Qu'est-ce qui provoque une surtension dans le réseau électrique?

Dans la région où j'habite, il existe une norme d'État qui stipule que l'écart de tension secteur peut être de 5% en continu et de 10% pendant de courtes périodes, donc si la tension secteur se situe dans ces plages - ce n'est pas grave. La tension nominale est de 220 volts, elle peut donc être dans la gamme de 209..231 volts en continu et dans la gamme de 198..242 volts pendant de courtes périodes.

Maintenant, je comprends que parfois il y a des fils sous-dimensionnés et d'énormes pertes et de mauvais joints de fils, ce qui peut provoquer une sous-tension sur le site du consommateur.

Qu'est-ce qui provoquerait une surtension? Je veux dire qu'il y a quelque part des générateurs soigneusement conçus qui tournent à des vitesses «correctes» soigneusement surveillées et produisent une tension précalculée avec soin. Ensuite, il y a des transformateurs qui ont à nouveau le bon nombre de vents dans chaque enroulement et convertissent ainsi la bonne tension en l'autre bonne tension. Je ne vois donc pas comment la tension pourrait soudainement devenir plus élevée que prévu. Pourtant, il existe même une norme d'État qui permet des écarts assez importants.

Qu'est-ce qui cause exactement les surtensions dans le réseau électrique?

Pourquoi la tension secteur est-elle généralement supérieure à la valeur nominale? Je ne parle pas de pics de puissance, qui laissent des marges. Nous parlons d'opérations standard. De par sa conception, la puissance est réglée plus près de la marge supérieure que du milieu. Ce sont les raisons:

Les générateurs de puissance standard fonctionnent tous avec une certaine vitesse de rotation qui est synchronisée avec la fréquence du réseau. La fréquence de rotation du générateur dépend également du nombre de pôles dont il est équipé, tous les générateurs à 4 pôles dans des réseaux de 50 Hz fonctionnant à 1500 / min, par exemple.

La fréquence de la grille est à peu près la seule valeur constante persistante que vous pouvez attendre de la grille.

À vitesse fixe, la puissance de sortie d'un générateur est régulée par l'excitation des bobines de champ et l'entrée mécanique à la turbine ou au moteur. Les deux valeurs doivent être réglées à l'unisson. Si vous augmentez l'excitation sans augmenter l'entrée mécanique, la machine ralentira et se désynchronisera, ce qui doit être évité.

Certains types de centrales électriques fonctionnent de manière asynchrone (volant, solaire, éolien principalement), ce qui signifie que leur puissance doit être réglée électroniquement pour l'adapter au réseau.

Pour plusieurs raisons, les fournisseurs d'électricité réglementeront vers l'extrémité supérieure.

Premièrement, ils peuvent réagir plus rapidement pour réduire la puissance de sortie: détourner de la vapeur, réduire l'excitation, c'est fait. Pour réagir vers le haut, ils doivent d'abord produire plus de vapeur, ce qui prend du temps. Il est donc plus sûr d'être à la limite supérieure.

Deuxièmement, la même puissance peut être transportée plus efficacement lorsque la tension est plus élevée. Les pertes proviennent presque exclusivement du courant, une tension plus élevée signifie moins de courant, donc moins de pertes, un plus grand pourcentage de tension arrive chez le client et seule l'énergie qui arrive sera payée.

Enfin, une partie de la puissance utilisée est une résistance électrique pure, qui consomme plus d'énergie avec une tension plus élevée, conduisant à une consommation plus élevée et à des ventes plus élevées. Je suppose que ce n'est pas un gros problème.

Désormais, les fournisseurs d'électricité savent très bien quelle quantité d'énergie sera consommée en moyenne. Ils savent combien plus sera nécessaire lors de jours spéciaux comme l'action de grâce (chaque poêle est en action ce jour-là), ou le jour du superbowl. Ils planifieront à l'avance pendant un bon moment.

La qualité des lignes du réseau est prise en compte ici: s'ils connaissent une chute de tension assez élevée dans un quartier, l'alimentation de ce quartier sera mise en place pour que la tension prévue arrive chez les clients, si possible. Les transformateurs entre les réseaux haute / moyenne / basse tension peuvent être régulés dans une certaine mesure. (voir ULTC à http://en.wikipedia.org/wiki/Tap_%28transformer%29 )

Par conséquent, les chutes de tension et les déphasages sont le fléau des fournisseurs: ces deux facteurs entraînent des pertes plus importantes dans les lignes, qu'ils doivent payer par eux-mêmes.

Vous avez raison de dire que la grille est finement réglée, mais elle n'est pas aussi statique que cela vous laisserait croire. L'ensemble de la grille est une immense machine assez instable. Une surveillance et un réajustement constants sont nécessaires pour que le système maintienne un fonctionnement stable.

Bien que vous ayez raison de penser qu'un générateur génère une tension stable (pour la plupart), la charge sur le réseau change chaque seconde. Les systèmes qui surveillent ces changements ne peuvent pas toujours réagir instantanément, en particulier lorsque de gros objets en mouvement tels que des générateurs sont impliqués.

Commençons à votre domicile. Le transformateur alimentant votre zone comporte trois phases. L'urbaniste aurait conçu les maisons de votre quartier en quantité (presque) égale à chaque phase. Maintenant, si les charges diffèrent, cela provoquera des décalages mineurs des tensions dans chaque phase lorsque les phases deviennent déséquilibrées. Ceci est généralement mineur mais peut facilement provoquer les fluctuations mineures que vous voyez. Si vous pouvez représenter graphiquement les mesures au fil du temps, il devrait être intéressant de voir à quoi ressemblent les fluctuations pendant les heures de pointe (matin et soir).

Il existe de nombreuses autres façons dont le réseau est dynamique: les lignes de transmission se réchauffent et se refroidissent en modifiant leurs résistances, l'activité solaire induit des courants dans les lignes de transmission, des villes entières sont éliminées du réseau en raison d'un accident. Mon instabilité préférée est la phase de générateur. Les générateurs doivent être maintenus en phase et en fréquence, mais lorsque la charge sur eux (le réseau) change, cela fait accélérer ou ralentir légèrement le générateur. Ceci est compensé par des roues de réaction qui libèrent et absorbent l'énergie du générateur.

Tout ce qui précède modifie la charge sur le réseau et vous verrez donc des fluctuations de tension.

Comme d'autres l'ont dit, le problème fondamental est que la demande peut changer rapidement, mais les grosses machines qui produisent de l'électricité et la puissance qui leur est fournie ne peuvent pas être modifiées aussi rapidement.

Ici aux États-Unis, la norme est que tout est réévalué toutes les 4 secondes. Le centre de contrôle de chaque région surveille les courants à travers les différentes lignes de transmission, les tensions à divers endroits et l'énergie qui est déversée sur le réseau par chacun des grands producteurs.

Les caractéristiques de chaque producteur sont connues, et toutes les 4 secondes, on leur dit s'il faut réguler leur puissance de sortie vers le haut ou vers le bas. Les centrales nucléaires sont les plus lentes à réagir et sont généralement maintenues à la charge «de base». Ensuite, il y a des centrales «en pointe» qui peuvent réagir beaucoup plus rapidement, mais qui produisent aussi de l'électricité plus cher. Les centrales de pointe sont souvent des turbomoteurs entraînant un générateur. Ceux-ci sont généralement tenus à l'écart, sauf lors d'une forte demande. Les centrales hydroélectriques ont leurs propres ensembles de caractéristiques. Ils peuvent réagir assez rapidement, de l'ordre d'une minute ou de quelques minutes, aux changements importants de la demande. 4 secondes ont été choisies en partie parce qu'à l'époque rien ne pouvait répondre aussi vite. Le contrôleur central qui envoie les signaux toutes les 4 secondes applique également un algorithme d'équité. Par exemple, s'il y a plusieurs usines de pointe dans la région, il essaie de les utiliser à peu près également. La gestion du réseau est un problème complexe et il y a beaucoup d'argent à perdre en se trompant.

Il existe une entreprise locale, Beacon Power , qui fabrique des systèmes de stockage à volant pour le réseau. Ce sont de grands volants d'inertie dans des chambres évacuées sur roulements magnétiques. Chaque volant d'inertie peut stocker environ 100 kWh d'électricité. Il s'agit purement de stockage, pas de génération, mais l'avantage est que le stockage et la récupération d'énergie sont gérés électroniquement, et peuvent donc réagir très rapidement. Il est possible de faire une analyse de rentabilisation pour une installation de ces volants d'inertie uniquement pour le pic à court terme, à la fois absorbant et productif, qu'ils fournissent. Certaines nouvelles installations de production d'électricité intégreront localement un tel stockage à court terme. Cela permet à l'installation globale de ressembler à une centrale électrique bien élevée, flexible et à réaction rapide, même si la source d'énergie ultime est l'hydroélectricité, le charbon ou le pétrole.

Il y a une autre usine intéressante près de Hear appelé le Northfield Mountain Reservoir . Il s'agit d'une station de stockage d'énergie beaucoup plus grande qui fonctionne sur l'énergie potentielle de l'eau. Pendant les charges légères lorsque les centrales électriques à réaction lente produisent plus que nécessaire, l'eau est pompée de la rivière Connecticut en amont jusqu'au réservoir de Northfield Mountain. Lors d'une forte demande, l'eau retourne vers le fleuve et produit de l'électricité. La station dispose de 4 générateurs réversibles, chacun évalué à 270 MW, de sorte que la station entière peut fournir plus de 1 GW de puissance de crête pendant un certain temps.

Plus ou moins ce qu'ils ont dit dans la plupart des cas. Plus:

Il faut un temps limité pour modifier la puissance de sortie des très grandes machines. Les vannes des turbines hydrauliques doivent être ouvertes ou fermées, ce qui affecte des tonnes d'eau courante.Les turbines à vapeur avec des chaudières alimentées au charbon doivent gérer l'énergie dans le four si la charge chute - ou avoir du carburant supplémentaire ajouté si la charge saute soudainement.

L'éclairage frappe / une voiture heurte un poteau / un incendie ou une ligne brisée court-circuite un conducteur. Disjoncteurs ouverts. Le défaut peut ne pas se propager dans la chaîne, ou peut quelque peu. La charge tombe soudainement. Les contrôleurs des machines tournantes appellent à l'arrêt de l'apport d'énergie. L'alimentation en eau des chutes de turbines, l'alimentation en charbon des feux s'abaisse .... La tension augmente rapidement puis revient à l'état stable.

La NZ et la France ont une fiche de 12-11 juste avant la mi-temps de la finale de la coupe du monde de rugby. Aucune pénalité accordée. L'arbitre siffle et les deux équipes courent hors du terrain. 1 300 000 NZ arrêtent de regarder la télévision. 22% vont aux toilettes. La station de pompage d'eau ne remarquera pas la montée subite pendant quelques minutes. 127 000 cruches électriques sont allumées pour une tasse de café rapide. Plus. La charge de puissance augmente considérablement. Chute de tension. Plus d'eau est appelée. plus de charbon, plus .... Les deux équipes courent sur le terrain, les bouilloires s'enclenchent. Les lumières sont éteintes. Les toilettes sont libérées. ... Charge tombe. Jusqu'à présent, du charbon est ajouté .... La tension monte ....

Tous ces générateurs génèrent des tensions exactes pour lesquelles ils sont construits .. c'est ce qui se passe en cours de route .. du générateur à votre prise pour la plupart.

• En Afrique du Sud pendant les tempêtes électriques, l'éclairage frappera près ou directement sur une ligne à haute tension provoquant un massacre dans les stations démantelées - il y a une protection pour cela (et il essaie de réagir immédiatement) mais de nombreuses fois les gens des villes qui sont proches le feront remplir les ateliers de réparation électrique le lendemain parce que leur télé a explosé. Ces pointes ondulent sur le réseau, ce qui est autorisé en raison de niveaux de tolérance de 10%. (Je parle d'expérience et je n'invente rien ici)

• Dans d'autres parties du monde, causées par des ouragans, des tremblements de terre.

• Dans d'autres circonstances, cela pourrait être causé par la chute d'un arbre sur des lignes à haute tension

• Changement soudain des propriétés atmosphériques.

• Redirection du réseau électrique (appels de maintenance)

• Mais elle peut également être provoquée dans la maison par des appareils générant une rétroaction.

Au fil des ans et avec l'attribution de nouvelles lois de câblage introduites, ces creux / pics ont été pour la plupart supprimés. Mais la tolérance est toujours là et la plupart des appareils utilisateurs finaux tolèrent cette déviation car le courant est encore affiné à l'aide de transformateurs dans l'appareil.

Comme tous les autres l'ont dit, la grille est en constante évolution. J'ai vu des documentaires sur les compagnies d'électricité locales ici aux Pays-Bas. La chose la plus courante que vous entendez est qu'ils ont des périodes de pointe «typiques» pendant lesquelles ils doivent produire de l'électricité. Habituellement, les centrales électriques se préparent à ces moments; la capacité est-elle suffisante pour répondre à la demande croissante?

Cela va même si loin que certaines sociétés d'énergie surveillent le radar météorologique pour détecter la pluie (particulièrement inattendue), les averses, etc. La réponse typique (c'est-à-dire moyenne) est que les gens vont utiliser plus d'électricité et d'électricité pour garder tout au chaud. Pour contrer cela, la centrale se prépare pour plus de capacité quand il semble qu'il va pleuvoir car ils savent qu'ils devront fournir plus d'énergie comme d'habitude.

Tous ces effets sont contrôlés par des ordinateurs. Un grand nombre de statistiques et de courbes «typiques attendues» dans certaines circonstances sont probablement modélisées pour empêcher la grille d'être quelque peu stable. En fait, seuls quelques opérateurs sont sur les centrales électriques elles-mêmes. Il peut y avoir 1-2 techniciens dans la petite centrale électrique elle-même et 1-2 opérateurs dans le bureau.

Pour en revenir à votre question: il est très difficile de maintenir la grille stable. En raison de la charge qui peut changer plus rapidement que les machines, une grande partie de la régulation se fait sur des «modèles attendus». L'ajout d'éoliennes au réseau rend la régulation un peu plus difficile, car elles peuvent produire quelques MW supplémentaires lorsque le vent souffle fort, et quelques minutes plus tard, elles peuvent disparaître à l'arrêt.

La raison principale des surtensions est

1. Foudre
2. Surtensions de commutation
3. Défaillance d'isolation
4. résonance

Les charges sont de nature résistive, inductive et capacitive. dans ce cas, les charges inductives et capacitives sont de nature réactive tandis que les charges résistives sont appelées Real (puissance). Dans un système de fonctionnement normal, la puissance réelle et la puissance réactive doivent être en équilibre, c'est-à-dire (à peu près) la puissance réelle générée = puissance réelle consommée (charge + pertes) sinon la vitesse du générateur et la fréquence augmenteront ou diminueront. De même, la puissance réactive générée = la puissance réactive consommée, sinon la tension augmentera et diminuera. Normalement, les générateurs sont équipés pour ajuster la puissance réelle et réactive selon les exigences de charge en surveillant la tension et la fréquence. Des activités telles que la commutation de la foudre provoquent des variations soudaines qui entraînent des surtensions. L'inductance s'oppose au changement de courant. pour plus de référence.