Kial Ni Uzu 50 Hz aŭ 60 Hz Frekecon por Energiisistemoj?
Enerĝa sistemo estas reto de elektraj komponantoj, kiuj produktas, transdonas kaj distribuas elektron al finaj uzantoj. La enerĝa sistemo funkcias je certa frekvenco, kiu estas la nombro de cikloj por sekundo de la alternanta streĉo (AC) streĉo kaj streĉo. La plej komunaj frekvencoj uzitaj por enerĝaj sistemoj estas 50 Hz kaj 60 Hz, depende de la regiono de la mondo. Sed kial ni uzas ĉi tiujn frekvencojn kaj ne aliajn? Kioj estas la avantaĝoj kaj malavantaĝoj de malsamaj frekvencoj? Kaj kiel ĉi tiuj frekvencoj iĝis normigitaj? Ĉi tiu artikolo respondos ĉi tiujn demandojn kaj klarigos la historion kaj teknikajn aspektojn de la frekvenco de la enerĝa sistemo.
Kio estas Frekvenco de Enerĝa Sistemo?
La frekvenco de la enerĝa sistemo estas difinita kiel la rapido de ŝanĝo de la fazangulo de la AC streĉo aŭ streĉo. Ĝi estas mezurata en hercoj (Hz), kiu egalas unu ciklon por sekundo. La frekvenco de la enerĝa sistemo dependas de la rotaciara rapido de la generiloj, kiuj produktas la AC streĉon. Pli rapide rotacias la generiloj, pli alta estas la frekvenco. La frekvenco ankaŭ influas la performadon kaj dizajnon de diversaj elektraj aparatoj kaj ekipaĵoj, kiuj uzas aŭ produktas elektron.
Kiel Aperis la Frekvencoj 50 Hz kaj 60 Hz?
La elektado de 50 Hz aŭ 60 Hz frekvenco por enerĝaj sistemoj ne estas bazita sur forta teknika kaŭzo, sed pli pro historiakaj kaj ekonomiaj faktoroj. En la malnovaj 19-a kaj fruaj 20-a jarcentoj, kiam komerciaj elektraj enerĝaj sistemoj estis disvolvataj, ne estis normigo de frekvenco aŭ voltajo. Diversaj regionoj kaj landoj uzis malsamajn frekvencojn, variante de 16.75 Hz ĝis 133.33 Hz, depende de iliaj lokaj preferoj kaj bezonoj. Iuj el la faktoroj, kiuj influis la elektadon de frekvenco, estis:
Iluminado: Malpli altaj frekvencoj kaŭzis rimarkindan tremoladon en inkandescentaj lampoj kaj arklampoj, kiuj estis larĝe uzitaj por iluminado en tiu tempo. Pli altaj frekvencoj reduktis tremoladon kaj plibonigis la kvaliton de la iluminado.
Rotantaj maŝinoj: Pli altaj frekvencoj permesis pli malgrandajn kaj pli leviĝajn motorojn kaj generilojn, kiuj reduktis materialajn kaj transportajn kostojn. Tamen, pli altaj frekvencoj ankaŭ pliigis perdojn kaj varmon en rotantaj maŝinoj, kio reduktis efikecon kaj fidindecon.
Transdonado kaj transformiloj: Pli altaj frekvencoj pliigis la impedanceton de transdonlinioj kaj transformiloj, kio reduktis la kapablon de potenco transdoni kaj pliigis la voltodifekton. Malpli altaj frekvencoj permesis pli longajn distancojn de transdonado kaj malpli altajn perdojn.
Sistema interligado: Interligado de enerĝaj sistemoj kun malsamaj frekvencoj postulas kompleksajn kaj kostajn konvertilojn aŭ sinkronizilojn. Havi komunan frekvencan faciligis sisteman integriĝon kaj koordinadon.
Kiel la enerĝaj sistemoj etendiĝis kaj interligiĝis, estis bezono por normigo de frekvenco por redukti kompleksecon kaj pliigi kompatibilecon. Tamen, ankaŭ estis rivalo inter diversaj produtantoj kaj regionoj, kiuj volis daŭrigi siajn proprajn normojn kaj monopolojn. Ĉi tio kondukis al divido inter du gravaj grupoj: unu, kiu adoptis 50 Hz kiel la norman frekvencan, ĉefe en Eŭropo kaj Azio, kaj alia, kiu adoptis 60 Hz kiel la norman frekvencan, ĉefe en Nord-Ameriko kaj partoj de Latina Ameriko. Japanio estis escepto, kiu uzis ambaŭ frekvencojn: 50 Hz en orienta Japanio (inkluzive Tokio) kaj 60 Hz en okcidenta Japanio (inkluzive Osaka).
Kioj estas la Avantaĝoj kaj Malavantaĝoj de Malsamaj Frekvencoj?
Ne estas klara avantaĝo aŭ malavantaĝo de uzo de 50 Hz aŭ 60 Hz frekvenco por enerĝaj sistemoj, ĉar ambaŭ frekvencoj havas siajn pro kaj kontraŭ depende de diversaj faktoroj. Iuj el la avantaĝoj kaj malavantaĝoj estas:
Potenco: 60 Hz-sistemo havas 20% pli multan potencon ol 50 Hz-sistemo por la sama voltajo kaj streĉo. Ĉi tio signifas, ke maŝinoj kaj motoroj, funkciantaj je 60 Hz, povas funkci pli rapide aŭ produkti pli grandan eldonon ol tiuj, funkciantaj je 50 Hz. Tamen, ĉi tio ankaŭ signifas, ke maŝinoj kaj motoroj, funkciantaj je 60 Hz, povas bezoni pli da refreskado aŭ protektado ol tiuj, funkciantaj je 50 Hz.
Grando: Pli alta frekvenco permesas pli malgrandajn kaj pli leviĝajn elektrajn aparatojn kaj ekipaĵojn, ĉar ĝi reduktas la grandon de magnetaj kernoj en transformiloj kaj motoroj. Ĉi tio povas savki spacon, materialon kaj transportajn kostojn. Tamen, ĉi tio ankaŭ signifas, ke pli altfrekvencaj aparatoj povas havi pli malaltan izoladforton aŭ pli altajn perdojn ol malaltfrekvencaj aparatoj.
Perdoj: Pli alta frekvenco pliigas perdojn en elektraj aparatoj kaj ekipaĵoj pro skin-effekt, viktaj cirkvitoj, histerezis, dielektrika varmigo, ktp. Ĉi tiuj perdoj reduktas efikecon kaj pliigas varmon en elektraj aparatoj kaj ekipaĵoj. Tamen, ĉi tiuj perdoj povas esti minimumigitaj per uzo de taŭgaj dizajnmetodoj kiel laminado, blindado, refreskado, ktp.
Harmonioj: Pli alta frekvenco produktas pli multajn harmoniojn ol malalta frekvenco. Harmonioj estas obloj de la fundamenta frekvenco, kiuj povas kaŭzi distorton, interferon, resonon, ktp., en elektraj aparatoj kaj ekipaĵoj. Harmonioj povas redukti la kvaliton kaj fidindecon de la enerĝa sistemo. Tamen, harmonioj povas esti atenuitaj per uzo de filtroj, kompensiloj, konvertiloj, ktp.
Kiel Kontrolatas la Frekvenco de la Enerĝa Sistemo?
La frekvenco de la enerĝa sistemo estas kontrolata per balancado de la provizo (produkto) kaj demando (ŝargo) de elektron en reala tempo. Se la provizo superas la demandon, la frekvenco pliiĝas; se la demando superas la provizon, la frekvenco malpliiĝas. Devioj de la frekvenco povas afekti la stabilecon kaj sekurecon de la enerĝaj sistemoj, kaj ankaŭ la performadon kaj operacion de elektraj aparatoj kaj ekipaĵoj.
Por teni la frekvencan en akcepteblaj limoj (ĝenerale ±0.5% ĉirkaŭ la nominala valoro), la enerĝaj sistemoj uzas diversajn metodojn kiel:
Korektado de tempa eraro (TEC): Ĉi tio estas metodo por reguli la rapidon de generiloj periodike por korekti ajnan akumulitan tempaan eraron pro devioj de la frekvenco dum longa periodo. Ekzemple, se la frekvenco estas sub la nominala valoro dum longa tempo (ekz., pro alta ŝargo), generiloj iomete pliigas sian rapidon por kompensi la perditan tempon.
Kontrolo de ŝarg-frekvenco (LFC): Ĉi tio estas metodo por reguli la eldonon de generiloj aŭtomate por kongruigi ajnajn ŝanĝojn en la ŝargo en certa areo aŭ zono (ekz., ŝtato aŭ lando). Ekzemple, se la ŝargo subite pliiĝas (ekz., pro ŝaltado de aparatoj), generiloj akordas sian eldonon laŭeble por teni la frekvencan.
Rapideco de ŝanĝo de frekvenco (ROCOF): Ĉi tio estas metodo por detekti ajnajn subitajn aŭ grandajn ŝanĝojn en la frekvenco pro perturbadoj kiel defektoj aŭ senfunkciigoj en la enerĝaj sistemoj. Ekzemple, se granda generilo subite malŝaltiĝas (ekz., pro defekto), ROCOF indikos kiom rapide la frekvenco ŝanĝiĝas pro ĉi tiu evento.
Aŭdinda bruado: Ĉi tio estas aŭdinda indiko de ajnaj ŝanĝoj en la frekvenco pro mekanikaj vibradoj en elektraj aparatoj kaj ekipaĵoj kiel transformiloj aŭ motoroj. Ekzemple, se la frekvenco iomete pliiĝas (ekz., pro malalta ŝargo), iuj aparatoj povas produkti pli altintonan sonon ol normala.
Konkludo
La frekvenco de la enerĝa sistemo estas grava parametro, kiu afektas la produkton, transdonon, distribuon kaj konsumon de elektron. La elektado de 50 Hz aŭ 60 Hz frekvenco por la enerĝaj sistemoj baziĝas sur historiakaj kaj ekonomiaj kaŭzoj anstataŭ teknikaj. Ambaŭ frekvencoj havas siajn avantaĝojn kaj malavantaĝojn depende de diversaj faktoroj kiel potenco, grando, perdoj, harmonioj, ktp. La frekvenco de la enerĝa sistemo estas kontrolata per diversaj metodoj kiel TEC, LFC, ROCOF, kaj aŭdinda bruado por certigi la stabilecon kaj fidindecon de la enerĝaj sistemoj kaj la performadon kaj operacion de elektraj aparatoj kaj ekipaĵoj.
Deklaro: Respektu la originalon, bonaj artikoloj meritas dissendi, se estas krado kontaktu por forigi.
