Bakit Ginagamit natin ang 50 Hz o 60 Hz na Prewensiya para sa mga Sistemang Paggamit ng Kapangyarihan?

Ang power system ay isang network ng mga komponenteng elektrikal na gumagawa, nagsasalamin, at nagbibigay ng kuryente sa mga end users. Ang power system ay gumagana sa isang tiyak na frequency, na ang bilang ng mga cycle kada segundo ng alternating current (AC) voltage at current. Ang pinakakaraniwang frequencies na ginagamit para sa power systems ay 50 Hz at 60 Hz, depende sa rehiyon ng mundo. Ngunit bakit ang mga frequencies na ito ang ginagamit at hindi iba? Ano ang mga benepisyo at di-benepisyo ng iba't ibang frequencies? At paano naging standard ang mga frequencies na ito? Sasagotin ng artikulong ito ang mga tanong na ito at ipaliwanag ang kasaysayan at teknikal na aspeto ng power system frequency.

Ano ang Power System Frequency?

Ang power system frequency ay inilalarawan bilang ang rate ng pagbabago ng phase angle ng AC voltage o current. Ito ay sinusukat sa hertz (Hz), na katumbas ng isang cycle kada segundo. Ang frequency ng power system ay depende sa bilis ng pag-ikot ng mga generator na gumagawa ng AC voltage. Ang mas mabilis na pag-ikot ng mga generator, mas mataas ang frequency. Ang frequency ay nakakaapekto rin sa performance at disenyo ng iba't ibang electrical devices at equipment na gumagamit o gumagawa ng kuryente.

Paano Nagkaroon ng 50 Hz at 60 Hz Frequencies?

Ang pagpili ng 50 Hz o 60 Hz frequency para sa power systems ay hindi batay sa anumang malakas na teknikal na dahilan kundi sa mga historikal at ekonomiko na kadahilanan. Noong huling bahagi ng ika-19 at unang bahagi ng ika-20 siglo, nang ang mga komersyal na electric power systems ay unang naimpluwensya, wala pang standardization ng frequency o voltage. Ang iba't ibang rehiyon at bansa ay gumagamit ng iba't ibang frequencies na may range mula 16.75 Hz hanggang 133.33 Hz, depende sa kanilang lokal na preferensiya at pangangailangan. Ang ilan sa mga kadahilanan na naimpluwensya ang pagpili ng frequency ay:

• Ilaw: Ang mas mababang frequencies ay nagdudulot ng napapansin na flickering sa incandescent lamps at arc lamps, na malaganap na ginagamit para sa ilaw noong panahong iyon. Ang mas mataas na frequencies ay naging sanhi ng pagbawas ng flickering at pagpapabuti ng kalidad ng ilaw.

• Mga rotating machines: Ang mas mataas na frequencies ay nagpahintulot ng mas maliit at mas magaan na motors at generators, na nagresulta sa pagbawas ng materyales at cost ng transportasyon. Gayunpaman, ang mas mataas na frequencies ay nagdulot din ng pagtaas ng losses at heating sa mga rotating machines, na nagresulta sa pagbawas ng efficiency at reliability.

• Transmission at transformers: Ang mas mataas na frequencies ay nagpataas ng impedance ng transmission lines at transformers, na nagresulta sa pagbawas ng kakayahan ng power transfer at pagtaas ng voltage drop. Ang mas mababang frequencies ay nagbigay ng mas mahaba na distansya ng transmission at mas mababang losses.

• System interconnection: Ang pag-interconnect ng mga power systems na may iba't ibang frequencies ay nangangailangan ng komplikado at mahal na converters o synchronizers. Ang pagkakaroon ng common frequency ay nagpapadali ng system integration at coordination.

Kapag ang mga power systems ay lumaki at nag-interconnect, naging kinakailangan ang standardization ng frequency upang mabawasan ang complexity at mapalakas ang compatibility. Gayunpaman, mayroon ding rivalry sa pagitan ng iba't ibang manufacturers at rehiyon na nais na panatilihin ang kanilang sariling standards at monopolies. Ito ang nagresulta sa split sa dalawang pangunahing grupo: isa na naging pabor sa 50 Hz bilang standard frequency, pangunahin sa Europa at Asya, at isa na naging pabor sa 60 Hz bilang standard frequency, pangunahin sa Hilagang Amerika at bahagi ng Latin America. Ang Japan ay isang exception na gumamit ng parehong frequencies: 50 Hz sa silangan ng Japan (kasama ang Tokyo) at 60 Hz sa kanluran ng Japan (kasama ang Osaka).

Ano ang Mga Benepisyo at Di-Benepisyo ng Iba't Ibang Frequencies?

Wala talagang malinaw na benepisyo o di-benepisyo ng paggamit ng 50 Hz o 60 Hz frequency para sa power systems, dahil parehong frequencies ay may kanilang pros at cons depende sa iba't ibang kadahilanan. Ang ilan sa mga benepisyo at di-benepisyo ay:

• Power: Ang 60 Hz system ay may 20% mas maraming power kumpara sa 50 Hz system para sa parehong voltage at current. Ito ang nangangahulugan na ang mga machines at motors na gumagana sa 60 Hz ay maaaring tumakbo mas mabilis o gumawa ng mas maraming output kumpara sa mga gumagana sa 50 Hz. Gayunpaman, ito rin ang nangangahulugan na ang mga machines at motors na gumagana sa 60 Hz ay maaaring kailangan ng mas maraming cooling o protection kumpara sa mga gumagana sa 50 Hz.

• Size: Ang mas mataas na frequency ay nagpapahintulot ng mas maliit at mas magaan na electrical devices at equipment, dahil ito ay nagpapakitid ng laki ng magnetic cores sa transformers at motors. Ito ay maaaring makapagtipid ng espasyo, materyales, at cost ng transportasyon. Gayunpaman, ito rin ang nangangahulugan na ang mga mas mataas na frequency devices ay maaaring may mas mababang insulation strength o mas mataas na losses kumpara sa mga mas mababang frequency devices.

   

• Losses: Ang mas mataas na frequency ay nagpapataas ng losses sa electrical devices at equipment dahil sa skin effects, eddy currents, hysteresis, dielectric heating, atbp. Ang mga losses na ito ay nagpapabawas ng efficiency at nagpapataas ng heating sa electrical devices at equipment. Gayunpaman, ang mga losses na ito ay maaaring minimizahan sa pamamagitan ng tamang disenyo tulad ng lamination, shielding, cooling, atbp.

• Harmonics: Ang mas mataas na frequency ay nagpapataas ng harmonics kumpara sa mas mababang frequency. Ang harmonics ay mga multiples ng fundamental frequency na maaaring magdulot ng distortion, interference, resonance, atbp., sa electrical devices at equipment. Ang harmonics ay maaaring mabawasan ang power quality at reliability sa power systems. Gayunpaman, ang harmonics ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng filters, compensators, converters, atbp.

Paano Kontrolin ang Power System Frequency?

Ang power system frequency ay kontrolado sa pamamagitan ng balanse sa supply (generation) at demand (load) ng kuryente sa real-time. Kung ang supply ay lumampas sa demand, tataas ang frequency; kung ang demand ay lumampas sa supply, bababa ang frequency. Ang mga deviation sa frequency ay maaaring makaapekto sa stability at security ng power systems, pati na rin sa performance at operation ng electrical devices at equipment.

Upang panatilihin ang frequency sa loob ng acceptable limits (karaniwang ±0.5% paligid ng nominal value), ang power systems ay gumagamit ng iba't ibang metodos tulad ng:

• Time error correction (TEC): Ito ay isang paraan upang ayusin ang bilis ng mga generator nang periodic upang kumorekta sa anumang nakumpol na time error dahil sa frequency deviations sa mahabang panahon. Halimbawa, kung ang frequency ay nasa ilalim ng nominal para sa mahabang panahon (hal. dahil sa mataas na load), ang mga generator ay magpapabilis ng kaunti upang bumawi sa nawalang oras.

• Load-frequency control (LFC): Ito ay isang paraan upang ayusin ang output ng mga generator nang automatic upang tugunan anumang pagbabago sa load sa loob ng isang tiyak na lugar o zone (hal. isang estado o isang bansa). Halimbawa, kung ang load ay biglang tumataas (hal. dahil sa pag-switch on ng mga appliances), ang mga generator ay magpapataas ng kanilang output upang panatilihin ang frequency.

• Rate of change of frequency (ROCOF): Ito ay isang paraan upang detekton ang anumang bigla o malaking pagbabago sa frequency dahil sa mga disturbance tulad ng faults o outages sa power systems. Halimbawa, kung ang malaking generator ay biglang natutok offline (hal. dahil sa fault), ang ROCOF ay magpapakita kung gaano kabilis ang frequency ay nagbabago dahil sa event na ito.

• Audible noise: Ito ay isang audible indication ng anumang pagbabago sa frequency dahil sa mechanical vibrations sa electrical devices at equipment tulad ng transformers o motors. Halimbawa, kung ang frequency ay tumaas kaunti (hal. dahil sa mababang load), ang ilang devices ay maaaring gumawa ng mas mataas na pitch na tunog kaysa normal.

Kakulangan

Ang power system frequency ay isang mahalagang parameter na nakakaapekto sa generation, transmission, distribution, at consumption ng kuryente. Ang pagpili ng 50 Hz o 60 Hz frequency para sa power systems ay batay sa historikal at ekonomiko na kadahilanan kaysa teknikal. Parehong frequencies ay may kanilang mga benepisyo at di-benepisyo depende sa iba't ibang kadahilanan tulad ng power, size, losses, harmonics, atbp. Ang power system frequency ay kontrolado sa pamamagitan ng iba't ibang metodos tulad ng TEC, LFC, ROCOF, at audible noise upang tiyakin ang stability at reliability ng power systems at ang performance at operation ng electrical devices at equipment.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.