ma può facilmente causare le fluttuazioni minori che vedi. Se riesci a rappresentare graficamente le misurazioni nel tempo, dovrebbe essere interessante l'aspetto delle fluttuazioni durante le ore di punta (mattina e sera).

Esistono molti altri modi in cui la rete è dinamica: le linee di trasmissione si riscaldano e si raffreddano cambiando le loro resistenze, l'attività solare induce correnti nelle linee di trasmissione, intere città vengono eliminate dalla rete a causa di un incidente. La mia instabilità preferita personale è la fase del generatore. I generatori devono essere mantenuti in fase e alla frequenza, tuttavia quando il carico su di essi (la griglia) cambia, il generatore accelera o rallenta leggermente. Ciò è compensato da ruote di reazione che rilasciano e assorbono energia dal generatore.

Tutto quanto sopra cambia il carico sulla griglia e quindi vedrai fluttuazioni di tensione.

Come altri hanno già detto, il problema di base è che la domanda può cambiare rapidamente, ma le grandi macchine che generano elettricità e la potenza assorbita non possono essere modificate così rapidamente.

Qui negli Stati Uniti, lo standard è che tutto viene rivalutato ogni 4 secondi. Il centro di controllo per ciascuna regione monitora le correnti attraverso le varie linee di trasmissione, le tensioni in vari punti e l'energia che viene scaricata sulla rete da ciascuno dei grandi produttori.

Le caratteristiche di ciascun produttore sono note e ogni 4 secondi viene loro comunicato se regolare la propria potenza su o giù. Le centrali nucleari sono le più lente a reagire e di solito vengono mantenute a carico "base". Poi ci sono piante "al picco" che possono reagire molto più velocemente, ma anche rendere l'elettricità più costosa. Gli impianti di picco sono spesso motori a turboalbero che eseguono un generatore. Questi di solito sono tenuti fuori tranne in caso di forte domanda. Le piante idroelettriche hanno i propri insiemi di caratteristiche. Possono reagire abbastanza rapidamente, nell'ordine di un minuto o di alcuni minuti, a grandi cambiamenti della domanda. Sono stati scelti in parte 4 secondi perché al momento nulla poteva rispondere così velocemente. Il controller centrale che invia i segnali ogni 4 secondi applica anche un algoritmo di correttezza. Ad esempio, se nella zona sono presenti diverse piante con picco, cerca di usarli allo stesso modo. La gestione della griglia è un problema complesso e ci sono molti soldi da sprecare per sbagliare.

Esiste un'azienda locale, Beacon Power , che realizza sistemi di stoccaggio a volano per la rete. Si tratta di volani di grandi dimensioni in camere evacuate montate su cuscinetti magnetici. Ogni volano può immagazzinare circa 100 kWh di elettricità. Questo è puramente memoria, non generazione, ma il vantaggio è che la memorizzazione e il recupero di energia sono gestiti elettronicamente e possono quindi reagire molto rapidamente. È possibile creare un caso aziendale per l'installazione di questi volani esclusivamente per il picco a breve termine, sia assorbente che produttivo, che forniscono. Alcune nuove strutture per la produzione di energia incorporeranno tale memoria a breve termine a livello locale. Ciò consente all'installazione complessiva di sembrare una centrale elettrica ben educata, flessibile e a reazione rapida, anche se la fonte di energia finale è l'idroelettrico, il carbone o il petrolio.

C'è un'altra pianta interessante vicino a sentire chiamata Northfield Mountain Reservoir . È una stazione di accumulo dell'energia molto più grande che lavora sull'energia potenziale dell'acqua. Durante i carichi leggeri, quando le centrali elettriche a reazione lenta producono più del necessario, l'acqua viene pompata dal fiume Connecticut in salita fino al Northfield Mountain Reservoir. In caso di forte domanda, l'acqua scorre in discesa verso il fiume e produce energia. La stazione ha 4 generatori reversibili, ciascuno valutato per 270 MW, quindi l'intera stazione può erogare oltre 1 GW di potenza di picco per un po '.

Più o meno quello che hanno detto nella maggior parte dei casi. Più:

Ci vuole tempo finito per cambiare la potenza in macchine molto grandi. Le valvole a turbina idroelettrica devono essere aperte o chiuse interessando tonnellate di acqua corrente. Le turbine a vapore con caldaie alimentate a carbone devono gestire l'energia nel forno se il carico cala - o aggiungere carburante extra se il carico salta improvvisamente.

Colpi di luce / un'auto colpisce un palo / un incendio in casa o una linea spezzata in corto a un alimentatore. Gli interruttori si aprono. L'errore potrebbe non propagarsi nella catena o in qualche modo. Il carico cade improvvisamente. I controller della macchina rotante richiedono lo spegnimento dell'input di energia. L'alimentazione dell'acqua alle gocce della turbina, l'alimentazione del carbone al fuoco si abbassa ... La tensione aumenta rapidamente e poi torna a stabilizzarsi.

La Nuova Zelanda e la Francia sono 12-11 poco prima dell'intervallo nella finale della Coppa del mondo di rugby. La palla si inarca verso i pali della porta e rimbalza. Nessuna penalità assegnata. L'arbitro fischia e le due squadre corrono fuori dal campo. 1.300.000 NZer smettono di guardare la TV. Il 22% va al gabinetto. La stazione di pompaggio dell'acqua non noterà l'ondata per alcuni minuti. 127.000 caraffe elettriche sono accese per una tazza di caffè veloce. Di Più. Il carico di potenza aumenta drasticamente. Cadute di tensione Viene composta più acqua. più carbone, più ... Le due squadre corrono sul campo, i bollitori scatta. Le luci sono spente. I bagni sono liberi. ... Carica gocce. Il carbone è ancora in fase di aggiunta, finora ... La tensione aumenta ...

Tutti questi generatori generano tensioni esatte per cui sono costruiti ... è ciò che accade lungo la strada .. dal generatore alla spina per la maggior parte.

• In Sudafrica durante i temporali, l'illuminazione si accenderà vicino o si dirigerà verso una linea ad alta tensione causando un massacro alle stazioni in discesa - c'è protezione per questo (e cerca di reagire immediatamente) ma molte volte le persone provenienti da città vicine lo faranno riempire i negozi di riparazioni elettriche il giorno successivo perché la loro tv è esplosa. Questi picchi increspano la rete a causa dei livelli di tolleranza del 10%. (Parlo per esperienza e non per inventare cose qui)

• In altre parti del mondo, causato da uragani, terremoti.

• In altre circostanze potrebbe essere causato da un albero che cade su linee ad alta potenza

• Improvvisi cambiamenti nelle proprietà atmosferiche.

• Reindirizzamento della rete elettrica (chiamate di manutenzione)

• Ma può anche causare in casa se stesso da dispositivi che generano feedback.

Nel corso degli anni e con l'assegnazione di nuove leggi sul cablaggio introdotte, questi avvallamenti / picchi sono stati per lo più rimossi. Ma la tolleranza è ancora presente e la maggior parte dei dispositivi degli utenti finali tollerano questa deviazione perché la corrente viene ulteriormente perfezionata utilizzando i trasformatori nel dispositivo.

Come tutti gli altri hanno detto, la griglia è una cosa in costante cambiamento. Ho visto alcuni documentari sulle compagnie elettriche locali qui nei Paesi Bassi. La cosa più comune che senti è che hanno periodi di picco "tipici" in cui devono produrre elettricità. Di solito le centrali elettriche si preparano per questi momenti; c'è abbastanza capacità per stare al passo con la crescente domanda?

Si spinge persino così lontano che alcune compagnie energetiche guardano il radar meteorologico per la pioggia (in particolare inaspettata), docce ecc. Ciò che accade è che la pioggia raffredda molti edifici che a loro volta richiedono energia per mantenerli alla temperatura. La risposta tipica (cioè media) è che le persone useranno più elettricità e potenza per mantenere tutto al caldo. Per contrastare questo, la centrale si prepara per una maggiore capacità quando sembra che pioverà perché sanno che dovranno fornire più energia come al solito.

Tutti questi effetti sono controllati dai computer. Molti dati statici e curve "tipiche previste" in determinate circostanze sono probabilmente modellati per mantenere la griglia in qualche modo stabile. In realtà, solo pochi operatori sono nelle centrali elettriche stesse. Potrebbero esserci 1-2 tecnici nella piccola centrale elettrica stessa e 1-2 operatori nell'ufficio.

Tornando alla tua domanda: è molto difficile mantenere stabile la griglia. A causa del carico che può cambiare più velocemente delle macchine, gran parte della regolazione viene effettuata su "schemi previsti". L'aggiunta di turbine eoliche alla rete rende la regolazione un po 'più difficile, poiché possono produrre qualche MW in più quando il vento soffia forte e pochi minuti dopo può sparire quando si ferma.

Le ragioni principali delle sovratensioni sono

1. fulmine
2. Sbalzi di commutazione
3. Guasto dell'isolamento
4. risonanza

I carichi sono di natura resistiva, induttiva e capacitiva. in questo induttivo e capacitivo sono carichi di natura reattiva mentre il carico resistivo è chiamato Reale (potenza). In un normale sistema di alimentazione funzionante, la potenza reale e la potenza reattiva dovrebbero essere in equilibrio, ovvero (approssimativamente) potenza reale generata = potenza reale consumata (carico + perdite) altrimenti la velocità del generatore e la frequenza aumenteranno o diminuiranno. Allo stesso modo potenza reattiva generata = potenza reattiva consumata altrimenti la tensione aumenterà e diminuirà. Normalmente i generatori sono equipaggiati per regolare la potenza reale e reattiva secondo il requisito di carico monitorando la tensione e la frequenza. Attività come la commutazione dei fulmini causano improvvise variazioni che si traducono in sovratensioni. L'induttanza si oppone al cambiamento di corrente. per ulteriori riferimenti.