Varför måste elproduktion och elkonsumtion alltid vara lika?

[Amarok123]

Jag har förstått att det är viktigt att produktionen av el alltid ska vara lika med konsumtionen.
Annars blir det elavbrott har jag läst. Lite mer konkret, vad är det som händer egentligen, och varför?

Sedan verkar det ju otroligt att de är exakt lika hela tiden det borde väl jämt diffa lite hela tiden, upp och ner, så lite tolerans borde väl finnas, eller? (och hur mycket är lite i detta sammanhang?)

Vad är det för elmekanism/styrmedel som övervakar detta? Jag antar att det är datorsystem som ligger och bevakar?

Men elnät och kraftkällor har ju funnits länge, hur gjorde man då det inte fanns datorer?

Det är skitenkelt. Så här funkar det:

 

[lars_stefan_axelsson]

Jag har inte sett den videon, men jag har närmare 1-2'000 m grön tråd på rulle. Tänkte det kunde vara kul att dra ett varv runt huset...och mäta lite...

Bara att sätta igång!

Fast om man är "elektroniktokig" så tycker jag man skall se videon. Den än mycket illustrativ. Han har även en uppföljare (längre) som beskriver hur han gjort mätningarna:

Han har även en del andra videor om exv. hur impedansmatchning faktiskt ser ut som är sevärda.

 

[hhallen]

Lägg märke till att den roterande tallriken i mikron startar slumpmässigt att rotera åt vänster respektive höger, det är en synkro motor även klockmotorn är synkron men har en startlindning som kickar igång den i rätt riktning.

Tro dä? I min mikrovågsugn roterar tallriken alltid moturs. Det är i och för sig en gammal Samsung-ugn av enklaste sort (har bara tid- och effektratt, inte en massa fjolliga "program"). Man kanske använde en annan sorts motor förr? Ugnen i fråga är nog åtminstone 20 år gammal.

 

[GK100]

Tro dä? I min mikrovågsugn roterar tallriken alltid moturs. Det är i och för sig en gammal Samsung-ugn av enklaste sort (har bara tid- och effektratt, inte en massa fjolliga "program"). Man kanske använde en annan sorts motor förr? Ugnen i fråga är nog åtminstone 20 år gammal.

Det har varit vanligt med skärmpolsmotorer i många tillämpningar för vitvaror. De startar åt samma håll.

 

[Dkvist]

Vindkraften snurrar med ett konstant varvtal. Under förutsättning att den kommer upp till 50 Hz. Blåser det mera bromsar nätet, så den inte ger mer än 50 Hz. Om det blåser så mycket att den går fortare måste man bromsa eller koppla bort den från nätet.

Nej vindkraft är inte synkront med elnätet. De är oftast 1fas-generatorer som kopplas samman i med ett gäng andra snurror för att få separata faser. Dessa kopplar man via omformare ut på elnätet så att det blir fint synkront 50 Hz, tyvärr ingen frekvensregleringsförmåga alls i vindkraftsparker. De gör inget för stabiliteten i elnätet ur den aspekten.

 

[TobbeLenn]

Fungerar det på samma sätt för små lokala elnät? Jag tänker att för länge sedan när elen började komma i bruk så fanns det väl inga stora elnät att tillgå.
Om man då i en by med 10-20 gårdar och någon liten industri kanske bestämde sig för att elektrifiera
området med ett lokalt elnät så började man med någon turbin/generator i ett litet vattenfall i en å och så kopplade man upp ett litet nät till intresserade.
Var det lika viktigt då med balans mellan produktion/konsumtion även i det lilla elnätet?
Och hur gjorde man då för att reglera det hela?

Har försökt läsa igenom svaren, många bra förklaringar.
Varje litet lokalt nät som byggdes behövde regleras, det gjordes med en turbinregulator.
Jag har ett litet vattenkraftverk och den gamla regulatorn står kvar, men är numera urkopplad. Tyvärr hade jag ingen bild, men det är en rätt avancerad konstruktion som fungerar som en hydraulpump, som öppnar/stänger ledskenorna som reglerar vattenflödet genom turbinen. Den drivs av axeln från turbinen och reagerar direkt om hastigheten ändras.

https://sv.m.wikipedia.org/wiki/Turbinregulator

 

[Thomas_Blekinge]

Det går även utmärkt att göra klockor med en egen oscillator, ingen har ju en batteridriven klocka på armen som kräver sladd till ett vägguttag.

Att driva klockan med nätfrekvens var ju en lysande idé för enkla billiga produkter när elektronik och kretsar för att hålla tid var ganska dyrt.
Sen finns det säkert många som (än idag) valde det för klockans långtidsstabilitet.

Men idag så är små billiga kretsar med en realtidsklocka i som även klarar strömlöst ganska lång tid, så det innebär att det finns i många produkter idag.

Jag har en gammal klockradio som styrs av nätfrekvens och den saktar sig minst någon minut i månaden, utan strömavbrott. Så jag tror inte på myten att frekvensdrivna klockor går långtidsstabila.

 

[Alfredo]

Så jag tror inte på myten att frekvensdrivna klockor går långtidsstabila.

Vore elnätet långtidsstabilt lär klockorna vara det. 😀

 

[Leif i Skåne]

Så jag tror inte på myten att frekvensdrivna klockor går långtidsstabila.

Jag frågade Chat GPT här är svaret.

Elnätets frekvens (50 Hz i Sverige och större delen av Europa) är inte lika stabil som ett atomur, men den regleras ändå väldigt noggrant.





Här är skillnaden:

• Atomur
  Ett atomur (t.ex. cesium- eller rubidiumbaserat) håller tiden med en stabilitet på delar per triljon. Avvikelsen kan vara under en nanosekund per dag – i princip perfekt för mänskliga behov.
• Elnätets frekvens
  Elnätets 50 Hz styrs av att produktion och konsumtion måste vara i balans i realtid. Svenska kraftnät och andra systemoperatörer övervakar och justerar ständigt produktionen för att hålla frekvensen nära 50,00 Hz.
  • På kort sikt (sekunder–minuter) kan frekvensen fluktuera med några hundradelar av en Hz (t.ex. 49,98 Hz eller 50,02 Hz).
  • På längre sikt försöker man se till att medelfrekvensen över timmar och dygn blir exakt 50,00 Hz, så att elnätets frekvensdrivna klockor inte drar iväg.
  • Trots detta är variationerna många miljoner gånger större än ett atomurs avvikelse.

En intressant detalj: Om du jämför en nätansluten klocka med ett atomur över en dag, kan de matcha ganska bra, men vid snabba frekvensändringar (t.ex. vid störningar i elnätet) kommer klockan att avvika.





Om du vill kan jag räkna ut hur mycket en 50 Hz-klocka kan skilja sig från ett atomur över tid baserat på typiska frekvensavvikelser i Norden. Vill du att jag gör det?



Toppen — här kommer en kort, konkret uträkning och förklaring.





Metod (kort): en klocka som räknar cykler från nätet antar 50,00 Hz och tolkar 50 cykler = 1 s. Om den faktiska frekvensen är f Hz så blir felet i sekunder per dag ungefär


\Delta t_{\text{per dag}} = \frac{50 - f}{50}\times 86400\ \text{s}.


(Positivt tal betyder att nätfrekvensen är lägre än 50 Hz → klockan går långsamt; negativt tal betyder frekvens >50 Hz → klockan går för fort.)





Exempel (beräknat exakt):

• f=49{.}98\ \text{Hz} → ≈ +34{.}56 s per dag (klockan går 34,56 s långsammare än atomuret på ett dygn).
• f=49{.}99\ \text{Hz} → ≈ +17{.}28 s per dag.
• f=50{.}001\ \text{Hz} → ≈ −1{.}728 s per dag (klockan går 1,73 s för fort).
• f=50{.}01\ \text{Hz} → ≈ −17{.}28 s per day.
• f=50{.}02\ \text{Hz} → ≈ −34{.}56 s per day.
• Större avvikelser: f=49{.}9\ \text{Hz} → ≈ +172{.}8 s/dag (nästan 2,9 min/dag). f=49{.}5\ \text{Hz} → +864 s/dag (14,4 min/dag).

Tolkning och praktisk betydelse

• Kort sagt: små avvikelser i frekvens ger relativt stora tidfel om de varar länge. En avvikelse på bara 0,02 Hz ger ~34,6 s fel per dygn.
• I praktiken jobbar systemoperatörer (t.ex. Svenska kraftnät) aktivt för att att medelfrekvensen över timmar/dygn ska vara 50,00 Hz — det betyder att positiva och negativa avvikelser normalt kompenseras över tid. Därför blir långtidseffekten för synkronklockor ofta mycket mindre än de värden som visas ovan, även om korttidsfluktuationer kan ge sekunders avvikelse.
• Vid allvarliga störningar kan frekvensen dock avvika mer och då byggs tidfel snabbt upp tills operatören återställer medelfrekvensen.

Vill du att jag:

1. räknar ut felet för en specifik frekvens du sett, eller
2. visar hur snabbt ett frekvensspår (t.ex. sekvens av f-värden över tid) ger total tidfel — om du har data kan du ladda upp det så räknar jag åt dig?

 

[Mikael_L]

Har försökt läsa igenom svaren, många bra förklaringar.
Varje litet lokalt nät som byggdes behövde regleras, det gjordes med en turbinregulator.
Jag har ett litet vattenkraftverk och den gamla regulatorn står kvar, men är numera urkopplad. Tyvärr hade jag ingen bild, men det är en rätt avancerad konstruktion som fungerar som en hydraulpump, som öppnar/stänger ledskenorna som reglerar vattenflödet genom turbinen. Den drivs av axeln från turbinen och reagerar direkt om hastigheten ändras.

[länk]

Jag fotograferade en sådan för 2 veckor sedan från ett kraftverk i mellannorrland, som byggdes under 1'a VK.

Inloggade ser högupplösta bilder

Logga in

Skapa konto

Gratis och tar endast 30 sekunder

Inloggade ser högupplösta bilder

Logga in

Skapa konto

Gratis och tar endast 30 sekunder

Inloggade ser högupplösta bilder

Logga in

Skapa konto

Gratis och tar endast 30 sekunder

På sista bilden syns drivremmen som "rapporterar" verklig hastighet till regulatorn, längre bort på denna axel sitter drivremmen till själva generatorn, som ska ha rätt varvtal för att skapa just 50Hz
Sen går det en axel in i muren också, det är väl den som påverkar något som öppnar för mer vatten om det behövs, eller tvärtom.

 

[Arnodt]

Hur bleve det om istället för växelspänning vi skulle ha likspänning från vattenturbinerna i norrländska floderna ända hem till konsumenternas hushållsapparater? Säg att hushållsapparaterna drevs med 230 V likspänning.

Hur skulle obalansen yttra sig mellan inmatad effekt i likströms-elnätet och uttagen effekt vara? Frekvensen kan klart då inte ändras, eftersom är 0 Hz, pga likspänning. Då skulle väl likspänningen sjunka om inte lika mycket effekt matas in, som det tas ut.

 

[lars_stefan_axelsson]

Då skulle väl likspänningen sjunka om inte lika mycket effekt matas in, som det tas ut.

Precis. Då skulle spänningen variera med uttagen effekt. (Något den också gör vid växelspänningsnät, det skall vi inte glömma.)

Inte för att det skulle fungera att driva hemmet med 230V likspänning om det var 230V likström som gick oförändrad från turbinen hela vägen hem till huset. Förlusterna skulle bli alldeles för stora. Det var ett av problemen med Edisons likspänningssystem, ledningarna kunde inte vara så långa så man behövde ett kolkraftverk i snart sagt varenda kvarter för att försörja konsumenterna i städerna. Något som Edison gärna byggde...

Detta var den stora anledningen till att Tesla och Westinghouse systemet vann "strömkriget". Med hjälp av transformatorer så kunde man billigt och enkelt transformera upp och ner spänningen så att långväga transmission blev ekonomiskt möjlig. (Idag har vi mera avancerad kraftelektronik och kan därför överföra ström med högspänd DC, s.k. HVDC-system, billigare än växelströmssystem, men det var inte möjligt på det sena 1800-talet.)

Inte för att Edison tog smällen som en man och gav upp direkt; nej, han försökte med alla tjuvknep och tricks att baktala växelströmssystemet. Wikipedia har en bra sammanfattning av denna närmast tragikomiska strid mellan AC och DC.

 

[Thomas_Blekinge]

Jag frågade Chat GPT här är svaret.

Elnätets frekvens (50 Hz i Sverige och större delen av Europa) är inte lika stabil som ett atomur, men den regleras ändå väldigt noggrant.





Här är skillnaden:

• Atomur
  Ett atomur (t.ex. cesium- eller rubidiumbaserat) håller tiden med en stabilitet på delar per triljon. Avvikelsen kan vara under en nanosekund per dag – i princip perfekt för mänskliga behov.
• Elnätets frekvens
  Elnätets 50 Hz styrs av att produktion och konsumtion måste vara i balans i realtid. Svenska kraftnät och andra systemoperatörer övervakar och justerar ständigt produktionen för att hålla frekvensen nära 50,00 Hz.
  • På kort sikt (sekunder–minuter) kan frekvensen fluktuera med några hundradelar av en Hz (t.ex. 49,98 Hz eller 50,02 Hz).
  • På längre sikt försöker man se till att medelfrekvensen över timmar och dygn blir exakt 50,00 Hz, så att elnätets frekvensdrivna klockor inte drar iväg.
  • Trots detta är variationerna många miljoner gånger större än ett atomurs avvikelse.

En intressant detalj: Om du jämför en nätansluten klocka med ett atomur över en dag, kan de matcha ganska bra, men vid snabba frekvensändringar (t.ex. vid störningar i elnätet) kommer klockan att avvika.





Om du vill kan jag räkna ut hur mycket en 50 Hz-klocka kan skilja sig från ett atomur över tid baserat på typiska frekvensavvikelser i Norden. Vill du att jag gör det?



Toppen — här kommer en kort, konkret uträkning och förklaring.





Metod (kort): en klocka som räknar cykler från nätet antar 50,00 Hz och tolkar 50 cykler = 1 s. Om den faktiska frekvensen är f Hz så blir felet i sekunder per dag ungefär


\Delta t_{\text{per dag}} = \frac{50 - f}{50}\times 86400\ \text{s}.


(Positivt tal betyder att nätfrekvensen är lägre än 50 Hz → klockan går långsamt; negativt tal betyder frekvens >50 Hz → klockan går för fort.)





Exempel (beräknat exakt):

• f=49{.}98\ \text{Hz} → ≈ +34{.}56 s per dag (klockan går 34,56 s långsammare än atomuret på ett dygn).
• f=49{.}99\ \text{Hz} → ≈ +17{.}28 s per dag.
• f=50{.}001\ \text{Hz} → ≈ −1{.}728 s per dag (klockan går 1,73 s för fort).
• f=50{.}01\ \text{Hz} → ≈ −17{.}28 s per day.
• f=50{.}02\ \text{Hz} → ≈ −34{.}56 s per day.
• Större avvikelser: f=49{.}9\ \text{Hz} → ≈ +172{.}8 s/dag (nästan 2,9 min/dag). f=49{.}5\ \text{Hz} → +864 s/dag (14,4 min/dag).

Tolkning och praktisk betydelse

• Kort sagt: små avvikelser i frekvens ger relativt stora tidfel om de varar länge. En avvikelse på bara 0,02 Hz ger ~34,6 s fel per dygn.
• I praktiken jobbar systemoperatörer (t.ex. Svenska kraftnät) aktivt för att att medelfrekvensen över timmar/dygn ska vara 50,00 Hz — det betyder att positiva och negativa avvikelser normalt kompenseras över tid. Därför blir långtidseffekten för synkronklockor ofta mycket mindre än de värden som visas ovan, även om korttidsfluktuationer kan ge sekunders avvikelse.
• Vid allvarliga störningar kan frekvensen dock avvika mer och då byggs tidfel snabbt upp tills operatören återställer medelfrekvensen.

Vill du att jag:

1. räknar ut felet för en specifik frekvens du sett, eller
2. visar hur snabbt ett frekvensspår (t.ex. sekvens av f-värden över tid) ger total tidfel — om du har data kan du ladda upp det så räknar jag åt dig?

Tack för din hjälp men jag kan räkna ut allt detta själv.
Jag förstår även sambandet mellan nätfrekvens och belastningar mm. Cesiumatomuret i Brauschweig har mer eller mindre byggts av en studiekollega.
Det som är dock intressant att veta är om Svk för överfrekvens för att jämna ut underfrekvens, eler bara försöka återställa till 50.00 Hz när det blir avvikelser. Eftersom min klocka integrerar frekvensen . över en lång tid och ändå saktar sig, utgår jag ifrån att SVK inte kompenserar.

 

[GK100]

Tack för din hjälp men jag kan räkna ut allt detta själv.
Jag förstår även sambandet mellan nätfrekvens och belastningar mm. Cesiumatomuret i Brauschweig har mer eller mindre byggts av en studiekollega.
Det som är dock intressant att veta är om Svk för överfrekvens för att jämna ut underfrekvens, eler bara försöka återställa till 50.00 Hz när det blir avvikelser. Eftersom min klocka integrerar frekvensen . över en lång tid och ändå saktar sig, utgår jag ifrån att SVK inte kompenserar.

Om du gjort ett besök i Råcksta lite längre tillbaks i tiden hade du kunnat se några klockor på kontrollrumsväggen där normal respektive ""synkron" tid visades. Det är därifrån tex Leifs uppfattning kommer om att reglera över tid så att inga större avvikelser förekom. Det finns ju inga fundamentala skäl att göra det men givetvis ok förr med många klockor drivna av synkrona motorer och kanske senare digitala med flankavkännande frekvensmätning som grund. Allt rent historiskt intressant knappast något annat.

 

[tommib]

Jag fotograferade en sådan för 2 veckor sedan från ett kraftverk i mellannorrland, som byggdes under 1'a VK.
[bild]

[bild]

[bild]

På sista bilden syns drivremmen som "rapporterar" verklig hastighet till regulatorn, längre bort på denna axel sitter drivremmen till själva generatorn, som ska ha rätt varvtal för att skapa just 50Hz
Sen går det en axel in i muren också, det är väl den som påverkar något som öppnar för mer vatten om det behövs, eller tvärtom.

Inloggade ser högupplösta bilder

Logga in

Skapa konto

Gratis och tar endast 30 sekunder

Fotar du också gamla kraftstationer på semestern 😀

On topic för tråden är den eleganta armaturen som syns i bakgrunden. I sin ursprungliga inkoppling användes den för infasning av stationen.