전력망에서 과전압의 원인은 무엇입니까?

내가 사는 지역에는 주 전압 편차가 연속적으로 5 % 이내이고 짧은 기간 동안 10 % 이내가 될 수 있다는 주 표준이 있습니다. 따라서 주 전압이이 범위 내에 있으면 괜찮습니다. 공칭 전압은 220 볼트이므로 연속적으로 209..231 볼트 범위에 있고 짧은 시간 동안 198..242 볼트 범위에있을 수 있습니다.

이제는 때때로 전선 크기가 작고 손실이 크고 와이어 조인트가 잘못되어 소비자 사이트에서 저전압이 발생할 수 있음을 이해합니다.

과전압의 원인은 무엇입니까? 주의 깊게 모니터링되는 "올바른"속도로 회전하고 신중하게 사전 계산 된 전압을 생성하는 어딘가에 신중하게 설계된 발전기가 있다는 것을 의미합니다. 그런 다음 각 권선에 올바른 수의 바람을 가진 변압기가 있으므로 올바른 전압을 다른 올바른 전압으로 변환하십시오. 그래서 전압이 갑자기 설계된 것보다 어떻게 높아지는 지 알 수 없습니다. 그러나 다소 큰 편차를 허용하는 주 표준도 있습니다.

전력망에서 과전압을 일으키는 원인은 무엇입니까?

주 전압이 일반적으로 공칭 값보다 높은 이유는 무엇입니까? 나는 전력 스파이크에 대해 이야기하고 있지 않다. 우리는 표준 운영에 대해 이야기하고 있습니다. 설계 상 전력은 중간보다 상단 여백에 더 가깝게 설정됩니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

표준 발전기는 모두 그리드 주파수와 동기화되는 특정 회전 속도로 실행됩니다. 발전기의 회전 주파수는 또한 장비에 장착 된 극 수에 따라 달라집니다. 예를 들어 50Hz 그리드의 모든 4 극 발전기는 1500 / 분으로 작동합니다.

그리드 주파수는 그리드에서 기대할 수있는 유일하게 지속적으로 일정한 값입니다.

고정 속도에서 발전기의 전력 출력은 필드 코일의 여기 및 터빈 또는 엔진의 기계적 입력에 의해 조절됩니다. 두 값 모두 동시에 조정되어야합니다. 기계식 입력을 늘리지 않고 자극을 증가 시키면 기계가 느려지고 동기화되지 않아서 방지해야합니다.

일부 종류의 발전소는 비동기식 (플라이휠, 태양열, 바람)으로 가동되는데, 이는 전력 출력을 그리드에 맞추기 위해 전자적으로 조정되어야 함을 의미합니다.

여러 가지 이유로 전력 공급 업체는 상단을 향해 규제합니다.

첫째, 그들은 더 빠르게 반응하여 전력 출력을 줄입니다. 위로 반응하려면 먼저 증기를 더 많이 만들어야하는데 시간이 걸립니다. 따라서 상한에있는 것이 더 안전합니다.

둘째, 전압이 높을 때 동일한 전력을보다 효율적으로 운송 할 수 있습니다. 손실은 거의 독점적으로 전류에서 발생하며, 높은 전압은 더 적은 전류를 의미하므로 손실이 적고, 더 많은 전압이 고객에게 도달하며, 도착한 전력 만 지불됩니다.

마지막으로, 사용 된 전력의 일부는 순수한 전기 저항으로, 더 높은 전압으로 더 많은 전력을 소비하여 더 많은 소비와 더 높은 판매로 이어집니다. 나는 이것이 큰 문제가 아니라고 생각합니다.

이제 전력 공급 업체는 평균적으로 얼마나 많은 전력을 소비 할 것인지를 잘 알고 있습니다. 그들은 추수 감사절과 같은 특별한 날이나 그 날에 모든 난로가 작동하는 날이나 슈퍼 볼날에 더 많은 것이 필요할 것임을 알고 있습니다. 그들은 꽤 오랫동안 미리 계획 할 것입니다.

그리드 라인의 품질은 여기에서 고려됩니다 : 그들이 이웃 지역의 전압 강하가 다소 높다는 것을 알고 있다면, 해당 지역으로의 공급이 설정되어 계획된 전압이 가능하다면 고객에게 도달합니다. 고 / 중 / 저 전압 네트워크 사이의 변환기는 어느 정도 조절 될 수 있습니다. ( http://en.wikipedia.org/wiki/Tap_%28transformer%29의 ULTC 참조 )

따라서 전압 강하와 위상 변이는 공급 업체의 골칫거리입니다.이 두 가지 요소는 라인에서 더 큰 손실을 초래하여 스스로 지불해야합니다.

그리드가 미세하게 조정되어있는 것이 맞지만 믿기 어려울 정도로 정적 인 것은 아닙니다. 전체 그리드는 상당히 불안정한 거대한 기계입니다. 시스템이 안정적인 작동을 유지하려면 지속적인 모니터링 및 재조정이 필요합니다.

발전기가 안정적인 전압 (대부분의 경우)을 생성하는 것이 맞지만 그리드의 부하는 매초마다 변경됩니다. 이러한 변경 사항을 모니터링하는 시스템은 특히 발전기와 같은 큰 움직이는 물체가 관련된 경우 항상 즉각적으로 반응 할 수는 없습니다.

집에서 시작할 수 있습니다. 해당 지역을 공급하는 변압기에는 3 단계가 있습니다. 도시 / 도시 계획자는 이웃의 주택을 각 단계에서 (거의) 같은 양으로 고안했을 것입니다. 이제 부하가 다르면 위상이 불균형 해짐에 따라 각 위상의 전압이 약간 이동합니다. 이것은 일반적으로 경미하지만 약간의 변동을 쉽게 일으킬 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 측정 값을 그래프로 표시 할 수 있으면 성수기 (아침과 저녁) 동안 변동이 어떻게 나타나는지 흥미로워 야합니다.

송전선이 역동적으로 변하는 다른 많은 방법이 있습니다. 송전선이 가열되어 저항이 변하면 냉각되고, 태양 활동으로 인해 송전선에 전류가 흐르며, 도시 전체가 사고로 인해 송전선에서 떨어집니다. 내가 가장 좋아하는 불안정성은 발전기 단계입니다. 발전기는 위상과 주파수를 유지해야하지만 발전기의 부하 (그리드)가 변경되면 발전기의 속도가 약간 빨라지거나 느려집니다. 이는 발전기에서 에너지를 방출하고 흡수하는 반응 휠로 보완됩니다.

위의 모든 사항은 그리드의 부하를 변경하므로 전압 변동이 나타납니다.

다른 사람들이 말했듯이, 기본적인 문제는 수요가 빠르게 변할 수 있지만 전기를 생산하는 대형 기계와 그에 대한 전력 입력은 그렇게 빨리 변할 수 없다는 것입니다.

미국에서는 기본적으로 모든 것이 4 초마다 재평가되는 것입니다. 각 지역의 제어 센터는 다양한 전송 라인을 통한 전류, 다양한 장소의 전압 및 각 대규모 생산자가 그리드에 전력을 덤프하는 것을 모니터링합니다.

각 생산자의 특성은 알려져 있으며 4 초마다 출력을 높이거나 낮출 지 여부를 알려줍니다. 원자력 발전소는 반응 속도가 가장 느리고 대개 "기본"하중으로 유지됩니다. 그런 다음 훨씬 더 빨리 반응 할 수 있지만 전기를 더 비싸게하는 "말하는"식물이 있습니다. 피킹 설비는 종종 발전기를 구동하는 터보 샤프트 엔진입니다. 일반적으로 수요가 많은 경우를 제외하고는 유지되지 않습니다. 수력 발전소에는 고유 한 특성 세트가 있습니다. 1 분 또는 몇 분 정도의 큰 수요 변화에 대해 상당히 빠르게 반응 할 수 있습니다. 4 초는 부분적으로 선택되었는데, 그 당시에는 아무것도 빨리 응답 할 수 없었기 때문입니다. 4 초마다 신호를 보내는 중앙 컨트롤러도 공정성 알고리즘을 적용합니다. 예를 들어이 지역에 여러 개의 정점 식물이 있다면 그것들을 똑같이 활용하려고합니다. 그리드를 관리하는 것은 복잡한 문제이며 잘못함으로써 낭비되는 많은 돈이 있습니다.

그리드 용 플라이휠 스토리지 시스템을 만드는 현지 회사 인 Beacon Power 가 있습니다. 이들은 마그네틱 베어링을 타고있는 진공실의 대형 플라이휠입니다. 각 플라이휠은 약 100kWh의 전기를 저장할 수 있습니다. 이는 순수한 세대의 저장이 아니라 전력의 저장 및 검색이 전자적으로 처리되므로 매우 빠르게 반응 할 수 있다는 이점이 있습니다. 이러한 플라이휠의 설치를위한 비즈니스 사례를 만들어 흡수와 생산 모두 단기 피크를 제공 할 수 있습니다. 일부 최신 발전 설비에는 이러한 단기 저장 장치가 로컬로 통합됩니다. 따라서 궁극적 인 전원 공급원이 수력, 석탄 또는 석유 임에도 불구하고 전체 설비는 올바르게 작동하고 유연하며 빠르게 반응하는 발전소처럼 보일 수 있습니다.

근처에 Northfield Mountain Reservoir 라고 불리는 흥미로운 식물이 있습니다 . 잠재적 인 물의 에너지를 처리하는 훨씬 더 큰 에너지 저장 스테이션입니다. 반응 속도가 느린 발전소가 필요한 것 이상을 생산할 때 경부 하 중에는 코네티컷 강의 오르막에서 노스 필드 마운틴 저수지로 물이 펌핑됩니다. 수요가 많을 때, 물은 내리막으로 강으로 흐르고 전력을 생산합니다. 이 스테이션에는 각각 270 MW 등급의 4 개의 가역 발전기가 있으므로 전체 스테이션이 1GW 이상의 최대 전력을 잠시 동안 제공 할 수 있습니다.

대부분의 경우에 그들이 말한 것보다 많거나 적습니다. 을 더한:

매우 큰 기계 인 경우 전원 출력을 변경하는 데 시간이 걸립니다. 수력 터빈 밸브는 많은 양의 흐르는 물에 영향을 미치거나 닫힐 필요가 있습니다 석탄 공급 보일러가있는 증기 터빈은 부하가 떨어지면 퍼니스의 에너지를 처리해야합니다.

조명이 닿거나 자동차가 기둥에 닿거나 집에 불이 나거나 파선이 급전선에 닿지 않습니다. 차단기가 열립니다. 결함은 체인으로 전파되지 않거나 다소 발생할 수 있습니다. 갑자기 떨어짐. 회전 기계 컨트롤러는 에너지 입력 셧다운을 요구합니다. 터빈 방울에 물 공급, 화재로 석탄 공급 ... 전압이 빠르게 상승한 다음 정상 상태로 되돌아갑니다.

뉴질랜드와 프랑스는 럭비 월드컵 결승전에서 반 시간 직전 12-11 세이며, 골대를 향해 공을 튕겨 튕겨 나옵니다. 벌금이 부과되지 않습니다. 심판이 휘슬을 불고 두 팀이 경기장에서 뛰어 내렸다. 1,300,000 명의 뉴질랜드 인이 TV 시청을 중단합니다. 22 %가 화장실로갑니다. 급수 펌프 스테이션은 몇 분 동안 서지를 감지하지 못합니다. 커피 한 잔을 마시기 위해 127,000 개의 전기 주전자가 켜져 있습니다. 더. 전력 부하는 급격히 증가합니다. 전압 강하. 더 많은 물이 전화를 겁니다. 더 많은 석탄, 더 ... 두 팀이 현장으로 달려가 주전자가 딸깍 소리를냅니다. 표시등이 꺼집니다. 화장실이 비워졌습니다. ... 하중이 떨어집니다. 지금까지 석탄이 추가되고 있습니다 .... 전압이 상승합니다.

이 모든 발전기는 그들이 만든 정확한 전압을 생성합니다. 그것은 발전기에서 플러그까지 대부분의 과정에서 발생합니다.

• 전기 폭풍이 발생하는 남아프리카 공화국에서는 조명이 강압 선 근처에 가까워 지거나 내려 가서 강압 역에서 학살을 유발할 것입니다. TV가 고장 나서 다음날 전기 수리점을 채우세요. 이러한 스파이크는 10 %의 허용 오차 수준으로 인해 네트워크를 파급시킵니다. (나는 경험에서 말하고 여기서 일을하지 않습니다)

• 세계의 다른 지역에서는 허리케인, 지진으로 인해 발생합니다.

• 다른 상황에서는 높은 전력선에 나무가 떨어지면 발생할 수 있습니다.

• 대기 속성의 급격한 변화.

• 전력망 재 지정 (주요 통화)

• 그러나 또한 피드백을 생성하는 장치에 의해 자체 가정에서 발생할 수 있습니다.

수년 동안 새로운 배선 법이 도입되면서 이러한 딥 / 피크가 대부분 제거되었습니다. 그러나 허용 오차는 여전히 존재하며 대부분의 최종 사용자 장치는이 편차를 허용합니다. 전류는 장치의 변압기를 사용하여 더 세분화되기 때문입니다.

다른 사람들이 말했듯이 그리드는 끊임없이 변화하는 것입니다. 네덜란드의 현지 전력 회사에 관한 다큐멘터리를 보았습니다. 가장 일반적으로 듣는 것은 전기를 생산해야하는 '일반적인'피크 기간이 있다는 것입니다. 일반적으로 발전소는 이러한 순간을 준비합니다. 수요 증가에 대응할 수있는 충분한 용량이 있습니까?

심지어 일부 에너지 회사는 (특히 예상치 못한) 비, 샤워 등의 기상 레이더를 감시하기까지합니다. 그렇게되면 비는 많은 건물을 식히고 온도를 유지하기 위해 에너지가 필요합니다. 일반적인 (즉, 평균) 응답은 사람들이 모든 것을 따뜻하게 유지하기 위해 더 많은 전기와 전력을 사용한다는 것입니다. 이를 극복하기 위해 발전소는 평소처럼 더 많은 에너지를 공급해야한다는 것을 알고 있기 때문에 비가 올 것처럼 보일 때 더 많은 용량을 준비합니다.

이러한 모든 효과는 컴퓨터에 의해 제어됩니다. 특정 상황에서 그리드가 다소 안정적인 상태를 유지하지 않도록 많은 정적 및 '일반적인 예상'곡선이 모델링 될 수 있습니다. 실제로 발전소 자체에는 소수의 작업자 만 있습니다. 소규모 발전소 자체에는 1-2 명의 기술자가 있고 사무실에는 1-2 명의 기술자가있을 수 있습니다.

귀하의 질문으로 돌아 가기 : 그리드를 안정적으로 유지하는 것은 매우 어렵습니다. 기계보다 빠르게 변화 할 수있는 부하로 인해 많은 조정이 '예상 패턴'에서 수행됩니다. 그리드에 풍력 터빈을 추가하면 바람이 강하게 불 때 몇 개의 추가 MW를 생성 할 수 있고 몇 분 후에 멈 추면 사라질 수 있기 때문에 조절이 다소 어려워집니다.

과전압의 주요 원인은

1. 번개
2. 스위칭 서지
3. 절연 실패
4. 공명

부하는 본질적으로 저항성, 유도 성 및 용량 성입니다. 이 유도 성 및 용량 성에서 저항성 부하는 실제 (전력)이라고 불리는 반면 본질적으로 반응성 인 부하입니다. 정상 가동 전력 시스템에서 실제 전력과 무효 전력은 평형 상태에 있어야합니다. 즉 (거의) 실제 전력 생성 = 실제 소비 전력 (부하 + 손실) 그렇지 않으면 발전기 속도 및 주파수가 증가하거나 감소합니다. 유사하게 무효 전력 생성 = 무효 전력 소비 그렇지 않으면 전압이 증가 및 감소합니다. 일반적으로 발전기는 전압 및 주파수를 모니터링하여 부하 요구 사항에 따라 실제 및 무효 전력을 조정할 수 있습니다. 낙뢰 전환과 같은 활동은 급격한 변동을 일으켜 과전압을 초래합니다. 인덕턴스는 전류 변화에 반대합니다. 추가 참조를 위해.