Perché lo standard di frequenza di 50 Hertz è stato scelto nel settore dell'energia elettrica

Perché fino ad oggi nel settore energetico per la trasmissione e la distribuzione di elettricità ovunque sono state selezionate e rimangono accettate frequenze di 50 e 60 Hz? Ci hai mai pensato? Ma questo non è affatto casuale.

Nei paesi dell'Europa e della CSI, viene adottato lo standard 220-240 volt di 50 hertz, nei paesi nordamericani e negli Stati Uniti - 110-120 volt di 60 Hz e in Brasile 120, 127 e 220 volt di 60 Hz. A proposito, direttamente negli Stati Uniti nella presa a volte può risultare, diciamo, 57 o 54 Hz. Da dove vengono questi numeri?

Passiamo alla storia per capire questo argomento. Nella seconda metà del XIX secolo, scienziati di molti paesi del mondo hanno studiato attivamente l'elettricità e hanno cercato applicazioni pratiche per esso. Thomas Edison ha inventato la sua prima lampadina, introducendo così l'illuminazione elettrica. Furono costruite le prime centrali a corrente continua. L'inizio dell'elettrificazione negli Stati Uniti.

Le prime lampade erano ad arco, si accendevano con una scarica elettrica che bruciava all'aria aperta, accesa tra due elettrodi di carbonio. Gli sperimentatori di quel tempo scoprirono rapidamente che era a 45 volt che l'arco divenne più stabile, tuttavia, per un'accensione sicura, un reattore resistivo fu collegato in serie con la lampada, sulla quale caddero circa 20 volt durante il funzionamento della lampada.

Quindi, per lungo tempo, è stata applicata una tensione costante di 65 volt. Quindi è stato aumentato a 110 volt, in modo che due lampade ad arco possano essere collegate contemporaneamente alla rete.

Edison era un fanatico sostenitore dei sistemi DC, e i generatori DC di Edison inizialmente funzionavano così, fornendo 110 volt DC alle reti di consumo.

Ma la tecnologia DC di Edison era molto, molto costosa, economicamente non redditizia: era necessario posare molti fili spessi e la trasmissione dalla centrale elettrica al consumatore non superava una distanza di diverse centinaia di metri, poiché le perdite di trasmissione erano enormi.

Successivamente, è stato introdotto un sistema a tre fili a 220 volt CC (due linee parallele da 110 volt ciascuna), ma la situazione relativa all'efficienza di tale trasmissione non è migliorata in modo significativo.

più tardi Nikola Tesla Ha sviluppato i suoi alternatori completamente innovativi e ha introdotto un sistema economico per la trasmissione di elettricità ad alte tensioni di diverse migliaia di volt, e l'elettricità potrebbe essere trasmessa migliaia di metri, le perdite di trasmissione diminuite di decine di volte. La corrente continua di Edison non sopportava la concorrenza con la corrente alternata di Tesla.

I trasformatori su ferro hanno abbassato l'alta tensione a 127 volt in ciascuna delle tre fasi, fornendola al consumatore sotto forma di corrente alternata. Durante il funzionamento degli alternatori, azionati dal vapore o dall'acqua che cade, i loro rotori ruotavano con una frequenza di 3000 rpm e anche di più.

Ciò ha permesso alle lampade di non sfarfallare, i motori asincroni a funzionare normalmente, resistendo alla velocità nominale, e i trasformatori per convertire l'elettricità, aumentare e diminuire la tensione.

Nel frattempo, in URSS, la tensione delle reti fino agli anni '60 è rimasta al livello di 127 volt, quindi con la crescita delle capacità di produzione è stata portata a 220 volt che ora conosciamo.

Dolivo-Dobrovolsky, come Tesla, che ha studiato le possibilità di corrente alternata, ha suggerito di utilizzare una corrente sinusoidale per la trasmissione di energia elettrica e ha suggerito di impostare la frequenza nell'intervallo da 30 a 40 hertz. Successivamente convergono su 50 Hertz in URSS e su 60 Hertz negli Stati Uniti. Queste frequenze erano ottimali per le apparecchiature AC, che funzionavano in molte fabbriche.

La frequenza di rotazione di un alternatore bipolare è di 3000 o un massimo di 3600 giri al minuto e fornisce solo le frequenze di 50 e 60 Hz durante la generazione. Per il normale funzionamento dell'alternatore, la frequenza deve essere di almeno 50-60 Hz. I trasformatori industriali convertono facilmente la corrente alternata di una data frequenza.

Oggi, in linea di principio, è possibile aumentare la frequenza della trasmissione di energia elettrica a molti chilohertz, e quindi risparmiare sui materiali dei conduttori nelle linee di trasmissione di energia, tuttavia, l'infrastruttura rimane adattata specificamente per una frequenza corrente di 50 Hz, è stata così progettata inizialmente in tutto il mondo, i generatori nelle centrali nucleari ruotano con lo stesso ad una velocità di 3000 giri / min, hanno ancora la stessa coppia di poli. Pertanto, la modifica dei sistemi di generazione, trasmissione e distribuzione dell'energia è una questione di un lontano futuro. Ecco perché finora 220 volt di 50 Hertz rimangono il nostro standard.

Comments

[#1]

Buon pomeriggio
Grazie per l'articolo Ero interessato a questa domanda e oggi ho ricevuto una risposta esaustiva.
Ma ci sono un paio di domande:
Quanto è laboriosa la trasformazione di frequenza?
Perché "in tutto il mondo" se gli standard europei e americani sono diversi?
E infine, ci sono molti alimentatori a 50/60 Hz. Quale apparecchio elettrico non può ancora avere doppi standard?

[#2]

In linea di principio, tutto è corretto, ma se si tiene conto del fatto che non è economicamente fattibile trasmettere corrente alternata di frequenza aumentata su lunghe distanze a causa delle perdite causate dalla componente capacitiva delle linee elettriche, questa sarebbe una spiegazione più plausibile. Ridurre di nuovo la frequenza comporta costi significativi associati all'aumento delle dimensioni e, naturalmente, i costi dei materiali nella fabbricazione delle apparecchiature.

[#3 ospite]

Tutto dal fatto che non è stato possibile aumentare la tensione per trasmettere energia su distanze - i trasformatori funzionano a corrente alternata. A quel tempo era l'unica decisione giusta ..

[#4]

Per quanto riguarda Dolivo-Dobrovolsky --- questo "ingegnere-innovatore" ha lavorato per Edison, che ha rubato (non ha pagato) i brevetti di Tesla per parte dell'equipaggiamento di un sistema a corrente alternata in due fasi ... mentre lo stesso Tesla ha minacciato questo con un tribunale serio ... Edison vede come il denaro è andato via alla società di Westinghouse (i lavori di miglioramento sono continuati), non ha prodotto nulla di meglio e ha brevettato un sistema a corrente trifase ..... con le modifiche più primitive del sistema a due fasi .. Dolivo-Dobrovolsky ha eseguito il lavoro di modifica, che è costato tutto esattamente il 30% per i materiali di consumo e non vi è assolutamente alcun vantaggio se non la complessità del filo e del design. Ciò è stato fatto in Europa, dove c'erano poche linee DC per due fili, a differenza dell'America, dove erano già ovunque e Tesla stava sviluppando un sistema a due fasi con terra solo per lo scopo del loro uso.

[#5 Alex gal]

"Per il normale funzionamento dell'alternatore, la frequenza deve essere di almeno 50-60 Hz"

Perché è così? Al generatore non importa quale frequenza emetterà.

L'articolo dice molto correttamente, in piena chiarezza non c'è motivo per cui si utilizzi 50Hz.

In realtà, tutto è molto semplice, ma l'articolo non lo dice. In effetti, i motori a vapore non possono funzionare a una velocità di 3000 giri / min, un massimo di 100-200 giri / min. A una tale frequenza, il primo ha funzionato, aumentando la velocità con i riduttori di cinghia. Non rilanci molto lì.E poiché la frequenza CA dipende direttamente dal numero di giri f = n / 60 per una coppia di poli, mentre era tecnicamente difficile ottenere giri elevati, la frequenza è stata scelta il più bassa possibile. E poiché non era possibile raggiungere i 3000 giri / min, aumentavano il numero di coppie di poli del generatore. Un tale generatore, ad esempio, con 8 poli fu costruito nel 1878. Ha emesso 40Hz da un motore a vapore; per questo, fa girare fino a 600 giri attraverso un riduttore di cinghia.

Cioè, questo è un esempio della difficoltà di ottenere una tensione di alimentazione ad alta frequenza. Ora perché non 30, non 40, ma 50 o 60Hz.

È tutto semplice. Hai ragione sul fatto che i primi consumatori di questi generatori erano lampadine. La frequenza proposta di 30-40Hz ha causato pulsazioni spiacevoli e evidenti di illuminazione. A 50 Hz, le pulsazioni erano già appena percettibili, sopra - c'erano difficoltà con l'aumento della velocità dell'albero del generatore o con il design tecnico dell'avvolgimento del generatore (il numero dei suoi poli). Qualcosa del genere.

[#6 massima]

L'aumento della frequenza porta ad un aumento delle perdite di capacità e induttanza + emissione radio. Proprio sulla linea della corrente continua, perdite minime. Kilohertz da guidare oh dubito che scricchiolerà su 110kV sarà già interessante.

[#7 Jnsx]

Ma idealmente per gli occhi, una frequenza migliore è 100Hz? O sbaglio confrontando la frequenza della luce tremolante con la frequenza del monitor. Ma se la lampadina a 50Hz lampeggia leggermente vseravno, quindi a 60 lampeggia meno e a 100Hz ci sarà una bella luce pulita e uniforme? E l'intero problema è il costo?

[#8 Kitaro]

Come al solito, tutti sono ingannati. Guarda come sono diminuiti i caricabatterie che funzionano a frequenze più alte. Alimentatori, inverter e altri dispositivi vengono ridotti aumentando la frequenza della rete. Non solo, a determinate frequenze, una persona non sente il passaggio della corrente attraverso il suo corpo. Puoi dire molto di più sulle possibilità di aumentare le frequenze ...

[#9 Konoplyov]

L'economia globale e, di conseguenza, la civiltà saranno salvate dal decentramento e dall'autonomia della generazione di energia a livello di cluster di 20-200 m. Allo stesso tempo, un generatore da 5 kW non dovrebbe essere più costoso di un semplice telefono cellulare con pulsanti, l'eccezione è il consumatore industriale.

[#10 Ratibor]

Articolo dal malvagio. Ammetti solo che l'alta frequenza non è vantaggiosa per i capitalisti borghesi, poiché le perdite nelle reti scompariranno, le persone non saranno scioccate e non sarà necessario costruire centrali nucleari e centrali termiche, oltre a pagare per la luce. E 50 Hz è molto dannoso per il cervello umano, è un dato di fatto. Le persone dovrebbero fare il bagno in energia e vivere in modo ricco, ma i servitori di Java non lo consentono.

[#11 Konstantin]

L'articolo non parla di nulla, l'idea principale: beh, è ​​successo. Tutte le informazioni principali sono nei commenti (((
Ne aggiungerò un altro: negli aerei viene utilizzata una frequenza maggiore della rete interna = 400 Hz, vantaggio: attrezzatura compatta. Molti dispositivi hanno ancora bisogno di una corrente costante e sono necessari molti meno condensatori per rettificare 400Hz rispetto a rettificare 50 / 60Hz

[#12 Serjik]

Non confrontare le apparecchiature di consumo (ricarica) e le linee di trasmissione. Trasmettere una tensione ad alta frequenza (centinaia di kilohertz) sui fili senza perdite enormi non avrà successo.

[#13 Paul]

È stata scelta la frequenza di 50 Hz nelle reti elettriche domestiche, probabilmente a causa del fatto che le lampade a incandescenza sono state utilizzate ovunque e la loro inerzia termica consente di applicare la frequenza fino a circa 25 Hz (a una frequenza inferiore, la pulsazione della luce diventa evidente). Questa è la soglia inferiore. Bene, quello in alto è legato alle capacità tecniche dei generatori.

[#14 anonimo]

In effetti, un sistema trifase consente di organizzare un azionamento elettrico semplice ed efficiente, in contrasto con un monofase (non bifase!), Che richiede condensatori di spostamento di fase e con una bassa efficienza.

Nell'aviazione, viene utilizzata una frequenza di 400 Hz a causa della presenza di consumatori specifici: orizzonti e giroscopici verticali, i cui volani devono ruotare ad alta frequenza, che è fornita da motori elettrici asincroni alimentati da tale rete.