Достаточно ли одновременного включения нагрузки в 3 кВт большого количества людей, чтобы вывести из строя электросеть на площади 500 кв. км?

Саботаж электросети — это своего рода отработанная схема: найти узел сети, заложить взрывчатку на столб и снести его (или тому подобное). Сети нет на какое-то время.

А теперь представьте, что эта организация хочет избежать использования взрывчатых веществ и планирует сделать следующее: большая группа колдунов договаривается о включении в своих домах электроприбора большой мощности (скажем, электрической печи или водогрейного котла, потребляющего не менее 3 кВт). ) одновременно, с точностью до секунды.

Является ли это реалистичным планом по отключению сети (по крайней мере) на урбанизированной территории площадью около 500 квадратных километров?

(справочная информация: когда я был в университете во время лекции по выработке электроэнергии, профессор рассказал нам, что в 80-х годах комик во время телепередачи предложил пожаловаться на правительство, выключив телевизор, когда он сказал это сделать Профессор утверждал, что если бы он это сделал, это вызвало бы отключение электроэнергии по всей стране.)

На самом деле не уверен, что вы имеете в виду. Если вы хотите перегрузить сеть, даже базовую распределительную сеть, вы ошибетесь в 100 раз.
Сколько людей переключается на тяжелые нагрузки? Тем не менее, 3 кВт каждый - это ничто. Сети слишком перегружены для этого, за исключением, пожалуй, малонаселенных сельских районов.
А как насчет того, чтобы пойти наоборот, закачивая электричество обратно в систему? Многие дома оснащены солнечными панелями и системами накопления энергии. Если бы эти системы в один момент выбрасывали свое электричество обратно в сеть, это, возможно, привело бы к большому пику, вынуждающему сеть изменить маршрут или отключиться. Вероятно.
Не могу назвать ответ анекдотом, но предположительно, когда «Улица Коронации» была одним из самых популярных телешоу в Великобритании, почти половина населения шла и включала чайник через несколько минут после эпизода. Хотя я никогда не слышал об отключении сети, им приходилось компенсировать это, увеличивая мощность каждый день, прежде чем это закончилось...
@Rycochet - проблема была не в чайниках. Все ходили в туалет, смывали его и включали насосные станции.
@MartinBonner - Только что нашел правильное название для этого - «телевизионный пикап» - en.wikipedia.org/wiki/TV_pickup (включая ссылки) :-)
Захотят ли ваши деревенщины установить в своих домах какой-нибудь специальный прибор — скажем, испорченную стиральную машину, которая потребляет гораздо больше энергии, чем нужно? В нужное время все они активируют именно эту способность. Или, что еще лучше, активируйте его удаленно (ура, Интернет вещей!).
Это уже указано в What-If ?? :-)
Вполне вероятно, что это уничтожит некоторые локальные части сетки. В компании, в которой я работаю, есть одно устройство, которое потребляет около 35 МВт энергии во время работы (обычно оно работает час или два). У нас есть специальный «красный телефон» до ближайшей электростанции, чтобы предупредить их, когда мы планируем его использовать, чтобы избежать этой проблемы — и они могут отказать в разрешении на его запуск, если не справятся с ситуацией. Это всего лишь эквивалентно нескольким тысячам чайников.
@alephzero Из любопытства, что это за устройство? Это роковой гиперлазер, потому что ваш работодатель — сумасшедший ученый?
Если бы сеть могла производить электроэнергию, она бы активировалась за пару секунд. Сеть прекрасно справляется с недостатком мощности. Выключить в то же время было бы сложнее в сети, но я подозреваю, что в надлежащей сети должны быть защитные устройства для сброса электроэнергии.
Как долго он должен быть выключен? Его относительно легко разрушить всплеском спроса, но есть легко запускаемые электростанции (обычно гидроэлектростанции), которые могут очень быстро (за полминуты) удовлетворить спрос. Если вы не превысите то, что они могут обеспечить, заставив сеть запустить более медленные (угольные или даже ядерные), мощность не будет оставаться низкой более чем на минуту.
Похоже, это связано с моим страхом перед кибератакой на устройства IoT («s» в IoT означает «безопасность»): если вы сможете взломать миллионы термостатов и одновременно добавить или разгрузить миллионы блоков переменного тока, это, возможно, может вызвать проблемы.
Имейте в виду, что это не просто однократное увеличение нагрузки, которое вы можете использовать. Если вы можете точно синхронизировать переключение, вы можете делать множество вещей с отражениями, резонансами и т. д.
Я где-то работал с аэродинамической трубой мощностью 60 МВт, поэтому для аналогичной нагрузки вам потребуется более 20 000 котлов. На том же участке были и другие туннели, но не все они использовались одновременно из-за потребности в электроэнергии. На месте также была газотурбинная электростанция, но она все еще требовала согласования с национальной сетью. В основном это было «мы не будем запускать его сейчас, потому что пиковые затраты на электроэнергию намного выше», а не «сеть не справится, если мы запустим ее сейчас». bahg.org.uk/8X8.htm pprune.org/archive/index.php/t-399064.html

Ответы (8)

Да и нет

Вы поверите, что это происходит в предсказуемое время каждый день в Великобритании?

В перерыве после окончания популярных мыльных опер значительный процент населения Великобритании ставит чайник. Общий скачок нагрузки на систему может достигать 3 ГВт, что эквивалентно примерно 1,8 кВт нагрузки на домохозяйство для примерно 1,75 миллиона чайников почти в один и тот же момент 1 .

Это известный фактор, и вы можете настроить свои часы по скачкам напряжения, связанным с ним. Электростанции находятся в режиме ожидания, во Франции высвобождается больше электроэнергии, чтобы покрыть всплеск.

Однако это известный эффект в известное время, и система настроена на то, чтобы справиться с ним. Сброс нагрузки 3GW на национальную сеть без подготовки, скорее всего, приведет к выходу из строя больших участков.

1 источник видео BBC, вероятно, недоступен за пределами Великобритании

«Средняя нагрузка 1,8 кВт на домохозяйство». Я сомневаюсь, что это совершенно точно, как сказано. Потребление среднего чайника может составлять 1,8 кВт, но предположим, что все домохозяйства имеют по одному чайнику и что 60% домохозяйств включают свои чайники; тогда среднее увеличение нагрузки составляет около 1,1 кВт на домохозяйство. А 60%, наверное, много даже для популярной мыльной оперы. 30% может быть более разумным, что будет означать, что отдельные чайники должны потреблять около 6 кВт, чтобы среднее увеличение нагрузки составило 1,8 кВт на домохозяйство . Увеличение нагрузки на 1,8 кВт на домохозяйство, которое включает чайник, является разумным.
@MichaelKjörling, общая цифра 3GW - это цитата инженера по балансировке нагрузки в национальной сети в соответствующем видео BBC. bbc.co.uk/britainfromabove/stories/people/teatimebritain.shtml
Вот почему «земной час», когда все должны отключаться на час, на самом деле имеет очень мало эффекта. Потому что энергетическим компаниям нужно время, чтобы откатиться назад и вернуться к последующему всплеску... это просто не стоит того. Кроме того, во время внезапных периодов спроса они включают электростанции, работающие на жидком топливе, поскольку они НАМНОГО быстрее подключаются к сети ... QED .. EO - пустая трата времени.
@MichaelKjörling: Типичные европейские чайники имеют мощность 3 кВт каждый! (Это большое преимущество 230 В.)
@MartinBonner Ну, чаще 2,5 или 2,8, а не 3, по крайней мере, в .uk. В основном это связано с тем, что 3 кВт составляет около номинального предела для одноблочной розетки, если я правильно помню, поэтому хорошо иметь некоторый запас.
@MartinBonner У меня нет чайника и я не смотрю телевизор, поэтому подозреваю, что в данном случае я не вхожу в целевую аудиторию. :-) (Несколько лет назад у меня был чайник, но я понял, что из-за того, как редко я им пользовался, я мог бы просто использовать микроволновую печь для нагрева воды, поэтому, когда он сломался, я никогда не заменял его.)
@Darael: Мой источник — Amazon.co.uk. Первые несколько обращений к слову «чайник» говорили «3 кВт» или «3000 Вт». Интересно, что во второй раз, когда я искал его, в первых двух результатах было указано 2200 Вт. Нет никакого реального риска в использовании полного номинального тока 13А для чайника — вы оставляете его включенным только на несколько минут за раз.
@MartinBonner мой источник более анекдотичен: большинство чайников, с которыми я сталкивался, были мощностью 2500 Вт или 2800 Вт, хотя пара из них продавалась в Интернете как 3 кВт в тексте «заголовок», даже если фактическое описание давало реальный рейтинг. И да, я знаю, что это не значительный риск, но, похоже, не все производители таковы.
Сейчас это менее распространено, чем раньше, в основном из-за дополнительных телеканалов и роста интернет-телевидения, что сокращает количество людей, смотрящих в прямом эфире и т. д. - en.wikipedia.org/wiki/TV_pickup
@MartinBonner они, вероятно, 3 кВт при старом номинальном напряжении 240 В, что составляет 2,8 кВт при более типичном 230 В. ( Спецификации напряжения Великобритании/ЕС )
Гм, на самом деле, номинальное напряжение изменилось, но если вы достанете AVO и воткнете его в розетку Великобритании, он все равно будет регистрировать 240 В. (Они просто сфальсифицировали ошибки, с которыми должно было работать оборудование, чтобы британские и континентальные напряжения были приемлемыми.)
Для тех, кто не знает: Великобритания раньше была на 240 В, а Европа на 220 В, часть интеграции Великобритании в системы ЕС означает, что теперь мы все на 230 В.
Я не совсем уверен, что эти механизмы не всегда включены (в режиме ожидания) и не сработают практически при любом скоординированном всплеске. Также обратите внимание, что шип можно сделать намного сложнее, переключение чайника происходит в течение многих секунд, а может и минут.
@Separatrix Не совсем, это то, что сказала Марин. Фактические напряжения остались, просто мы их сейчас называем «230В с допустимой погрешностью 10В».
Все, что включается в течение нескольких минут или даже секунд друг от друга, — это не что иное, как координация их всех для включения в одну и ту же наносекунду с помощью дерьма IoT и синхронизации времени GPS.
Видео нельзя воспроизвести, потому что для него требуется Flash Player, а я не позволю ему попасть на мой компьютер.
En.wikipedia.org/wiki/Dinorwig_Power_Station — одна из электростанций, созданных для работы с этим телевизионным пикапом . Эта станция может за секунды отреагировать на любой всплеск. Очень интересное чтение.

Это не должно работать.

  • Во-первых, в квартирах и домах стоят автоматические выключатели. Эти, они могли вывести из строя, но
  • затем у вас есть выключатели снаружи квартир, обычно по одному на секцию здания, например, на лестницу. Если вы попытаетесь нарисовать больше, чем вам разрешено, это разорвет вашу цепь. Но что, если это не достаточно быстро?
  • У вас будут выключатели и средства контроля на трансформаторной подстанции, на сцене, которые преобразуют среднее напряжение в низкое, которое вы используете в своей квартире. Часто это первый шаг, на котором вы можете столкнуться с устройствами активной защиты и управления.

И так далее. Электросеть дальше от конечного пользователя активно управляется и контролируется. Если эти контрмеры не сработают, у вас будет

Каскадный сбой питания

Глядя на примеры, для таких задач нужна гроза, человеческий фактор в настройке системы защиты, программный сбой и т.д.

С другой стороны, в Индии это произошло в 2012 году , как хотите. Каковы были точные условия, никто не знает, но это проявляется в необычно большом потреблении энергии за необычно короткое время. Конечно, электросеть там не была современной, поэтому вам нужно было работать быстрее, сильнее и в целом в большем масштабе, чтобы сделать это в более современной системе. Не могу сказать вам точно, потому что симуляции говорят, что это невозможно, и у нас не так много примеров из реальной жизни, чтобы экстраполировать.

Также произошло примерно в 2000 году, когда Имперский колледж Лондона тестировал свой тера(?)ваттный лазер и вырубил половину Лондона. Я нигде не могу найти цитату, поэтому я не публиковал ее в качестве ответа, но они были подключены напрямую к сети передачи без защиты, которую имеют обычные сети распределения.
@nzaman, но я думаю, что OP не хочет прямого подхода. В любом случае, я включу это... Если и только если я найду достойную статью об этом.
Однако автоматические выключатели в зданиях не имеют значения: предлагаемые 3 кВт соответствуют стандартной мощности предохранителя 13 А в регионах с напряжением 230 В. Сетевые автоматические выключатели (здесь, в Великобритании) обычно на 20–30 А для розеток на одном этаже с автоматическим выключателем на 30 А для электрической духовки / плиты. Если бы я захотел участвовать в нападении на электрическую систему, ограничивающим фактором для меня (и для большинства обычных людей) был бы главный выключатель на 60 А, что составляет почти 14 кВт. Я понятия не имею, на что похожи предохранители/выключатели, например, в США, но они должны обеспечивать значительный поток энергии.
@frodoskywalker не имеет значения, только если они хотят использовать только один / несколько на здание. Когда их много, они все равно спотыкаются.
Прерыватели не срабатывают при изменении потребляемой мощности, а просто превышают лимиты, что довольно сложно сделать в домашних условиях. Если только вы не начнете закорачиваться в точке входа в дом, вместо этого вы сжигаете город дотла.
@ pjc50 Только 3 кВт могут отключить некоторые выключатели в моей квартире. Пара устройств мощностью 3 кВт почти наверняка отключит их (я не могу печь, пылесосить, использовать стиральную машину, посудомоечную машину и использовать ленточную шлифовальную машину одновременно в своей квартире). Слишком много в одном здании приведет к срабатыванию выключателей здания. По крайней мере там, где я живу. Бывает такое, особенно перед праздниками, когда все стирают, пекут и убирают. И у вас есть активные системы мониторинга, которые действительно могут и будут реагировать на изменения.
Наименьшая электрическая служба, встречающаяся в США, составляет 3 кВт. (30 ампер на 110 вольт) Все, что установлено со времен Второй мировой войны, будет иметь мощность не менее 12 кВт, и подавляющее большинство старых установок было заменено. 24 кВт является нормой для нового строительства, а обслуживание 48 кВт не редкость. Чтобы получить 3 кВт в США, вам нужно подключить два или три тостера. Единственная сложность, которую я вижу, это то, что ответвления здесь отключаются на 1,8-2,4 кВт, поэтому вам придется заставить участников идентифицировать и использовать розетки на отдельных ответвлениях.
@DavidC Я не вижу в этом вопросе упоминания о США, а мир намного, намного больше, чем США.
Выше в обсуждении @frodoskywalker задавался вопросом об уровнях слияния в США. Мой комментарий предоставляет эту информацию.
Здесь, в Германии, приложив немного усилий, для среднего дома не должно быть проблем с нагрузкой в ​​40 кВт, а с установками несколько большего размера вы легко получите 60-70 кВт, вам просто нужны подходящие устройства, которые не так сложно достать. из. Также обратите внимание, что прерыватели не срабатывают мгновенно, когда ток превышает предел (поэтому, когда ваш прерыватель срабатывает при подключении чайника мощностью 3 кВт, что-то не так), но когда он превышает это на какое-то время. От выключателя на 16 А я могу получить 20 А в течение нескольких секунд, а может и минут.
@PlasmaHH тоже зависит от выключателей. Есть быстрые. Насколько я помню, те, которые я использую для легких, допускают некоторую «перегрузку», чтобы позволить стартерам работать, а мощные допускают гораздо меньший толчок (потому что, например, духовка не нуждается в таком высоком наддуве при запуске). Но это детали. Если не останавливается на выключателях, то находится на этапах с активными системами управления и защиты. Если, конечно, это не так.
@Mołot: Просто проверьте техническое описание вашего любимого автоматического выключателя. Уровни поездки не точны; всего лишь при 50% перегрузке тепловое отключение даже для быстрых может варьироваться от 10 до 120 с для одной и той же модели.
@frodoskywalker Маленькие дома обычно имеют мощность 12 кВт, средние — 24 кВт.
@nzaman Я называю это быком. Magpie, который находится в лаборатории Blackett, производит пиковую мощность в тераваттном диапазоне. Он подключается к электрической сети с помощью стандартной вилки BS1363 на 13 ампер. Последнее, что я проверял, Блэкетт напрямую не подключен к сети.
@Aron: Слухи от кого-то, кто в то время работал на физическом факультете; как я уже сказал, я не мог найти никаких цитат

Каскадные сбои — это не шутки: https://en.wikipedia.org/wiki/Northeast_blackout_of_2003

Так как же мы могли его спроектировать? Насколько велика площадь в 500 квадратных километров ? Сколько человек вовлечено в это? Это примерно треть Лондона или два Бирмингема. Допустим, у вас есть 2 млн человек. Пиковое потребление в Великобритании составляет примерно 1 кВт на человека, поэтому ваш город использует 2 ГВт или половину Drax.

Вы хотите сорвать это.

Какая мощность-дельта требуется? Скажем, 10%. Для этого потребуется, чтобы 67 000 человек включили устройства мощностью 3 кВт. Мне кажется, что это довольно много людей, которым достаточно легко участвовать в более прямом действии.

Изменить: обратите внимание, что вам не обязательно включать их все . Если вы можете отключить достаточное количество нагрузки одновременно («сброс нагрузки»), это приведет к тому, что местное напряжение превысит пределы на короткое время и отключит подстанции, что приведет к еще большему сбросу нагрузки.

Если у вас есть действительно хороший контроль над временем включения/выключения, вы можете попробовать осциллировать. Использовать резонанс LC в крупнейшей ЛЭП, ведущей в город?

500 квадратных километров - это маленький город... или, по крайней мере, мой город меньше этого. Итак, я искал в архивах новостей случаи отключения электроэнергии из-за перегрузки местной электростанции...

Я нашел один такой случай: это произошло во время испытаний, из-за которых силовая установка работала на четверть своей мощности. Во время теста не удалось подключиться к другой электростанции, в результате чего все потребности остались на местной электростанции. Система действительно отключилась автоматически. Через 20 минут электричество было восстановлено.

Таким образом, нормальный спрос был слишком велик для четверти мощности этой единственной электростанции, когда не было подключения к другим электростанциям для резервного копирования.

Условия для этого сбоя очень маловероятны... ожидается, что электростанция будет иметь достаточную мощность для обеспечения любого обозримого пика спроса, и, во-вторых, даже если она не сможет справиться с мощностью, она должна быть в состоянии получать энергию от источника. остальная часть национальной сети.

Таким образом, даже если вам удастся умножить потребление домов и зданий в городе (что затем приведет к выходу из строя местных автоматических выключателей, а не всего городского района), так что вы можете вызвать пиковое потребление энергии сверх его возможностей. электростанция должна иметь возможность полагаться на остальную часть национальной сети (которую вы не саботировали).

Возможно, но были бы более простые способы в таком маленьком масштабе.

Как упоминает Молот, реальную угрозу представляют каскадные отключения электроэнергии. Однако они обычно касаются гораздо больших площадей. Вот пример из Европы, 4 ноября 2006 года.

Дневная энергия ветра чуть не сдула Европу .

Так что если ваш саботажник все правильно рассчитывал, желательно, когда условия были экстремальными с точки зрения нагрузки и когда больших изменений не ожидается, то да... если они взломали каждый "умный" дом и например внезапно отключили основной выключите питание в домах, затем снова включите их, и тогда они, возможно, спровоцируют сбой.

Но 500 квадратных километров — это квадрат со стороной около 22 км или круг диаметром 25 км. Это не очень большая площадь. И, вероятно, было бы довольно легко просто отключить проблемные участки сети, восстановив питание других довольно быстро, не более чем за 15 минут или около того.

Однако...

Так как территория довольно маленькая, диверсантам было бы легко просто нанести на карту входящие линии электропередач. Если в рассматриваемой области нет местного производства электроэнергии, атака на линии электропередач приведет к переключению выключателя на всю область. Это можно сделать, обрушив башни — даже если вы сказали «без взрывчатки», есть и другие способы — или набросив на них цепь или что-то подобное, чтобы вызвать массовое короткое замыкание.

Думаю, идея заключалась в том, чтобы не делать ничего явно противозаконного.
@PaŭloEbermann Саботировать критически важную инфраструктуру ради таких сбоев очень незаконно. «Да, но мы только щелкали выключателями» — это не оправдание. Намерение и результат - это все, что вам здесь нужно... и - та-да!! - Вы только что совершили диверсию.
@MichaelK Может быть неудобно преследовать людей за приготовление чая. Кроме того, вероятно, намного легче уговорить людей щелкнуть выключателем, чем разбить что-нибудь.
@notstoreboughtdirt Неважно: это все равно саботаж, а зачинщиком являетесь вы. Не только это, но и уговорив на это тысячи людей, вы создали тысячи свидетелей. И поскольку далеко не всем нравится идея, что какие-то фанбои Анонимусов играют в линчевателей в их районе, отключая их питание, это, в свою очередь, означает, что полиция, вероятно, будет заранее предупреждена о вашей уловке, как и энергокомпания. Общее правило: вероятность того, что вы сохраните тайну, обратно пропорциональна квадрату числа людей, о ней знающих.

Это не только возможно , это уже происходит . (там две разные ссылки). Я предполагаю, что вы не живете в восточной сети США, где летом случаются веерные отключения/отключения электроэнергии.

Это реальная опасность, особенно там, где я живу.

И почему? Потому что правительство установило их почти во всех домохозяйствах в рамках своей «Кампании по управлению жилой нагрузкой».
По сути, это дистанционно управляемый переключатель для электрических водонагревателей «Гейзеры», от которых зависит горячая вода каждого домохозяйства. Это позволяет энергетической компании дистанционно включать и выключать водонагреватели с помощью сигналов, распространяемых по линиям электропередач, питающим эти устройства.

Итак, у вас есть около 17 миллионов домохозяйств, подключенных к одной (государственной) электросети. Каждое домашнее хозяйство имеет электрическое устройство мощностью 3600 Вт (около 6000 Вт), которое можно дистанционно активировать одним сигналом от энергетической компании.

Выключение их всех на пару часов (чтобы они остыли и были ниже температуры своего термостата), а затем включение их всех одновременно приведет к тому, что сеть мгновенно потребует 61 гигаватт мощности.
В сети, которая имеет общую мощность производства электроэнергии по всем источникам 58 ГВт.
Нормальная рабочая нагрузка ближе к 34-36 ГВт.

Представьте, если бы какой-нибудь хакер включил все эти устройства одновременно!

3 кВт на домохозяйство - это немного, я не думаю, что это приведет к отключению электроэнергии на большой площади. Это может привести к тому, что некоторые пограничные трансформаторы перестанут работать. Для справки 3кВт это пылесос и фен, работающие одновременно (может быть плюс пара лампочек). Если вы уже не используете пару других устройств, потребляющих 3 кВт, вам не повезло. Если вы хотите перегрузить систему, вам следует позаботиться о том, чтобы включить все, с чем мог справиться взлом, не обязательно одновременно. Если сеть хорошо подключена и событие локальное, система может остаться в рабочем состоянии, или вы можете отключить довольно большие ее участки, а не только близлежащую область.

Достаточно ли одновременного включения нагрузки в 3 кВт большого количества людей, чтобы вывести из строя электросеть на площади 500 кв. км?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v