Кернеуді төмендетудің қуат жүйесіне әсері және оның салдары

Кіріспе

Қарапайым кедергілік тізбекте, кедергідегі кернеудің азаюы тізбек бөліп шығаратын қуаттың азаюына себеп болады.

Электр желісі

Электр желілері осы негізгі қағиданың электр желілері мен олардың тұтынушыларына айтарлықтай ақша үнемдеуге мүмкіндік беретінін анықтады. Желілер өздерінің қуат сұранысының ең жоғары деңгейін тарату жүйесіндегі кернеуді төмендету арқылы азайта алады. Желілердің қуат сұранысы ұсыныстан асып түсетін жағдайға жеткенде, олардың екі ғана мүмкіндігі бар: басқа желіден қуат сатып алу (әдетте қымбат бағамен) немесе сұранысты азайту. Көбінесе желілер тұтынушылардың кондиционерлерін, су жылытқыштарын және бассейн насостарын сұранысты азайту үшін өшіру үшін жүктеме басқару жүйелерін қолданады. Кернеуді төмендету – тұтынушы білмейтін сұранысты азайтудың тағы бір жолы. Алайда, жүктеменің тек кедергілік бөлігі ғана жиынтық сұранысты азайту үшін кернеудің төмендеуіне жауап береді. Мысалы, шамдар мен жылытқыш спиральдары кернеу төмендеген сайын аз қуат пайдаланады. Ал индукциялық моторлар кернеудің төмендеуіне әсер етпейді, себебі ток энергия тұтынудың өзгеруін немесе тіпті сәл өсуін өтеу үшін көтеріледі. Ток көтерілуі моторларға зиянды, өйткені олар қызып жұмыс істейді. Сонымен қатар, бірдей жұмысты атқару үшін моторлар ұзақ жұмыс істеуі керек. Мысалы, егер тоңазытқыш номиналды кернеуде 35% жұмыс циклымен жұмыс істесе, төменгі кернеуде оның жұмыс циклы 40%-ға дейін ұлғаюы мүмкін. Қызып жұмыс істеу және ұзақ жұмыс істеу моторлардың қызмет ету мерзімін қысқартады. Тіпті кейбір кедергілік жүктемелер де тек қысқа мерзімді пайда әкеледі. Кернеуді төмендетуде қуаттың әртүрлілігі деп аталатын құбылыс рөл атқарады және кейде оның әсерін күшін жоя алады. Қуаттың әртүрлілігін мысалмен түсіндіру оңай. Сіздің ауданыңыздағы үйлердің барлық су жылытқыштары бір уақытта қосылған болуы мүмкін емес. Әсіресе, ыстық суды көп пайдаланбайтын уақытта (таң мен кешкі душ уақытында), сіздің су жылытқышыңыз қосылғанда, көршіңіздің жылытқышы сөнген болуы мүмкін. Бұл жүктемелердің таралған және бір-бірімен сәйкес келмейтін сипатына байланысты, жиынтық ең жоғары деңгей салыстырмалы түрде тұрақты болып қалуы мүмкін. Алайда, егер кернеу су жылытқыштардағы барлық кедергілік элементтерге төмендетілсе, олар суды бұрынғыдай жылдам қыздыра алмайды. Кернеуді төмендеткен кезде қуат сұранысының дереу төмендеуі байқалатын болса да, уақыт өте келе термостатқа орнатылған су температурасына жету үшін су жылытқыштар ұзақ уақыт бойы қосылуы керек болады. Осылайша, бір уақытта қосылған су жылытқыштардың саны артады. Бұл жиынтық ең жоғары деңгейдің айтарлықтай өсуіне әкеледі. Сондықтан термостатпен басқарылатын кедергілік жүктемелерге қатысты кернеуді төмендетудің пайдасы қысқа мерзімді болуы мүмкін және кейде жиынтық жүктеме сұранысын арттыруы мүмкін. Керісінше, кернеуді арттыру кедергілік жүктемелердің қуат сұранысын арттыруы мүмкін. Термостатпен басқарылатын кедергілік жүктемелер әртүрлі реакция жасайды, бірақ тұтынушыға жоғары кернеудегі шамды қосу төменгі кернеудегіден қымбатқа түсетіні анық. Бұл тұтынушы күңгірт жарыққа қанағаттанса ғана дұрыс, әйтпесе тұтынушы шамдарды жеткілікті жарық беру үшін жоғары ваттты шамдармен ауыстыра алады. Қазіргі заманғы көптеген шамдар, соның ішінде LED шамдары да диммерленеді. Сондықтан төменгі кернеуде диммер жоғары, ал жоғары кернеуде төмендетіледі, нәтижесінде шам бірдей люменді шығарады, сондықтан энергия үнемделмейді. Энергияны үнемдеу үшін кернеуді төмендету әдістемесін суды үнемдеу үшін су қысымын төмендетумен салыстыруға болады. Кір жуу машинасы да дәл осы деңгейге дейін толтырылады, тек уақыты ұзаққа созылады; унитаз резервуары да дәл осы деңгейге дейін толтырылады және т.б. Қысымның маңыздылығы жоқ, тұтынушы қажетті нәтижеге жету үшін барлық қажетті суды пайдалануы керек. Қысқа мерзімде үнемделеді, өйткені газон жеткілікті сумен суарылмайды, бірақ клиент мұны байқап, төмен қысымды өтеу үшін клапандарды, суару ұзақтығын немесе бүркіткіш басының санын реттейді.

Electric utilities have discovered that this basic principle can save utility companies, and their customers, a significant amount of money. Utilities are able to shave the peak of their power demand curves by reducing the voltage across their distribution system. When a utility reaches a point where power demand is expected to exceed supply, utilities only have two options. Either purchase power from another utility, usually at substantial prices, or reduce demand. Often utilities use load management systems to turn off customers' air conditioners, water heaters, and pool pumps to reduce demand. Voltage reduction has become another option for utilities to reduce demand—typically unbeknownst to the customer. However, only the resistive portion of the load responds to the reduction in voltage to reduce aggregate demand. Loads such as incandescent lights and heater coils will use less power as the voltage is lowered. On the other hand, induction motor loads are unaffected by the reduction in voltage, because the current simply rises to account for no change or even a slight increase in power consumption. Current rise is detrimental to motors, since they run hotter. Also, to accomplish the same work the motors have to run longer, for example, if a refrigerator is running at 35% duty cycle at nominal voltage, at lower voltage its duty cycle may increase to 40%. Running hotter and running longer shortens the service longevity of motors. Even some resistive loads provide only short term benefits. A phenomenon known as load diversity plays a role in voltage reduction and can counteract its effects on occasion. The concept of load diversity can most easily be explained with an example. In your neighborhood, it is unlikely that all of the homes' water heaters are on at the same time. Particularly during non hot water usage hours (morning and evening showers), when your hot water heater is on, your neighbor's may be off. Due to the distributed and noncoincident nature of these loads, the aggregate peak can remain relatively constant. However, if the voltage is reduced to all of the resistive elements in the water heaters, the elements will not be able to heat the water as quickly. While an immediate reduction in the power demand will be recognized upon initiating voltage reduction, over time water heaters will need to be on longer to achieve the thermostat set water temperature. Thus, more water heaters will be on at the same time. This will cause the aggregate peak to increase substantially. Therefore, with respect to thermostat controlled resistive loads, the benefits of voltage reduction can be short lived, and may occasionally end up increasing the aggregate load demand. Conversely increasing the voltage may increase power demand from the resistive loads. Again, the thermostat controlled resistive loads will react differently, but it is clear that it will cost a customer more to turn on that incandescent reading lamp with higher voltage than it would at a lower voltage. Of course this is assuming that the customer is satisfied with dimmer light, otherwise the customer can replace the light bulbs with ones of higher wattage to provide sufficient lighting. In today's modern world many light fixtures, including the ones with LED type bulbs, are dimmable. Therefore at lower voltage the dimmer will be turned up and at higher voltage it will be turned down, resulting in the same lumens being generated by the light fixture, hence no energy savings will take place. A good comparison of methodology of lowering the voltage to save energy is to draw a parallel with lowering the water pressure to save water. The washing machine will have to fill to the same level, it will just take longer; the toilet tank will fill to the same level, etc. Irrelevant of the pressure the customer will have to use all the necessary water to get the desirable results. There will be short term savings because the lawn will not get sufficiently watered, but the customer will eventually notice this and will adjust the valves, watering duration or the number of sprinkler heads to compensate for the lower pressure.