Prečo je v elektroenergetike zvolený frekvenčný štandard 50 Hz

Prečo boli dodnes vybrané a stále akceptované frekvencie 50 a 60 Hz v energetickom priemysle na prenos a distribúciu elektriny? Už ste o tom niekedy premýšľali? To však vôbec nie je náhodné.

V krajinách Európy a SNŠ sa prijíma norma 220 - 240 voltov 50 Hz, v severoamerických krajinách a USA - 110 - 120 voltov 60 Hz a v Brazílii 120, 127 a 220 voltov 60 Hz. Mimochodom, priamo v USA na výstupe sa niekedy môže ukázať, povedzme, 57 alebo 54 Hz. Odkiaľ pochádzajú tieto čísla?

Poďme sa pozrieť na príbeh, aby sme pochopili túto tému. V druhej polovici 19. storočia vedci z mnohých krajín sveta aktívne študovali elektrinu a hľadali pre ňu praktické aplikácie. Thomas Edison vynašiel svoju prvú žiarovku, čím zaviedol elektrické osvetlenie. Boli postavené prvé elektrárne na jednosmerný prúd. Začiatok elektrifikácie v USA.

Prvé žiarovky boli oblúkové, žiarili elektrickým výbojom horiacim na čerstvom vzduchu, zapáleným medzi dvoma uhlíkovými elektródami. Experti tej doby rýchlo zistili, že oblúk sa stal stabilnejším pri 45 V, avšak pre bezpečné vznietenie bol sériovo zapojený odporový predradník s lampou, na ktorý pri prevádzke lampy kleslo asi 20 voltov.

Takže na dlhú dobu bolo aplikované konštantné napätie 65 voltov. Potom bola zvýšená na 110 voltov, aby bolo možné k sieti súčasne pripojiť dve oblúkové žiarovky.

Edison bol fanatickým podporovateľom DC systémov a Edisonove DC generátory pôvodne fungovali tak, že dodávali 110 V DC spotrebiteľským sieťam.

Ale technológia DC spoločnosti Edison bola veľmi, veľmi nákladná, ekonomicky nerentabilná: bolo potrebné položiť veľa hrubých drôtov a prenos z elektrárne na zákazníka nepresiahol vzdialenosť niekoľkých stoviek metrov, pretože prenosové straty boli obrovské.

Neskôr bol zavedený trojvodičový 220 voltový jednosmerný systém (dve paralelné vedenia po 110 V), ale situácia týkajúca sa účinnosti takéhoto prenosu sa výrazne nezlepšila.

neskôr Nikola Tesla Vyvinul svoje vlastné, úplne inovatívne alternátory a predstavil nákladovo efektívny systém prenosu elektriny pri vysokých napätiach niekoľko tisíc voltov a elektrina sa mohla prenášať tisíce metrov, prenosové straty sa desaťkrát znížili. Jednosmerný prúd Edisona nemohol obstáť v súťaži s Teslovým striedavým prúdom.

Transformátory na železe znížili vysoké napätie na 127 voltov v každej z troch fáz a dodávali ho spotrebiteľovi vo forme striedavého prúdu. Počas prevádzky alternátorov poháňaných parou alebo padajúcou vodou sa ich rotory otáčali frekvenciou 3 000 ot / min a ešte viac.

To umožnilo žiarovkám neblikať, asynchrónne motory bežali normálne, vydržali menovité otáčky a transformátory prevádzali elektrinu, zvyšovali a znižovali napätie.

Medzitým v ZSSR napätie sietí až do 60. rokov zostalo na úrovni 127 voltov, potom sa s rastom výrobných kapacít zvýšilo na 220 voltov, ktoré teraz poznáme.

Dolivo-Dobrovolsky, podobne ako Tesla, ktorý študoval možnosti striedavého prúdu, navrhol použitie sínusového prúdu na prenos elektrickej energie a navrhol nastavenie frekvencie v rozsahu od 30 do 40 Hz. Neskôr konvergovali na 50 hertzoch v ZSSR a na 60 hertzoch v USA. Tieto frekvencie boli optimálne pre AC zariadenia, ktoré pracovali v mnohých továrňach.

Frekvencia rotácie bipolárneho alternátora je 3000 alebo maximálne 3600 otáčok za minútu a počas generovania dáva iba frekvencie 50 a 60 Hz. Pri normálnej prevádzke alternátora by frekvencia mala byť najmenej 50 - 60 Hz. Priemyselné transformátory ľahko prevádzajú striedavý prúd danej frekvencie.

Dnes je v zásade možné zvýšiť frekvenciu prenosu elektrickej energie na mnoho kilometrov, a tak ušetriť na materiáloch vodičov v energetických prenosových vedeniach, infraštruktúra však zostáva prispôsobená špecificky na prúdovú frekvenciu 50 Hz, pôvodne bola navrhnutá po celom svete, generátory v jadrových elektrárňach rotujú s rovnakou rýchlosťou pri rýchlosti 3 000 ot / min majú stále rovnaký pól. Preto je úprava systémov výroby, prenosu a distribúcie energie otázkou vzdialenej budúcnosti. To je dôvod, prečo 220 voltov 50 hertzov zostáva naším doterajším štandardom.

Comments

[#1]

Dobré popoludnie
Ďakujem za článok. Zaujala ma táto otázka a dnes som dostal vyčerpávajúcu odpoveď.
Existuje však niekoľko otázok:
Aká náročná je frekvenčná transformácia?
Prečo „celosvetovo“, ak sa európske a americké normy líšia?
A nakoniec, existuje veľa napájacích zdrojov pri 50/60 Hz. Ktorý elektrický spotrebič ešte nemôže mať dvojaký meter?

[#2]

V zásade je všetko v poriadku, ale ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že nie je ekonomicky možné prenášať striedavý prúd so zvýšenou frekvenciou na dlhé vzdialenosti v dôsledku strát spôsobených kapacitnou zložkou elektrických vedení, bolo by to prijateľnejšie vysvetlenie. Zníženie frekvencie opäť znamená značné náklady spojené so zvýšením veľkosti a samozrejme náklady na materiál pri výrobe zariadenia.

[#3 hosť]

Všetko z toho, že nebolo možné zvýšiť napätie na prenos energie na veľké vzdialenosti - transformátory pracujú na striedavý prúd. V tom čase to bolo jediné správne rozhodnutie.

[#4]

Pokiaľ ide o Dolivo-Dobrovolského --- tento „inžinier-inovátor“ pracoval pre Edisona, ktorý ukradol (neplatil) Teslove patenty na časť vybavenia dvojfázového systému striedavého prúdu .... zatiaľ čo Tesla sám hrozil vážnym súdom ... Edison videl ako peniaze plynuli do spoločnosti Westinghouse (zlepšovacie práce pokračovali), neprišli s ničím lepším a patentovali trojfázový súčasný systém ..... s najprimitívnejšími úpravami dvojfázového systému. Dolivo-Dobrovolsky vykonal úpravy, ktoré stoja všetko presne 30% na spotrebný materiál a absolútne žiadny prínos okrem mimoriadnej zložitosti vodiča a dizajnu. Urobilo sa to v Európe, kde bolo málo jednosmerných vedení pre dva vodiče, na rozdiel od Ameriky, kde už boli všade a Tesla vyvíjal dvojfázový systém so zemou iba na účely ich použitia.

[#5 Alex gal]

„Pri normálnej prevádzke alternátora musí byť frekvencia najmenej 50 - 60 Hz.“

Prečo je to tak? Generátor nezaujíma, akú frekvenciu dá.

Článok hovorí veľa správne, v úplnej zrozumiteľnosti nie je dôvod, prečo sa používa 50 Hz.

V skutočnosti je však všetko veľmi jednoduché, ale článok to nehovorí. Parné motory v skutočnosti nemôžu pracovať pri rýchlosti 3 000 ot / min, maximálne 100 až 200 ot / min. Pri takej frekvencii prvý z nich pracoval, zvyšovanie rýchlosti pomocou reduktorov pásov. Nebudete tam veľa vychovať.Pretože frekvencia striedavého prúdu priamo závisí od počtu otáčok f = n / 60 pre jeden pár pólov, zatiaľ čo bolo technicky ťažké získať vysoké otáčky, frekvencia sa preto vybrala čo možno najnižšie. A keďže 3000 otáčok za minútu nebolo dosiahnuteľných, zvýšili počet párov pólov generátora. Takýto generátor, napríklad s 8 pólmi, bol postavený už v roku 1878. Vydal 40 Hz z parného motora, za to sa točí až 600 otáčok pomocou reduktora pásu.

To je príklad ťažkosti so získavaním vysokofrekvenčného napájacieho napätia. Teraz prečo nie 30, nie 40, ale 50 alebo 60 Hz.

Všetko je jednoduché. Máte pravdu, že prvými spotrebiteľmi týchto generátorov boli žiarovky. Navrhovaná frekvencia 30 - 40 Hz spôsobovala nepríjemné a nápadné pulzy osvetlenia. Pri 50 Hz boli pulzácie už sotva viditeľné, vyššie - boli ťažkosti so zvyšovaním rýchlosti hriadeľa generátora alebo s technickým návrhom vinutia generátora (počet jeho pólov). Niečo také.

[#6 maxima]

Zvýšenie frekvencie vedie k zvýšeniu strát v kapacite a indukčnosti + rádiové emisie. Len na priamom prúde minimálna strata. Kilohertz drive oh Pochybujem, ako to bude pískať na to bude už 110kV zaujímavé.

[#7 Jnsx]

Ale ideálne pre oči, lepšia frekvencia je 100 Hz? Alebo sa mýlim pri porovnaní frekvencie blikajúceho svetla s frekvenciou monitora. Ale ak žiarovka pri 50 Hz bliká trochu vseravno, potom pri 60 bliká menej a pri 100 Hz bude pekné čisté dokonca svetlo? A celý problém sú náklady?

[#8 Kitaro]

Ako obvykle, každý je uvedený do omylu. Pozrite sa, ako sa znížili nabíjačky fungujúce pri vyšších frekvenciách. Zdroje energie, meniče a ďalšie zariadenia sa znížia zvýšením frekvencie siete. Nielen, že pri určitých frekvenciách človek necíti priechod prúdu cez svoje telo. O možnostiach zvýšených frekvencií môžete povedať oveľa viac ...

[#9 Konoplyov]

Globálne hospodárstvo, a tým aj civilizácia, sa zachráni decentralizáciou a autonómiou výroby energie na úrovni zoskupení 20 - 200 metrov. Súčasne by generátor s výkonom 5 kW nemal byť drahší ako jednoduchý mobilný telefón s tlačidlami, výnimkou je priemyselný spotrebiteľ.

[#10 Ratibor]

Článok od zlého. Len priznajte, že vysoká frekvencia nie je prospešná pre buržoáznych kapitalistov, pretože straty v sieťach zmiznú, ľudia nebudú šokovaní a nebude potrebné budovať jadrové a tepelné elektrárne ani platiť za svetlo. A 50 Hz je veľmi škodlivé pre ľudský mozog, je to fakt. Ľudia by sa mali kúpať v energii a žiť bohato, ale sluhovia javy to neumožňujú.

[#11 Konstantin]

Tento článok nie je o ničom, o hlavnej myšlienke: stalo sa to. Všetky hlavné informácie sú v komentároch ((((
Pridám ešte jednu: v rovinách sa používa zvýšená frekvencia vnútornej siete = 400 Hz, výhoda: kompaktné vybavenie. Mnoho zariadení stále potrebuje konštantný prúd a na usmernenie 400 Hz je potrebných oveľa menej kondenzátorov ako na úpravu 50/60 Hz

[#12 Serjik]

Neporovnávajte spotrebné vybavenie (nabíjanie) a prenosové vedenia. Prenos takého vysokofrekvenčného (stovky kilometrov) napätia na drôty bez akýchkoľvek obrovských strát nebude úspešný.

[#13 Paul]

Frekvencia 50 Hz v elektrických sieťach pre domácnosť bola vybraná pravdepodobne kvôli skutočnosti, že sa všade používali žiarovky a ich tepelná zotrvačnosť umožňuje, aby sa frekvencia aplikovala až do približne 25 Hz (pri nižšej frekvencii sa svetelná pulzácia stane viditeľnou). Toto je dolná hranica. Horná časť súvisí s technickými schopnosťami generátorov.

[#14 anonym]

V skutočnosti vám trojfázový systém umožňuje usporiadať jednoduchý a efektívny elektrický pohon, na rozdiel od jednofázového (nie dvojfázového!), Vyžadujúceho kondenzátory s fázovým posunom a nízku účinnosť.

V letectve sa frekvencia 400 Hz používa v dôsledku prítomnosti konkrétnych spotrebiteľov - horizontov a gyro-vertikálov, ktorých zotrvačníky sa musia otáčať pri vysokej frekvencii, ktorú poskytujú asynchrónne elektrické motory napájané z tejto siete.