Apa yang menyebabkan tegangan lebih pada jaringan listrik?

Di wilayah tempat saya tinggal ada standar keadaan yang mengatakan bahwa penyimpangan tegangan listrik dapat dalam 5 persen terus menerus dan dalam 10 persen untuk periode waktu yang singkat, jadi jika tegangan listrik berada dalam kisaran itu - tidak apa-apa. Tegangan nominal adalah 220 volt, sehingga dapat berada dalam kisaran 209..231 volt secara terus menerus dan dalam kisaran 198..242 volt untuk periode waktu yang singkat.

Sekarang saya mengerti bahwa kadang-kadang ada kawat berukuran kecil dan kerugian besar dan sambungan kawat yang buruk dan ini dapat menyebabkan undervoltage di lokasi konsumen.

Apa yang akan menyebabkan tegangan lebih? Maksud saya ada generator yang dirancang dengan hati-hati di suatu tempat yang berputar dengan kecepatan "benar" yang dipantau dengan cermat dan menghasilkan voltase yang telah diperhitungkan dengan cermat. Lalu ada transformer yang lagi-lagi memiliki jumlah angin yang tepat di setiap belitan dan mengubah voltase yang tepat menjadi tegangan kanan lainnya. Jadi saya tidak melihat bagaimana tegangan tiba-tiba akan lebih tinggi dari yang dirancang. Namun bahkan ada standar negara yang memungkinkan penyimpangan yang cukup besar.

Apa yang sebenarnya menyebabkan tegangan lebih di jaringan listrik?

Mengapa tegangan listrik umumnya di atas nilai nominal? Saya tidak berbicara tentang lonjakan listrik, yang meninggalkan margin. Kita berbicara tentang operasi standar. Secara desain, daya diatur lebih dekat ke margin atas daripada ke tengah. Inilah alasannya:

Generator daya standar semua dijalankan dengan kecepatan rotasi tertentu yang disinkronkan dengan frekuensi grid. Frekuensi rotasi generator juga tergantung pada berapa banyak kutub yang dilengkapi, semua generator 4-kutub dalam jaringan 50 Hz berjalan dengan 1500 / mnt, misalnya.

Frekuensi kisi hanya tentang satu-satunya nilai konstan yang dapat Anda harapkan dari kisi.

Pada kecepatan tetap, output daya generator diatur oleh eksitasi gulungan medan dan input mekanis pada turbin atau mesin. Kedua nilai harus diatur secara serempak. Jika Anda meningkatkan eksitasi tanpa meningkatkan input mekanis, mesin akan melambat, dan keluar dari sinkronisasi, yang harus dicegah.

Beberapa jenis pembangkit listrik dijalankan secara tidak sinkron (roda gila, surya, sebagian besar angin) yang berarti output daya mereka harus diatur secara elektronik agar sesuai dengan grid.

Karena beberapa alasan pemasok listrik akan mengatur ke arah ujung atas.

Pertama, mereka dapat bereaksi lebih cepat untuk mengurangi output daya: Alihkan uap, kurangi eksitasi, selesai. Untuk bereaksi ke atas, mereka harus terlebih dahulu membuat lebih banyak uap, yang membutuhkan waktu. Jadi lebih aman untuk berada di batas atas.

Kedua, daya yang sama dapat lebih efisien diangkut ketika Tegangan lebih tinggi. Kerugian hampir secara eksklusif berasal dari arus, tegangan yang lebih tinggi berarti lebih sedikit arus, sehingga lebih sedikit kerugian, persentase tegangan yang lebih besar tiba di pelanggan, dan hanya daya yang datang akan dibayar.

Terakhir, bagian dari daya yang digunakan adalah hambatan listrik murni, yang mengkonsumsi lebih banyak daya dengan tegangan lebih tinggi, yang mengarah pada konsumsi yang lebih tinggi dan penjualan yang lebih tinggi. Saya kira ini bukan masalah besar.

Sekarang pemasok listrik tahu betul berapa banyak daya yang akan dikonsumsi rata-rata. Mereka tahu berapa banyak lagi yang akan dibutuhkan pada hari-hari khusus seperti ucapan syukur (setiap tungku beraksi pada hari itu), atau pada hari superbowl. Mereka akan merencanakan ke depan untuk beberapa saat.

Kualitas garis kisi dipertimbangkan di sini: Jika mereka mengetahui penurunan voltase dalam suatu lingkungan yang agak tinggi, pasokan ke lingkungan tersebut akan diatur sehingga tegangan yang direncanakan tiba pada pelanggan, jika memungkinkan. Transformator antara jaringan tegangan tinggi / sedang / rendah dapat diatur sampai batas tertentu. (lihat ULTC di http://en.wikipedia.org/wiki/Tap_%28transformer%29 )

Oleh karena itu voltase turun dan pergeseran fasa adalah kutukan bagi pemasok: Kedua faktor ini menyebabkan kerugian yang lebih besar di jalur, yang harus mereka bayar sendiri.

Anda benar bahwa kisi-kisi disetel dengan halus, namun tidak statis seperti yang akan membuat Anda percaya. Seluruh kotak adalah mesin yang sangat besar yang sangat tidak stabil. Pemantauan dan penyesuaian ulang yang konstan diperlukan agar sistem mempertahankan operasi yang stabil.

Meskipun Anda benar bahwa generator menghasilkan tegangan stabil (sebagian besar), beban pada grid berubah setiap detik. Sistem yang memantau perubahan ini tidak selalu dapat bereaksi secara instan, terutama ketika objek besar yang bergerak seperti generator terlibat.

Mari kita mulai dari rumah Anda. Trafo yang memasok area Anda memiliki tiga fase. Perencana kota akan merancang rumah-rumah di lingkungan Anda ke dalam (hampir) jumlah yang sama pada setiap fase. Sekarang jika bebannya berbeda, itu akan menyebabkan perubahan kecil pada voltase di setiap fase karena fase menjadi tidak seimbang. Ini biasanya kecil tetapi dapat dengan mudah menyebabkan fluktuasi kecil yang Anda lihat. Jika Anda dapat membuat grafik pengukuran dari waktu ke waktu, itu akan menarik bagaimana fluktuasi terlihat selama waktu puncak (pagi dan malam).

Ada banyak cara lain di mana grid dinamis: Jalur transmisi memanas dan mendinginkan mengubah resistensi mereka, aktivitas matahari menginduksi arus di jalur transmisi, seluruh kota terlempar dari grid karena kecelakaan. Ketidakstabilan favorit pribadi saya adalah fase generator. Generator perlu dijaga dalam fase dan frekuensi, namun ketika beban pada mereka (grid) berubah, itu menyebabkan generator sedikit mempercepat atau memperlambat. Ini dikompensasi dengan roda reaksi yang melepaskan dan menyerap energi dari generator.

Semua hal di atas mengubah beban pada grid dan karenanya Anda akan melihat fluktuasi tegangan.

Seperti yang dikatakan orang lain, masalah dasarnya adalah permintaan dapat berubah dengan cepat, tetapi mesin besar yang menghasilkan listrik dan input daya untuk mereka tidak dapat diubah secepat itu.

Di sini, di AS, standarnya adalah semuanya dievaluasi ulang setiap 4 detik. Pusat kontrol untuk setiap wilayah memantau arus melalui berbagai saluran transmisi, tegangan di berbagai tempat, dan daya yang dibuang ke jaringan oleh masing-masing produsen besar.

Karakteristik masing-masing produsen diketahui, dan setiap 4 detik mereka diberitahu apakah akan mengatur output daya mereka naik atau turun. Pembangkit nuklir adalah yang paling lambat bereaksi, dan biasanya disimpan pada beban "dasar". Lalu ada "memuncak" tanaman yang dapat bereaksi lebih cepat, tetapi juga membuat listrik lebih mahal. Pabrik-pabrik yang memuncak sering merupakan mesin turboshaft yang menjalankan generator. Ini biasanya dicegah kecuali selama permintaan tinggi. Tanaman hidro memiliki karakteristik sendiri. Mereka dapat bereaksi dengan cukup cepat, dalam urutan satu atau beberapa menit, terhadap perubahan permintaan yang besar. 4 detik dipilih sebagian karena pada saat itu tidak ada yang bisa merespons secepat itu. Pengontrol pusat yang mengirimkan sinyal setiap 4 detik juga menerapkan algoritma keadilan. Misalnya, jika ada beberapa tanaman memuncak di daerah tersebut, ia mencoba memanfaatkannya secara setara. Mengelola kisi-kisi adalah masalah yang kompleks, dan ada banyak uang yang harus disia-siakan dengan salah.

Ada perusahaan lokal, Beacon Power , yang membuat sistem penyimpanan roda gila untuk grid. Ini adalah flywheels besar di ruang evakuasi yang mengendarai bantalan magnetik. Setiap roda gila dapat menyimpan listrik sekitar 100 kWh. Ini murni penyimpanan, bukan generasi, tetapi keuntungannya adalah penyimpanan dan pengambilan daya ditangani secara elektronik, dan karenanya dapat bereaksi dengan sangat cepat. Dimungkinkan untuk membuat kasus bisnis untuk pemasangan roda gila ini satu-satunya untuk memuncak jangka pendek, baik menyerap dan memproduksi, mereka menyediakan. Beberapa fasilitas pembangkit listrik yang lebih baru akan menggabungkan penyimpanan jangka pendek tersebut secara lokal. Itu membuat instalasi keseluruhan terlihat seperti pembangkit listrik yang berperilaku baik, fleksibel, dan bereaksi cepat, bahkan jika sumber daya utamanya adalah hidro, batubara, atau minyak.

Ada tanaman lain yang menarik di dekat mendengar bernama Northfield Mountain Reservoir . Ini adalah stasiun penyimpanan energi yang jauh lebih besar yang bekerja pada energi potensial air. Selama beban ringan ketika pembangkit listrik bereaksi lambat menghasilkan lebih dari yang diperlukan, air dipompa dari Sungai Connecticut ke Northfield Mountain Reservoir. Selama permintaan tinggi, air mengalir menurun kembali ke sungai dan menghasilkan tenaga. Stasiun ini memiliki 4 generator yang dapat dibalik, masing-masing diberi nilai 270 MW, sehingga seluruh stasiun dapat menghasilkan daya puncak lebih dari 1 GW untuk sementara waktu.

Kurang lebih apa yang mereka katakan dalam banyak kasus. Plus:

Butuh waktu yang terbatas untuk mengubah output daya jika mesin sangat besar. Katup turbin hidro perlu dibuka atau ditutup yang memengaruhi berton-ton air yang mengalir. Turbin uap dengan boiler umpan batubara harus berurusan dengan energi di dalam tungku jika beban turun - atau memiliki bahan bakar tambahan yang ditambahkan jika beban tiba-tiba melonjak.

Tembakan penerangan / mobil menabrak tiang / api rumah atau garis putus pendek pengumpan. Pemecah terbuka. Kesalahan mungkin tidak menyebar rantai, atau mungkin agak. Tiba-tiba beban turun. Kontroler mesin yang berputar meminta shutdown input energi. Umpan air ke turbin turun, umpan batubara ke api lebih rendah .... Tegangan naik dengan cepat dan kemudian mengendap kembali ke kondisi stabil.

NZ dan Prancis 12-11 tepat sebelum paruh waktu di final piala dunia Rugby. Bola melengkung ke arah tiang gawang - dan memantul. Tidak ada penalti yang diberikan. Wasit meniup peluitnya dan kedua tim berlari keluar lapangan. 1.300.000 warga Selandia Baru berhenti menonton TV. 22% pergi ke kamar kecil. Stasiun pompa pasokan air tidak akan melihat lonjakan selama beberapa menit. 127.000 kendi listrik dihidupkan untuk secangkir kopi cepat. Lebih. Beban daya meningkat secara drastis. Tegangan turun. Lebih banyak air dipanggil. lebih banyak batubara, lebih lanjut .... Kedua tim berlari ke lapangan, ketel diklik. Lampu dimatikan. Toilet dikosongkan. ... Muatkan tetes. Batubara masih ditambahkan, sejauh ini ... Tegangan naik ....

Semua generator ini menghasilkan tegangan yang tepat sesuai dengan yang mereka buat .. inilah yang terjadi di sepanjang jalan .. dari generator ke plug Anda untuk sebagian besar.

• Di Afrika Selatan selama badai listrik, penerangan akan menghantam dekat atau langsung ke jalur tegangan tinggi yang menyebabkan pembantaian di stasiun turun - ada perlindungan untuk ini (dan ia mencoba bereaksi langsung) tetapi seringkali orang dari kota yang dekat akan mengisi toko perbaikan listrik pada hari berikutnya karena tv mereka meledak. Paku-paku ini merusak jaringan yang diizinkan karena tingkat toleransi 10%. (Saya berbicara dari pengalaman dan tidak mengada-ada di sini)

• Di bagian lain dunia, yang disebabkan oleh badai, gempa bumi.

• Dalam keadaan lain itu bisa disebabkan oleh pohon yang jatuh ke saluran listrik tinggi

• Tiba-tiba perubahan sifat atmosfer.

• Pengalihan jaringan listrik (mempertahankan panggilan)

• Tetapi juga dapat disebabkan di dalam rumah sendiri oleh perangkat yang menghasilkan umpan balik.

Selama bertahun-tahun dan dengan banyak undang-undang kabel baru diperkenalkan, penurunan / puncak ini sebagian besar telah dihapus. Tetapi toleransi masih ada dan sebagian besar perangkat pengguna akhir mentolerir penyimpangan ini karena arus semakin disempurnakan menggunakan transformer dalam perangkat.

Seperti yang dikatakan semua orang, kisi adalah perubahan konstan. Saya telah melihat beberapa film dokumenter tentang perusahaan listrik lokal di Belanda. Hal paling umum yang Anda dengar adalah mereka memiliki periode puncak 'khas' di mana mereka harus menghasilkan listrik. Biasanya pembangkit listrik bersiap untuk momen-momen ini; Adakah kapasitas yang cukup untuk mengimbangi meningkatnya permintaan?

Bahkan bahkan lebih jauh sehingga beberapa perusahaan energi mengawasi radar cuaca untuk hujan (hujan yang tak terduga), hujan dll. Apa yang terjadi adalah bahwa hujan mendinginkan banyak bangunan yang pada gilirannya membutuhkan energi untuk menjaga suhu mereka. Respons khas (yaitu rata-rata) adalah bahwa orang akan menggunakan lebih banyak listrik dan daya untuk menghangatkan semuanya. Untuk mengatasi ini, pembangkit listrik mempersiapkan kapasitas yang lebih besar ketika sepertinya akan turun hujan karena mereka tahu mereka harus memberikan lebih banyak energi seperti biasa.

Semua efek ini dikendalikan oleh komputer. Banyak kurva statistik dan kurva 'tipikal diharapkan' dalam keadaan tertentu kemungkinan dimodelkan untuk menjaga grid dari agak stabil. Sebenarnya, hanya beberapa operator yang menggunakan pembangkit itu sendiri. Mungkin ada 1-2 teknisi di pembangkit listrik kecil itu sendiri dan 1-2 operator di kantor.

Kembali ke pertanyaan Anda: sangat sulit untuk menjaga kestabilan grid. Karena beban yang dapat berubah lebih cepat dari mesin, banyak pengaturan dilakukan pada 'pola yang diharapkan'. Menambahkan turbin angin ke grid membuat pengaturan agak lebih sulit, karena mereka dapat menghasilkan beberapa MW tambahan ketika angin bertiup kencang, dan beberapa menit kemudian dapat hilang ketika berhenti.

Alasan utama untuk tegangan lebih adalah

1. Petir
2. Beralih lonjakan
3. Kegagalan isolasi
4. resonansi

Beban bersifat resistif, induktif dan kapasitif. dalam hal ini induktif dan kapasitif adalah beban reaktif di alam sementara beban resistif disebut Nyata (daya). Dalam sistem daya yang berjalan normal, daya nyata dan daya reaktif harus dalam kesetimbangan, yaitu (kira-kira) daya nyata yang dihasilkan = daya nyata yang dikonsumsi (beban + Kerugian) jika tidak, kecepatan generator & frekuensi akan meningkat atau berkurang. Demikian pula daya reaktif yang dihasilkan = daya reaktif yang dikonsumsi tegangan lain akan meningkat dan menurun. Biasanya generator dilengkapi untuk menyesuaikan daya nyata dan reaktif sesuai kebutuhan beban dengan memantau Tegangan dan frekuensi. Aktivitas seperti petir akan menyebabkan variasi mendadak yang menghasilkan voltase berlebih. Induktansi menentang perubahan arus. untuk referensi lebih lanjut.