Які причини перенапруги в електромережі?

У регіоні, де я живу, існує державний стандарт, який говорить про те, що відхилення напруги мережі можуть бути в межах 5 відсотків безперервно і в межах 10 відсотків протягом коротких періодів часу, тож якщо напруга в мережі знаходиться в межах цих діапазонів - це просто добре. Номінальна напруга - 220 вольт, тому вона може бути в діапазоні 209..231 вольт безперервно і в діапазоні 198..242 вольт протягом коротких періодів часу.

Тепер я розумію, що іноді виникають занижені дроти та величезні втрати та погані дротяні з'єднання, і це може спричинити заниження напруги на споживчому майданчику.

Що може викликати перенапруження? Я маю на увазі, що десь ретельно розроблені генератори, які обертаються з ретельно відстежуваними "правильними" швидкостями і виробляють ретельно попередньо обчислені напруги. Потім є трансформатори, які знову мають потрібну кількість вітрів у кожній обмотці і тому перетворюють потрібну напругу в іншу праву напругу. Тому я не бачу, як напруга раптом стане вище, ніж було заплановано. Але є навіть державний стандарт, який дозволяє отримати досить величезні відхилення.

Що саме викликає перенапруги в електромережі?

Чому напруга мережі зазвичай перевищує номінальне значення? Я не говорю про сплески потужності, які залишають запаси. Ми говоримо про стандартні операції. За конструкцією потужність встановлюється ближче до верхньої межі, ніж до середини. Це причини:

Стандартні генератори потужності працюють з певною швидкістю обертання, яка синхронізована з частотою сітки. Частота обертання генератора також залежить від того, якою кількістю полюсів він оснащений, наприклад, усі 4-полюсні генератори в 50 ГГц мережах працюють з 1500 / хв, наприклад.

Частота сітки - це приблизно єдине постійне постійне значення, яке можна очікувати від сітки.

При фіксованій швидкості вихідна потужність генератора регулюється збудженням польових котушок і механічним входом на турбіну або двигун. Обидва значення повинні регулюватися в унісон. Якщо збільшити збудження без збільшення механічного введення, машина сповільниться і вийде з синхронізації, що необхідно запобігти.

Деякі види електростанцій працюють асинхронно (маховик, сонячне, вітрове в основному), що означає, що їх потужність повинна бути електронно регульована, щоб прилаштувати її до мережі.

З декількох причин постачальники електроенергії будуть регулюватися до верхнього кінця.

По-перше, вони можуть швидше реагувати на зменшення вихідної потужності: відводять пару пари, зменшують збудження, готово. Щоб реагувати вгору, спочатку вони повинні зробити більше пари, що вимагає часу. Тож безпечніше бути на верхній межі.

По-друге, ту саму потужність можна ефективніше транспортувати, коли напруга вище. Втрати майже виключно надходять від струму, більша напруга означає менший струм, тому менші втрати, більший відсоток напруги надходить до замовника, і виплачується лише потужність, яка надходить.

Нарешті, частина використовуваної потужності - це чистий електричний опір, який споживає більше енергії з більш високою напругою, що призводить до більшого споживання та збільшення продажів. Я гадаю, це не велика справа.

Зараз постачальники електроенергії дуже добре знають, скільки споживається енергії в середньому. Вони знають, скільки ще знадобиться в особливі дні, такі як подяка (кожна плита в цей день діє) або в суперборовий день. Вони плануватимуть заздалегідь досить довго.

Якість ліній електромережі враховується тут: Якщо вони знають, що падіння напруги в мікрорайоні досить високе, подача до цього мікрорайону буде налаштована, щоб запланована напруга надходила до споживачів, якщо це можливо. Трансформатори між мережами високої / середньої / низької напруги можуть певною мірою регулюватися. (див. ULTC за адресою http://en.wikipedia.org/wiki/Tap_%28transformer%29 )

Тому падіння напруги, а також зсуви фаз є основою постачальників: Ці два фактори призводять до більших втрат в лініях, які вони повинні платити самі.

Ви впевнені, що сітка тонко налаштована, однак вона не настільки статична, як це могло б змусити вас повірити. Вся сітка - це величезна машина, яка досить нестабільна. Необхідний постійний моніторинг та повторна корекція, щоб система підтримувала стабільну роботу.

Незважаючи на те, що генератор генерує стабільну напругу (здебільшого), навантаження на електромережу змінюється щосекунди. Системи, що здійснюють моніторинг цих змін, не завжди можуть реагувати миттєво, особливо коли задіяні великі рухомі об'єкти, такі як генератори.

Давайте почнемо вдома. Трансформатор, що постачає вашу територію, має три фази. Місто / містобудівник планував би будинки у вашому районі (майже) рівну суму на кожній фазі. Тепер якщо навантаження різняться, це призведе до незначних зрушень напруг у кожній фазі, оскільки фази стануть незбалансованими. Зазвичай це незначно, але може легко викликати незначні коливання, які ви бачите. Якщо ви можете скласти графік вимірювань у часі, має бути цікаво, як виглядають коливання у пікові часи (вранці та вечорі).

Існує багато інших способів динаміки електромережі: лінії електропередачі нагріваються та охолоджуються, змінюючи їх опір, сонячна активність викликає струми в електроліній, цілі міста вибиваються з мережі через аварію. Моя особиста улюблена нестабільність - фаза генератора. Генератори потрібно тримати фазово та частотно, проте коли навантаження на них (сітку) змінюється, це призводить до того, що генератор трохи прискориться або сповільниться. Це компенсується за допомогою реакційних коліс, які звільняють і поглинають енергію від генератора.

Все вищесказане змінює навантаження на електромережу, і тому ви побачите коливання напруги.

Як зазначають інші, основна проблема полягає в тому, що попит може швидко змінюватися, але великі машини, які виробляють електроенергію, і потужність, що надходить до них, не можуть бути змінені так швидко.

Тут, у США, стандарт полягає в тому, що все переоцінюється кожні 4 секунди. Центр управління для кожного регіону здійснює моніторинг струмів через різні лінії електропередачі, напруги в різних місцях та потужність, що скидається на електромережу кожен з великих виробників.

Характеристика кожного виробника відома, і кожні 4 секунди їм повідомляється, чи регулювати їх потужність вгору чи вниз. Атомні станції реагують найповільніше, і, як правило, тримаються при "базовому" навантаженні. Потім з'являються "пікові" рослини, які можуть реагувати набагато швидше, але також дорожче електроенергії. Пікові установки часто є двигунами з турбовальним валом, що працюють з генератором. Зазвичай вони не вживаються, за винятком високого попиту. Гідростанції мають свої набори характеристик. Вони можуть досить швидко, на порядку хвилини чи декількох хвилин, реагувати на великі зміни попиту. Частково було вибрано 4 секунди, оскільки в той час нічого не могло відповісти так швидко. Центральний контролер, який розсилає сигнали кожні 4 секунди, також застосовує алгоритм справедливості. Наприклад, якщо в цьому районі є кілька вершин, він намагається використовувати їх приблизно однаково. Керування мережею є складною проблемою, і витратити багато грошей, помилившись, потрібно витратити багато.

Існує місцева компанія, Beacon Power , яка виробляє системи зберігання маховиків для мережі. Це великі маховики в евакуйованих камерах, що їдуть на магнітних підшипниках. Кожен маховик може зберігати близько 100 кВт-годин електроенергії. Це суто зберігання, а не породження, але перевага полягає в тому, що зберігання та отримання енергії обробляються в електронному вигляді, і тому можуть реагувати дуже швидко. Можна встановити діловий випадок встановлення цих маховиків на короткий термін, який поглинає і виробляє. Деякі новітні установки для виробництва електроенергії включатимуть такі короткочасні сховища локально. Це дозволяє загальній установці виглядати як добре керована, гнучка та швидко реагуюча електростанція, навіть якщо кінцевим джерелом живлення є гідро, вугілля або нафта.

Є ще одна цікава рослина поблизу слуху під назвою водосховище Нортфілд гір . Це набагато більша станція зберігання енергії, яка працює на потенційній енергії води. Під час легких навантажень, коли електростанції з повільним реагуванням виробляють більше необхідного, воду відкачують з річки Коннектикут в гору до гірського водосховища Нортфілд. Під час великого попиту вода тече вниз на річку і виробляє енергію. Станція має 4 оборотні генератори, кожен розрахований на 270 МВт, тому вся станція може на деякий час подавати пікову потужність понад 1 ГВт.

Більш-менш сказане в більшості випадків. Плюс:

Щоб змінити потужність, якщо дуже великі машини, потрібен обмежений час. Гідротурбінні клапани потрібно відкривати або закривати, впливаючи на тони проточної води. Парові турбіни з котлами, що подаються на вугіллі, повинні справлятись з енергією в печі, якщо навантаження падає - або мати додаткове пальне, якщо раптом скаче навантаження.

Освітлення вражає / машина потрапляє на полюс / пожежний будинок або зламану лінію короткої годівниці. Автоматичні вимикачі відкриваються. Помилка може не поширюватися вгору по ланцюгу, або може дещо. Навантаження падає раптово. Обертові контролери машини вимагають відключення введення енергії. Подача води до крапель турбіни, подача вугілля на вогонь знижується .... Напруга швидко зростає, а потім відновлюється до стійкого стану.

NZ та Франція - 12-11 трохи раніше, ніж у півфіналі у фіналі Кубка світу з регбі. Не присуджено жодного штрафу. Забіг свистом, і дві команди бігають з поля. 1300 000 NZers перестають дивитися телевізор. 22% відвідують туалет. Насосна станція водопостачання не помітить сплеск протягом декількох хвилин. Для швидкої чашки кави увімкнено 127 000 електричних глечиків. Більше. Навантаження на потужність різко зростає. Падіння напруги. Більше води набирається. більше вугілля, більше .... Дві команди бігають на поле, чайники клацають. Вогні вимкнено. Туалети звільнені. ... Завантажують краплі. Досі вугілля додається ... Підвищується напруга ....

Усі ці генератори генерують точні напруги, для яких вони побудовані. Це те, що відбувається по дорозі .. від генератора до вашого штекера здебільшого.

• У Південній Африці під час штормів освітлення вдарятиметься поблизу лінії високої напруги або прямує до неї, спричиняючи різанину на станціях, що знижуються - для цього є захист (і він намагається реагувати відразу), але багато разів люди з близьких міст на наступний день заповнити електроремонтні магазини, оскільки їх телевізор підірвався. Ці шипи пульсують мережу, дозволено через 10% відхилення. (Я говорю з досвіду і не складаю тут речей)

• В інших частинах світу, спричинені ураганами, землетрусами.

• В інших обставинах це може бути спричинене тим, що дерево потрапить на лінії електропередач

• Раптова зміна атмосферних властивостей.

• Перенаправлення електромережі (дзвінки на головну мережу)

• Але також це може спричинити всередині будинку самозабезпечення пристроями, що генерують зворотній зв'язок.

Протягом багатьох років та впроваджуючи нові закони про електропроводку, ці провали / піки були в основному усунені. Але толерантність все ж є, і більшість пристроїв кінцевих користувачів допускають це відхилення, оскільки струм додатково уточнюється за допомогою трансформаторів у пристрої.

Як усі інші сказали, сітка - це річ, що постійно змінюється. Я бачив кілька документальних фільмів про місцеві енергокомпанії тут, у Нідерландах. Найбільш поширене, що ви чуєте, це те, що вони мають "типовий" піковий період, коли вони повинні виробляти електроенергію. Зазвичай електростанції готуються до цих моментів; чи достатньо потенціалу, щоб не відставати від зростаючого попиту?

Це навіть заходить так далеко, що деякі енергетичні компанії спостерігають за погодними радарами за (особливо несподіваними) дощами, зливами тощо. Що трапляється, так це те, що дощ охолоджує багато будівель, що, в свою чергу, потребує енергії, щоб підтримувати їх до температури. Типова (тобто середня) відповідь полягає в тому, що люди збираються використовувати більше електроенергії та енергії, щоб все було тепло. Щоб протистояти цьому, електростанція готується до більшої потужності, коли здається, що йде дощ, оскільки вони знають, що їм доведеться доставити більше енергії, як зазвичай.

Усі ці ефекти контролюються комп’ютерами. Багато статики і «типових очікуваних» кривих за певних обставин, ймовірно, змодельовані, щоб зберегти сітку від дещо стабільної. Насправді лише декілька операторів на самих електростанціях. У самій малої електростанції може бути 1-2 технічних працівників та в офісі 1-2 оператори.

Повертаючись до свого питання: дуже важко тримати мережу стабільною. Через навантаження, яка може змінюватися швидше, ніж машини, багато регулювання робиться за "очікуваними схемами". Додавання вітрових турбін до електромережі ускладнює регулювання дещо складніше, оскільки вони можуть виробляти кілька зайвих МВт, коли вітер дме сильний, а через кілька хвилин він може припинитися, коли він зупиниться.

Основна причина перенапруг - це

1. Блискавка
2. Комутаційні перенапруги
3. Поломка ізоляції
4. резонанс

Навантаження мають резистивний, індуктивний та ємнісний характер. в цій індуктивній та ємнісної є навантаження реактивної природи, тоді як резистивне навантаження називається реальною (потужність). У нормальній роботі енергосистеми реальна потужність та реактивна потужність повинні бути в рівновазі, тобто (приблизно) реальна вироблена потужність = реальна споживана потужність (навантаження + втрати), в іншому випадку швидкість генератора та частоти буде збільшуватися або зменшуватися. Аналогічно вироблена реактивна потужність = реактивна потужність, споживана в іншому випадку, напруга буде збільшуватися і зменшуватися. Зазвичай генератори обладнані для регулювання реальної та реактивної потужності відповідно до вимог навантаження, контролюючи напругу та частоту. Такі дії, як перемикання блискавки, спричинить різкі зміни, що призведе до перевищення напруги. Індуктивність протистоїть зміні струму. для подальшого ознайомлення.