Что вызывает перенапряжение в электросети?

В регионе, где я живу, есть государственный стандарт, который гласит, что отклонение сетевого напряжения может быть в пределах 5 процентов непрерывно и в пределах 10 процентов в течение коротких периодов времени, поэтому, если сетевое напряжение находится в этих диапазонах - это нормально. Номинальное напряжение составляет 220 вольт, поэтому оно может быть в диапазоне 209,231 вольт непрерывно и в диапазоне 198,22 вольт в течение коротких периодов времени.

Теперь я понимаю, что иногда возникают проволоки недостаточного размера, огромные потери и плохие соединения проводов, и это может вызвать пониженное напряжение на потребительском участке.

Что может вызвать перенапряжение? Я имею в виду, что где-то есть тщательно разработанные генераторы, которые вращаются с тщательно отслеживаемыми «правильными» скоростями и производят тщательно рассчитанное напряжение. Тогда есть трансформаторы, которые снова имеют правильное количество витков в каждой обмотке и, таким образом, преобразуют правильное напряжение в другое правильное напряжение. Поэтому я не вижу, как напряжение внезапно стало бы выше, чем предполагалось. Тем не менее, существует даже государственный стандарт, который допускает довольно большие отклонения.

Что именно вызывает перенапряжения в электросети?

Почему напряжение сети обычно выше номинального значения? Я не говорю о скачках мощности, которые оставляют на полях. Мы говорим о стандартных операциях. По конструкции мощность установлена ​​ближе к верхнему краю, чем к середине. Вот причины:

Все стандартные генераторы работают с определенной скоростью вращения, которая синхронизирована с частотой сети. Частота вращения генератора также зависит от того, сколько полюсов он оснащен, например, все 4-полюсные генераторы в сетях 50 Гц работают с частотой 1500 об / мин.

Частота сетки - это почти единственное постоянное значение, которое вы можете ожидать от сетки.

При фиксированной скорости выходная мощность генератора регулируется возбуждением катушек возбуждения и механическим входом турбины или двигателя. Оба значения должны регулироваться в унисон. Если вы увеличите возбуждение без увеличения механического входа, машина замедлится и выйдет из синхронизации, что должно быть предотвращено.

Некоторые виды электростанций работают асинхронно (маховик, солнечная энергия, в основном ветряная энергия), что означает, что их выходная мощность должна регулироваться электронным способом, чтобы она соответствовала энергосистеме.

По нескольким причинам поставщики электроэнергии будут регулировать в направлении верхнего конца.

Во-первых, они могут реагировать быстрее, чтобы уменьшить выходную мощность: отвести немного пара, уменьшить возбуждение, готово. Чтобы отреагировать вверх, они должны сначала сделать больше пара, что требует времени. Так что безопаснее быть на верхнем пределе.

Во-вторых, одна и та же мощность может быть более эффективно транспортирована при более высоком напряжении. Потери почти исключительно происходят от тока, более высокое напряжение означает меньший ток, поэтому меньшие потери, больший процент напряжения поступает к клиенту, и оплачивается только поступающая мощность.

Наконец, часть используемой мощности - это чисто электрическое сопротивление, которое потребляет больше энергии при более высоком напряжении, что приводит к увеличению потребления и увеличению продаж. Я полагаю, это не имеет большого значения.

Теперь поставщики электроэнергии очень хорошо знают, сколько энергии будет потребляться в среднем. Они знают, сколько еще понадобится в особые дни, такие как день благодарения (каждая печь работает в тот день) или в день суперкубка. Они будут планировать заранее на некоторое время.

Здесь учитывается качество линий электропередачи: если они знают, что падение напряжения в окрестности достаточно велико, подача в этот район будет настроена так, чтобы запланированное напряжение поступало к потребителям, если это возможно. Трансформаторы между сетями высокого / среднего / низкого напряжения могут в некоторой степени регулироваться. (см. ULTC на http://en.wikipedia.org/wiki/Tap_%28transformer%29 )

Поэтому падение напряжения, а также фазовые сдвиги являются проклятием поставщиков: эти два фактора приводят к большим потерям в линиях, которые они должны оплачивать сами.

Вы правы в том, что сетка точно настроена, однако она не настолько статична, как вы могли бы поверить. Вся решетка - огромная машина, которая довольно нестабильна. Постоянный мониторинг и перенастройка необходимы для поддержания стабильной работы системы.

Хотя вы правы в том, что генератор генерирует стабильное напряжение (по большей части), нагрузка на сеть меняется каждую секунду. Системы, отслеживающие эти изменения, не всегда могут реагировать мгновенно, особенно когда задействованы большие движущиеся объекты, такие как генераторы.

Давайте начнем с вашего дома. Трансформатор, питающий вашу территорию, имеет три фазы. Градостроитель планировал бы дома в вашем районе (почти) равное количество на каждом этапе. Теперь, если нагрузки различаются, это вызовет незначительные сдвиги в напряжениях в каждой фазе, поскольку фазы становятся несбалансированными. Это обычно незначительно, но может легко вызвать незначительные колебания, которые вы видите. Если вы можете построить график измерений с течением времени, должно быть интересно, как флуктуации выглядят в часы пик (утром и вечером).

Есть много других способов, которыми сеть является динамической: линии электропередачи нагреваются и охлаждаются, изменяя свое сопротивление, солнечная активность вызывает токи в линиях электропередачи, целые города выбиваются из сети из-за аварии. Моя личная любимая нестабильность - фаза генератора. Генераторы должны быть в фазе и на частоте, однако, когда нагрузка на них (сетка) изменяется, это приводит к тому, что генератор немного ускоряется или замедляется. Это компенсируется с помощью реакционных колес, которые выделяют и поглощают энергию от генератора.

Все вышеперечисленное меняет нагрузку на сеть и, следовательно, вы увидите колебания напряжения.

Как уже говорили другие, основная проблема заключается в том, что спрос может быстро меняться, но большие машины, которые вырабатывают электричество и потребляемую мощность, не могут быть изменены так быстро.

Здесь, в США, стандартом является то, что все переоценивается каждые 4 секунды. Центр управления для каждого региона контролирует токи через различные линии электропередачи, напряжения в разных местах и ​​мощность, подаваемую в сеть каждым из крупных производителей.

Характеристика каждого производителя известна, и каждые 4 секунды им говорят, регулировать ли их выходную мощность вверх или вниз. Атомные установки реагируют медленнее всего и обычно находятся на «базовой» нагрузке. Тогда есть «пиковые» установки, которые могут реагировать намного быстрее, но также делают электричество дороже. Пиковые установки часто представляют собой турбовальные двигатели, работающие от генератора. Они обычно не учитываются, за исключением случаев высокого спроса. Гидростанции имеют свои наборы характеристик. Они могут довольно быстро, порядка минуты или нескольких минут, реагировать на большие изменения спроса. Частично было выбрано 4 секунды, потому что в то время никто не мог ответить так быстро. Центральный контроллер, который посылает сигналы каждые 4 секунды, также применяет алгоритм справедливости. Например, если в этом районе есть несколько пиковых растений, он пытается использовать их примерно одинаково. Управление сеткой - сложная проблема, и если ее неправильно понять, нужно потратить много денег.

Существует местная компания, Beacon Power , которая производит системы хранения маховика для сети. Это большие маховики в эвакуированных камерах на магнитных подшипниках. Каждый маховик может хранить около 100 кВт-ч электроэнергии. Это чисто хранение, а не генерация, но преимущество заключается в том, что хранение и восстановление энергии обрабатываются электронным способом и поэтому могут реагировать очень быстро. Можно сделать экономическое обоснование для установки этих маховиков, которые обеспечивают кратковременный пик, как поглощающий, так и производящий, который они обеспечивают. Некоторые новые объекты выработки электроэнергии будут включать такое кратковременное хранение на месте. Это позволяет всей установке выглядеть как хорошо функционирующая, гибкая и быстро реагирующая электростанция, даже если основным источником энергии является гидро, уголь или нефть.

Рядом с Херд находится еще одно интересное растение, которое называется Горное водохранилище Нортфилд . Это гораздо большая станция накопления энергии, которая работает на потенциальной энергии воды. Во время небольших нагрузок, когда медленно реагирующие электростанции производят больше, чем необходимо, вода перекачивается из реки Коннектикут в гору в Нортфилдское водохранилище. Во время высокого спроса вода стекает обратно в реку и производит электроэнергию. Станция имеет 4 реверсивных генератора, каждый из которых рассчитан на 270 МВт, поэтому вся станция может некоторое время обеспечивать пиковую мощность более 1 ГВт.

Более или менее то, что они сказали, в большинстве случаев. Плюс:

Требуется ограниченное время, чтобы изменить выходную мощность, если очень большие машины. Гидротурбинные клапаны необходимо открывать или закрывать, воздействуя на тонны проточной воды. Паровые турбины с котлами, работающими на угле, должны учитывать энергию в печи, если нагрузка падает, или добавлять дополнительное топливо, если нагрузка внезапно скачет.

Зажигает свет / автомобиль ударяется о столб / пожар в доме или прерывается линия подачи. Выключатели открываются. Неисправность может не распространяться вверх по цепочке, или может несколько. Нагрузка внезапно падает. Контроллеры вращающихся машин требуют отключения подачи энергии. Подача воды в турбину, снижение подачи угля в огонь .... Напряжение быстро возрастает, а затем возвращается к устойчивому состоянию.

Новозеландцы и Франция 12-11 как раз перед перерывом в финале кубка мира по регби. Мяч изгибается к воротам - и отскакивает. Штраф не начисляется. Судья дает свисток, и две команды бегут с поля. 1 300 000 новозеландцев перестают смотреть телевизор. 22% посещают уборную. Насосная станция водоснабжения не заметит помпажа в течение нескольких минут. 127 000 электрических кувшинов включены для быстрой чашки кофе. Больше. Мощность нагрузки резко возрастает. Напряжение падает. Больше воды набрано. больше угля, больше ... Обе команды бегут на поле, чайники выключаются. Огни выключены. Туалеты свободны. ... нагрузка падает. Уголь все еще добавляется, пока ... Напряжение растет ...

Все эти генераторы генерируют точные напряжения, для которых они построены ... это то, что происходит по пути .. от генератора до вашей вилки по большей части.

• В Южной Африке во время грозы освещение будет освещаться рядом с линией высокого напряжения или прямо к ней, вызывая массовые убийства на вышедших из строя станциях - для этого есть защита (и она пытается немедленно отреагировать), но много раз жители близлежащих городов будут заполнить ремонтные мастерские на следующий день, потому что их телевизор взорвался. Эти пики пульсируют в сети, что разрешено из-за допустимых уровней 10%. (Я говорю из опыта и не выдумывать здесь)

• В других частях света, вызванных ураганами, землетрясениями.

• В других случаях это может быть вызвано падением дерева на линии электропередач

• Внезапное изменение атмосферных свойств.

• Перенаправление энергосистемы (вызовы maintanace)

• Но это также может быть вызвано внутри дома самими устройствами, генерирующими обратную связь.

За прошедшие годы и благодаря введению новых законов о проводке эти провалы / пики были в основном устранены. Но допуск все еще существует, и большинство устройств конечных пользователей допускают это отклонение, потому что ток дополнительно уточняется с помощью трансформаторов в устройстве.

Как и все другие говорили, сетка постоянно меняется. Я видел несколько документальных фильмов о местных энергетических компаниях здесь, в Нидерландах. Чаще всего вы слышите, что у них есть «типичные» пиковые периоды, в которые они должны производить электричество. Обычно электростанции готовятся к этим моментам; достаточно ли мощности, чтобы успевать за растущим спросом?

Это даже заходит так далеко, что некоторые энергетические компании следят за погодным радаром на наличие (особенно неожиданных) дождей, ливней и т. Д. То, что происходит, так это то, что дождь охлаждает многие здания, что, в свою очередь, требует энергии для поддержания их температуры. Типичный (то есть средний) ответ заключается в том, что люди будут использовать больше электричества и энергии, чтобы держать все в тепле. Чтобы противостоять этому, электростанция готовится к большей мощности, когда кажется, что пойдет дождь, потому что они знают, что должны будут доставлять больше энергии, как обычно.

Все эти эффекты контролируются компьютерами. Многие статические характеристики и «типичные ожидаемые» кривые при определенных обстоятельствах, вероятно, смоделированы, чтобы сохранить сетку от некоторой стабильности. На самом деле, только несколько операторов работают на электростанциях. На самой малой электростанции может быть 1-2 техника, а в офисе 1-2 оператора.

Возвращаясь к вашему вопросу: очень трудно поддерживать стабильность сетки. Из-за нагрузки, которая может меняться быстрее, чем машины, большая часть регулирования выполняется по «ожидаемым схемам». Добавление ветряных турбин к сетке делает регулирование несколько более сложным, так как они могут производить несколько дополнительных МВт, когда ветер дует сильный, и через несколько минут он может исчезнуть, когда остановится.

Основная причина перенапряжения

1. молниеносный
2. Импульсные помехи
3. Изоляция провал
4. резонанс

Нагрузки имеют резистивный, индуктивный и емкостной характер. При этом индуктивные и емкостные нагрузки являются реактивными по своей природе, тогда как резистивные нагрузки называются реальными (мощность). В нормально работающей энергосистеме реальная мощность и реактивная мощность должны быть в равновесии, то есть (приблизительно) реальная генерируемая мощность = реальная потребляемая мощность (нагрузка + потери), иначе скорость генератора и частота будут увеличиваться или уменьшаться. Аналогично генерируемая реактивная мощность = потребляемая реактивная мощность, иначе напряжение будет увеличиваться и уменьшаться. Обычно генераторы оснащены для регулировки реальной и реактивной мощности в соответствии с требованиями нагрузки путем контроля напряжения и частоты. Такие действия, как переключение молнии, вызывают внезапные колебания, что приводит к перенапряжению. Индуктивность противостоит изменению тока. для дальнейшего использования.