Dlaczego przedsiębiorstwa użyteczności publicznej dostarczają częstotliwości 50/60 Hz?

Właśnie uderzyło mnie, że przedsiębiorstwa użyteczności publicznej na całym świecie dostarczają użytkownikom krajowym częstotliwości 50/60 Hz. Można go wybrać jako 10 Hz lub 100 Hz ... cokolwiek

Czy losowo wybrano 50/60? Czy istnieją jakieś uzasadnienia (wydajność, łatwiejsze do zbudowania / kontroli itp.) W ograniczeniu dostaw krajowych do 50/60 Hz?

Innymi słowy, gdybym projektował system zasilania, dlaczego miałbym wybierać 50/60 Hz zamiast jakiejś innej częstotliwości?

60 Hz było wynikiem kompromisów inżynieryjnych, jak sądzę, dokonanych przez Nicolai Teslę lub pozostających pod jego wpływem. Był jednym z pierwszych propagatorów dystrybucji prądu przemiennego, podobnie jak Edison, który chciał dystrybuować prąd przemienny. Kompromis dotyczył wielkości potrzebnych maszyn i transformatorów, które zmniejszają się wraz z większą częstotliwością, a także niektórych strat, które rosną wraz z częstotliwością. Pamiętam, że czytałem, że po dokładnych badaniach podjęto decyzję o wyborze częstotliwości 60 Hz.

Z drugiej strony, 50 Hz było spowodowane marketingiem. Był niemiecki producent urządzeń do sieci elektroenergetycznych, który chciał się wyróżnić i udało mu się przepchnąć 50 Hz jako standard w Niemczech, a następnie w dużej części Europy. Oznaczało to, że nie musieli konkurować z amerykańskim sprzętem 60 Hz. Reszta świata skończyła z częstotliwością 60 lub 50 Hz, w zależności od tego, od kogo kupili swój sprzęt i czy byli bardziej ekonomicznie związani z Europą czy USA. Odkąd Rosja przyjęła europejski standard 50 Hz, blok sowiecki stał się krajem o częstotliwości 50 Hz.

Wygląda na to, czego szukasz:

http://en.wikipedia.org/wiki/Utility_frequency

W pierwszych dniach elektryfikacji wykorzystywano tak wiele częstotliwości, że żadna wartość nie przeważała (Londyn w 1918 r. Miał 10 różnych częstotliwości). W miarę upływu XX wieku wytwarzano więcej mocy przy 60 Hz (Ameryka Północna) lub 50 Hz (Europa i większość Azji). Standaryzacja umożliwiła międzynarodowy handel sprzętem elektrycznym. Znacznie później zastosowanie standardowych częstotliwości pozwoliło na połączenie sieci elektroenergetycznych. Dopiero po II wojnie światowej wraz z pojawieniem się niedrogich elektrycznych towarów konsumpcyjnych wprowadzono bardziej jednolite standardy.

W Wielkiej Brytanii standardowa częstotliwość 50 Hz została zadeklarowana już w 1904 r., Ale znaczny rozwój kontynuowano przy innych częstotliwościach [10]. Wdrożenie National Grid od 1926 r. Wymusiło standaryzację częstotliwości wśród wielu połączonych dostawców usług elektrycznych. Standard 50 Hz został w pełni ustalony dopiero po II wojnie światowej.

Około 1900 r. Europejscy producenci przeważnie znormalizowali częstotliwość 50 Hz dla nowych instalacji. Niemiecki VDE w pierwszym standardzie dla maszyn elektrycznych i transformatorów w 1902 r. Zalecał jako częstotliwości standardowe 25 Hz i 50 Hz. VDE nie widziało dużego zastosowania częstotliwości 25 Hz i porzuciło go z wydania standardu z 1914 roku. Resztki instalacji na innych częstotliwościach utrzymywały się długo po drugiej wojnie światowej [9].

Oprócz kolumny Edwarda L L. Owena z 1997 r. , Którą cytuje Rasmus Faber, jest tu jeszcze jeden dobry artykuł: „Źródła techniczne 60 Hz jako standardowa częstotliwość prądu przemiennego w Ameryce Północnej” IEEE Power Engineering Review, marzec 1999 r., Paul Nixon, str. 35–37. Cały artykuł znajduje się za paywallem, ale zamieszczają pierwszą stronę jako obraz png, do którego odsyłam poniżej.

Szczególnie interesująca sekcja tutaj to:

Pod koniec 1889 r. I na początku 1890 r. Alternatory ze sprzężeniem bezpośrednim wkraczały w fazę eksperymentalną. Maszyny te okazałyby się znacznie bardziej niezawodne niż generatory napędzane paskiem, ale działałyby przy znacznie niższych prędkościach. Widoczna była potrzeba niższych częstotliwości roboczych prądu przemiennego [niż 133,3 Hz], ponownie spowodowana ograniczeniami konstrukcyjnymi i mechanicznymi. Na przykład alternator napędzany bezpośrednio przez silnik o prędkości 100 obr./min wymagałby 160 biegunów, aby uzyskać częstotliwość 133 1/3 Hz. Ten typ konstrukcji uznano za wygórowany. Mniej więcej w tym czasie Westinghouse Co. przeprowadził badanie inżynieryjne, w którym wziął pod uwagę zarówno charakterystykę pracy elektrycznej w odniesieniu do elementów systemu w czasie, jak i możliwe ograniczenia konstrukcyjne generatora napędzanego silnikiem, i zalecił, aby 7, 200 zmian na minutę (60 Hz przy 2 biegunach) było tak wysoką częstotliwością, jaka byłaby pożądana dla prędkości silnika, które byłyby wówczas osiągalne. 60 Hz to właściwie starannie dobrany kompromis. Uważano, że wyższe częstotliwości będą lepsze dla transformatorów niż wtedy, gdy istnieją, podczas gdy niższe częstotliwości mogą być lepsze dla generatorów silnikowych. 60 Hz pojawiło się na rynku w 1890 r. Pierwsze systemy 60 Hz, podobnie jak wcześniejsze systemy prądu przemiennego (140, 133 1/3, 125 Hz), były jednofazowe.

W 1892 r. Istniała duża liczba zaprojektowanych przez Westinghouse stacji centralnych 60 Hz, a 60 Hz przejęło część prądu przemiennego z wyższych częstotliwości.

_{(źródło: ieee.org )}

Mamy więc w zasadzie kompromisy (transformatory lepsze na wysokich częstotliwościach w porównaniu z maszynami elektrycznymi lepiej na niskich częstotliwościach, co w dużej mierze nadal jest prawdą dzisiaj), co prowadzi do nieco arbitralnego kompromisu, a następnie efekty sieciowe utrwalają wybory.

W artykule Owena wspomniano również, że w południowej Kalifornii było 50 Hz, aż do ukończenia konwersji na 60 Hz w 1948 r. Japonia nadal ma połowę 50 Hz i 60 Hz: Owen stwierdza „W 1895 r. AEG sprzedało generator 50 Hz firmie energetycznej w Tokio i na wschodzie połowa Japonii została wprowadzona na ścieżkę 50 Hz. Nieco ponad rok później GE sprzedała generator 60 Hz firmie energetycznej w Osace, a zachodnia połowa Japonii została umieszczona na ścieżce 60 Hz ”. Ostatecznie wydaje się, że są to głównie efekty bezwładności / sieci - zbyt bolesne jest zmienianie dużych projektów infrastrukturalnych.

From The Origins of 60-Hz as a Power Frequency (IEEE Industry Applications Magazine, grudzień 1997, kolumna „Historia” Edwarda L. Owena ):

„wybór wynosił od 50 do 60 Hz i oba były w równym stopniu dostosowane do potrzeb. Po uwzględnieniu wszystkich czynników nie było istotnego powodu, aby wybrać którąkolwiek z częstotliwości. Wreszcie podjęto decyzję o standaryzacji na częstotliwości 60 Hz jako wydawało się, że rzadziej wywołuje denerwujące migotanie światła. ”

Wierzę, że po tym, jak Tesla wygrał walkę AC / DC z Edisonem, zyskał duży wpływ i mniej więcej podyktował częstotliwość 60 Hz w USA. Wynalazł również świetlówkę w tym czasie, a czas zaniku fosforu był prawdopodobnie krótszy i miał więcej migotania przy 50 Hz, które emituje światło przy 2x tej częstotliwości.

Niemiecki VDE zdominował standardy na początku XX wieku, a Europa ustandaryzowała do 50 Hz po II wojnie światowej, jak powiedział wczoraj Matt.

Istnieje inny system transportu sieci energetycznej. Nazywa się HVDC. Niestety, ponieważ wymagania dotyczące obliczeń wstecznych są takie, jakie są, standardowa częstotliwość jest tak stała jak Rubidium do przyszłego użytku. Dlatego używają ogromnych falowników próżniowych, aby powrócić do prądu przemiennego po długim transporcie.

Innym przykładem są generatory o zmiennej częstotliwości w pociągach z silnikiem Diesla, które służą wyłącznie do przechowywania akumulatorów, aby silniki trakcyjne prądu stałego mogły pracować z akumulatorów. Jest to najbardziej efektywny ekonomicznie sposób, ponieważ nie ma powiązań z 50 lub 60 Hz.

Rosjanie i inni eksperymentowali z generatorami MagnetoHydroDynamic (MHD) bez ruchomych części i pól> 1 T.

W niektórych przypadkach generatory te pracują w zakresie 4-6 kHz.

Gdyby wiedzieli, jak rozprowadzać HVDC w czasach Edisona, Tesla przegrałby bitwę, którą wygrał w oparciu o lepszą wydajność zwiększenia transformatora i obniżenie kosztów dystrybucji, niezawodność silników indukcyjnych w stosunku do prądu stałego typu szczotkowego i inne przyczyny.

„Częstotliwość odświeżania” ludzkiego oka sama w sobie wynosi około 60 Hz. Był to decydujący czynnik przy wyborze częstotliwości wytwarzania energii; Jest zaprojektowany tak, aby był możliwie jak najmniejszej częstotliwości, aby osiągnąć wykonalność, a zatem wyniósł około 60 Hz (50 w różnych częściach świata)

wyobraź sobie 100 lat temu największy generator turbin dużej mocy, jaki możesz uzyskać, to 250 obr./min z 8 lub 16 biegunami 3 fazowymi, a jeśli uruchomisz go zbyt szybko, rezonuje i jest zbyt wolny, nieefektywny. wtedy decydujesz się na transmisję za pomocą prądu przemiennego zamiast prądu stałego i kończysz z częstotliwością 25 Hz, a następnie 50 Hz w jednym kraju, myśląc, że jeśli użyjemy 60 Hz, wówczas wszystkie nasze zegary będą dokładniejsze.

Później IBM wymyślił automatyczny zegar synchronizacji, który jest synchronizowany co godzinę w każdej klasie, ponieważ wykorzystywał moc 60 Hz zamiast 50 Hz dawno temu i wynajdował zegary. oparty na 60 Hz, ale Europa mówi, kogo to obchodzi, turbiny są lepsze przy 250 RPM i nie możemy sobie pozwolić na zmianę wszystkich w Europie, jeśli chcemy dzielić moc. Poza tym, jeśli więcej niż jedna osoba musi się zgodzić, nigdy nie znajdziesz idealnej globalnej odpowiedzi.

Nie znam dokładnej odpowiedzi, ale mogę sobie wyobrazić jedną opartą na historii i prawdopodobieństwie problemów elektromechanicznych kosztów dużych maszyn

a jeśli chcesz dzielić moc tam iz powrotem w sieci prądu przemiennego ... musi być zsynchronizowany z 1 na 10 ^ 15 mocy i błędem zerowej fazy, co jest trudniejsze niż się wydaje ... więc istnieją różnice regionalne oparte na wielu powody ... Niektóre sposoby dzielenia energii z sieci to wysokie napięcie stałe lub użycie generatora silnikowego lub zastosowanie falowników synchronicznych HVDC z korekcją faz ...

więc UE ma 50 lat, Ameryka Północna ma 60 lat, a Japonia ma oba kraje, a Afryka ma problemy z synchronizacją i wiele awarii zasilania. Co mówi ci, bez względu na to, na co zdecydujesz, nie zmieniaj ich na tych, którym musisz sprzedać energię.

(Mój brat dużo pracował w Afryce i powiedział mi, że jedna awaria zasilania wypaliła wszystkie urządzenia w jego domu, w tym silniki lodówek i zapasy laptopów. W wiejskiej Ugandzie ..