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 durante 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 el rango de 209..231 voltios continuamente y en el rango de 198..242 voltios por períodos cortos de tiempo.
Ahora entiendo que a veces hay cables de tamaño insuficiente y grandes pérdidas y malas uniones de cables y esto puede causar bajo voltaje en el sitio del consumidor.
¿Qué causaría la sobretensión? Quiero decir que hay generadores cuidadosamente diseñados en algún lugar que giran a velocidades "correctas" cuidadosamente monitoreadas y producen un voltaje cuidadosamente calculado previamente. Luego están los transformadores que nuevamente tienen el número correcto de vueltas en cada vuelta y así convierten el voltaje correcto en el otro voltaje correcto. Entonces no veo cómo el voltaje de repente sería más alto de lo diseñado. Sin embargo, incluso hay un estándar estatal que permite desviaciones bastante grandes.
¿Qué causa exactamente las sobretensiones en la red eléctrica?
¿Por qué la tensión de red suele estar por encima del valor nominal? No hablo de picos de potencia, 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 con cuántos polos esté equipado, todos los generadores de 4 polos en redes de 50 Hz funcionan con 1500/min, por ejemplo.
La frecuencia de la red es casi el único valor persistentemente 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 motor. Ambos valores deben ser regulados al unísono. Si aumenta la excitación sin aumentar la entrada mecánica, la máquina se ralentizará y se desincronizará, lo que debe evitarse.
Algunos tipos de centrales eléctricas funcionan de forma asíncrona (volante, solar, eólica en su mayoría), lo que significa que su producción de energía debe regularse electrónicamente para que encaje en 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 algo de vapor, reducir la excitación y listo. Para reaccionar hacia arriba, primero deben producir más vapor, lo que lleva tiempo. Por lo tanto, es más seguro estar en el límite superior.
En segundo lugar, la misma energía se puede transportar de manera más eficiente cuando el voltaje es más alto. Las pérdidas provienen casi exclusivamente de la corriente, mayor voltaje significa menos corriente, por lo tanto, menos pérdida, mayor porcentaje de voltaje llega al cliente y solo se pagará la energía que llegue.
Por último, una parte de la energía utilizada es resistencia eléctrica pura, 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 el día de acción de gracias (todos los fogones están en funcionamiento ese día) o el día del superbowl. Planearán con anticipación durante bastante tiempo.
Aquí se tiene en cuenta la calidad de las líneas de la red: si saben que la caída de voltaje dentro de un vecindario es bastante alta, se configurará el suministro a ese vecindario 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 también los cambios de fase son la pesadilla 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 te haría creer. Toda la red es una máquina inmensa que es bastante inestable. Se requiere monitoreo y reajuste constante 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 en movimiento, como generadores.
Empecemos por tu casa. El transformador que alimenta su área tiene tres fases. El planificador de la ciudad/pueblo habría diseñado las casas en su vecindario en (casi) la misma cantidad en cada fase. Ahora bien, si las cargas difieren, provocará cambios menores en los voltajes en cada fase a medida que las fases se desequilibran. 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 se enfrían cambiando sus resistencias, la actividad solar induce corrientes en las líneas de transmisión, pueblos enteros quedan fuera de la red debido a un accidente. Mi inestabilidad favorita personal es la fase del generador. Los generadores deben mantenerse en fase y frecuencia, sin embargo, cuando la carga en ellos (la red) cambia, hace que el generador aumente o disminuya ligeramente la velocidad. 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 a ellas no se pueden cambiar tan rápidamente.
Aquí en los EE. UU., el estándar es que todo se vuelve a evaluar 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 cada uno de los grandes productores vierte en la red.
Se conocen las características de cada productor, y cada 4 segundos se les indica si regular su potencia de salida hacia arriba o hacia abajo. Las centrales nucleares son las más lentas en reaccionar y, por lo general, se mantienen en carga "base". Luego están las plantas de "pico" que pueden reaccionar mucho más rápido, pero también hacen que la electricidad sea más cara. Las plantas de pico son a menudo motores de turboeje que funcionan con un generador. Por lo general, se mantienen apagados, excepto durante una gran demanda. Las centrales hidroeléctricas tienen sus propios conjuntos de características. Pueden reaccionar con bastante rapidez, del orden de un minuto o unos pocos minutos, a grandes cambios en la demanda. Se eligió 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 de pico en el área, trata de utilizarlos por igual. La gestión de la red es un problema complejo y se desperdicia mucho dinero si se hace mal.
Hay una empresa local, Beacon Power , que fabrica sistemas de almacenamiento de volante para la red. Se trata de grandes volantes de inercia en cámaras de vacío que se desplazan sobre cojinetes magnéticos. Cada volante puede almacenar alrededor de 100 kWh de electricidad. Esto es puramente almacenamiento, no generación, pero la ventaja es que el almacenamiento y la recuperación de energía se manejan electrónicamente y, por lo tanto, pueden reaccionar muy rápidamente. Es posible hacer un caso comercial para una instalación de estos volantes únicamente para el pico a corto plazo, tanto de absorción como de producción, que proporcionan. Algunas instalaciones de generación de energía más nuevas incorporarán dicho almacenamiento a corto plazo localmente. Eso permite que la instalación en general se vea como una central eléctrica de buen comportamiento, flexible y de reacción rápida, incluso si la fuente de energía final es hidroeléctrica, 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 están produciendo más de lo necesario, el agua se bombea desde el río Connecticut cuesta arriba hasta el embalse de Northfield Mountain. Durante una alta demanda, el agua fluye cuesta abajo de regreso al río y produce energía. La estación cuenta con 4 generadores reversibles, cada uno con una capacidad nominal 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 finito para cambiar la potencia de salida si las máquinas son muy grandes. Las válvulas de las turbinas hidráulicas deben abrirse o cerrarse, lo que afecta toneladas de agua que fluye. Las turbinas de vapor con calderas alimentadas con carbón deben lidiar con la energía en el horno si la carga cae, o se debe agregar combustible adicional si la carga salta repentinamente.
Se enciende un rayo / un automóvil golpea un poste / un incendio en una casa o una línea rota corta un alimentador. Interruptores abiertos. Es posible que la falla no se propague a lo largo de la cadena, o algo así. La carga cae repentinamente. Los controladores de máquinas rotativas requieren el apagado de la entrada de energía. Alimentación de agua a las gotas de la turbina, alimentación de carbón a las bombas de fuego... . El voltaje aumenta rápidamente y luego vuelve a establecerse hacia el estado estable.
Nueva Zelanda y Francia tienen marca de 12-11 justo antes del medio tiempo en la final de la Copa del Mundo de Rugby. El balón se arquea hacia los postes de la portería y rebota. No se otorga penalti. El árbitro hace sonar su silbato y los dos equipos salen corriendo del campo. 1.300.000 neozelandeses dejan de ver la televisión. El 22% va al baño. La estación de bombeo de suministro de agua no notará el aumento durante algunos minutos. Se encienden 127.000 jarras eléctricas para una taza de café rápida. Más. La carga de energía aumenta drásticamente. Caídas de tensión. 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. ... Caídas de carga. Aún se sigue agregando carbón, hasta ahora... . Sube el voltaje... .
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 las tormentas eléctricas, los rayos caerán cerca o directamente a una línea de alto voltaje causando una masacre en las estaciones reductoras; hay protección para esto (y trata de reaccionar de inmediato), pero muchas veces la gente de las ciudades cercanas lo hará. llenar los talleres de reparaciones eléctricas al día siguiente porque su televisor explotó. Estos picos repercuten en la red, lo que está permitido debido a los niveles de tolerancia del 10 %. (Hablo por experiencia y no inventando cosas aquí)
En otras partes del mundo, provocada por huracanes, terremotos.
En otras circunstancias, podría ser causado por la caída de un árbol sobre líneas de alta tensión.
Cambio repentino en las propiedades atmosféricas.
Redirección de red eléctrica (llamadas de mantenimiento)
Pero también puede ser causado dentro del propio hogar por dispositivos que generan retroalimentación.
A lo largo de los años y con la introducción de una gran cantidad de nuevas leyes de cableado, estas caídas/picos se han eliminado en su mayoría. Pero la tolerancia sigue ahí y la mayoría de los dispositivos de usuario final toleran esta desviación porque la corriente se refina aún más usando transformadores en el dispositivo.
Como han dicho todos los demás, la red es algo que cambia constantemente. He visto algunos documentales sobre compañías eléctricas locales aquí en los Países Bajos. Lo más común que escuchas es que tienen períodos pico "típicos" en los que tienen que producir electricidad. Usualmente las centrales se preparan para estos momentos; ¿Hay suficiente capacidad para mantenerse al día con la creciente demanda?
Incluso llega tan lejos que algunas compañías de energía observan el radar meteorológico en busca de lluvia (especialmente inesperada), chubascos, etc. Lo que sucede es que la lluvia enfría muchos edificios, lo que a su vez requiere energía para mantenerlos a la temperatura adecuada. La respuesta típica (es decir, promedio) es que la gente va a usar más electricidad y energía para mantener todo caliente. Para contrarrestar esto, la central eléctrica se prepara para tener más 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 muchas estáticas y curvas "típicas esperadas" en determinadas circunstancias para evitar que la red sea algo estable. En realidad, solo unos pocos operadores están en las centrales eléctricas. Puede haber 1 o 2 técnicos en la propia central eléctrica pequeña y 1 o 2 operadores en la oficina.
Volviendo a tu pregunta: es muy difícil mantener estable la red. Debido a que la carga 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 pueden desaparecer cuando se detiene.
La razón principal de los sobrevoltajes son
Las cargas son de naturaleza resistiva, inductiva y capacitiva. en este las cargas inductivas y capacitivas son de naturaleza reactiva mientras que las cargas resistivas se denominan Reales (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. De manera similar, la potencia reactiva generada = la potencia reactiva consumida, de lo contrario, el voltaje aumentará y disminuirá. Normalmente, los generadores están equipados para ajustar la potencia real y reactiva según el requisito de carga al monitorear el voltaje y la frecuencia. Actividades como el cambio de rayos causarán una variación repentina que resultará en sobretensiones. La inductancia se opone al cambio en la corriente.para mayor referencia.
Russel McMahon
Konsalik