Mfumo wa umeme ni mtandao wa vifaa vya umeme vilivyovipata, kutuma, na kubadilisha umeme hadi wateja. Mfumo wa umeme huo huanza kufanya kwa kasi fulani, ambayo ni idadi ya mzunguko kwa sekunde za umeme wa mzunguko (AC) na kasi. Kasi zinazotumika zaidi kwa mfumo wa umeme ni 50 Hz na 60 Hz, kulingana na eneo la dunia. Lakini kwa nini tunatumia kasi hizi na siyo zingine? Ni faida na madhara gani za kasi tofauti? Na jinsi kasi hizo zikawa kwa undani? Maoni haya yatasaidia kutoa majibu kwa maswali hayo na kuonyesha historia na asili za teknolojia za kasi ya mfumo wa umeme.
Kasi ya mfumo wa umeme inaelezwa kama mara ya mabadiliko ya pembe ya umeme wa mzunguko au kasi. Inamalizika kwa herci (Hz), ambayo ni sawa na mzunguko moja kwa sekunde. Kasi ya mfumo wa umeme hueneza kwa umbali wa mzunguko wa makabila yanayopata umeme wa mzunguko. Makabila yoyote yanayomzunguka haraka, kasi itakuwa juu. Kasi pia huchangia ufanisi na utaratibu wa vifaa vingine vya umeme vinavyotumia au kunyaza umeme.
Chaguo la kasi ya 50 Hz au 60 Hz kwa mfumo wa umeme haijalenga sababu za teknolojia maarufu bali ni kwa sababu za historia na kiuchumi. Katika mwisho wa mwingi wa miaka ya 19 na mwanzo wa miaka ya 20, wakati wa ufundishaji wa mfumo wa umeme wa biashara, hakukuwa na kibao cha kasi au volti. Mikoa na maeneo mbalimbali yalitumia kasi tofauti kutoka 16.75 Hz hadi 133.33 Hz, kulingana na mapendeleo na matarajio yao. Baadhi ya viwango vilivyochangia chaguo la kasi ni:
Taa: Kasi chache zilitengeneza magonjwa katika taa za incandescent na arc, ambazo zilikuwa zinatumika sana kwa ajili ya taa wakati huo. Kasi juu ziligeuza magonjwa na kuboresha ubora wa taa.
Mifano inayozunguka: Kasi juu zilisaidia kutengeneza moto na makabila madogo na vigumu, ambayo zilikurudisha gharama za vifaa na usafiri. Hata hivyo, kasi juu zilongeza upatikanaji na moto katika mifano inayozunguka, ambayo iligeuza ufanisi na uwepo.
Ukosefu na transformers: Kasi juu zilongeza ukosefu wa mitindo ya kutuma na transformers, ambayo iligeuza uwezo wa kutuma umeme na kuongeza ukosefu wa volti. Kasi chache zilisaidia mitindo mrefu na ukosefu wa chini.
Usambazaji wa mfumo: Usambazaji wa mfumo wa umeme wa kasi tofauti unahitaji converters au synchronizers mizizi na magumu. Kasi moja ilisaidia usambazaji wa mfumo na udhibiti.
Kama mfumo wa umeme ulipoongezeka na kusambazika, kulikuwa na hitaji wa kibao cha kasi kurekebisha uzito na kuboresha ustawi. Hata hivyo, kulikuwa na mapambano kati ya wajasiriamali na mikoa waliohitaji kudumisha kibao chao na monopolies zao. Hii ilienda kwa kujenga chanzo cha kasi mbili: moja iliyokubali 50 Hz kama kasi rasmi, kwa kawaida katika Ulaya na Asia, na nyingine iliyokubali 60 Hz kama kasi rasmi, kwa kawaida katika Amerika na sehemu za Latin America. Japan ilikuwa kwa undenge aliyetumia kasi zote: 50 Hz katika mashariki ya Japan (ikiwa Tokyo) na 60 Hz katika magharibi ya Japan (ikiwa Osaka).
Hakuna faida au madhara yenye uhakika ya kutumia kasi ya 50 Hz au 60 Hz kwa mfumo wa umeme, kwa sababu kasi zote zina faida na madhara kulingana na viwango vingine. Baadhi ya faida na madhara ni:
Nishati: Mfumo wa 60 Hz una nishati zaidi ya 20% kuliko mfumo wa 50 Hz kwa volti na kasi sawa. Hii inamaanisha kwamba mifano na moto wenye 60 Hz wanaweza kukua haraka au kutoa zaidi kuliko wale wenye 50 Hz. Hata hivyo, hii pia inamaanisha kwamba mifano na moto wenye 60 Hz wanaweza kuwa na hitaji wa kupunguza moto au kuprotekta zaidi kuliko wale wenye 50 Hz.
Ukubwa: Kasi juu husaidia kutengeneza vifaa vya umeme vidogo na vigumu, kwa sababu hutengeneza ukubwa wa cores magnetic katika transformers na mifano. Hii inaweza kuhifadhi nafasi, vifaa, na gharama za usafiri. Hata hivyo, hii pia inamaanisha kwamba vifaa vya kasi juu wanaweza kuwa na nguvu ya insulation chache au ukosefu wa juu kuliko vifaa vya kasi chache.
Ukosefu: Kasi juu hunongeza ukosefu katika vifaa vya umeme kwa sababu za skin effects, eddy currents, hysteresis, dielectric heating, na kadhalika. Ukosefu huu hutengeneza ufanisi na kuboresha moto katika vifaa vya umeme. Hata hivyo, ukosefu huu unaweza kuridhika kwa kutumia njia sahihi za utaratibu kama lamination, shielding, cooling, na kadhalika.
Harmonics: Kasi juu hupata harmonics zaidi kuliko kasi chache. Harmonics ni mara ya fundamental frequency ambayo zinaweza kutengeneza magonjwa, interference, resonance, na kadhalika, katika vifaa vya umeme. Harmonics zinaweza kuridhika kwa kutumia filters, compensators, converters, na kadhalika.
