Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

Электрик Инфо - мир электричества. Электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, интересные факты и многое другое для начинающих электриков и домашних мастеров.
Кейсы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок.
 
 
 

Сайт электрика

Новые статьи

Избранные статьи » Интересные факты

Почему в электроэнергетике выбран стандарт частоты 50 герц

Почему по сей день в энергетической отрасли для передачи и распределения электроэнергии всюду выбраны и остаются принятыми частоты 50 и 60 Гц? Вы когда-нибудь задумывались об этом? А ведь это совсем не случайно. В странах Европы и СНГ принят стандарт 220-240 вольт 50 герц, в североамериканских странах и в США — 110-120 вольт 60 Гц, а в Бразилии 120, 127 и 220 вольт 60 Гц. Кстати, непосредственно в США в розетке порой может оказаться, скажем, 57 или 54 Гц. Откуда эти цифры?

Почему в электроэнергетике выбран стандарт частоты 50 герц

Давайте обратимся к истории, чтобы разобраться в данной теме. Во второй половине 20 столетия ученые многих стран мира активно изучали электричество и искали ему практическое применение. Томас Эдисон изобрел свою первую лампочку, внедрив тем самым электрическое освещение. Возводились первые электростанции постоянного тока. Начало электрификации в США.

Первые лампы были дуговыми, они светились электрическим разрядом, горящим на открытом воздухе, зажигаемым между двумя угольными электродами. Экспериментаторы того времени довольно быстро установили, что именно при 45 вольтах дуга становится более устойчивой, однако для безопасного зажигания, последовательно с лампой подключали резистивный балласт, на котором падало в процессе работы лампы около 20 вольт.

Так, долгое время применялось постоянное напряжение 65 вольт. Затем его повысили до 110 вольт, чтобы можно было последовательно включить в сеть сразу две дуговые лампы.

Томас Эдисон

Эдисон был фанатичным сторонником систем постоянного тока, и генераторы постоянного тока Эдисона поначалу так и работали, подавая в потребительские сети 110 вольт постоянного напряжения.

Но технология постоянного тока Эдисона была очень-очень затратной, экономически не выгодной: нужно было прокладывать много толстых проводов, да и передача от электростанции до потребителя не превышала расстояния в несколько сотен метров, поскольку потери при передаче были огромны.

Позже была введена трехпроводная система постоянного тока на 220 вольт (две параллельные линии по 110 вольт), однако существенно положение относительно экономичности такой передачи не улучшилось.

Никола Тесла

Позже Никола Тесла разработал свои, совершенно новаторские генераторы переменного тока, и внедрил экономически более эффективную систему передачи электроэнергии при высоком напряжении в несколько тысяч вольт, и электроэнергию можно стало передавать на тысячи метров, потери при передаче снизились в десятки раз. Постоянный ток Эдисона не выдержал конкуренции с переменным током Тесла.

Трансформаторы на железе понижали высокое напряжение до 127 вольт на каждой из трех фаз, подавая его потребителю в виде переменного тока. При работе генераторов переменного тока, приводимых в движение паром или падающей водой, роторы их вращались с частотой от 3000 оборотов в минуту и даже больше. Это позволяло лампам не мерцать, асинхронным двигателям нормально работать, выдерживая номинальные обороты, а трансформаторам — преобразовывать электричество, повышать и понижать напряжение.

Генератор Доливо-Добровольского

Между тем, в СССР напряжение сетей до 60-х годов оставалось на уровне 127 вольт, затем с ростом производственных мощностей его подняли до привычных нам теперь 220 вольт.

Доливо-Добровольский, так же как и Тесла, исследовавший возможности переменного тока, предложил использовать для передачи электроэнергии именно синусоидальный ток, а частоту предложил установить в пределах от 30 до 40 герц. Позже сошлись на 50 герцах в СССР и на 60 герцах — в США. Эти частоты были оптимальными для оборудования переменного тока, во всю работавшего на многих заводах.

Современный генератор переменного тока

Частота вращения двухполюсного генератора переменного тока составляет 3000 либо максимум 3600 оборотов в минуту, и дает как раз частоты 50 и 60 Гц при генерации. Для нормальной работы генератора переменного тока, частота должна быть не менее 50-60 Гц. Промышленные трансформаторы без проблем преобразуют переменный ток данной частоты.

Сегодня принципиально можно повысить частоту передачи электроэнергии до многих килогерц, и сэкономить таким образом на материалах проводников в ЛЭП, однако инфраструктура остается приспособленной именно для тока частотой 50 Гц, она была так спроектирована изначально по всему миру, генераторы на атомных электростанциях вращаются с все той же частотой 3000 оборотов в минуту, имеют всё ту же пару полюсов. Поэтому модификация систем генерации, передачи и распределения электроэнергии - вопрос отдаленного будущего. Вот почему 220 вольт 50 герц остаются у нас пока стандартом.

Андрей Повный 



Поделитесь этой статьей с друзьями:

Вступайте в наши группы в социальных сетях:

ВКонтакте Facebook Одноклассники

Смотрите также на Электрик Инфо:

  • Почему в разных странах различается напряжение и частота в электрической се ...
  • Как отличить асинхронный двигатель от двигателя постоянного тока
  • Что такое динамо-машина. Первые генераторы постоянного тока
  • Как определить скорость вращения электродвигателя
  • Автомобильный генератор и его особенности

  •  
      Комментарии:

    #1 написал: Алексей | [цитировать]

     
     

    Добрый день.
    Спасибо за статью. Интересовался єтим вопросом, а сегодня получил исчерпывающий ответ.
    Но есть пару вопросов:
    На сколько трудоемкое дело трансформация частоты?
    Почему "по всему миру" если Европейский и Американский стандарты отличаются?
    И последнее, попадаются очень много блоков питания на 50/60 Гц. Какой электрический прибор еще не может иметь двойных стандартов?

      Комментарии:

    #2 написал: Владимир | [цитировать]

     
     

    В принципе все правильно, но если учесть то, что экономически нецелесообразно передавать переменный ток повышенной частоты на большие расстояния из-за  потерь, вызванных емкостной составляющей линий электропередач, то это было бы более правдоподобным объяснением. Понижение частоты  опять - же влечет за собой значительные  затраты, связанные с увеличением габаритов, а естественно и материальных затрат при производстве оборудования.

      Комментарии:

    #3 написал: гость | [цитировать]

     
     

    Все от того, что не было возможности поднять напряжение для передачи мощности на расстояния - трансформаторы работают на переменном токе. На то время это было единственно правильное решение..

      Комментарии:

    #4 написал: alex | [цитировать]

     
     

    Насчет Доливо-Добровольского---этот "инженер-новатор" работал в компании Эдисона, укравшего (не заплатившего) патенты Тесла на часть оборудование двухфазной системы переменного тока....при этом сам Тесла вполне серьезно пригрозил тому судом...Эдисон видя, как денежки уплывают в компанию Вестингауза (работы по совершенствованию продолжались), ничего лучшего не придумал и запатентовал систему трехфазного тока.....при самых примитивных модификациях системы двухфазного..Работы по модификации и выполнил Доливо-Добровольский, что удорожило все ровно на 30% по расходным материалам, а выгоды ровно никакой кроме лишнего провода и усложнения конструкции. Проделано это было в Европе, где было мало линий постоянного тока на два провода в отличии от Америки, где они уже были повсеместно и Тесла лишь в целях их использования разрабатывал двухфазную систему с "землей"..

      Комментарии:

    #5 написал: Alex Gal | [цитировать]

     
     

    "Для нормальной работы генератора переменного тока, частота должна быть не менее 50-60 Гц"

    Это с чего же? Генератору пофигу какую частоту он будет выдавать.

    В статье многое правильно сказано, по полной ясности нет почему же используется 50Гц.

    А на самом деле все очень просто, но в статье об этом не сказано. На самом деле паровые машины не могут работать с частотой 3000 оборотов в минуту, максимум 100-200 оборотов. На такой частоте  первые из них  и работали, повышая обороты ременными редукторами. Много там не повысишь. А поскольку частота переменного тока прямо зависит от числа оборотов f=n/60 для одной пары полюсов, в то время как получить большие обороты было технически сложно, поэтому и частота выбиралась минимально возможной. А поскольку 3000 оборотов были не достижимы, увеличивали чило пар полюсов генератора. Такой генератор, например, с 8 полюсами был построен еще в 1878 году. Выдавал он 40Гц от парового двигателя, для этого через ременный редуктор он раскручивался до 600 оборотов.

    То есть это пример сложности получения высокой частоты питающего напряжения. Теперь почему не 30, не 40, а 50 или 60Гц.

    Все просто. Вы правы в том что первые потребители для этих генераторов были электрические лампочки. Предложенная частота 30-40Гц вызывала неприятные и заметные пульсации освещения. На 50Гц пульсации были уже малозаметны, выше - возникали сложности с повышением оборотов вала генератора или с технической конструкцией обмотки генератора (числа его полюсов). Вот как то так.

      Комментарии:

    #6 написал: Максим | [цитировать]

     
     

    Повышение частоты влечёт повышение потерь на ёмкость и индуктивность + радиоизлучение. Как раз на линии пост тока миним потерь. Килогерцы гонять ой сомневаюсь, как это всё пищать на будет уже на 110кВ интересно.

      Комментарии:

    #7 написал: Jnsx | [цитировать]

     
     

    Но в идеале для глаз лучше частота 100гц? Или я неправ сравнивая частоту мерцания света с частотой монитора. Но если лампочка на 50гц всеравно немного мерцает значит на 60 она меньше мерцает а на 100гц будет приятный чистый ровный свет? И вся проблема в затратах?

      Комментарии:

    #8 написал: Людмила | [цитировать]

     
     

    Только не "Во второй половине 20 столетия", а "Во второй половине XIX века" ))

      Комментарии:

    #9 написал: Kitaro | [цитировать]

     
     

    Как обычно всех вводят в заблуждение. Посмотрите как уменьшились зарядные устройства, работающие на повышенной от сети частоты. Блоки питания, инверторы и прочие устройства уменьшают через увеличение частоты питающей сети. Мало того что на определенных частотах человек не ощущает прохождения тока через свое тело. Можно много еще рассказать о возможностях повышенных частот...

    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:
    Введите код: *


    Электрика дома  | Электрообзоры  | Энергосбережение
    Секреты электрика | Источники света | Делимся опытом
    Домашняя автоматика | Электрика для начинающих
    Практическая электроника | Электротехнические новинки

    Copyright © 2009-2018 electrik.info Андрей Повный (об авторе)
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.