¿Qué causa la sobretensión en la red eléctrica?

En la región donde vivo hay un estándar estatal que dice que la desviación del voltaje de la red puede estar dentro del 5 por ciento de forma continua y dentro del 10 por ciento por períodos cortos de tiempo, por lo que si el voltaje de la red está dentro de esos rangos, está bien. El voltaje nominal es de 220 voltios, por lo que puede estar en un rango de 209..231 voltios continuamente y en un rango de 198..242 voltios por períodos cortos de tiempo.

Ahora entiendo que a veces hay cables de tamaño insuficiente y grandes pérdidas y uniones de cables defectuosas, y esto puede causar subtensión en el sitio del consumidor.

¿Qué causaría sobretensión? Quiero decir que hay generadores cuidadosamente diseñados en algún lugar que giran a velocidades "correctas" cuidadosamente monitoreadas y producen voltaje cuidadosamente calculado previamente. Luego están los transformadores que nuevamente tienen el número correcto de vientos en cada devanado y, por lo tanto, convierten el voltaje correcto en el otro voltaje correcto. Por lo tanto, no veo cómo el voltaje de repente aumentaría más de lo previsto. Sin embargo, incluso hay un estándar estatal que permite desviaciones bastante grandes.

¿Qué causa exactamente sobretensiones en la red eléctrica?

¿Por qué la tensión de la red está generalmente por encima del valor nominal? No estoy hablando de picos de poder, que dejan los márgenes. Estamos hablando de operaciones estándar. Por diseño, la potencia se establece más cerca del margen superior que del medio. Estas son las razones:

Todos los generadores de energía estándar funcionan con una cierta velocidad de rotación que está sincronizada con la frecuencia de la red. La frecuencia de rotación del generador también depende de cuántos polos está equipado, todos los generadores de 4 polos en redes de 50Hz funcionan con 1500 / min, por ejemplo.

La frecuencia de la red es casi el único valor constante constante que puede esperar de la red.

A la velocidad fija, la potencia de salida de un generador está regulada por la excitación de las bobinas de campo y la entrada mecánica en la turbina o el motor. Ambos valores deben ser regulados al unísono. Si aumenta la excitación sin aumentar la entrada mecánica, la máquina se ralentizará y perderá la sincronización, lo que debe evitarse.

Algunos tipos de plantas de energía funcionan de forma asíncrona (volante de inercia, solar, viento en su mayoría), lo que significa que su potencia de salida tiene que ser regulada electrónicamente para que se ajuste a la red.

Por varias razones, los proveedores de energía regularán hacia el extremo superior.

Primero, pueden reaccionar más rápidamente para reducir la potencia de salida: desviar un poco de vapor, reducir la excitación, listo. Para reaccionar hacia arriba, primero deben hacer más vapor, lo que lleva tiempo. Por lo tanto, es más seguro estar en el límite superior.

En segundo lugar, la misma potencia se puede transportar de manera más eficiente cuando el voltaje es más alto. Las pérdidas provienen casi exclusivamente de la corriente, un voltaje más alto significa menos corriente, por lo que menos pérdida, un mayor porcentaje de voltaje llega al cliente y solo se pagará la energía que llegue.

Por último, una parte de la energía utilizada es pura resistencia eléctrica, que consume más energía con mayor voltaje, lo que lleva a un mayor consumo y mayores ventas. Supongo que esto no es gran cosa.

Ahora los proveedores de energía saben muy bien cuánta energía se consumirá en promedio. Saben cuánto más se necesitará en días especiales como acción de gracias (cada estufa está en acción ese día), o en el día del superbowl. Planificarán con anticipación durante bastante tiempo.

Aquí se tiene en cuenta la calidad de las líneas de la cuadrícula: si saben que la caída de voltaje dentro de un vecindario es bastante alta, el suministro a ese vecindario se configurará para que el voltaje planificado llegue a los clientes, si es posible. Los transformadores entre las redes de alta / media / baja tensión pueden regularse hasta cierto punto. (ver ULTC en http://en.wikipedia.org/wiki/Tap_%28transformer%29 )

Por lo tanto, las caídas de voltaje y los cambios de fase son la ruina de los proveedores: estos dos factores conducen a mayores pérdidas en las líneas, que tienen que pagar por sí mismos.

Tienes razón en que la cuadrícula está finamente ajustada, sin embargo, no es tan estática como eso te llevaría a creer. Toda la cuadrícula es una máquina inmensa que es bastante inestable. Se requiere un monitoreo y reajuste constantes para que el sistema mantenga operaciones estables.

Si bien tiene razón en que un generador genera un voltaje estable (en su mayor parte), la carga en la red cambia cada segundo. Los sistemas que monitorean estos cambios no siempre pueden reaccionar instantáneamente, especialmente cuando están involucrados grandes objetos móviles como generadores.

Comencemos en tu casa. El transformador que alimenta su área tiene tres fases. El planificador de la ciudad / pueblo habría ideado las casas en su vecindario en una cantidad (casi) igual en cada fase. Ahora, si las cargas difieren, provocará cambios menores en los voltajes en cada fase a medida que las fases se desequilibren. Esto suele ser menor, pero puede causar fácilmente las fluctuaciones menores que ve. Si puede graficar mediciones a lo largo del tiempo, debería ser interesante cómo se ven las fluctuaciones durante las horas pico (mañanas y tardes).

Hay muchas otras formas en las que la red es dinámica: las líneas de transmisión se calientan y enfrían cambiando sus resistencias, la actividad solar induce corrientes en las líneas de transmisión, ciudades enteras quedan fuera de la red debido a un accidente. Mi inestabilidad favorita personal es la fase de generador. Los generadores deben mantenerse en fase y en frecuencia, sin embargo, cuando la carga sobre ellos (la red) cambia, hace que el generador se acelere o desacelere ligeramente. Esto se compensa con ruedas de reacción que liberan y absorben energía del generador.

Todo lo anterior cambia la carga en la red y, por lo tanto, verá fluctuaciones de voltaje.

Como han dicho otros, el problema básico es que la demanda puede cambiar rápidamente, pero las máquinas grandes que generan electricidad y la entrada de energía no pueden cambiarse tan rápido.

Aquí en los EE. UU., El estándar es que todo se reevalúa cada 4 segundos. El centro de control de cada región monitorea las corrientes a través de las diversas líneas de transmisión, los voltajes en varios lugares y la energía que se descarga a la red por cada uno de los grandes productores.

Se conocen las características de cada productor, y cada 4 segundos se les dice si deben regular su salida de potencia hacia arriba o hacia abajo. Las plantas nucleares son las más lentas en reaccionar, y generalmente se mantienen a una carga "base". Luego están las plantas de "pico" que pueden reaccionar mucho más rápido, pero también hacen que la electricidad sea más costosa. Las plantas de picos a menudo son motores de turboeje que funcionan con un generador. Por lo general, se mantienen fuera, excepto durante la alta demanda. Las plantas hidroeléctricas tienen sus propios conjuntos de características. Pueden reaccionar con bastante rapidez, en el orden de un minuto o unos minutos, a los grandes cambios en la demanda. Se eligieron 4 segundos en parte porque en ese momento nada podía responder tan rápido. El controlador central que envía las señales cada 4 segundos también aplica un algoritmo de equidad. Por ejemplo, si hay varias plantas con picos en el área, trata de utilizarlos por igual. La gestión de la red es un problema complejo, y hay mucho dinero que malgastar al hacerlo mal.

Hay una compañía local, Beacon Power , que fabrica sistemas de almacenamiento de volante para la red. Estos son grandes volantes en cámaras evacuadas que se montan sobre cojinetes magnéticos. Cada volante puede almacenar aproximadamente 100 kWh de electricidad. Esto es puramente almacenamiento, no generación, pero la ventaja es que el almacenamiento y la recuperación de energía se maneja electrónicamente y, por lo tanto, puede reaccionar muy rápidamente. Es posible hacer un caso de negocios para la instalación de estos volantes con solo un pico a corto plazo, tanto de absorción como de producción, proporcionan. Algunas instalaciones de generación de energía más nuevas incorporarán dicho almacenamiento a corto plazo a nivel local. Eso permite que la instalación en general se vea como una estación de energía de buen comportamiento, flexible y de reacción rápida, incluso si la última fuente de energía es hidro, carbón o petróleo.

Hay otra planta interesante cerca de escuchar llamada Northfield Mountain Reservoir . Es una estación de almacenamiento de energía mucho más grande que funciona con la energía potencial del agua. Durante las cargas ligeras cuando las centrales eléctricas de reacción lenta producen más de lo necesario, se bombea agua desde el río Connecticut cuesta arriba hasta el embalse de la montaña Northfield. Durante la alta demanda, el agua fluye cuesta abajo hacia el río y produce energía. La estación tiene 4 generadores reversibles, cada uno con una potencia de 270 MW, por lo que toda la estación puede entregar más de 1 GW de potencia máxima durante un tiempo.

Más o menos lo que dijeron en la mayoría de los casos. Más:

Se necesita un tiempo limitado para cambiar la potencia de salida si las máquinas son muy grandes. Las válvulas de las turbinas hidráulicas deben abrirse o cerrarse y afectar toneladas de agua que fluye. Las turbinas de vapor con calderas alimentadas con carbón deben manejar la energía en el horno si la carga cae, o tener combustible adicional agregado si la carga salta repentinamente.

Golpes de iluminación / un automóvil golpea un poste / un incendio en una casa o una línea quebrada corta un alimentador. Los interruptores se abren. La falla puede no propagarse por la cadena, o puede algo. La carga cae repentinamente. Los controladores de máquina rotativos requieren el apagado de la entrada de energía. La alimentación de agua a las gotas de la turbina, la alimentación de carbón al fuego disminuye .... El voltaje aumenta rápidamente y luego se estabiliza hacia el estado estable.

Nueva Zelanda y Francia están 12-11 justo antes del medio tiempo en la final de la Copa del Mundo de Rugby. La pelota se arquea hacia los postes y rebota. No hay penalización otorgada. El árbitro toca el silbato y los dos equipos salen corriendo del campo. 1,300,000 NZers dejan de mirar televisión. 22% van al baño. La estación de bombeo de suministro de agua no notará la sobretensión durante algunos minutos. Se encienden 127,000 jarras eléctricas para una rápida taza de café. Más. La carga de potencia aumenta drásticamente. Caídas de voltaje. Se marca más agua. más carbón, más ... Los dos equipos corren hacia el campo, las teteras se apagan. Las luces están apagadas. Los baños están desocupados. ... Carga cae. Todavía se está agregando carbón, hasta ahora .... El voltaje sube ....

Todos estos generadores generan voltajes exactos para los que están construidos ... es lo que sucede en el camino ... desde el generador hasta su enchufe en su mayor parte.

• En Sudáfrica, durante tormentas eléctricas, la iluminación golpeará cerca o directamente a una línea de alto voltaje causando masacre en las estaciones de bajada; existe protección para esto (e intenta reaccionar de inmediato), pero muchas veces las personas de pueblos cercanos llenan los talleres de reparaciones eléctricas al día siguiente porque su televisor explotó. Estos picos afectan a la red debido a niveles de tolerancia del 10%. (Hablo por experiencia y no invento cosas aquí)

• En otras partes del mundo, causadas por huracanes, terremotos.

• En otras circunstancias, podría ser causado por la caída de un árbol en líneas de alta tensión.

• Cambio repentino en las propiedades atmosféricas.

• Redirección de la red eléctrica (llamadas de mantenimiento)

• Pero también puede ser causada dentro del hogar por dispositivos que generan retroalimentación.

Con los años y con la introducción de nuevas leyes de cableado, estos saltos / picos se han eliminado en su mayoría. Pero la tolerancia sigue ahí y la mayoría de los dispositivos de los usuarios finales toleran esta desviación porque la corriente se refina aún más utilizando transformadores en el dispositivo.

Como todos los demás han dicho, la cuadrícula cambia constantemente. He visto algunos documentales sobre compañías eléctricas locales aquí en los Países Bajos. Lo más común que escucha es que tienen períodos pico 'típicos' en los que tienen que producir electricidad. Por lo general, las centrales eléctricas se preparan para estos momentos; ¿Hay suficiente capacidad para mantenerse al día con la creciente demanda?

Incluso va tan lejos que algunas compañías de energía miran el radar meteorológico para lluvias (especialmente inesperadas), duchas, etc. Lo que sucede es que la lluvia enfría muchos edificios, lo que a su vez requiere energía para mantenerlos a temperatura. La respuesta típica (es decir, promedio) es que las personas usarán más electricidad y energía para mantener todo caliente. Para contrarrestar esto, la central eléctrica se prepara para una mayor capacidad cuando parece que va a llover porque saben que tendrán que entregar más energía como de costumbre.

Todos estos efectos son controlados por computadoras. Es probable que se modelen una gran cantidad de estadísticas y curvas 'típicas esperadas' en ciertas circunstancias para evitar que la cuadrícula sea algo estable. En realidad, solo unos pocos operadores están en las plantas de energía. Puede haber 1-2 técnicos en la pequeña planta de energía y 1-2 operadores en la oficina.

Volviendo a su pregunta: es muy difícil mantener estable la cuadrícula. Debido a la carga que puede cambiar más rápido que las máquinas, gran parte de la regulación se realiza según los "patrones esperados". Agregar turbinas eólicas a la red hace que la regulación sea un poco más difícil, ya que pueden producir algunos MW adicionales cuando el viento sopla fuerte, y unos minutos más tarde puede desaparecer cuando se detiene.

La razón principal de sobretensiones son

1. Relámpago
2. Cambio de sobretensiones
3. Fallo de aislamiento
4. resonancia

Las cargas son de naturaleza resistiva, inductiva y capacitiva. en este inductivo y capacitivo son cargas de naturaleza reactiva mientras que la carga resistiva se llama Real (potencia). En un sistema de potencia en funcionamiento normal, la potencia real y la potencia reactiva deben estar en equilibrio, es decir (aproximadamente) potencia real generada = potencia real consumida (carga + pérdidas), de lo contrario, la velocidad del generador y la frecuencia aumentarán o disminuirán. Del mismo modo, potencia reactiva generada = potencia reactiva consumida, de lo contrario el voltaje aumentará y disminuirá. Normalmente, los generadores están equipados para ajustar la potencia real y reactiva según los requisitos de carga mediante el monitoreo de voltaje y frecuencia. Actividades como el cambio de rayo provocarán una variación repentina que provocará sobretensiones. La inductancia se opone al cambio en la corriente. para mayor referencia