Frekvence sítě - Utility frequency

Tvar vlny 230 V a 50 Hz ve srovnání s 110 V a 60 Hz

Utility frekvence , linka frekvence (výkon) ( americká angličtina ) nebo frekvence sítě ( britská angličtina ) je jmenovitá frekvence kmitů střídavého proudu (AC) v rozlehlé synchronní sítě vysílaného z elektrárny ke koncovému uživateli . Ve velkých částech světa je to 50  Hz , ačkoli v Americe a částech Asie je to obvykle 60 Hz. Aktuální spotřeba podle země nebo regionu je uvedena v seznamu elektrické energie podle země .

Během vývoje komerčních elektrických energetických systémů na konci 19. a na počátku 20. století bylo používáno mnoho různých frekvencí (a napětí). Velké investice do vybavení na jedné frekvenci způsobily, že standardizace byla pomalý proces. Na přelomu 21. století však místa, která nyní používají frekvenci 50 Hz, mají tendenci používat 220–240  V a ta, která nyní používají 60 Hz, mají tendenci používat 100–127 V. Obě frekvence dnes existují současně (Japonsko používá ) bez velkých technických důvodů upřednostňovat jeden před druhým a bez zjevné touhy po úplné celosvětové standardizaci.

V praxi se přesná frekvence mřížky mění kolem nominální frekvence, snižuje se při silném zatížení mřížky a zrychluje se při mírném zatížení. Většina nástrojů však v průběhu dne upraví frekvenci mřížky, aby zajistila stálý počet cyklů. To používají některé hodiny k přesnému udržení času.

Provozní faktory

Výběr frekvence v systému střídavého proudu ovlivňuje několik faktorů. Osvětlení, motory, transformátory, generátory a přenosová vedení mají vlastnosti, které závisí na napájecí frekvenci. Všechny tyto faktory interagují a činí výběr výkonové frekvence podstatnou otázkou. Nejlepší frekvence je kompromis mezi protichůdnými požadavky.

Na konci 19. století by návrháři zvolili relativně vysokou frekvenci pro systémy s transformátory a obloukovými světly , aby se ušetřilo na transformátorových materiálech a snížilo viditelné blikání lamp, ale zvolili by nižší frekvenci pro systémy s dlouhými přenosovými linkami nebo krmení především zatížení motoru nebo točité měniče pro výrobu stejnosměrného proudu . Když se staly praktickými velké centrální elektrárny, byla volba frekvence provedena na základě povahy zamýšleného zatížení. Nakonec vylepšení konstrukce stroje umožnily použití jedné frekvence jak pro osvětlení, tak pro zatížení motoru. Jednotný systém zlepšil ekonomiku výroby elektřiny, protože zátěž systému byla v průběhu dne rovnoměrnější.

Osvětlení

První aplikace komerční elektrické energie byly žárovkové osvětlení a elektromotory typu komutátoru . Obě zařízení fungují dobře na stejnosměrný proud, ale stejnosměrný proud nelze snadno změnit v napětí a obvykle se vyrábí pouze při požadovaném provozním napětí.

Pokud je žárovka provozována na nízkofrekvenčním proudu, vlákno se ochlazuje v každém půlcyklu střídavého proudu, což vede k znatelné změně jasu a blikání žárovek; účinek je výraznější u obloukových výbojek a později rtuťových výbojek a zářivek . Otevřené obloukové lampy vydávaly zvukový signál o střídavém proudu, což vedlo k experimentům s vysokofrekvenčními alternátory, aby se zvuk zvýšil nad rozsah lidského sluchu.

Točivé stroje

Motory typu komutátoru nepracují dobře na vysokofrekvenčním střídavém proudu, protože rychlé změny proudu jsou v rozporu s indukčností motorového pole. Ačkoli jsou univerzální motory komutátorového typu běžné u domácích střídavých spotřebičů a elektrického nářadí, jedná se o malé motory s výkonem menším než 1 kW. Indukční motor Bylo zjištěno, že fungují dobře na frekvencích kolem 50 až 60 Hz, ale s materiály jsou k dispozici v roce 1890 nebude dobře fungovat při frekvenci, řekněme, 133 Hz. Existuje pevný vztah mezi počtem magnetických pólů v poli indukčního motoru, frekvencí střídavého proudu a rychlostí otáčení; daná standardní rychlost tedy omezuje výběr frekvence (a zpátečky). Jakmile se staly běžné elektromotory na střídavý proud , bylo důležité standardizovat frekvenci pro kompatibilitu s vybavením zákazníka.

Generátory provozované pomalými pístovými motory budou produkovat nižší frekvence pro daný počet pólů, než ty, které provozuje například vysokorychlostní parní turbína . Pro velmi nízké rychlosti hnacího stroje by bylo nákladné postavit generátor s dostatečným počtem pólů, aby poskytoval vysokou frekvenci střídavého proudu. Bylo také zjištěno, že synchronizace dvou generátorů na stejnou rychlost je snadnější při nižších rychlostech. Zatímco řemenové pohony byly běžné jako způsob, jak zvýšit rychlost pomalých motorů, ve velmi velkých hodnoceních (tisíce kilowattů) byly drahé, neúčinné a nespolehlivé. Asi po roce 1906 upřednostňovaly generátory poháněné přímo parními turbínami vyšší frekvence. Stabilnější rychlost otáčení vysokorychlostních strojů umožňovala uspokojivý provoz komutátorů v rotačních měničích. Synchronní rychlost N v RPM se vypočítá pomocí vzorce,

kde f je frekvence v hertzích a P je počet pólů.

Synchronní otáčky střídavých motorů pro některé současné a historické užitečné frekvence
Poláci RPM při 133 1 / 3  Hz RPM při 60 Hz RPM při 50 Hz RPM při 40 Hz RPM při 25 Hz RPM při 16 2 / 3  Hz
2 8 000 3 600 3 000 2400 1 500 1 000
4 4 000 1 800 1 500 1200 750 500
6 2666,7 1200 1 000 800 500 333,3
8 2 000 900 750 600 375 250
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 1 000 450 375 300 187,5 125
18 888,9 400 333 1 / 3 266 2 / 3 166 2 / 3 111,1
20 800 360 300 240 150 100

Stejnosměrný proud nebyl zcela vytlačen střídavým proudem a byl užitečný v železničních a elektrochemických procesech. Před vývojem usměrňovačů rtuťových obloukových ventilů byly k výrobě stejnosměrného proudu ze střídavého proudu použity rotační měniče. Stejně jako ostatní stroje typu komutátoru fungovaly lépe s nižšími frekvencemi.

Přenos a transformátory

Pomocí střídavého proudu lze transformátory použít ke snižování vysokých přenosových napětí ke snížení uživatelského napětí. Transformátor je účinně zařízení pro přeměnu napětí bez pohyblivých částí a vyžaduje malou údržbu. Použití střídavého proudu eliminovalo potřebu točivých generátorů motorů pro konverzi stejnosměrného napětí, které vyžadují pravidelnou údržbu a monitorování.

Vzhledem k tomu, že pro danou úroveň výkonu jsou rozměry transformátoru zhruba nepřímo úměrné frekvenci, byl by systém s mnoha transformátory při vyšší frekvenci ekonomičtější.

Přenos elektrické energie přes dlouhé čáry zvýhodňuje nižší frekvence. Účinky distribuované kapacity a indukčnosti vedení jsou při nízké frekvenci menší.

Propojení systému

Generátory lze propojit, aby fungovaly paralelně, pouze pokud mají stejnou frekvenci a tvar vlny. Standardizací použité frekvence lze generátory v geografické oblasti propojit do sítě , což zajišťuje spolehlivost a úsporu nákladů.

Dějiny

Japonské užitkové frekvence jsou 50 Hz a 60 Hz

V 19. století bylo použito mnoho různých výkonových frekvencí.

Velmi raná izolovaná schémata generování střídavého proudu používala libovolné frekvence založené na výhodnosti konstrukce parního stroje , vodní turbíny a elektrického generátoru . Frekvence mezi 16+2 / 3  Hz a 133+1 / 3  Hz byly použity v různých systémech. Například město Coventry v Anglii mělo v roce 1895 jedinečný jednofázový distribuční systém s frekvencí 87 Hz, který se používal až do roku 1906. Šíření frekvencí vyrostlo z rychlého vývoje elektrických strojů v období 1880 až 1900.

V raném období žárovkového osvětlení byl běžný jednofázový střídavý proud a typickými generátory byly 8pólové stroje provozované při 2 000 ot / min, které dávaly frekvenci 133 hertzů.

Ačkoli existuje mnoho teorií a poměrně málo zábavných městských legend , v historii 60 Hz vs. 50 Hz je jen malá jistota.

Německá společnost AEG (pocházející ze společnosti založené Edisonem v Německu) postavila první německou výrobu elektřiny na 50 Hz. V té době měla AEG virtuální monopol a jejich standard se rozšířil do zbytku Evropy. Po pozorování blikání lamp provozovaných 40 Hz výkonem přenášeným linkou Lauffen-Frankfurt v roce 1891 zvýšila AEG v roce 1891 jejich standardní frekvenci na 50 Hz.

Společnost Westinghouse Electric se rozhodla standardizovat na vyšší frekvenci, aby umožnila provoz elektrického osvětlení i indukčních motorů na stejném generátorovém systému. Ačkoli 50 Hz bylo vhodné pro oba, v roce 1890 Westinghouse usoudil, že stávající zařízení pro obloukové osvětlení fungovalo o něco lépe na 60 Hz, a proto byla zvolena frekvence. Provoz indukčního motoru Tesla, který byl licencován společností Westinghouse v roce 1888, vyžadoval nižší frekvenci než v té době běžných 133 Hz pro osvětlovací systémy. V roce 1893 General Electric Corporation, která byla přidružena k AEG v Německu, postavila v Mill Creek výrobní závod na dodávku elektřiny do Redlands v Kalifornii s použitím 50 Hz, ale o rok později se změnila na 60 Hz, aby si udržela podíl na trhu se standardem Westinghouse.

Počátky 25 Hz

První generátory v projektu Niagarské vodopády , postavené společností Westinghouse v roce 1895, byly 25 Hz, protože rychlost turbíny již byla nastavena před definitivním výběrem přenosu střídavého proudu . Westinghouse by pro pohon motorových zátěží zvolil nízkou frekvenci 30 Hz, ale turbíny pro projekt již byly stanoveny na 250 ot / min. Stroje mohly být vyrobeny tak, aby dodaly 16 kusů+2 / 3  Hz výkon vhodný pro těžké motory komutátoru typu, ale společnost Westinghouse namítnout, že by to bylo nežádoucí pro osvětlení a navrhl 33+1 / 3  Hz. Nakonec byl zvolen kompromis 25 Hz s 12pólovými 250 RPM generátory. Vzhledem k tomu, že projekt Niagara měl na konstrukci elektrických energetických systémů takový vliv, převládalo jako severoamerický standard pro nízkofrekvenční střídavý proud 25 Hz.

Počátky 40 Hz

Studie společnosti General Electric dospěla k závěru, že 40 Hz by bylo dobrým kompromisem mezi potřebami osvětlení, motoru a přenosu, vzhledem k dostupným materiálům a vybavení v první čtvrtině 20. století. Bylo postaveno několik 40 Hz systémů. Demonstrace Lauffen-Frankfurt používá 40 Hz do vysílacího výkonu 175 km v roce 1891. Velký propojený 40 Hz síť existoval v severovýchodní Anglii (dále jen Newcastle-upon-Tyne energetický podnik , NESCO) až do příchodu National Grid (UK ) na konci 20. let 20. století a projekty v Itálii používaly 42 Hz. Nejstarší nepřetržitě fungující komerční vodní elektrárna ve Spojených státech, vodní elektrárna Mechanicville , stále vyrábí elektrickou energii při 40 Hz a dodává energii do místního 60 Hz přenosového systému prostřednictvím frekvenčních měničů . Průmyslové závody a doly v Severní Americe a Austrálii byly někdy stavěny s 40 Hz elektrickými systémy, které byly udržovány, dokud nebyly příliš neekonomické, aby pokračovaly. Ačkoli frekvence blízké 40 Hz našly mnoho komerčního využití, byly obcházeny standardizovanými frekvencemi 25, 50 a 60 Hz, které upřednostňovali výrobci většího objemu zařízení.

Ganz Společnost Maďarska byl standardizován na 5000 alternace za minutu (41 2 / 3  Hz) pro své výrobky, takže klienti Ganz měl 41 2 / 3  Hz systémů, které v některých případech běžel na mnoho let.

Standardizace

V počátcích elektrifikace se používalo tolik frekvencí, že nepřekonala žádná jednotlivá hodnota (Londýn v roce 1918 měl deset různých frekvencí). Jak 20. století pokračovalo, více energie se vyrábělo při 60 Hz (Severní Amerika) nebo 50 Hz (Evropa a většina Asie). Standardizace umožnila mezinárodní obchod s elektrickými zařízeními. Mnohem později použití standardních frekvencí umožnilo propojení energetických sítí. Teprve po druhé světové válce - s příchodem dostupného elektrického spotřebního zboží - byly přijaty jednotnější normy.

Ve Spojeném království byla standardní frekvence 50 Hz deklarována již v roce 1904, ale významný vývoj pokračoval na dalších frekvencích. Implementace National Grid od roku 1926 přinutila standardizaci frekvencí mezi mnoha propojenými poskytovateli elektrických služeb. Standard 50 Hz byl zcela zaveden až po druhé světové válce .

Kolem roku 1900 evropští výrobci většinou standardizovali na 50 Hz pro nové instalace. Německý Verband der Elektrotechnik (VDE), v první normě pro elektrické stroje a transformátory z roku 1902, doporučil jako standardní frekvence 25 Hz a 50 Hz. VDE neviděl moc použití 25 Hz a upustil od vydání standardu z roku 1914. Zbytkové instalace na jiných frekvencích přetrvávaly až do doby po druhé světové válce.

Z důvodu nákladů na převod mohou některé části distribučního systému pokračovat v provozu na původních frekvencích i po výběru nové frekvence. Energie 25 Hz byla použita v Ontariu v Quebecu na severu USA a pro železniční elektrifikaci . V padesátých letech bylo mnoho 25 Hz systémů, od generátorů až po domácí spotřebiče, přestavěno a standardizováno. Do roku 2009 stále existovalo přibližně 25 Hz generátorů v Sir Adam Beck 1 (tyto byly dovybaveny na 60 Hz) a ve výrobních stanicích Rankine (do uzavření v roce 2009) poblíž Niagarských vodopádů, aby poskytovaly energii velkým průmyslovým zákazníkům, kteří nechtěli nahradit stávající zařízení; a v New Orleans existuje několik 25 Hz motorů a 25 Hz elektrárna pro čerpadla povodňové vody. K 15 kV AC železniční sítě, používané v Německu , Rakousku , Švýcarsku , Švédsku a Norsku , stále pracují na 16+2 / 3  Hz a 16,7 Hz.

V některých případech, kdy největší zátěž měla být železniční nebo motorová zátěž, se považovalo za ekonomické vyrábět energii při 25 Hz a instalovat rotační měniče pro distribuci 60 Hz. Měniče pro výrobu stejnosměrného proudu ze střídavého proudu byly k dispozici ve větších velikostech a byly účinnější při 25 Hz ve srovnání s 60 Hz. Zbytkové fragmenty starších systémů mohou být vázány na standardní frekvenční systém pomocí rotačního měniče nebo statického měniče frekvence. Ty umožňují záměnu energie mezi dvěma energetickými sítěmi na různých frekvencích, ale systémy jsou velké, nákladné a při provozu ztrácejí část energie.

Frekvenční měniče točivých strojů používané k převodu mezi systémy 25 Hz a 60 Hz byly designově nepříjemné; 60 Hz stroj s 24 póly by se otáčel stejnou rychlostí jako 25 Hz stroj s 10 póly, což by dělalo stroje velké, pomalé a drahé. Poměr 60/30 by tyto návrhy zjednodušil, ale instalovaná základna při 25 Hz byla příliš velká na to, aby mohla být ekonomicky oponována.

Ve Spojených státech byla jižní Kalifornie Edison standardizována na 50 Hz. Velká část jižní Kalifornie fungovala na 50 Hz a až do roku 1948 zcela nezměnila frekvenci svých generátorů a zákaznického vybavení na 60 Hz. Některé projekty společnosti Au Sable Electric Company používaly v roce 1914 30 Hz při přenosovém napětí až 110 000 voltů.

Zpočátku v Brazílii byly elektrické stroje dováženy z Evropy a Spojených států, z čehož vyplývá, že země měla podle jednotlivých regionů standardy 50 Hz i 60 Hz. V roce 1938 přijala federální vláda zákon Decreto-Lei 852 , který měl do osmi let snížit celou zemi pod 50 Hz. Zákon nefungoval a na počátku 60. let bylo rozhodnuto, že Brazílie bude sjednocena pod 60 Hz standard, protože většina rozvinutých a průmyslových oblastí používá 60 Hz; a nový zákon Lei 4.454 byl vyhlášen v roce 1964. Brazílie podstoupila program převodu frekvence na 60 Hz, který byl dokončen až v roce 1978.

V Mexiku došlo v 70. letech k přeměně oblastí působících na 50 Hz síť, čímž se země spojila pod 60 Hz.

V Japonsku používá západní část země (Nagoja a západ) 60 Hz a východní část (Tokio a východ) používá 50 Hz. Vznikají první nákupy generátorů od společnosti AEG v roce 1895 instalovaných pro Tokio a General Electric v roce 1896 instalovaných v Osace. Hranice mezi dvěma oblastmi obsahuje čtyři vzájemně propojené rozvodny HVDC, které převádějí frekvenci; to jsou Shin Shinano , Sakuma Dam , Minami-Fukumitsu a Higashi-Shimizu Frequency Converter .

Frekvence služeb v Severní Americe v roce 1897

Hz Popis
140 Dynamo pro osvětlení oblouku dřeva
133 Společnost Stanley-Kelly
125 General Electric jednofázové
66.7 Společnost Stanley-Kelly
62.5 General Electric "monocyklický"
60 Mnoho výrobců se stává „stále běžnějším“ v roce 1897
58.3 General Electric Lachine Rapids
40 General Electric
33 General Electric v Portlandu v Oregonu pro rotační měniče
27 Crocker-Wheeler pro pece na karbid vápníku
25 Westinghouse Niagara Falls 2-fázový - pro provoz motorů

Frekvence sítě v Evropě do roku 1900

Hz Popis
133 Jednofázové osvětlovací systémy ve Velké Británii a Evropě
125 Jednofázový osvětlovací systém ve Velké Británii a Evropě
83.3 Jednofázové, Ferranti UK, Deptford Power Station , Londýn
70 Jednofázové osvětlení, Německo 1891
65.3 BBC Bellinzona
60 Jednofázové osvětlení, Německo, 1891, 1893
50 AEG, Oerlikon a další výrobci, případný standard
48 Stanice BBC Kilwangen,
46 Řím, Ženeva 1900
45 1 / 3 Městská elektrárna, Frankfurt nad Mohanem, 1893
42 Zákazníci společnosti Ganz, také Německo 1898
41 2 / 3 Ganz Company, Maďarsko
40 Lauffen am Neckar, hydroelektřina, 1891, do roku 1925
38.6 BBC Arlen
33 1 / 3 St. James and Soho Electric Light Co. London
25 Jednofázové osvětlení, Německo 1897

Dokonce ani v polovině 20. století nebyly užitkové frekvence stále zcela standardizovány na dnes běžných 50 Hz nebo 60 Hz. V roce 1946 uvedla referenční příručka pro konstruktéry rádiových zařízení následující nyní zastaralé frekvence, jak se používají. Mnoho z těchto regionů mělo také 50cyklové, 60cyklové nebo stejnosměrné napájecí zdroje.

Frekvence používané v roce 1946 (stejně jako 50 Hz a 60 Hz)

Hz Kraj
25 Kanada (jižní Ontario), zóna Panamského průplavu (*), Francie, Německo, Švédsko, Velká Británie, Čína, Havaj, Indie, Mandžusko
33 1 / 3 Elektrárna Lots Road, Chelsea, Londýn (pro londýnské metro a trolejbusy po přestavbě na DC)
40 Jamajka, Belgie, Švýcarsko, Velká Británie, Federativní malajské státy, Egypt, Západní Austrálie (*)
42 Československo, Maďarsko, Itálie, Monako (*), Portugalsko, Rumunsko, Jugoslávie, Libye (Tripolis)
43 Argentina
45 Itálie, Libye (Tripolis)
76 Gibraltar(*)
100 Malta (*), britská východní Afrika

Pokud jsou oblasti označeny (*), jedná se o jedinou frekvenci obslužného programu zobrazenou pro tuto oblast.

Železnice

Ostatní výkonové frekvence se stále používají. Německo, Rakousko, Švýcarsko, Švédsko a Norsko používají sítě trakční energie pro železnice a distribuují jednofázové střídavé napětí v 16+2 / 3  Hz a 16,7 Hz. Frekvence 25 Hz se používá pro rakouskou železnici Mariazell a také protrakční energetické systémy Amtrak a SEPTA ve Spojených státech. Ostatní střídavé železniční systémy jsou napájeny na místní komerční napájecí frekvenci 50 Hz nebo 60 Hz.

Trakční výkon může být odvozen z komerčních napájecích zdrojů frekvenčními měniči nebo v některých případech může být vyroben specializovanými trakčními stanicemi . V 19. století byly pro provoz elektrických drah s komutátorovými motory uvažovány frekvence až 8 Hz. Některé zásuvky ve vlacích nesou správné napětí, ale používají původní frekvenci sítě vlaku jako 16+2 / 3  Hz a 16,7 Hz.

400 Hz

Frekvence výkonu až 400 Hz se používají v letadlech, kosmických lodích, ponorkách, serverovnách pro napájení počítače , vojenském vybavení a ručních obráběcích strojích. Tak vysoké frekvence nelze ekonomicky přenášet na velké vzdálenosti; zvýšená frekvence značně zvyšuje sériovou impedanci v důsledku indukčnosti přenosových vedení, což ztěžuje přenos energie. 400 Hz energetické systémy jsou proto obvykle omezeny na budovu nebo vozidlo.

Transformátory lze například vyrobit menší, protože magnetické jádro může být při stejné úrovni výkonu mnohem menší. Indukční motory se otáčejí rychlostí úměrnou frekvenci, takže vysokofrekvenční napájecí zdroj umožňuje získat více energie pro stejný objem a hmotnost motoru. Transformátory a motory pro 400 Hz jsou mnohem menší a lehčí než při 50 nebo 60 Hz, což je výhodou u letadel a lodí. Pro použití letadla s frekvencí 400 Hz existuje vojenský standard Spojených států MIL-STD-704 .

Stabilita

Korekce časové chyby (TEC)

Regulace frekvence napájecího systému pro přesnost měření času byla běžná až po roce 1916, kdy Henry Warren vynalezl hlavní hodiny elektrárny Warren a samočinný synchronní motor. Společnost Tesla na veletrhu v Chicagu v roce 1893 předvedla koncept hodin synchronizovaných podle síťové frekvence . Hammond Organ závisí také na synchronní AC hodinami motoru udržovat správnou rychlost jeho vnitřní „hlas kola“ generátoru, a tím zachovat Všechny poznámky pitch-perfektní, na základě výkonu linky stabilitu frekvence.

Provozovatelé síťových sítí dnes regulují denní průměrnou frekvenci tak, aby hodiny zůstaly během několika sekund od správného času. V praxi je nominální frekvence zvýšena nebo snížena o určité procento, aby byla zachována synchronizace. V průběhu dne se průměrná frekvence udržuje na nominální hodnotě v rozmezí několika set ppm. V synchronní síti kontinentální Evropy se odchylka mezi fázovým časem sítě a UTC (na základě mezinárodního atomového času ) počítá každý den v 8:00 v kontrolním středisku ve Švýcarsku . Cílová frekvence se poté podle potřeby upraví až o ± 0,01 Hz (± 0,02%) od 50 Hz, aby se zajistil dlouhodobý průměr frekvence přesně 50 Hz × 60  s / min × 60 min / h × 24 h / d =4 320 000 cyklů denně. V Severní Americe , kdykoli chyba přesáhne 10 sekund pro východ, 3 sekundy pro Texas nebo 2 sekundy pro západ, použije se korekce ± 0,02 Hz (0,033%). Opravy časových chyb začínají a končí buď v hodinu, nebo v půlhodinu. Úsilí o odstranění TEC v Severní Americe je popsáno u elektrických hodin .

Měřiče kmitočtu v reálném čase pro výrobu energie ve Velké Británii jsou k dispozici online - oficiální měřič National Grid a neoficiální měřič Dynamic Demand. Frekvenční data synchronní sítě kontinentální Evropy v reálném čase jsou k dispozici na webových stránkách jako www .mainsfrequency .com a gridfrequency .eu . Frequency Monitoring Network (FNET) na University of Tennessee měří četnost propojení v rámci elektrické sítě North American, stejně jako v několika dalších částech světa. Tato měření se zobrazují na webu FNET.

Předpisy USA

Ve Spojených státech stanovila Federální regulační komise pro energii v roce 2009 povinnou korekci časových chyb. V roce 2011 diskutovala The North American Electric Reliability Corporation (NERC) o navrhovaném experimentu, který by uvolnil požadavky na regulaci frekvence elektrických sítí, což by dlouhodobě snížilo přesnost hodin a dalších zařízení, která jako časovou základnu používají síťovou frekvenci 60 Hz.

Frekvence a zatížení

Primárním důvodem pro přesné řízení frekvence je umožnit řízení toku energie střídavého proudu z více generátorů sítí. Trend frekvence systému je měřítkem nesouladu mezi poptávkou a výrobou a je nezbytným parametrem pro řízení zátěže v propojených systémech.

Frekvence systému se bude měnit v závislosti na změně zatížení a generování. Zvýšení mechanického příkonu do jakéhokoli jednotlivého synchronního generátoru nijak výrazně neovlivní celkovou frekvenci systému, ale z této jednotky vyprodukuje více elektrické energie. Během silného přetížení způsobeného vypnutím nebo selháním generátorů nebo přenosových vedení se frekvence energetické soustavy sníží kvůli nerovnováze zátěže oproti generaci. Ztráta propojení při exportu energie (ve vztahu k celkové výrobě systému) způsobí zvýšení frekvence systému před ztrátou, ale může způsobit kolaps za ztrátou, protože výroba nyní nedrží krok se spotřebou. Automatické řízení generování (AGC) se používá k udržení plánovaných frekvenčních a výměnných toků energie. Řídicí systémy v elektrárnách detekují změny v celé síti a upravují mechanický příkon generátorů zpět na jejich cílovou frekvenci. Toto působení obvykle trvá několik desítek sekund kvůli velkým rotujícím masám, kterých se to týká (ačkoli velké masy slouží především k omezení rozsahu krátkodobých poruch). Dočasné změny frekvence jsou nevyhnutelným důsledkem měnící se poptávky. Výjimečná nebo rychle se měnící frekvence sítě je často známkou toho, že síť distribuce elektřiny pracuje poblíž svých kapacitních limitů, jejichž dramatické příklady lze někdy pozorovat krátce před velkými výpadky. Velké elektrárny včetně solárních farem mohou snížit svůj průměrný výkon a využít rezervu mezi provozním zatížením a maximální kapacitou k zajištění regulace sítě; odezva solárních invertorů je rychlejší než generátory, protože nemají žádnou rotující hmotu. Jelikož různé zdroje, jako je sluneční a větrná energie, nahrazují tradiční generaci a setrvačnost, kterou poskytovali, musely být algoritmy sofistikovanější. Regulační roli v rostoucí míře plní také systémy skladování energie, jako jsou baterie.

Frekvenční ochranná relé v síti energetické soustavy snímají pokles frekvence a automaticky iniciují uvolnění zátěže nebo vypnutí propojovacích vedení, aby se zachoval provoz alespoň části sítě. Malé odchylky frekvence (např. 0,5 Hz v síti 50 Hz nebo 60 Hz) budou mít za následek automatické uvolnění zátěže nebo jiné kontrolní akce k obnovení frekvence systému.

Menší energetické systémy, které nejsou rozsáhle propojeny s mnoha generátory a zátěžemi, nebudou udržovat frekvenci se stejnou mírou přesnosti. Pokud není frekvence systému během období velkého zatížení pevně regulována, mohou provozovatelé soustavy povolit, aby frekvence systému vzrostla během období malého zatížení, aby byla zachována průměrná denní frekvence přijatelné přesnosti. Přenosné generátory, které nejsou připojeny k rozvodné síti, nemusí přísně regulovat jejich frekvenci, protože typické zátěže jsou necitlivé na malé odchylky frekvence.

Řízení zátěžové frekvence

Řízení zátěžové frekvence (LFC) je typ integrálního řízení, které obnovuje frekvenci systému a tok energie do sousedních oblastí zpět na jejich hodnoty před změnou zátěže. Přenos energie mezi různými oblastmi systému je známý jako „net tie-line power“.

Obecný řídicí algoritmus pro LFC vyvinul Nathan Cohn v roce 1971. Algoritmus zahrnuje definování pojmu oblastní chyba řízení (ACE), která je součtem chyby síťového tie-line výkonu a součinu chyby frekvence se zkreslením frekvence konstantní. Když je chyba řízení oblasti snížena na nulu, řídicí algoritmus vrátil chyby frekvence a tie-line výkonu na nulu.

Slyšitelný hluk a interference

Spotřebiče napájené střídavým proudem mohou vydávat charakteristické hučení, často nazývané „ hučení ze sítě “, při násobcích frekvencí střídavého proudu, které používají (viz Magnetostriction ). Obvykle se vyrábí laminací jádra motoru a transformátoru vibrujícími v čase s magnetickým polem. Tento šum se může objevit také v audio systémech, kde filtr napájení nebo stínění signálu zesilovače nejsou dostatečné.

50 Hz hučení
60 Hz hučení
400 Hz hučení

Většina zemí si zvolila svou vertikální synchronizaci televizního signálu na stejné frekvenci jako místní síť. To pomohlo zabránit tomu, aby rušení elektrického vedení a magnetické rušení způsobovaly viditelné rytmické frekvence v zobrazeném obrazu časných analogových televizních přijímačů, zejména ze síťového transformátoru. Přestože bylo přítomno určité zkreslení obrazu, bylo to většinou bez povšimnutí, protože bylo nehybné. Eliminace transformátorů pomocí AC / DC přijímačů a další změny nastavení designu pomohly tento efekt minimalizovat a některé země nyní používají vertikální rychlost, která je přibližná k napájecí frekvenci (zejména 60 Hz oblasti).

Další využití tohoto vedlejšího účinku je jako forenzní nástroj. Když je vytvořen záznam, který zachycuje zvuk v blízkosti AC zařízení nebo zásuvky, je také náhodně zaznamenáno hučení. Vrcholy hučení se opakují každý střídavý cyklus (každých 20 ms pro 50 Hz AC, nebo každých 16,67 ms pro 60 Hz AC). Přesná frekvence bzučení by se měla shodovat s frekvencí forenzního záznamu bzučení v přesném datu a čase, kdy je záznam údajně proveden. Diskontinuity ve shodě frekvencí nebo vůbec žádná shoda zradí autentičnost záznamu.

Viz také

Další čtení

  • Furfari, FA, Evoluce frekvencí elektrického vedení 133+1 / 3 25 Hz, průmyslové aplikace, časopis, IEEE SEP / říjen 2000 díl 6, číslo 5, str 12 až 14, ISSN 1077-2618.
  • Rushmore, DB, Frequency , AIEE Transactions, svazek 31, 1912, strany 955–983 a diskuse na stranách 974–978.
  • Blalock, Thomas J., Elektrifikace hlavní ocelárny - část II, vývoj systému 25 Hz , časopis Industry Applications, IEEE, září / říjen 2005, strany 9–12, ISSN  1077-2618 .

Reference