Gitterfrekvens

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Netfrekvensen er i et strømnetværk , frekvensen for den elektriske strømforsyning ved hjælp af henholdsvis vekselstrøm . Netværksfrekvensen er ensartet i et strømforsyningsnetværk og med undtagelse af mindre kontrolrelaterede afvigelser fra den nominelle værdi konstant over tid. Netværksfrekvensen er angivet i Hertz .

Spændingskurve ved 230 V / 50 Hz (blå) og ved 110 V / 60 Hz (rød)

Netværksfrekvenser og netværk

Netfrekvenser og spændinger over hele verden

Se også elektrificering # netfrekvens .

I Europa, Asien, Australien, det meste af Afrika og dele af Sydamerika bruges en netfrekvens på 50 Hz til det generelle elnet i såkaldte sammenkoblede netværk . I Nordamerika bruges en netfrekvens på 60 Hz i det offentlige elnet. Forskellene skyldes den historiske udviklingshistorie for de første elnet i 1880'erne og 1890'erne og har i dag ingen teknisk årsag. [1] [2]

Nogle jernbaner som ÖBB , SBB og Deutsche Bahn bruger en nominel frekvens på 16,7 Hz til deres trækkraftforsyning . Tidligere var den nominelle jernbanenetfrekvens 16 23 Hz, hvilket svarer til præcis en tredjedel af de anvendte 50 Hz i det sammenkoblede netværk. [3] Nogle jernbaner og også industrikunder i Nordamerika forsynes med en netværksfrekvens på 25 Hz af historiske årsager. De forholdsvis lave netværksfrekvenser skyldes den teknologiske udvikling af de første elektriske maskiner: I begyndelsen af ​​det 20. århundrede kunne elektriske maskiner med større effekt kun bygges med disse lave frekvenser. Men på grund af den store indsats, der er involveret i konverteringen, bevares de lave netværksfrekvenser, der blev indført dengang, stadig i dag. [1]

På særlige områder, f.eks. B. i det indbyggede netværk af fly er højere netværksfrekvenser almindelige, z. B. 400 Hz, da mindre og lettere transformere kan bygges, og linjelængderne er korte.

En tonehøjde kan tildeles netfrekvensen, 50 Hz svarer næsten til en Contra-G (‚G). Lyden, der f.eks. Kan høres som en brummen fra en lokal transformerstation , har to gange netfrekvensen, nemlig 100 Hz, på grund af magnetostriktionen af jernkernen og svarer til G.

Kvalitetsindikator

Forløb af netværksfrekvensen i Vesteuropa den 4. november 2006, hvor en række fejl førte til det største strømsvigt i det europæiske netværk til dato.

Netværksfrekvensen og dens afvigelse fra den nominelle værdi er en direkte kvalitetsindikator for forholdet mellem den øjeblikkelige elektriske strøm, der tilbydes af producenter såsom kraftværker, og faldet i øjeblikkelig elektrisk strøm fra forbrugerne. Elektrisk energi kan næppe lagres i sammenkoblede netværk; den kan kun distribueres mellem producent og forbruger. Med undtagelse af den reaktive effekt ved vekselstrøm skal udgangseffekten til enhver tid opvejes af den samme mængde strømforbrug.

Hvis der er afvigelser, fører dette til en ændring i netværksfrekvensen i vekselstrømspændingsnet: Hvis der er et overforsyning af elektrisk strøm, er der en stigning i netværksfrekvensen; hvis der er et underforsyning, falder det. Normalt er disse afvigelser minimale i det vesteuropæiske netværk og er under 0,2 Hz. En frekvensafvigelse på 0,2 Hz i det europæiske netværk svarer til en effektforskel på ca. 3 GW, hvilket også svarer til den såkaldte referencefejl fra Kontinentaleuropas driftshåndbog og svarer omtrent til den uplanlagte fejl i to større kraftværksblokke. [4] Opgaven med effektstyring i sammenkoblede netværk er at kompensere for udsving over tid og dermed at holde netværksfrekvensen på en konstant nominel værdi. Jo mindre et strømforsyningsnet er, og jo værre netværksreguleringen fungerer, jo større udsving i netværksfrekvensen.

Hvis der er en massiv ubalance mellem udbud og efterspørgsel efter elektrisk strøm på grund af fejl, der ikke kan kompenseres for, er resultatet tilsvarende stærke udsving i netværksfrekvensen, som vist i figuren til højre for strømsvigt i Europa i november 2006 . Diagrammet viser netværksfrekvensens forløb for en del af det vesteuropæiske netværk: På tidspunktet for fejlen var der massiv mangel på elektrisk strøm og dermed en underfrekvens . I samme tidsramme var der et overudbud og en stigning i netværksfrekvensen i den østeuropæiske del af netværket. I fejlperioden blev netværket automatisk opdelt i flere autonome segmenter af beskyttelsesanordninger, der fungerede asynkront med hinanden. Load shedding gjorde det muligt for disse netværkssegmenter gradvist at blive synkroniseret og derefter forbundet igen. [5]

Foranstaltninger truffet af elproducenter til netværksstyring

Primær kontrol

Hvis der tages mere strøm fra netværket, end der tilføres via generatorerne, tages den manglende effekt fra generatorernes rotationsenergi, hvilket gør dem langsommere og netværksfrekvensen falder. Hvis strømforbruget er for lavt, eller hvis feed-in er for højt, øges frekvensen. I tilfælde af en sammenkoblet kæde af ensretter og inverter forekommer denne effekt imidlertid ikke i dette omfang eller kan styres lettere.

Den primære kontrol har til opgave at begrænse afvigelsen i netfrekvensen. [6] Med proportionalstyring ændrer den generatoreffekten proportionalt med frekvensafvigelsen fra setpunktet.

Sekundær og minutreserve

Den sekundære kontrol har til opgave at bringe frekvensen tilbage til setpunktet. Det er designet som en integreret controller. Så snart den sekundære kontrol bliver aktiv, og dens effekt reducerer frekvensfejlen, tager den primære kontrol strøm tilbage og er dermed fri igen til næste brug. Hvis det kan forudses, at den sekundære kontrol strømmen skulle forblive aktiv i længere tid (for eksempel forecastfejl i forbruget, kraftværk svigt eller vind prognosefejl), så minutreserve (også tertiær kontrol) aktiveres manuelt, hvorved udgangssignalet fra sekundær kontroleffekt reduceres automatisk. Dette frigør den sekundære styrekraft igen til næste brug.

Kvartær regulering

Netværksfrekvensen i det europæiske netværk er velegnet som timer til synkrone ure på grund af de små afvigelser fra den nominelle frekvens. På trods af de små afvigelser kan der opstå fejl på et par sekunder om dagen. For at holde tidsfejlen lav, registreres netværkets tidsafvigelse centralt som forskellen mellem den koordinerede universelle tid og den tid, der er bestemt på grundlag af netværksfrekvensen. [7] Hvis netværkets tidsafvigelse overstiger ± 20 sekunder, reduceres frekvensregulatorens nominelle frekvens med 10 mHz til 49.990 Hz, hvis netværkstiden er foran, og øges med 10 mHz til 50.010 Hz, hvis netværkstiden halter. [8] Dette er også kendt som kvaternær regulering . Som følge heraf tilpasser netværkstiden sig langsomt igen til den koordinerede universelle tid . Netværkstiden repræsenterer således en meget præcis langsigtet tidsbase med kortsigtede udsving i sekunderintervallet.

I Europa registrerer Swissgrid afvigelserne på vegne af UCTE -elnetværket og koordinerer rettelserne.

Fejl 2018

Selvom de gennemsnitlige frekvensafvigelser i det europæiske sammenkoblede netværk på grund af den kvaternære regulering var lave i årevis, og afvigelserne fra international atomtid forblev inden for et par ± 10 sekunder, var der en forlænget underfrekvens i begyndelsen af ​​2018. [9] Uoverensstemmelsen i synkrone ure betød, at de i begyndelsen af ​​marts 2018 gik bagud med op til seks minutter. [10] Den 3. marts 2018 blev den højeste afvigelse nået med −359 sekunder. [11]

Årsagen til afvigelsen i netværksfrekvensen var en tvist i kontrolområdet "Serbien, Montenegro og Makedonien" (SMM) mellem Kosovo og Serbien om kontrolmagt . [12] [13] Kosovo producerede for lidt elektrisk styrekraft, og Serbien nægtede i første omgang at udfylde hullet ved at øge brugen af ​​kraftværker. [14] Den 8. marts meddelte sammenslutningen af ​​europæiske transmissionssystemoperatører (ENTSO-E), at uregelmæssighederne mellem de to parter var blevet løst. [15] Mindre end en måned senere, den 3. april 2018, blev afvigelserne løst ved kvartærreguleringen . [16]

Kriterier for valg af netværksfrekvens

Valget af netværksfrekvensen er et kompromis mellem forskellige tekniske randbetingelser. Definitionen blev foretaget i begyndelsen af elektrificeringen , dvs. ved århundredeskiftet mellem det 19. og 20. århundrede. De relevante randbetingelser var derfor dem, der opstod på det tidspunkt. Her er nogle af dem:

  • I modsætning til jævnstrøm kan vekselstrøm omdannes til spænding ved hjælp af transformere . Dette gør det muligt at transportere relativt lave og derfor relativt ufarlige spændinger til slutbrugeren, mens høje spændinger kan bruges til at minimere tab i luftledninger .
  • Højere frekvenser gør det muligt at bruge mindre transformatorkerner. Transformatorerne bliver mindre, lettere og billigere med samme effekt . (Denne kendsgerning udnyttes i dag ved at skifte strømforsyning .)
  • Højere frekvenser genererer større tab i linjer på grund af hudeffekten . I praksis definerer dette den maksimale økonomiske tykkelse af en linje.
  • Netværksfrekvensen i et netværkssystem skal være den samme og synkroniseres overalt.
  • Højere frekvenser svarer til kortere bølgelængder . I rumligt udbredte netværkssystemer har dette en tendens til at gøre faseforskydninger mærkbare, hvilket gør synkronisering vanskeligere.
  • Netfrekvensen er direkte relateret til hastigheden og antallet af polergeneratorer og motorer . En stigning i frekvensen kræver enten en stigning i hastigheden (mulige problemer med centrifugal- eller centripetalkræfter og / eller lejer) eller en reduktion i antallet af poler. Det tekniske minimum er 2 poler. Frekvenser over 50 (eller 60 Hz) ville kun være mulige, hvis hastigheden var over 3000 / min (eller 3600 / min). På grund af det hastighedsproblem, der blev nævnt i begyndelsen, er dette dog næppe muligt (jf. Turbogenerator ).
  • En frekvenskonvertering er kompleks. I begyndelsen af ​​elektrificeringen var de eneste tilgængelige omformere koblinger fra motor og generator. Transformatorer er ikke i stand til at konvertere frekvensen. I dag bruges passende strømelektronik ( effektomformere ) til dette. Inden for energiforsyning og til kobling af asynkrone strømnet anvendes højspændingsstrømstransmission (HVDC) og HVDC kortkobling.
  • Af sin natur har vekselstrøm i modsætning til jævnstrøm regelmæssigt et nulkryds , hvilket forenkler skift af store strømme, da det skaber muligheder for en lysbue, der kan slukkes.
  • Som en del af et trefaset system giver vekselstrøm mulighed for at generere et roterende felt. Mindst to faser er nødvendige for dette.
  • Buelamper flimrer, når de forsynes med vekselstrøm under omkring 42 Hz. [2]

Måling

Reedfrekvensmåler med et måleområde på 45–55 Hz ved 49,9 Hz

Da afvigelser fra den korrekte netværksfrekvens ofte fører til problemer, især i sammenkoblede netværk eller når flere strømgeneratorer er forbundet parallelt, er det ekstremt vigtigt at overvåge netværksfrekvensen. I tilfælde af problemer kan der iværksættes foranstaltninger til beskyttelse af netværket, f.eks. Belastning .

Der findes flere forskellige typer instrumenter til måling af netfrekvensen. Tungemåler bruges traditionelt primært til manuel læsning. I større netværk måles netværksfrekvensen automatisk på flere punkter ved hjælp af digital måleteknologi og elektroniske frekvensmålere, og forløbet registreres.

Analyse inden for retsmedicin

På grund af tidsrelaterede små afvigelser fra den ideelle netværksfrekvens er dette blevet vigtigere inden for retsmedicin i de senere år [17] . Selv over en kort periode viser uregelmæssighederne et unikt mønster. Afhængigt af kvaliteten og kodningen af ​​en lyd- eller videooptagelse kan filtre bruges til at drage konklusioner om de frekvensafvigelser, der opstod i elnettet på optagelsestidspunktet.

Der oprettes en slags digitalt vandmærke , som er knyttet til en database, da det f.eks. B. af netoperatører eller kriminelle efterforskningskontorer [18] , kan sammenlignes. I bedste fald er en erklæring eller i det mindste en begrænsning om optagelsens sted og tidspunkt mulig.

Netværksfrekvenser på verdensplan

litteratur

  • CENELEC (udgiver): EN 60196: 2009-07 IEC standardfrekvenser . Forlaget Beuth.

Weblinks

Individuelle beviser

  1. ^ A b BG Lamme: Den tekniske historie om frekvenser . I: Transaktion . tape   37 , del 1. IEEE, 26. januar 1918, s.   65-89 .
  2. a b Gerhard Neidhöfer: Vejen til standardfrekvensen 50 Hz. Hvordan standardfrekvensen 50 Hz opstod fra et virvar af periodetal . VDE-Verlag, 2008 ( [1] [PDF; 1.8   MB ] Bulletin SEV / AES 17).
  3. C. Linder: Ændring af målfrekvensen i det centrale trækkraftsnet fra 16 2/3 Hz til 16,70 Hz . I: Elektriske jernbaner . Udgave 12. Oldenbourg-Industrieverlag, 2002, ISSN 0013-5437 .
  4. Kontinentaleuropa Operation Handbook, Policy P1: Load-Frequency Control and Performance. UCTE OH, 2009, adgang til 10. juni 2018 .
  5. UCTE (red.): Endelig rapport om forstyrrelserne den 4. november 2006 . ( entsoe.eu [PDF]).
  6. Måling af netfrekvens og oplysninger om primær kontroleffekt
  7. swissgrid: Måling af nettid på vegne af UCTE ( erindring om originalen fra 11. januar 2012 i internetarkivet ) Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. @ 1 @ 2 Skabelon: Webachiv / IABot / www.noser.com
  8. Swissgrid på nettet tid afvigelse ( minde om den oprindelige dateret August 31, 2011 i Internet Archive ) Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. @ 1 @ 2 Skabelon: Webachiv / IABot / www.swissgrid.ch
  9. Stærke afvigelser i netværksfrekvensen. I: netzfrequenz.info. 28. februar 2018, adgang til 9. marts 2018 .
  10. Manuela Nyffenegger: Hvorfor ovnen ur pludselig bremser - og måske snart vil. I: Neue Zürcher Zeitung . 5. marts 2018. Hentet 9. marts 2018 .
  11. Afvigelse i netværkstid overstiger 5 minutter. I: netzfrequenzmessung.de. 3. marts 2018, adgang 9. marts 2018 .
  12. Fortsat frekvensafvigelse i det kontinentaleuropæiske elsystem med oprindelse i Serbien / Kosovo. ENTSO-E , 6. marts 2018, tilgået den 9. marts 2018 (engelsk, pressemeddelelse).
  13. ENTSO-E annoncerede årsagen til netværkets tidsafvigelse. I: netzfrequenzmessung.de. 6. marts 2018, adgang til 9. marts 2018 .
  14. ^ Markus Grabitz: Hvorfor så mange ure bare bremser. I: Der Tagesspiegel . 8. marts 2018, adgang til 8. marts 2018 .
  15. ^ Afvigelser, der påvirker frekvensen i Kontinentaleuropa, er ophørt; ENTSO-E arbejder på trin 2. (Ikke længere tilgængelig online.) ENTSO-E , 8. marts 2018, arkiveret fra originalen den 9. marts 2018 ; tilgået den 9. marts 2018 (engelsk, pressemeddelelse). Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. @ 1 @ 2 Skabelon: Webachiv / IABot / www.entsoe.eu
  16. Netværkstiden er normaliseret. Hentet 10. juni 2018 .
  17. ^ Analyse af digital lydoptagelse: kriteriet for elektrisk netværksfrekvens (ENF). I: journals.equinoxpub.com. Hentet 23. januar 2016 .
  18. Metoder ved Statens Kriminalpolitikontor: På sporet af kriminalitet . I: Süddeutsche Zeitung . ISSN 0174-4917 ( sueddeutsche.de [adgang 23. januar 2016]).