Importancia de mantener la frecuencia de la red eléctrica estable

La red eléctrica tiene varios generadores (por ejemplo, estaciones de energía, o quizás un panel solar en su techo)

Si todos estos se alimentan a la misma red, deben estar en fase o, en lugar de proporcionar energía, la estarían tomando.

Permite congelar a tiempo la CA utilizada en la red y hacer un pequeño modelo de CC:

Imagina dos baterías AA del mismo voltaje en paralelo, + a + y - a -, no hay problema.

Ahora póngalos desfasados 180 grados conectándolos + a -, tendrá una pequeña explosión.

El límite de +/- 0,5 grados es la cantidad que la red puede soportar estar fuera de fase debido a la resistencia y la inductancia de los cables de conexión que limitan la energía que se está reflejando en un nodo fuera de fase.

La mayoría de los motores eléctricos de CA (motores de inducción) funcionan a una velocidad que es una función de la frecuencia de suministro y la carga en el motor. Por lo tanto, a medida que varía la frecuencia de la red, la velocidad de cada motor de inducción conectado al sistema varía con ella.

En el nivel más básico, las personas no necesariamente quieren que sus motores cambien de velocidad todo el tiempo, independientemente de su carga, y muchos tipos de carga tienen una relación entre la velocidad y la potencia que no es lineal: los ventiladores son una Buen ejemplo de esto, donde el par es proporcional a la velocidad, por lo que la potencia es proporcional al cuadrado de la velocidad. Esto significa que pequeños cambios en la frecuencia conducen a mayores cambios en la potencia. Es útil para el operador de red que si la frecuencia disminuye también la carga (la frecuencia descendente es una señal de que los generadores no están a la altura de la carga), pero es evidente que puede tener demasiado de algo bueno, y es fácil vea cómo puede terminar con todo a la caza, ya que una menor frecuencia provocó que las cargas cayeran, lo que provocó un aumento de la frecuencia y un aumento de la carga, causando que la frecuencia cayera, etc., hasta el infinito.

Claramente, es más fácil configurar las cosas para que sean estables si solo intentas hacerlo en un pequeño rango de velocidades, por lo tanto, las restricciones.

Además, la frecuencia es la única señal de la condición de una red que está disponible inmediatamente para cada generador y cada consumidor, por lo que los consumidores pueden desconectarse automáticamente si la frecuencia cae demasiado lejos, en un intento de ayudar a la red a recuperarse de un Pérdida de generación. Los generadores se desconectan si la frecuencia cae demasiado, porque quién quiere ser la última persona que intenta suministrar un sistema de energía defectuoso ...

En cuanto a la baja frecuencia de funcionamiento de los generadores, en mi experiencia, existen varios modos de resonancia que las palas de la turbina "golpean" a medida que se ejecutan a velocidad sincrónica y las compañías de generadores de electricidad, al iniciar una prueba de turbina y acelerar esas resonancias lo más rápido posible, por lo tanto, 47.5Hz es probablemente un valor "catch-all" usado para proteger a todos los generadores.

Muchos dispositivos utilizan la frecuencia de CA para la sincronización de la velocidad, la sincronización y los relojes. Mira esto en wiki : -

  

Estabilidad a largo plazo y sincronización del reloj

     

La regulación de la frecuencia del sistema de energía para la precisión del cronometraje no fue   Lugar común hasta después de 1926 y la invención del reloj eléctrico.   accionado por un motor síncrono. Hoy en día los operadores de red regulan la   frecuencia media diaria para que los relojes permanezcan dentro de unos pocos segundos de   tiempo correcto. En la práctica, la frecuencia nominal aumenta o disminuye.   por un porcentaje específico para mantener la sincronización. En el transcurso   de un día, la frecuencia media se mantiene en el valor nominal   Dentro de unos pocos cientos de partes por millón. En la cuadrícula síncrona de   Europa continental, la desviación entre el tiempo de fase de la red y UTC.   (basado en el Tiempo Atómico Internacional) se calcula a las 08:00 cada día   en un centro de control en Suiza. La frecuencia objetivo es entonces   ajustado hasta ± 0.01 Hz (± 0.02%) desde 50 Hz, según sea necesario, para garantizar una   Frecuencia media a largo plazo de exactamente 50 Hz × 60 seg × 60 min × 24   Horas = 4,320,000 ciclos por día. En América del Norte, siempre que   el error supera los 10 segundos para el este, 3 segundos para Texas o 2   segundos para el oeste, se aplica una corrección de ± 0.02 Hz (0.033%).   Las correcciones de error de tiempo comienzan y terminan en la hora o en la mitad   hora.

     

Medidores de frecuencia en tiempo real para la generación de energía en el Reino Unido   están disponibles en línea - una oficial de National Grid y una   No oficial mantenido por la demanda dinámica. Tiempo real   Los datos de frecuencia de la red síncrona de Europa continental son   disponible en mains frequency.com. La red de monitoreo de frecuencia   (FNET) en la Universidad de Tennessee mide la frecuencia de la   interconexiones dentro de la red eléctrica de América del Norte, así como en   varias otras partes del mundo. Estas medidas se muestran en   el sitio web de FNET.

     

Los sistemas de potencia más pequeños pueden no mantener la frecuencia con el mismo grado   de exactitud. En 2011, La Fiabilidad Eléctrica Norteamericana.   Corporation (NERC) discutió un experimento propuesto que relajaría   Requisitos de regulación de frecuencia para redes eléctricas que   reducir la precisión a largo plazo de los relojes y otros dispositivos que utilizan el   Frecuencia de la red de 60 Hz como base de tiempo.

La pregunta que está haciendo es muy importante y fundamental.

El equilibrio de la potencia real y reactiva suministrada a una carga es muy importante en la distribución de potencia eléctrica. La industria del suministro eléctrico habrá pronosticado las cifras de la demanda en diferentes momentos del día. Para satisfacer estas demandas sin causar fluctuaciones, pueden o no aumentar las frecuencias de los motores primarios (como los generadores). Este no es de ninguna manera el único medio para equilibrar la demanda con la oferta. Realizarán la corrección del factor de potencia.

Utilizarán transformadores de instrumentos, supresores de sobretensiones, reactores en derivación, bancos de condensadores, seccionadores, disyuntores. Pero hagan lo que hagan, deben asegurarse de que la frecuencia nominal (50 o 60 Hz) en el Reino Unido y el voltaje nominal sean correctos en todas las plantas de una red. Como la red contiene secciones inductivas y capacitivas, cambiar la frecuencia general de la red está cambiando el equilibrio de la potencia real a la reactiva, lo que está cambiando la potencia disponible para la red de usuarios conectados al sistema.

Cambiar la frecuencia significa que también está cambiando su capacidad para realizar acciones correctivas, como la inyección de energía activa. Creo que esto es parcialmente por qué tienen todos estos sistemas de control activo (particularmente los transformadores de instrumentos) para gestionar esto.

Otro punto positivo es que en las simplificaciones introductorias (por unidad) de señales trifásicas, asumimos que la frecuencia es constante y administramos los cálculos de potencia real / reactiva considerando voltajes dentro y fuera de fase debido a motivaciones inductivas / capacitivas.

(CIVIL) [en una corriente de carga capacitiva conduce la tensión mientras que la tensión conduce la corriente en una carga inductiva].

Si la frecuencia normal es 50Hz y la turbina funciona a una velocidad correspondiente a la frecuencia inferior a 47.5Hz o superior a 52.5Hz. Las cuchillas de la turbina se dañan, por lo tanto, una frecuencia límite estricta debe ser límite.