Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Электрик Инфо » Избранные статьи » Интересные факты » Почему в электроэнергетике выбран стандарт частоты 50 герц
Количество просмотров: 113897
Комментарии к статье: 18


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.

Частота 50 Гц

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?

Давайте обратимся к истории, чтобы разобраться в данной теме. Во второй половине XIX века 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.

Почему в электроэнергетике выбран стандарт частоты 50 герц

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:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Почему в разных странах различается напряжение и частота в электрической се ...
  • Какой ток опаснее, постоянный или переменный?
  • Как отличить асинхронный двигатель от двигателя постоянного тока
  • Как определить скорость вращения электродвигателя
  • Автомобильный генератор и его особенности
  • Категория: Избранные статьи » Интересные факты

    Никола Тесла

      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: 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...

      Комментарии:

    #9 написал: Konoplyov | [цитировать]

    Мировую экономику и, следовательно - цивилизацию спасут децентрализация и автономизация генерации ЭЭ на уровне кластеров в 20-200м. При этом генератор мощностью 5 кВТ не долженбыть дороже простого мобильного телефона с кнопками, исключение - промпотребитель.

      Комментарии:

    #10 написал: Ратибор | [цитировать]

    Статья от лукавого. Просто признайтесь, что высокая частота не выгодна буржуям капиталистам, так как исчезнут потери в сетях, людей не будет бить током и не нужно будет строить АЭС и ТЭЦ, как и платить за свет. А 50 гц очень вредны для мозга людей, это факт. Люди должны купаться в энергии и богато жить, но слуги яхве этого не допускают.

      Комментарии:

    #11 написал: Konstantin | [цитировать]

    Статья ни о чём, основная мысль: ну, так получилось. Вся главная информация - в комментариях ((( 
    Добавлю ещё один: в самолётах используется повышенная частота внутренней сети = 400 Гц, преимущество: компактность аппаратуры. Многим приборам требуется таки постоянный ток, а для выпрямления 400Гц нужны гораздо меньшие конденсаторы, чем для выпрямления 50/60Гц

      Комментарии:

    #12 написал: Сержик | [цитировать]

    Не сравнивайте потребительское оборудование (зарядки) и линии передачи. Передать на сколько-нибудь далекое расстояние такое высокочастотное (сотни килогерц) напряжение по проводам без огромных потерь не получится.

      Комментарии:

    #13 написал: Павел | [цитировать]

    Частота 50 гц в бытовых электрических сетях выбрана возможно из-за того, что раньше везде использовались лампы накаливания, а их тепловая инерция позволяет применять частоту приблизительно до 25 гц (при более низкой частоте становится заметной пульсация света). Это нижний порог. Ну а верхний связан с техническими возможностями генераторов. 

      Комментарии:

    #14 написал: Аноним | [цитировать]

    Вообще-то трехфазная система позволяет организовать простой и эффективный электропривод, в отличии от однофазной (не двухфазной!), требующей фазосдвигающих конденсаторов и имеющей низкий КПД.

    В авиации изспользуется частота 400 Гц из-за наличия специфичных потребитей - авиагоризонтов и гировертикалей, маховики которых должны вращаться с высокой частотой, которая обеспечивается асинхроными электродвигателями, питающимися от такой сети.

      Комментарии:

    #15 написал: Алектр | [цитировать]

    Мне все-таки интересно с какой частотой вращаются роторы (генераторы) в современных тепловых, атомных и гидроэлектростанциях? Если 50 оборотов в секунду (3000 - в минуту) слишком большая цифра, сколько пар полюсов используются - и каким образом достигается именно синусоидальный переменный ток при накладывание (сумирование) нескольких пар полюсов??? Или при такой комбинации главное достичь желаемой частоты, и амплитуды напряжение? Понятно что при нескольких пар полюсов отлонение от частоты не так страшно, но также интересно как препятствуют этому, насколько частое это явление?

      Комментарии:

    #16 написал: Андрей | [цитировать]

    Скорость вращения гидрогенератора колеблется от 60 до 750 об/мин. Такой широкий диапазон скоростей связан с большим разнообразием напора и расхода воды на гидростанциях. Турбогенераторы — синхронные генераторы, имеющие роторы с неявно выраженными полюсами и скорости вращения 1500 и 3000 об/мин. Они получают механическую энергию от паровых турбин.

    Переменная э. д. е., индуктируемая в статоре генератора при его работе, характеризуется амплитудой, частотой и формой кривой. Все генераторы, установленные на электрических станциях, должны создавать переменный ток при постоянной частоте f=50 гц. Повороту ротора на одну пару полюсов соответствует один период э. д. с. Если в общем случае машина имеет р пар полюсов и ротор ее вращается со скоростью n оборотов в минуту, то число периодов за одну секунду — частота э. д. с. будет равна f = pn/60.

    Таким образом, для установления стандартной частоты э. д. с. необходимо, чтобы ротор генератора вращался со строго постоянной скоростью, зависящей от числа пар его полюсов.

    Форма кривой э. д. с., на самом деле, является одной из важнейших характеристик генератора является, т.к. энергосистемы лучше всего работают при синусоидальной форме кривой э. д. с. Отступление от синусоидальной формы кривой приводит к увеличению потерь в генераторах и приемниках, вызывает возникновение перенапряжений в линиях передачи, а также оказывает вредное воздействие на близлежащие линии слабого тока и т. д. Поэтому получение в генераторе синусоидальной э. д. с. составляет одну из важнейших задач при конструировании синхронных машин. Форма кривой э. д. с. генератора зависит от формы полюсных наконечников и от устройства обмоток. 

      Комментарии:

    #17 написал: Антон | [цитировать]

    На западе частота 60 Гц, у нас – 50 Гц – близкие частоты, но российское оборудование там не будет работать. Кстати, с точки зрения влияния электромагнитного поля на организм – это самые неприятные частоты.

      Комментарии:

    #18 написал: Олег | [цитировать]

    В европейских странах частота переменного тока стандартизирована и равна 50 гц. Так было всеми принято. Это как закон. Все генераторы, установленные на электрических станциях, должны создавать переменный ток при частоте 50 гц, которая должна поддерживаться такой во всей энергосистеме. 

    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:

    Популярные статьи:

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Яндекс Дзен

     

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

    Copyright © 2009-2021 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный (о сайте и авторах статей)
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.