Зошто користиме фреквенција од 50 Hz или 60 Hz за системите со енергија?
Електричниот систем е мрежа од електрични компоненти кои генерираат, пренесуваат и дистрибуираат електричество до конечните корисници. Електричниот систем функционира на одредена фреквенција, што е бројот на циклуси во секунда на алтернативна струја (AC) напон и струја. Најзастапени фреквенции за електрични системи се 50 Hz и 60 Hz, в зависност од регионот на светот. Но зошто користиме овие фреквенции а не други? Кои се предности и недостатоци на различните фреквенции? И како станаат стандардизирани овие фреквенции? Овој чланок ќе одговори на овие прашања и ќе објасни историјата и техничките аспекти на фреквенцијата на електричниот систем.
Што е фреквенцијата на електричниот систем?
Фреквенцијата на електричниот систем е дефинирана како количината на промена на фазниот агол на AC напон или струја. Мерата се изразува во херц (Hz), што е еднакво на еден циклус во секунда. Фреквенцијата на електричниот систем зависи од брзината на ротација на генераторите кои произведуваат AC напон. Колку побрзо ротираат генераторите, толку повисока е фреквенцијата. Фреквенцијата исто така влијае и на перформансата и дизајнот на различните електрични уреди и опрема кои користат или произведуваат електричество.
Како се појавија фреквенциите 50 Hz и 60 Hz?
Изборот на фреквенција 50 Hz или 60 Hz за електрични системи не е базиран на некакви силни технички причини, туку на историски и економски фактори. Во крајната декада на 19 векот и почетната декада на 20 век, кога се развијаат комерцијални електрични системи, не постоела стандардизација на фреквенција или напон. Различни региони и земји користеле различни фреквенции, од 16.75 Hz до 133.33 Hz, во зависност од нивните локални преференци и потреби. Некои од факторите кои влијаеле на изборот на фреквенција беа:
Осветлување: Ниски фреквенции причиниле забележливо треперење во инцандесцентни лампи и лукови лампи, кои биле широко користени за осветлување во тоа време. Повисоки фреквенции намалиле треперењето и подобриле качеството на осветлувањето.
Ротациони машини: Повисоки фреквенции дозволиле помали и лесни мотори и генератори, што намалило материјалните и транспортните трошоци. Меѓутоа, повисоки фреквенции исто така зголемиле губитоци и загревувањето во ротационите машини, што намалило ефикасноста и надежноста.
Пренос и трансформатори: Повисоки фреквенции зголемиле импедансијата на преносните линии и трансформаторите, што намалило капацитетот за пренос на моќ и зголемило пад на напон. Ниски фреквенции дозволиле подолги растојанија на пренос и помали губитоци.
Системска поврзувања: Поврзувањето на електрични системи со различни фреквенции бара комплексни и скапи конвертори или синхронизатори. Имачењето на заедничка фреквенција облеснило интеграцијата и координацијата на системот.
Додека електричните системи се ширееа и поврзуваа, постоела потреба за стандардизација на фреквенција за намалување на комплексноста и зголемување на компатибилитетот. Меѓутоа, постоела и ривалитет меѓу различни производители и региони кои сакале да ги одржуваат своите стандарди и монополи. Ова доведе до поделба помеѓу две главни групи: една која прифатила 50 Hz како стандардна фреквенција, главно во Европа и Азија, и друга која прифатила 60 Hz како стандардна фреквенција, главно во Северна Америка и делови од Латинска Америка. Јапонија била изузеток што користела и двата фреквенции: 50 Hz во источна Јапонија (вклучувајќи Токио) и 60 Hz во западна Јапонија (вклучувајќи Осака).
Кои се предности и недостатоци на различните фреквенции?
Не постои јасен предност или недостаток во користењето на 50 Hz или 60 Hz фреквенција за електрични системи, бидејќи и двете фреквенции имаат свои предности и недостатоци во зависност од различни фактори. Некои од предностите и недостатоците се:
Моќ: Системот 60 Hz има 20% повеќе моќ од системот 50 Hz за истиот напон и струја. Тоа значи дека машините и моторите кои работат на 60 Hz можат да работат побрзо или да произведуваат повеќе излез од онаа кои работат на 50 Hz. Меѓутоа, тоа исто така значи дека машините и моторите кои работат на 60 Hz можеби требаат повеќе хладење или заштита од онаа кои работат на 50 Hz.
Големина: Повисоката фреквенција дозволува помали и лесни електрични уреди и опрема, бидејќи намалува големината на магнетните жезли во трансформаторите и моторите. Ова може да спести простор, материјали и трошоци за транспорта. Меѓутоа, тоа исто така значи дека уредите со повисока фреквенција можат да имаат пониска изолационна јачина или повисоки губитоци од онаа со пониска фреквенција.
Губитоци: Повисоката фреквенција зголемува губитоци во електричните уреди и опрема поради кожен ефект, вихротоци, хистерезис, диелектричко загревување итн. Овие губитоци намалуваат ефикасноста и зголемуваат загревувањето во електричните уреди и опрема. Меѓутоа, овие губитоци можат да се минимизираат со користење на правилни техники за дизајн како ламинација, шилтирање, хладење итн.
Хармоници: Повисоката фреквенција произведува повеќе хармоници од пониската фреквенција. Хармониците се множители на основната фреквенција кои можат да причинат искривување, интерференција, резонанса итн., во електричните уреди и опрема. Хармониците можат да намалат качеството и надежноста на електричните системи. Меѓутоа, хармониците можат да се намалат со користење на филтри, компензатори, конвертори итн.
Како се контролира фреквенцијата на електричниот систем?
Фреквенцијата на електричниот систем се контролира со балансирање на понудата (генерирање) и попултот (оптоварување) на електричеството во реално време. Ако понудата надмине попултот, фреквенцијата се зголемува; ако попултот надмине понудата, фреквенцијата се намалува. Одклонувањата на фреквенцијата можат да влијаат на стабилноста и безбедноста на електричните системи, како и на перформансата и операцијата на електричните уреди и опрема.
За да се одржи фреквенцијата во прифатливи граници (обично ±0.5% околу номиналната вредност), електричните системи користат различни методи како:
Корекција на временски грешки (TEC): Овој метод служи за приспособување на брзината на генераторите периодично за коригирање на сè аккумулирани временски грешки поради одклонувања на фреквенцијата над долга период. На пример, ако фреквенцијата е под номинална за долго време (напр. поради висок популт), генераторите ќе се забрзаат лесно за да компензираат изгубеното време.
Контрола на популт-фреквенција (LFC): Овој метод служи за автоматско прилагодување на излезот од генераторите за да се подеси на било какви промени во попултот во одредена област или зона (напр. држава или земја). На пример, ако попултот се зголеми брзо (напр. поради вклучување на апарати), генераторите ќе зголемат нивниот излез соодветно за да се одржи фреквенцијата.
Стап на промена на фреквенцијата (ROCOF): Овој метод служи за детекција на било какви брзи или големи промени на фреквенцијата поради пречки како повреди или прекини во електричните системи. На пример, ако голем генератор излегува од функција неочекано (напр. поради повреда), ROCOF ќе покаже колку брзо се менува фреквенцијата поради тоа настанување.
Аудибилен шум: Овој е аудибилна индикација на било какви промени во фреквенцијата поради механички вибрации во електричните уреди и опрема како трансформатори или мотори. На пример, ако фреквенцијата се зголеми лесно (напр. поради ниски популт), некои уреди можат да произведат високтонски звук од нормалниот.
Заклучок
Фреквенцијата на електричниот систем е важен параметар кој влијае на генерирањето, пренесувањето, дистрибуцијата и потрошувачката страна на електричеството. Изборот на 50 Hz или 60 Hz фреквенција за електрични системи е основан на историски и економски причини, а не на технички. И двете фреквенции имаат свои предности и недостатоци во зависност од различни фактори како моќ, големина, губитоци, хармоници итн. Фреквенцијата на електричниот систем се контролира со различни методи како TEC, LFC, ROCOF и аудибилен шум за да се осигура стабилноста и надежноста на електричните системи, како и перформансата и операцијата на електричните уреди и опрема.
Изјава: Почитувајте оригиналот, добри чланици се заслужуваат да се делат, ако има нарушение на авторските права се јавете за брисање.
