В США сеть передает мощность на частоте около 60 Гц. Насколько большое отклонение частоты может выдержать сеть, прежде чем реле сработает и вызовет отключение электроэнергии?

Краткий ответ: диапазон обычно поддерживается в пределах ± 0,5%, поэтому он составляет от 59,7 Гц до 60,3 Гц для сетки 60 Гц.

Длинный ответ: частота жестко регулируется, потому что именно так контролируется общая нагрузка в сети. Если происходит переход на более низкие частоты, это обычно означает короткое замыкание вблизи крупной электростанции или концентратора. Так что скоро выпадет. Затем обычно происходит убегание к более высоким частотам из-за сброса нагрузки. Таким образом, ситуация обостряется очень быстро, если в сети много электростанций мощностью гигаватт. А ты этого не хочешь.

В слабых сетях, наоборот, частота может сильно качаться. Страны Восточной Европы обычно допускают от 47 Гц до 53 Гц. Это приемлемо, если есть всего несколько электростанций и несколько крупных потребителей. То же самое для аварийных генераторов и изолированных сетей на островах.

Что ограничивает частоту вниз, так это преобразование мощности в трансформаторах и двигателях переменного тока. Чем ниже частота, тем ниже должно быть первичное напряжение, чтобы не перевозбуждать железные детали магнитными полями. Таким образом, существенное падение частоты также должно сопровождаться падением напряжения, что и делается в слабых сетях, чтобы обеспечить более низкие частоты.

Меня может поправить кто-то, кто лучше разбирается в управлении сетью, но это может помочь рассмотреть это под другим углом: что вызывает падение частоты?

Как правило, ответ заключается в том, что потребляемая мощность превышает возможности комбинированного генератора. Это означает, что потребляется чрезмерный ток. Поскольку генерация распределяется по сети, вполне вероятно, что один генератор где-то будет иметь высокую локальную нагрузку, превышающую уставку срабатывания его автоматического выключателя, особенно если это небольшой генератор. После этого отключения другие пытаются взять на себя нагрузку, и может произойти каскад отключений.

Если отключение нагрузки происходит до отключения, то очевидно, что потребление снизится, и частота может поддерживаться с допустимыми пределами частоты.

Частота, как правило, может немного падать во время пикового спроса, а затем немного превышать номинальную во время внепиковой нагрузки, чтобы поддерживать правильность общих циклов в день, чтобы синхронные часы оставались в пределах минуты или около того от правильного времени в течение многих, многих лет.