Linha da rede elétrica da Sérvia e Kosovo atrasa os relógios europeus. Por quê?

De acordo com este artigo (e muito mais publicado hoje sobre o mesmo tópico), o saldo da produção líquida de eletricidade do Kosovo diminuiu nas últimas semanas.
Isso levou a um pequeno desvio da frequência da rede européia (de 50Hz a 49.996Hz). Por sua vez, esse desvio de frequência levou alguns relógios elétricos (como os de fornos) a ficarem fora de sincronia (até 6 min desde janeiro).

• Como uma diminuição na produção de eletricidade leva a uma diminuição da frequência na rede a longo prazo ? A frequência não é um parâmetro controlado pela usina no final do dia?
• Se a perda de energia de alguns países causar um desvio de frequência, não devemos também observar outros impactos, como uma queda na tensão de saída? Isso significa que também estamos enfrentando uma queda de tensão há semanas aqui na Europa?
• Por que alguns dispositivos elétricos usam diretamente a frequência da rede para sincronizar seus relógios, em vez de uma tecnologia de cristal de quartzo? Isso significa que o mesmo forno precisa de dois firmwares diferentes para países com diferentes frequências de rede elétrica, enquanto que, com um cristal (que seria necessário de qualquer maneira para executar todos os circuitos incorporados), o mesmo dispositivo funcionaria sem modificações em todos os lugares.

Como uma diminuição na produção de eletricidade pode levar a uma diminuição da frequência na rede a longo prazo? A frequência não é um parâmetro controlado pela usina no final do dia?

Respondido antes: Por que os geradores precisam girar com uma frequência mais lenta se a demanda ultrapassar a oferta?

Se a perda de energia de alguns países causar um desvio de frequência, não devemos também observar outros impactos, como uma queda na tensão de saída? Isso significa que também estamos enfrentando uma queda de tensão há semanas aqui na Europa?

a redução de frequência é o principal meio de regular, não a tensão. Mas sim, você verá algumas variações de amplitude (envelope).

Por que alguns dispositivos elétricos usam diretamente a frequência da rede para sincronizar seus relógios, em vez de uma tecnologia de cristal de quartzo? Isso significa que o mesmo forno precisa de 2 firmwares diferentes para países com diferentes frequências de rede elétrica, enquanto que, com um cristal (que seria necessário de qualquer maneira para executar todos os circuitos incorporados), o mesmo dispositivo funcionaria sem modificações em todos os lugares.

Agora, chegando à pergunta relevante:

Não, esses não terão firmwares da maneira que você pensa. Além disso, você não pode vender 100% do mesmo forno em países com frequências de rede diferentes, porque países de 60 Hz tendem a usar tensões de rede diferentes.

Esses circuitos de cronometragem se parecerão mais com detectores de cruzamento de zero (ou seja, um comparador muito mínimo com um boné em uma entrada, alimentado diretamente da linha de energia, provavelmente através de um divisor de tensão resistivo) e contadores, alimentando um relógio dedicado muito minimalista IC. Estamos falando de baixa tecnologia aqui. As coisas produzidas aos milhões, onde o uso de um ASIC de décadas é mais barato do que o uso de um microcontrolador de quartzo +.

Além disso, observe que, com uma quantidade mínima de complexidade adicional (um filtro RC), seria relativamente fácil descobrir se você está rodando nominalmente em 50 Hz ou 60 Hz; portanto, nem mesmo sua "precisa ser diferente para redes diferentes" argumento funciona!

No artigo do Reuter mencionado:

SARAJEVO (Reuters) - O lobby europeu da rede elétrica ENTSO-E instou a Sérvia e o Kosovo a resolver urgentemente uma disputa sobre sua rede elétrica, que afetou a rede européia em geral, fazendo com que alguns relógios digitais do continente perdessem tempo.

Figura 1. O Comitê de Operações do Sistema ENTSO-E possui 5 grupos regionais permanentes baseados nas áreas síncronas (Europa Continental, Nórdica, Báltico, Grã-Bretanha e Irlanda-Irlanda do Norte) e 2 Grupos Regionais voluntários (Europa do Norte e Sistemas Isolados) . Fonte: ENTSO-E .

A rede européia compartilha o poder através das fronteiras. As redes CA devem ser mantidas 100% sincronizadas se as conexões CA forem usadas. A Grã-Bretanha e a Irlanda, por exemplo, são conectadas à rede européia por interconectores de corrente contínua, de modo que a rede de cada país possa funcionar de forma assíncrona com o resto da Europa enquanto compartilha energia.

A rede compartilhada pela Sérvia e sua antiga província de Kosovo está conectada à rede elétrica de alta tensão sincronizada da Europa.

Como explicado acima.

A ENTSO-E, que representa as operadoras europeias de transmissão de eletricidade, disse que a rede continental perdeu 113 gigawatt-hora (GWh) de energia desde meados de janeiro, porque o Kosovo estava usando mais eletricidade do que gera. A Sérvia, responsável por equilibrar a rede do Kosovo, não conseguiu, disse a ENTSO-E.

A energia não foi perdida. Nunca foi produzido.

De acordo com o NetzFrequenzMessung.de (você pode querer traduzir), o déficit de 113 GWh é em média de cerca de 80 MW contínuos, com um total de 60 GW de capacidade. Isso é 0,13%. O mais assustador é que estamos realmente no limite e não conseguimos encontrar 0,13% extra!

A perda de energia fez com que os relógios elétricos que são guiados pela frequência do sistema de energia, e não por um cristal de quartzo, fiquem quase seis minutos atrás, disse a ENTSO-E.

"Dirigido" é provavelmente uma tradução incorreta. "Regulado" seria melhor.

Muitos relógios digitais, como os de despertadores e fornos ou microondas, usam a frequência da rede elétrica para manter o tempo. O problema surge quando a frequência cai durante um período de tempo prolongado.

Figura 2. Um temporizador eletromecânico do estilo popular entre as empresas de serviços públicos.

Relógios analógicos e motorizados também. O relógio diurno / noturno no meu medidor de eletricidade tem mais de 40 anos e possui um relógio alimentado por uma rede elétrica e um no-break automático, para mantê-lo em bom estado durante cortes de energia!

A ENTSO-E disse que a frequência da rede européia havia se desviado do seu padrão de 50 Hertz (Hz) para 49.996 Hz desde meados de janeiro, resultando em 113 gigawatt-hora (GWh) de energia perdida, embora parecesse retornar ao normal na terça-feira.

A frequência não é mantida constante com três casas decimais por meses a fio. Esse pode ser um valor médio. Aqui estão os dados dos últimos cinco minutos:

Figura 3. Observe que o desvio de frequência será muito maior em um período mais longo. Fonte: MainsFrequency.com .

Figura 4. O desvio do tempo da rede aumentou de -100 s para -350 s em três semanas. Fonte: MainsFrequency.com .

Figura 5. [WOW!] Em nossa operação de medição anterior (julho de 2011 a 2017), ocorreram desvios no tempo da rede de ± 160 segundos (junho de 2013). Mas desde 3 de janeiro de 2018, o desvio de tempo da rede diminui continuamente. A alteração do ponto de ajuste da energia de controle secundário em 15 de janeiro de 50.000 Hz para 50.010 Hz ainda não foi capaz de reduzir o tempo da rede. Fonte: MainsFrequency.com .

A energia de controle secundário é ativada quando o sistema é afetado por mais de 30 segundos ou é assumido que o sistema será afetado por um período superior a 30 segundos. Antes disso, os desvios no sistema são cobertos apenas pelo controle primário. Fonte: APG.at .

"O desvio parou ontem depois que o Kosovo tomou algumas medidas, mas levará algum tempo para que o sistema volte ao normal", disse à Reuters a porta-voz da ENTSO-E, Susanne Nies. Ela disse que o risco pode permanecer se não houver uma solução política para o problema.

Se eles começarem a gerar e alimentar a rede, isso acelerará.

A disputa política se concentra principalmente em questões regulatórias e uma briga entre a Sérvia e o Kosovo sobre a operação da rede. É ainda mais complicado pelo fato de Belgrado ainda não reconhecer o Kosovo.

"Vamos tentar consertar os detalhes técnicos até o final desta semana, mas a questão de quem compensará essa perda precisa ser respondida", disse Nies.

Isso não faz nenhum sentido para mim. O fluxo de energia é medido e cobrado de acordo. Cada país paga por suas importações.

A ENTSO-E instou os governos e formuladores de políticas europeus a tomarem medidas rápidas e exercerem pressão sobre o Kosovo e a Sérvia para resolver o problema, o que também está dificultando a integração do mercado de energia dos Balcãs Ocidentais exigido pela União Europeia.

"Essas ações precisam abordar o lado político dessa questão", afirmou a ENTSO-E em comunicado. Os operadores da rede na Sérvia e Kosovo não estavam imediatamente disponíveis para comentar.

O Kosovo se separou da Sérvia em 2008. Ambos os estados querem ingressar na União Europeia, mas Bruxelas diz que deve normalizar as relações para estabelecer laços mais estreitos com o bloco.

A Sérvia e o Kosovo assinaram um acordo sobre a operação de sua rede elétrica em 2015. No entanto, ainda não foi implementado, pois eles não podem concordar com a distribuição de energia no Kosovo em meio a reivindicações conflitantes sobre a propriedade da rede, construída quando ambos faziam parte da Iugoslávia. (Redação de Maja Zuvela; Edição de Susan Fenton)

Eu acho que nenhum dos itens acima são engenheiros elétricos.

Respondendo as perguntas:

1. Como uma diminuição na produção de eletricidade pode levar a uma diminuição da frequência na rede a longo prazo? A frequência não é um parâmetro controlado pela usina no final do dia?

Se a demanda estiver chegando ao pico da capacidade, teremos que diminuir a tensão ou a frequência, se desejarmos desconectar os clientes. A queda da tensão causará problemas com determinadas cargas e deve ser evitada.

O artigo do Reuter falha em explicar por que a frequência média do sistema está baixa há tanto tempo. Só pode não ter sido capaz de funcionar acima de 50 Hz por tempo suficiente para recuperar o atraso. Fora do pico parece a hora de fazer isso, mas haverá um limite superior no desvio de frequência - cerca de 50,5 Hz (mas não tenho um número definido).

2. Se a perda de energia de alguns países causar um desvio de frequência, não devemos também observar outros impactos, como uma queda na tensão de saída? Isso significa que também estamos enfrentando uma queda de tensão há semanas aqui na Europa?

Não, reduzimos a frequência para evitar a queda de tensão.

3. Por que alguns dispositivos elétricos usam diretamente a frequência da rede para sincronizar seus relógios, em vez de uma tecnologia de cristal de quartzo?

Eles não sincronizam os relógios no sentido de ajustar ou corrigir o tempo. Eles mantêm a sincronização mantendo a frequência média exatamente de 50 Hz. Uma razão para isso são os milhões de relógios eletromecânicos em serviço. Estes são fantasticamente confiáveis, não precisam de baterias e fazem o trabalho. Por que substituí-los?

Isso significa que o mesmo forno precisa de 2 firmwares diferentes para países com diferentes frequências de rede elétrica, enquanto que, com um cristal (que seria necessário de qualquer maneira para executar todos os circuitos incorporados), o mesmo dispositivo funcionaria sem modificações em todos os lugares.

Os cristais flutuam e são necessárias outras complicações do relógio em tempo real com o backup da bateria. As concessionárias de energia elétrica trabalham em prazos de 20 a 50 anos. Quanto tempo você acha que os capacitores eletrolíticos no seu relógio digital duram?

Ligações:

• Mapa do sistema de transmissão ENTSO-E .
• ENTSO-E FAQ sobre o assunto.

Outros bits interessantes:

Esse desvio de tempo da grade é constantemente equilibrado. Se o desvio de tempo for superior a vinte segundos, a frequência será corrigida na grade. Para equilibrar novamente o desvio de tempo, a frequência habitual de 50 Hz (Europa) é alterada da seguinte forma:

49,990 Hz, se o tempo da grade estiver adiantado em relação ao horário UTC

50,010 Hz, se o tempo da grade estiver atrasado em relação ao horário UTC

Fonte: SwissGrid .

Enquanto isso, em 08/03/2018:

O NTSO-E confirmou agora com os ORT da Sérvia e do Kosovo, respectivamente EMS e KOSTT, que os desvios que afetaram a frequência média na área síncrona da Europa Continental cessaram.

Este é um primeiro passo na resolução do problema. O segundo passo agora é desenvolver um plano para devolver a energia perdida ao sistema e colocar a situação de volta ao normal.

Fonte: ENTSO-E .

Hummm! Eles estão se referindo a ele como "energia perdida".

Como uma diminuição na produção de eletricidade leva a uma diminuição da frequência na rede a longo prazo? A frequência não é um parâmetro controlado pela usina no final do dia?

Você pode pensar na rede elétrica como um mecanismo gigante. Motores de indução são como cintos que podem escorregar um pouco. Motores e geradores síncronos são como engrenagens que não podem escorregar.

A curto prazo, a frequência é usada para regular o fluxo de energia dentro e fora da rede. Se a rede estiver sobrecarregada, começará a desacelerar e os geradores convencionais aumentarão sua potência para compensar. Da mesma forma, se a grade estiver sobrecarregada, aumentará ligeiramente a velocidade e os geradores recuarão.

Eventualmente, se a frequência da rede ficar muito baixa, a rede começará a soltar cargas para evitar um colapso completo.

Quando a frequência da rede cai abaixo do nominal, o controle central deve comandar algumas estações de energia para aumentar seu ponto de ajuste de potência, para que a rede volte à sua frequência nominal. Essas usinas precisam ser pagas para aumentar seus pontos de ajuste.

Parece que as questões políticas resolvem quem pagará as usinas para aumentar seus pontos de ajuste. Se ninguém paga, a frequência da rede permanece reduzida (e todas as usinas convencionais acabam gerando um pouco mais do que foram contratadas para gerar).

Para responder a "Por que não quartzo?" Pergunta, questão:

Os cristais são realmente terríveis, mesmo para cronometragem de curto prazo. Um bom cristal na Digi-Key normalmente possui cerca de 20 ppm de precisão.

Mas você provavelmente não terá um belo cristal. Cristais agradáveis ​​não vendem produtos de consumo. Por exemplo, o cristal no meu relógio de pulso é cerca de 66 ppm rápido:

Depois de 12 dias, o relógio desliga por 1 minuto. Depois de um mês, sai cerca de 2,5 minutos. 5-10 minutos (2-4 meses) são desvios suficientes para começar a causar problemas. E isso não inclui a variação de temperatura.

A frequência da linha de energia pode não ser mais precisa em uma escala de tempo de segundos ou minutos, mas o número de ciclos por dia geralmente é bem controlado. É por isso que as questões da grade européia foram notícia.

Por que alguns dispositivos elétricos usam diretamente a frequência da rede para sincronizar seus relógios, em vez de uma tecnologia de cristal de quartzo? Isso significa que o mesmo forno precisa de dois firmwares diferentes para países com diferentes frequências de rede elétrica, enquanto que, com um cristal (que seria necessário de qualquer maneira para executar todos os circuitos incorporados), o mesmo dispositivo funcionaria sem modificações em todos os lugares.

Porque é mais barato e ainda é confiável (ainda mais preciso?) Do que o cristal de quartzo. E particularmente todo o continente europeu está operando na mesma rede elétrica. Assim, você pode vender seu forno para esse número total de clientes. Para outros países, os fabricantes fabricariam versões diferentes de qualquer maneira. Não há muitos itens vendidos em todos os lugares (em todos os países) exatamente da mesma forma.