Hasznosság gyakorisága - Utility frequency
A közüzemi frekvencia , az (áram) vonali frekvencia ( amerikai angol ) vagy a hálózati frekvencia ( brit angol ) a váltakozó áram (AC) oszcillációinak névleges frekvenciája egy széles körű szinkron hálózatban, amelyet az erőmű a végfelhasználónak továbbít . A világ nagy részén ez 50 Hz , bár Amerikában és Ázsia egyes részein általában 60 Hz. A jelenlegi felhasználás országonként vagy régiónként a hálózati áram országonkénti felsorolásában található .
A 19. század végén és a 20. század elején a kereskedelmi villamosenergia-rendszerek fejlesztése során sokféle frekvenciát (és feszültséget) használtak. Egy berendezésbe történő, nagy frekvenciájú beruházások lassúvá tették a szabványosítást. A 21. század fordulójától azonban azok a helyek, amelyek ma az 50 Hz-es frekvenciát használják, általában 220–240 V- ot használnak , és azok, amelyek ma 60 Hz-et használnak, általában 100–127 V-ot. Mindkét frekvencia ma együtt él (Japán mindkettőt használja ), nagy technikai ok nélkül, hogy előnyben részesítsék az egyiket, és nyilvánvaló vágya a teljes világméretű szabványosításra.
A gyakorlatban a rács pontos frekvenciája a névleges frekvencia körül változik, csökken, ha a rács erősen megterhelődik, és felgyorsul, ha enyhén terhelik. A legtöbb segédprogram azonban a nap folyamán beállítja a rács frekvenciáját, hogy biztosítsa az állandó ciklusszámot. Ezt néhány óra felhasználja az idő pontos fenntartására.
Működési tényezők
Számos tényező befolyásolja az AC rendszer frekvenciaválasztását. A világításnak, a motoroknak, a transzformátoroknak, a generátoroknak és az átviteli vezetékeknek mindegyikének jellemzői a teljesítmény frekvenciájától függenek. Mindezek a tényezők kölcsönhatásban állnak, és az energiafrekvencia kiválasztását jelentős fontosságú kérdéssé teszik. A legjobb frekvencia kompromisszum az ellentmondó követelmények között.
A 19. század végén a tervezők viszonylag magas frekvenciát választanának a transzformátorokat és ívlámpákat tartalmazó rendszerek számára , hogy takarékossá váljanak a transzformátor anyagai és csökkentsék a lámpák látható villogását, de alacsonyabb frekvenciát választanának a hosszú távvezetékekkel rendelkező rendszereknél vagy elsősorban motoros terheléseket vagy rotációs átalakítókat táplál egyenáram előállítására . Amikor a nagy központi áramfejlesztő állomások gyakorlatiasak lettek, a frekvencia megválasztása a tervezett terhelés jellege alapján történt. Végül a gépterv fejlesztése lehetővé tette, hogy egyetlen frekvenciát alkalmazzanak mind világításra, mind motor terhelésére. Az egységes rendszer javította az áramtermelés gazdaságosságát, mivel a rendszer terhelése egy nap alatt egyenletesebb volt.
Világítás
A kereskedelmi célú villamos energia első alkalmazásai az izzólámpák és a kommutátor típusú villanymotorok voltak . Mindkét eszköz jól működik egyenfeszültségen, de az egyenáramot nem lehetett könnyen megváltoztatni a feszültségen, és általában csak a szükséges használati feszültségen termelték.
Ha az izzólámpát alacsony frekvenciájú árammal működtetik, az izzószál a váltakozó áram minden félciklusában lehűl, ami érzékelhető fényváltozáshoz és a lámpák villogásához vezet; az ívlámpáknál és a későbbi higanygőz-lámpáknál és fénycsöveknél a hatás kifejezettebb . A nyílt ívű lámpák hallható hangot adtak a váltakozó áramról, ami nagyfrekvenciás generátorokkal végzett kísérletekhez vezetett, hogy a hangot az emberi hallási tartomány fölé emelje.
Forgó gépek
A kommutátor típusú motorok nem működnek jól a magas frekvenciájú váltóáramon, mert az áram gyors változásainak ellentétes a motor mező induktivitása . Noha a kommutátor típusú univerzális motorok gyakoriak a váltakozó áramú háztartási készülékekben és az elektromos kéziszerszámokban, kisméretű motorok, kevesebb mint 1 kW. Az indukciós motor találtuk, hogy jól működik a frekvenciák mintegy 50-60 Hz, de a rendelkezésre álló anyagokat a 1890-es nem működik jól frekvenciával, mondjuk, 133 Hz. Rögzített kapcsolat van az indukciós motor mező mágneses pólusainak száma, a váltakozó áram frekvenciája és a forgási sebesség között; tehát egy adott normál sebesség korlátozza a frekvencia (és a fordított irány) megválasztását. Miután a váltakozó áramú elektromos motorok elterjedtek, fontos volt a frekvencia szabványosítása az ügyfél berendezésével való kompatibilitás érdekében.
A lassú fordulatszámú motorral működtetett generátorok alacsonyabb frekvenciákat produkálnak egy adott pólusszámra, mint például egy nagysebességű gőzturbina . Nagyon lassú hajtómű-sebesség esetén költséges lenne olyan generátort építeni, amely elegendő pólussal rendelkezik a magas AC frekvencia biztosításához. Valamint azt találták, hogy két generátor azonos sebességre történő szinkronizálása alacsonyabb sebességnél is könnyebb. Míg a lassú motorok sebességének növelésének egyik módja az övhajtás, nagyon nagy (ezer kilowatt) néven ezek drágák, nem hatékonyak és megbízhatatlanok. Körülbelül 1906 után a közvetlenül gőzturbinák által hajtott generátorok a magasabb frekvenciákat részesítették előnyben. A nagy sebességű gépek egyenletesebb forgási sebessége lehetővé tette a kommutátorok kielégítő működését a forgókonverterekben. Az N szinkron sebességet RPM-ben a képlet segítségével számítják ki,
ahol f a frekvencia hercben , P pedig a pólusok száma.
| Lengyelek | RPM a 133 1 / 3 Hz | Fordulatszám 60 Hz-en | Fordulatszám 50 Hz-en | Fordulatszám 40 Hz-en | Fordulatszám 25 Hz-en | RPM a 16 2 / 3 Hz |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 8000 | 3 600 | 3000 | 2,400 | 1500 | 1000 |
| 4 | 4000 | 1800 | 1500 | 1200 | 750 | 500 |
| 6. | 2,666,7 | 1200 | 1000 | 800 | 500 | 333.3 |
| 8. | 2000 | 900 | 750 | 600 | 375 | 250 |
| 10. | 1600 | 720 | 600 | 480 | 300 | 200 |
| 12. | 1,333,3 | 600 | 500 | 400 | 250 | 166,7 |
| 14 | 1142.9 | 514.3 | 428,6 | 342,8 | 214.3 | 142.9 |
| 16. | 1000 | 450 | 375 | 300 | 187.5 | 125 |
| 18. | 888.9 | 400 | 333 1 ⁄ 3 | 266 2 ⁄ 3 | 166 2 ⁄ 3 | 111.1 |
| 20 | 800 | 360 | 300 | 240 | 150 | 100 |
Az egyenáramú áramot nem váltotta át teljesen váltakozó áram, és hasznos volt vasúti és elektrokémiai folyamatokban. A higany ívszelepes egyenirányítók kifejlesztése előtt rotációs átalakítókat használtak egyenáramú áram előállítására AC-ból. Mint más kommutátor típusú gépek, ezek is jobban működtek alacsonyabb frekvenciák mellett.
Hajtómű és transzformátorok
Az AC-vel transzformátorok használhatók a magas átviteli feszültség csökkentésére a fogyasztói használati feszültség csökkentése érdekében. A transzformátor gyakorlatilag feszültségátalakító eszköz, mozgó alkatrészek nélkül, és kevés karbantartást igényel. Az AC használata feleslegessé tette az egyenfeszültség-átalakító motor-generátorok forgatásának szükségességét, amelyek rendszeres karbantartást és ellenőrzést igényelnek.
Mivel egy adott teljesítményszintnél a transzformátor méretei nagyjából fordítottan arányosak a frekvenciával, egy sok transzformátort tartalmazó rendszer magasabb frekvencián lenne gazdaságosabb.
A hosszú vonalakon történő elektromos erőátvitel előnyben részesíti az alacsonyabb frekvenciákat. A vonal elosztott kapacitásának és induktivitásának hatása alacsony frekvencián kisebb.
A rendszer összekapcsolása
A generátorokat csak akkor lehet összekapcsolni, hogy párhuzamosan működjenek, ha azonos frekvenciájúak és hullámalakúak. Az alkalmazott frekvencia szabványosításával a földrajzi területen működő generátorok összekapcsolhatók egy hálózatban , megbízhatóságot és költségmegtakarítást biztosítva.
Történelem
A 19. században sokféle teljesítményfrekvenciát használtak.
Nagyon korán elszigetelt AC előállító rendszereket használnak tetszőleges frekvencián alapuló kényelmet gőzgép , vízturbina , és elektromos generátor design. Frekvenciák 16 között+2 ⁄ 3 Hz és 133+1 / 3 Hz használtuk a különböző rendszerek. Például az angliai Coventry városban 1895-ben egyedülálló 87 Hz-es egyfázisú elosztórendszer működött, amely 1906-ig volt használatban. A frekvenciák elterjedése az elektromos gépek 1880 és 1900 közötti gyors fejlődéséből nőtt ki.
A korai izzólámpás időszakban az egyfázisú váltakozó áram volt a jellemző, és a tipikus generátorok 8 pólusú gépek voltak, amelyek 2000 fordulat / perc sebességgel működtek, 133 hertzes frekvenciát adva.
Bár sok elmélet létezik, és jó néhány szórakoztató városi legenda , a 60 Hz és az 50 Hz közötti történelem részleteiben kevés bizonyosság van.
A német AEG vállalat (egy németországi Edison által alapított cégtől származik) megépítette az első német termelő létesítményt, amely 50 Hz-en működött. Abban az időben az AEG virtuális monopóliummal rendelkezett, és szabványuk elterjedt Európa többi részén. Miután 1891 - ben megfigyelte a Lauffen-Frankfurt kapcsolat által továbbított 40 Hz-es energiával működtetett lámpák villogását , az AEG 1891-ben 50 Hz-re emelte a szokásos frekvenciájukat.
A Westinghouse Electric úgy döntött, hogy magasabb frekvencián szabványosítja az elektromos világítás és az indukciós motorok működését ugyanazon generációs rendszeren. Noha az 50 Hz mindkettőre alkalmas volt, 1890-ben Westinghouse úgy vélte, hogy a meglévő ívvilágító berendezések valamivel jobban működnek 60 Hz-en, ezért ezt a frekvenciát választották. A Westeshouse által 1888-ban engedélyezett Tesla indukciós motor működéséhez alacsonyabb frekvenciára volt szükség, mint az akkori világítási rendszereknél szokásos 133 Hz. 1893-ban a General Electric Corporation, amely a német AEG-hez kapcsolódott, a Mill Creek-ben egy termelő projektet épített , hogy 50 Hz-rel áramot juttasson a kaliforniai Redlands-be , de egy évvel később 60 Hz-re változott, hogy megőrizze piaci részesedését a Westinghouse-normával.
25 Hz eredetű
A Westinghouse által 1895-ben épített Niagara-vízesés projekt első generátorai 25 Hz voltak, mivel a turbina sebességét már beállították, mielőtt a váltakozó áramú erőátvitelt véglegesen megválasztották volna. A Westinghouse alacsony 30 Hz-es frekvenciát választott volna a motorterhelések meghajtására, de a projekt turbináit már 250 fordulat / perc sebességgel meghatározták. A gépeket 16-os kiszállítására lehetett volna gyártani+2 / 3 Hz teljesítmény alkalmas a nehéz kommutátoros-típusú motorok, de a Westinghouse cég kifogásolta, hogy ez nem lenne kívánatos a világítás és javasolt 33+1 ⁄ 3 Hz. Végül 25 Hz kompromisszumot választottak 12 pólusú 250 RPM generátorokkal. Mivel a Niagara-projekt annyira befolyásolta az elektromos energiarendszerek tervezését, a 25 Hz volt az alacsony frekvenciájú váltakozó áram észak-amerikai szabványa.
40 Hz eredetű
Egy General Electric tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a 40 Hz a 20. század első negyedévében rendelkezésre álló anyagok és felszerelések alapján jó kompromisszumot jelentett volna a világítás, a motor és az átviteli igények között. Több 40 Hz-es rendszert építettek. A Lauffen-Frankfurt demonstrációs használt 40 Hz adóteljesítmény 175 km 1891. Egy nagy összekapcsolt 40 Hz hálózati létezett északkelet-angliai (a Newcastle-upon-Tyne Electric Supply Company , GMES) beköszönte a National Grid (UK ) az 1920-as évek végén, és az olaszországi projektek 42 Hz-et használtak. Az Egyesült Államok legrégebbi, folyamatosan működő kereskedelmi vízerőműve , a Mechanicville Hydroelectric Plant még mindig 40 Hz frekvencián termel villamos energiát, és frekvenciaváltókon keresztül látja el energiával a helyi 60 Hz-es átviteli rendszert . Észak-Amerikában és Ausztráliában ipari üzemeket és bányákat néha 40 Hz-es elektromos rendszerekkel építettek, amelyeket addig folytattak, amíg túl gazdaságtalanok voltak. Noha a 40 Hz közeli frekvenciák sok kereskedelmi felhasználásra találtak, ezeket a 25, 50 és 60 Hz-es szabványosított frekvenciák megkerülték, amelyeket a nagyobb volumenű berendezések gyártói preferáltak.
A magyarországi Ganz Company 5000 percenkénti (41 2 ⁄ 3 Hz) váltakozásra szabványosította termékeit, így a Ganz klienseknek 41 2 ⁄ 3 Hz-es rendszere volt, amelyek bizonyos esetekben hosszú évekig működtek.
Szabványosítás
A villamosítás korai szakaszában annyi frekvenciát használtak, hogy egyetlen érték sem érvényesült (Londonban 1918-ban tíz különböző frekvencia volt). A 20. század folytatásával több áram termelődött 60 Hz-en (Észak-Amerika) vagy 50 Hz-en (Európa és Ázsia nagy része). A szabványosítás lehetővé tette az elektromos berendezések nemzetközi kereskedelmét. Sokkal később a szabványos frekvenciák használata lehetővé tette az elektromos hálózatok összekapcsolását. Csak a második világháború után - a megfizethető elektromos fogyasztási cikkek megjelenésével - hoztak egységesebb szabványokat.
Az Egyesült Királyságban az 50 Hz-es szabványos frekvenciát már 1904-ben deklarálták, de más frekvenciákon jelentős fejlődés folytatódott. A National Grid 1926-ban kezdődő megvalósítása a sok összekapcsolt elektromos szolgáltató között a frekvenciák egységesítését kényszerítette. Az 50 Hz-es szabvány csak a második világháború után jött létre teljesen .
Körülbelül 1900-ig az európai gyártók többnyire 50 Hz-en szabványosították az új telepítéseket. A német Verband der Elektrotechnik (VDE), az elektromos gépek és transzformátorok első szabványában, 1902-ben, 25 Hz-t és 50 Hz-t ajánlott szabványos frekvenciaként. A VDE nem sok 25 Hz-es alkalmazást tapasztalt, és kizárta a szabvány 1914-es kiadásából. A többi frekvencián lévő maradványok jóval a második világháború után is fennmaradtak.
Az átalakítás költségei miatt az elosztórendszer egyes részei továbbra is eredeti frekvenciákon működnek, még akkor is, ha új frekvenciát választanak. 25 Hz-es energiát használtak Ontarióban ( Quebec , az Egyesült Államok északi részén) és vasúti villamosításra . Az 1950-es években sok 25 Hz-es rendszert átalakítottak és szabványosítottak a generátoroktól kezdve a háztartási készülékekig. 2009-ig még mindig volt néhány 25 Hz-es generátor a Sir Adam Beck 1-nél (ezeket utólag beépítették 60 Hz-re) és a Rankine termelőállomásokon (a 2009-es bezárásáig) a Niagara-vízesés közelében , hogy áramellátást biztosítsanak a nagy ipari ügyfelek számára, akik nem akartak a meglévő berendezések cseréje; és néhány 25 Hz-es motor és 25 Hz-es erőmű létezik New Orleans-ban az árvízszivattyúk számára. A Németországban , Ausztriában , Svájcban , Svédországban és Norvégiában használt 15 kV-os váltóáramú vasúti hálózatok továbbra is 16- nál működnek+2 ⁄ 3 Hz vagy 16,7 Hz.
Bizonyos esetekben, amikor a legtöbb terhelés vasúti vagy motoros terhelésnek kellett lennie, gazdaságosnak tartották, ha 25 Hz-en áramot termeltek és 60 Hz-es elosztásra rotációs átalakítókat telepítettek . A váltakozó áramú egyenáram előállítására szolgáló konverterek nagyobb méretben kaphatók, és 25 Hz-nél hatékonyabbak voltak, mint a 60 Hz. A régebbi rendszerek maradványai rotációs átalakítóval vagy statikus inverter frekvenciaváltóval köthetők a standard frekvencia rendszerhez . Ezek lehetővé teszik az energia cseréjét két különböző frekvenciájú villamosenergia-hálózat között, de a rendszerek nagyok, költségesek és üzem közben pazarolnak némi energiát.
A 25 Hz és 60 Hz közötti átalakításhoz használt forgógépes frekvenciaváltókat kényelmetlen volt megtervezni; egy 60 Hz-es, 24 pólusú gép ugyanolyan sebességgel fordulna, mint egy 25 Hz-es, 10 pólusú gép, így a gépek nagyok, lassúak és drágák. A 60/30 arány egyszerűsítette ezeket a terveket, de a beépített 25 Hz-es alap túl nagy ahhoz, hogy gazdaságilag ellenkezzenek vele.
Az Egyesült Államokban a dél-kaliforniai Edison 50 Hz-en szabványosított. Dél-Kalifornia nagy része 50 Hz-en működött, és csak 1948 körül változtatta meg teljesen generátoruk és felhasználói berendezésük frekvenciáját 60 Hz-re. Az Au Sable Electric Company egyes projektjei 30 Hz-et használtak 110 000 V-ig terjedő átviteli feszültségen 1914-ben.
Kezdetben Brazíliában az elektromos gépeket Európából és az Egyesült Államokból importálták, ami azt jelentette, hogy az országnak az egyes régiók szerint 50 és 60 Hz-es szabványai voltak. 1938-ban a szövetségi kormány megalkotta a Decreto-Lei 852 törvényt , amelynek célja nyolc éven belül az egész ország 50 Hz alá kerülése. A törvény nem működött, és az 1960-as évek elején úgy döntöttek, hogy Brazíliát 60 Hz-es szabvány alatt egyesítik, mert a legtöbb fejlett és iparosított terület 60 Hz-et használt; és egy új törvényt, a Lei 4.454- et 1964-ben hirdették ki. Brazíliában 60 Hz-es frekvenciaváltási programot hajtottak végre, amelyet csak 1978-ban fejeztek be.
Mexikóban az 50 Hz-es hálózaton működő területeket az 1970-es években átalakították, egyesítve az országot 60 Hz alatt.
Japánban az ország nyugati része (Nagoya és nyugat) 60 Hz-t, a keleti része (Tokió és kelet) 50 Hz-et használ. Ennek oka az első generációs generátorok vásárlása az AEG-től 1895-ben, Tokióba, és a General Electric 1896-ban, Osakában. A két régió közötti határ négy back-to-back HVDC alállomást tartalmaz, amelyek átalakítják a frekvenciát; ezek a Shin Shinano , a Sakuma Dam , a Minami-Fukumitsu és a Higashi-Shimizu frekvenciaváltó .
Közmű frekvenciák Észak-Amerikában 1897-ben
| Hz | Leírás |
|---|---|
| 140 | Fa ívvilágítású dinamó |
| 133 | Stanley-Kelly Társaság |
| 125 | Általános elektromos egyfázisú |
| 66.7 | Stanley-Kelly Társaság |
| 62.5 | General Electric "monociklusos" |
| 60 | Sok gyártó, "egyre gyakoribbá" válva 1897-ben |
| 58.3 | General Electric Lachine Rapids |
| 40 | General Electric |
| 33 | General Electric Portland Oregonban forgó átalakítókhoz |
| 27. | Crocker-Wheeler kalcium-karbid kemencékhez |
| 25 | A Westinghouse Niagara Falls 2 fázisú - motorok működtetésére |
Közüzemi frekvenciák Európában 1900-ig
| Hz | Leírás |
|---|---|
| 133 | Egyfázisú világítási rendszerek, Egyesült Királyság és Európa |
| 125 | Egyfázisú világítási rendszer, Egyesült Királyság és Európa |
| 83.3 | Egyfázisú, Ferranti UK, Deptford Power Station , London |
| 70 | Egyfázisú világítás, Németország 1891 |
| 65.3 | BBC Bellinzona |
| 60 | Egyfázisú világítás, Németország, 1891, 1893 |
| 50 | AEG, Oerlikon és más gyártók, esetleges szabvány |
| 48 | A BBC Kilwangen termelőállomás, |
| 46 | Róma, 1900. Genf |
| 45 1 ⁄ 3 | Városi erőmű, Frankfurt am Main, 1893 |
| 42 | Ganz-ügyfelek, szintén Németország 1898 |
| 41 2 ⁄ 3 | Ganz Company, Magyarország |
| 40 | Lauffen am Neckar, hidroelektromos, 1891–1925 |
| 38.6 | BBC Arlen |
| 33 1 ⁄ 3 | St. James és a Soho Electric Light Co. London |
| 25 | Egyfázisú világítás, Németország 1897 |
A 20. század közepére még mindig nem teljesen standardizálták a közüzemi frekvenciákat a mára általánosan használt 50 Hz-en vagy 60 Hz-en. 1946-ban a rádióberendezések tervezőinek szóló kézikönyv a következő, elavult frekvenciákat sorolta fel használat közben. Ezen régiók közül soknak volt 50, 60 vagy egyenes áramellátása is.
1946-ban használt frekvenciák (valamint 50 Hz és 60 Hz)
| Hz | Vidék |
|---|---|
| 25 | Kanada (déli Ontario), Panama-csatorna zóna (*), Franciaország, Németország, Svédország, Egyesült Királyság, Kína, Hawaii, India, Mandzsúria |
| 33 1 ⁄ 3 | Lots Road erőmű, Chelsea, London (a londoni metró és trolibuszok számára a DC-be történő átalakítás után) |
| 40 | Jamaica, Belgium, Svájc, Egyesült Királyság, Malaj szövetségi államok, Egyiptom, Nyugat-Ausztrália (*) |
| 42 | Csehszlovákia, Magyarország, Olaszország, Monaco (*), Portugália, Románia, Jugoszlávia, Líbia (Tripoli) |
| 43 | Argentína |
| 45 | Olaszország, Líbia (Tripoli) |
| 76 | Gibraltár(*) |
| 100 | Málta (*), Kelet-Afrika brit |
Ahol a régiókat (*) jelöli, ez az egyetlen hasznossági gyakoriság jelenik meg az adott régióban.
Vasutak
Más energiafrekvenciákat továbbra is használnak. Németország, Ausztria, Svájc, Svédország és Norvégia vontatóhálózatokat használ a vasutak számára, egyfázisú váltakozó áramú áramot 16 -nál elosztva+2 ⁄ 3 Hz vagy 16,7 Hz. 25 Hz-es frekvenciát használnak az osztrák Mariazell Vasútnál , valamint az Amtrak és a SEPTA vontatási energiarendszereinél az Egyesült Államokban. Más váltakozó áramú vasúti rendszereket a helyi kereskedelmi frekvencián, 50 Hz vagy 60 Hz feszültség alatt tartanak.
A vontatási teljesítmény kereskedelmi áramellátásból származhat frekvenciaváltókkal, vagy egyes esetekben dedikált vontatási erőállomásokkal . A 19. században akár 8 Hz-es frekvenciákat is fontolóra vettek az elektromos vasutak kommutátoros motorokkal történő üzemeltetéséhez. A vonatok némelyikében a megfelelő feszültség van, de az eredeti vonathálózati frekvenciát használja, például 16-ot+2 ⁄ 3 Hz vagy 16,7 Hz.
400 Hz
A 400 Hz-ig terjedő energiafrekvenciákat repülőgépekben, űrhajókban, tengeralattjárókban, kiszolgáló helyiségekben használják számítógépes áramellátáshoz , katonai felszerelésekhez és kézi szerszámgépekhez. Ilyen magas frekvenciák gazdaságosan nem adhatók át nagy távolságokon; a megnövekedett frekvencia a távvezetékek induktivitása miatt nagymértékben megnöveli a soros impedanciát, ami megnehezíti az erőátvitelt. Következésképpen a 400 Hz-es energiarendszerek általában épületre vagy járműre korlátozódnak.
A transzformátorokat például kisebb méretűvé lehet tenni, mert a mágneses mag sokkal kisebb lehet ugyanazon teljesítményszint mellett. Az indukciós motorok a frekvenciával arányos sebességgel forognak, így a nagyfrekvenciás tápegység lehetővé teszi, hogy ugyanazon motor térfogatára és tömegére nagyobb teljesítményt nyerjenek. A 400 Hz-es transzformátorok és motorok sokkal kisebbek és könnyebbek, mint az 50 vagy 60 Hz-es frekvenciáknál, ami előnyt jelent a repülőgépekben és a hajókban. A MIL-STD-704 egyesült államokbeli katonai szabvány létezik a 400 Hz-es repülőgépek használatára.
Stabilitás
Időhiba-korrekció (TEC)
Az áramellátási rendszer frekvenciájának időzítési pontosságra történő szabályozása csak 1916 után volt általános, amikor Warren feltalálta a Warren Erőmű Fő Óráját és az önindító szinkronmotort. A Tesla az 1893-as chicagói világkiállításon bemutatta a vonalak frekvenciájával szinkronizált órák koncepcióját . A Hammond Organ egy szinkron váltakozó áramú óramotortól is függ, hogy fenntartsa-e a belső "hangkerék" generátorának megfelelő fordulatszámát, így minden hangjegy tökéletes marad, az erővonal frekvenciastabilitása alapján.
Ma az váltóáramú hálózat üzemeltetői úgy szabályozzák a napi átlagos frekvenciát, hogy az órák a pontos idő néhány másodpercén belül maradjanak. A gyakorlatban a névleges frekvenciát meghatározott százalékkal emelik vagy csökkentik a szinkronizálás fenntartása érdekében. Egy nap folyamán az átlagos frekvencia névleges értéken marad, néhány százmilliós részen belül. A kontinentális Európa szinkron hálózatában a hálózati fázisidő és az UTC közötti eltérést (a nemzetközi atomidő alapján ) minden nap 08: 00-kor számítják ki egy svájci irányítóközpontban . Ezután a célfrekvenciát szükség szerint 50 Hz-től ± 0,01 Hz-ig (± 0,02%) állítják be, hogy pontosan 50 Hz × 60 s / perc × 60 perc / h × 24 h / d hosszú távú frekvenciaátlagot biztosítsanak. =Napi 4 320 000 ciklus. A Észak-Amerikában , amikor a hiba meghaladja a 10 másodpercet a keleti, 3 másodperc Texas, vagy 2 másodperc a nyugati, a korrekció a ± 0,02 Hz (0,033%) visszük. Az időhiba-javítások az órán vagy a félórán kezdődnek és végződnek. A TEC észak-amerikai eltávolításának erőfeszítéseit elektromos óra írja le .
Az áramtermelés valós idejű frekvenciamérői online elérhetők - hivatalos National Grid és nem hivatalos, amelyet a Dynamic Demand tart fenn. A kontinentális Európa szinkron hálózatának valós idejű frekvenciaadatai elérhetőek olyan weboldalakon, mint a www
Amerikai előírások
Az Egyesült Államokban a Szövetségi Energiaszabályozási Bizottság 2009-ben kötelezővé tette az időbeli hibajavítást. Az észak-amerikai elektromos megbízhatósági társaság (NERC) 2011-ben megvitatta egy javasolt kísérletet, amely enyhítené az elektromos hálózatok frekvenciaszabályozási követelményeit, ami hosszú távon csökkentené az órák és más eszközök pontossága, amelyek a 60 Hz-es rádiófrekvenciát használják időalapként.
Gyakoriság és terhelés
A pontos frekvenciaszabályozás elsődleges oka annak lehetővé tétele, hogy a váltakozó áram áramát a több generátortól a hálózaton keresztül lehessen szabályozni. A rendszerfrekvencia tendenciája a kereslet és a termelés közötti eltérés mértéke, és szükséges paraméter az összekapcsolt rendszerek terhelésszabályozásához.
A rendszer frekvenciája változik a terhelés és a generáció változásával. Bármelyik szinkron generátor mechanikai bemeneti teljesítményének növelése nem befolyásolja nagymértékben a rendszer teljes frekvenciáját, de több villamos energiát fog termelni az egységtől. A generátorok vagy az átviteli vonalak megszakadása vagy meghibásodása által okozott súlyos túlterhelés során az energiarendszer frekvenciája csökken, a terhelés és a termelés közötti egyensúlyhiány miatt. Az összekapcsolás elvesztése az energia exportálása közben (a rendszer teljes termeléséhez viszonyítva) a rendszer frekvenciájának növekedését eredményezi a veszteség előtt, de összeomlást okozhat a veszteség után, mivel a termelés most nem lépést tart a fogyasztással. Az automatikus generációs vezérlés (AGC) az ütemezett frekvencia és az energiacsere áramának fenntartására szolgál. Az erőművek vezérlőrendszerei észlelik az egész hálózatra kiterjedő frekvenciaváltozásokat, és a generátorok mechanikai teljesítménybemenetét a célfrekvenciájukhoz igazítják. Ez az ellensúlyozás általában néhány tíz másodpercet vesz igénybe az érintett nagy forgó tömegek miatt (bár a nagy tömegek elsősorban a rövid távú zavarok nagyságának korlátozását szolgálják). Az ideiglenes frekvenciaváltások a változó kereslet elkerülhetetlen következményei. A kivételes vagy gyorsan változó hálózati frekvencia gyakran annak a jele, hogy egy villamosenergia-elosztó hálózat a kapacitáshatárai közelében működik, ennek drámai példái néha röviddel a nagyobb leállások előtt megfigyelhetők. A nagy termelőállomások, beleértve a szolárfarmokat is, csökkenthetik átlagos teljesítményüket, és az üzemi terhelés és a maximális kapacitás közötti magasságot használhatják a hálózat szabályozásának elősegítésére; A szolár inverterek reakciója gyorsabb, mint a generátoroké, mert nincs forgó tömegük. Mivel a változó erőforrások, mint például a nap és a szél, felváltják a hagyományos generációt és az általuk nyújtott tehetetlenséget, az algoritmusoknak kifinomultabbá kellett válniuk. Az energiatároló rendszerek, mint például az elemek, egyre nagyobb mértékben töltik be a szabályozási szerepet is.
Frekvencia Védőreléék a villamosenergia-rendszer hálózati érzékelik a visszaesés gyakorisága és automatikusan kezdeményezi teherledobás vagy kioldási az összekapcsolási vonalak, hogy megőrizze a működését legalább egy részét a hálózat. Kis frekvenciaeltérések (pl. 0,5 Hz 50 Hz vagy 60 Hz hálózaton) automatikus terheléscsökkenést vagy más vezérlési műveleteket eredményeznek a rendszer frekvenciájának helyreállításához.
A kisebb energiaellátó rendszerek, amelyek nincsenek széles körben összekapcsolva sok generátorral és terheléssel, nem fogják ugyanolyan pontossággal fenntartani a frekvenciát. Ahol a rendszer frekvenciája nincs szigorúan szabályozva nagy terhelési időszakokban, a rendszerüzemeltetők megengedhetik, hogy a rendszer frekvenciája emelkedjen enyhe terhelés idején, hogy fenntartsák az elfogadható pontosságú napi átlagos frekvenciát. A közüzemi rendszerhez nem csatlakoztatott hordozható generátoroknak nem kell szigorúan szabályozniuk frekvenciájukat, mert a tipikus terhelések érzéketlenek a kis frekvenciaeltérésekre.
Terhelés-frekvencia vezérlés
A terhelés-frekvencia vezérlés (LFC) egy olyan integrált vezérlés, amely a terhelés változása előtt visszaállítja a rendszer frekvenciáját és a szomszédos területekre áramló áramokat. A rendszer különböző területei közötti energiaátvitel "nettó kötővezeték-teljesítmény" néven ismert.
Az LFC általános vezérlő algoritmusát Nathan Cohn dolgozta ki 1971-ben. Az algoritmus magában foglalja a területszabályozási hiba (ACE) kifejezés meghatározását , amely a nettó kapcsolási vonali teljesítményhiba összege és a frekvenciahiba szorzata frekvencia torzítással. állandó. Amikor a területvezérlési hibát nullára csökkentik, a vezérlőalgoritmus nullára állította a frekvencia- és a kapcsolási vonali teljesítményhibákat.
Hallható zaj és interferencia
A váltakozó áramú készülékek az általuk használt váltakozó áram frekvenciáinak többszörösénél jellegzetes zümmögést, gyakran " hálózati zümmögésnek " nevezhetik (lásd Magnetostrikció ). Általában motoros és transzformátoros magrétegek hozzák létre, amelyek időben rezegnek a mágneses mezővel. Ez a zümmögés megjelenhet audiorendszerekben is, ahol az erősítő tápellátásának szűrője vagy árnyékolása nem megfelelő.
A legtöbb ország úgy döntött, hogy a televízió vertikális szinkronizációs sebessége megegyezik a helyi hálózati frekvenciával. Ez megakadályozta, hogy a távvezeték zúgása és mágneses interferenciája látható ütemfrekvenciákat okozzon a korai analóg TV-vevők megjelenített képén, különösen a hálózati transzformátorból. Bár a kép némi torzulása volt tapasztalható, többnyire észre sem vették, mert álló volt. A transzformátorok kiküszöbölése AC / DC vevőkészülékekkel , valamint a díszlettervezés egyéb változtatásai elősegítették a hatás minimalizálását, és egyes országokban vertikális sebességet alkalmaznak, amely közelíti a táplálási frekvenciát (nevezetesen 60 Hz-es területek).
Ennek a mellékhatásnak egy másik felhasználása törvényszéki eszköz. Ha olyan felvételt készít, amely hangot rögzít egy váltakozó áramú készülék vagy aljzat közelében, a zümmögést véletlenül rögzíti is. A zümmögés csúcsai minden váltakozó ciklusban megismétlődnek (20 Hz-enként 50 Hz-es váltakozó áram esetén, vagy 16,67 másodpercenként 60 Hz-es váltakozó áram esetén). A dúdolás pontos frekvenciájának meg kell egyeznie a dúdolás törvényszéki felvételének gyakoriságával abban a pontos dátumban és időpontban, amikor a felvétel állítólag megtörtént. A frekvencia-mérkőzés folytonosságai vagy egyáltalán nem egyezik elárulni a felvétel hitelességét.
Lásd még
További irodalom
- Furfari, FA, A távvezeték -frekvenciák alakulása 133+1- / 3 , hogy 25 Hz, ipari alkalmazások Magazine, IEEE, szeptember / október 2000, 6. kötet, Issue 5, Pages 12-14, ISSN 1077-2618.
- Rushmore, DB, Frequency , AIEE Transactions, 1912. évfolyam, 31. kötet, 955–983. Oldal, és vita a 974–978. Oldalon.
- Blalock, Thomas J., Egy nagy acélgyár villamosítása - A 25 Hz-es rendszer II. Részének fejlesztése , Ipari alkalmazások magazin, IEEE, 2005. szeptember / október, 9–12 . Oldal, ISSN 1077–2618 .