Bakit Ginagamit Ang 50 Hz o 60 Hz na Prewensya Para sa mga Sistema ng Kapangyarihan?

Ang sistemang pang-enerhiya ay isang network ng mga komponenteng elektrikal na lumilikha, sumasakay, at nagbibigay ng kuryente sa mga end users. Ang sistemang pang-enerhiya ay gumagana sa isang tiyak na porsyento, na ang bilang ng mga siklo kada segundo ng alternating current (AC) voltaje at kuryente. Ang pinaka-karaniwang porsyentong ginagamit para sa mga sistemang pang-enerhiya ay 50 Hz at 60 Hz, depende sa rehiyon ng mundo. Pero bakit ginagamit natin ang mga porsyentong ito at hindi iba? Ano ang mga benepisyo at di-benepisyo ng iba't ibang porsyento? At paano naging standard ang mga porsyentong ito? Sasagotin ng artikulong ito ang mga tanong na ito at ipaliwanag ang kasaysayan at teknikal na aspeto ng porsyento ng sistemang pang-enerhiya.

Ano ang Porsyento ng Sistemang Pang-enerhiya?

Ang porsyento ng sistemang pang-enerhiya ay inilalarawan bilang ang bilis ng pagbabago ng phase angle ng AC voltaje o kuryente. Ito ay sinusukat sa hertz (Hz), na katumbas ng isang siklo kada segundo. Ang porsyento ng sistemang pang-enerhiya ay depende sa bilis ng pag-ikot ng mga generator na lumilikha ng AC voltaje. Ang mas mabilis na pag-ikot ng mga generator, ang mas mataas ang porsyento. Ang porsyento ay nakakaapekto rin sa performance at disenyo ng iba't ibang electrical devices at equipment na gumagamit o lumilikha ng kuryente.

Paano Lumitaw ang 50 Hz at 60 Hz Frequencies?

Ang pagpipili ng 50 Hz o 60 Hz frequency para sa mga sistemang pang-enerhiya ay hindi batay sa anumang malakas na teknikal na dahilan kundi sa mga historical at economic factors. Noong huling bahagi ng ika-19 at unang bahagi ng ika-20 siglo, kung kailan ang mga komersyal na sistema ng elektrikong lakas ay binuo, wala pang standardization ng porsyento o voltaje. Ang iba't ibang rehiyon at bansa ay gumagamit ng iba't ibang porsyento na may saklaw mula 16.75 Hz hanggang 133.33 Hz, depende sa kanilang lokal na preferensiya at pangangailangan. Ang ilan sa mga factor na naimpluwensyahan ang pagpipili ng porsyento ay:

• Iliwanag: Ang mas mababang porsyento ay nagdudulot ng napansin na flickering sa incandescent lamps at arc lamps, na malaganap na ginagamit para sa ilawan noong panahong iyon. Ang mas mataas na porsyento ay binawasan ang flickering at naimprove ang kalidad ng ilawan.

• Rotating machines: Ang mas mataas na porsyento ay nagpayaman ng mas maliit at mas magaan na motors at generators, na binawasan ang cost ng materyales at transportasyon. Gayunpaman, ang mas mataas na porsyento ay dinadagdagan din ang mga pagkawala at pag-init sa mga rotating machines, na binawasan ang epektibidad at reliabilidad.

• Transmission at transformers: Ang mas mataas na porsyento ay dinadagdagan ang impedance ng transmission lines at transformers, na binawasan ang kakayahan ng power transfer at dinadagdagan ang voltage drop. Ang mas mababang porsyento ay pinahintulutan ang mas mahabang transmission distances at mas mababang pagkawala.

• System interconnection: Ang pagkonekta ng mga sistemang pang-enerhiya na may iba't ibang porsyento ay nangangailangan ng komplikado at mahal na converters o synchronizers. Ang pagkakaroon ng common frequency ay pinadali ang system integration at coordination.

Kapag ang mga sistemang pang-enerhiya ay lumaki at konektado, may kinailangan ng standardization ng porsyento upang bawasan ang complexity at taas ang compatibility. Gayunpaman, may rivalry din sa pagitan ng iba't ibang manufacturers at rehiyon na nais na panatilihin ang kanilang sariling standards at monopolies. Ito ay nagresulta sa isang split sa dalawang pangunahing grupo: isang grupo na tumanggap ng 50 Hz bilang standard porsyento, pangunahin sa Europa at Asya, at isa pang grupo na tumanggap ng 60 Hz bilang standard porsyento, pangunahin sa Hilagang Amerika at bahagi ng Latin America. Ang Japan ay isang exception na gumamit ng parehong porsyento: 50 Hz sa silangang Japan (kasama ang Tokyo) at 60 Hz sa kanlurang Japan (kasama ang Osaka).

Ano ang mga Benepisyo at Di-benepisyo ng Iba't Ibang Porsyento?

Wala namang malinaw na benepisyo o di-benepisyo ng paggamit ng 50 Hz o 60 Hz porsyento para sa mga sistemang pang-enerhiya, dahil parehong porsyento ay may kanilang pros at cons depende sa iba't ibang factors. Ang ilan sa mga benepisyo at di-benepisyo ay:

• Power: Ang 60 Hz system ay may 20% mas maraming power kaysa 50 Hz system para sa parehong voltaje at kuryente. Ito ang nangangahulugan na ang mga machines at motors na tumatakbo sa 60 Hz ay maaaring tumakbo mas mabilis o lumikha ng mas maraming output kaysa sa 50 Hz. Gayunpaman, ito din ang nangangahulugan na ang mga machines at motors na tumatakbo sa 60 Hz ay maaaring kailangan ng mas maraming cooling o protection kaysa sa 50 Hz.

• Size: Ang mas mataas na porsyento ay pinahihintulutan ang mas maliit at mas magaan na electrical devices at equipment, dahil ito ay binabawasan ang laki ng magnetic cores sa transformers at motors. Ito ay maaaring makatipid sa space, materyales, at cost ng transportasyon. Gayunpaman, ito din ang nangangahulugan na ang mas mataas na porsyento na mga device ay maaaring may mas mababa na insulation strength o mas mataas na pagkawala kaysa sa mas mababang porsyento na mga device.

   

• Pagkawala: Ang mas mataas na porsyento ay dinadagdagan ang pagkawala sa mga electrical devices at equipment dahil sa skin effects, eddy currents, hysteresis, dielectric heating, etc. Ang mga pagkawala na ito ay binabawasan ang epektibidad at dinadagdagan ang pag-init sa mga electrical devices at equipment. Gayunpaman, ang mga pagkawala na ito ay maaaring miniminize gamit ang tamang disenyo ng teknik tulad ng lamination, shielding, cooling, etc.

• Harmonics: Ang mas mataas na porsyento ay lumilikha ng mas maraming harmonics kaysa sa mas mababang porsyento. Ang harmonics ay multiples ng fundamental frequency na maaaring magsanhi ng distortion, interference, resonance, etc., sa mga electrical devices at equipment. Ang harmonics ay maaaring bawasan ang kalidad at reliabilidad ng mga sistemang pang-enerhiya. Gayunpaman, ang harmonics ay maaaring mapawi gamit ang filters, compensators, converters, etc.

Paano Nakokontrol ang Porsyento ng Sistemang Pang-enerhiya?

Ang porsyento ng sistemang pang-enerhiya ay nakokontrol sa pamamagitan ng balanse sa supply (generation) at demand (load) ng kuryente sa real-time. Kung ang supply ay lumampas sa demand, ang porsyento ay tataas; kung ang demand ay lumampas sa supply, ang porsyento ay bababa. Ang mga pagbabago sa porsyento ay maaaring makaapekto sa stability at security ng mga sistemang pang-enerhiya, pati na rin sa performance at operation ng mga electrical devices at equipment.

Upang panatilihin ang porsyento sa tinatanggap na limit (karaniwang ±0.5% sa paligid ng nominal value), ang mga sistemang pang-enerhiya ay gumagamit ng iba't ibang metodyo tulad ng:

• Time error correction (TEC): Ito ay isang paraan upang ayusin ang bilis ng mga generator nang regular upang i-correct ang anumang nakumpol na time error dahil sa mga pagbabago sa porsyento sa mahabang panahon. Halimbawa, kung ang porsyento ay mas mababa kaysa sa nominal para sa mahabang panahon (hal. dahil sa mataas na load), ang mga generator ay lalambatin nang kaunti upang bumawi sa nawalan na 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 tiyak na lugar o zona (hal. isang estado o isang bansa). Halimbawa, kung ang load ay biglang tumaas (hal. dahil sa pag-swich on ng mga appliances), ang mga generator ay lalambitin ang kanilang output nang accordingly upang panatilihin ang porsyento.

• Rate of change of frequency (ROCOF): Ito ay isang paraan upang detekta anumang bigla o malaking pagbabago sa porsyento dahil sa mga disturbance tulad ng mga fault o outages sa mga sistemang pang-enerhiya. Halimbawa, kung ang malaking generator ay biglang lumisan offline (hal. dahil sa fault), ang ROCOF ay magpapakita kung gaano kabilis ang porsyento ay nagbabago dahil sa event na ito.

• Audible noise: Ito ay isang audible na indikasyon ng anumang pagbabago sa porsyento dahil sa mekanikal na vibration sa mga electrical devices at equipment tulad ng transformers o motors. Halimbawa, kung ang porsyento ay tumaas nang kaunti (hal. dahil sa mababang load), ang ilang mga device ay maaaring maglabas ng mas mataas na pitch na tunog kaysa sa normal.

Kasunodan

Ang porsyento ng sistemang pang-enerhiya ay isang mahalagang parameter na nakakaapekto sa paglikha, pag-sasakay, pag-distribute, at pag-consume ng kuryente. Ang pagpipili ng 50 Hz o 60 Hz porsyento para sa mga sistemang pang-enerhiya ay batay sa mga historical at economic reasons kaysa sa teknikal ones. Parehong porsyento ay may kanilang mga benepisyo at di-benepisyo depende sa iba't ibang factors tulad ng power, size, pagkawala, harmonics, etc. Ang porsyento ng sistemang pang-enerhiya ay nakokontrol sa pamamagitan ng iba't ibang metodyo tulad ng TEC, LFC, ROCOF, at audible noise upang siguruhin ang stability at reliabilidad ng mga sistemang pang-enerhiya at ang performance at operation ng mga electrical devices at equipment.

Pahayag: Respeto sa orihinal, mahusay na mga artikulo na katanggap-tanggap para ibahagi, kung may infringement pakiusap na ito ay burahin.