Почему в сетях не используется безопасная высокая частота тока?
Почему до сих пор остаётся предельно низкая 50-60 Гц? Понятно, что так построили в 20-ых годах, но почему так долго не повышают качество электроэнергии, ведь плюсы очевидны. Огромная экономия на металлах и топливе, а главное никого больше не убьёт током. В электротехнике я разбираюсь, не надо писать глупости типа — не выгодно, большие потери. Так учат школьников, а почему реально ничего не меняют, я не нашёл ответа в интернете. Кроме как заговором монополистов это не обьяснить. Может кто знает об этом больше?
А сколько это 50 Гц, много или мало? Не так уж мало, всего лишь 3000 оборотов в минуту. Все электрогенераторы приводятся в движение турбинами (гидравлическими, или паровыми), и эти агрегаты вращаются со скоростью 3000 об/мин. А какими должны быть обороты чтобы генерировать частоту хотя бы 1000 Гц (1 кГц)? 60000 об/мин. И как Вы себе представляете такой агрегат на таких оборотах?
И почему Вы решили, что "качество электроэнергии" пропорционально её частоте? И какие Плюсы, которые очевидны, Вы видите? За счёт чего же возникнет экономия на металлах? И причём здесь топливо? И почему Вы решили, что высокочастотный ток не убивает?
И кто Вам сказал, что в электротехнике Вы разбираетесь? Если бы Вы хотя бы знали, что такое индуктивность, и что такое индуктивное сопротивление, и как оно зависит от частоты, Вы бы такую глупость не написали. (Хоть Вы и просили не писать про глупость, но другого более мягкого слова не подобрать).
А почему в интернете должен быть ответ — опровержение на такую глупость. Наверное никому и в голову не пришло, что кто-то может задать такой вопрос, вот и не заготовили ответ.
Кто знает об этом больше? Наверное об этом знают инженеры-электронщик и. Вы заканчивайте побыстрее школу, а потом поступайте в соответствующий ВУЗ. Когда выучитесь, тогда и Вы будете знать об этом больше.
Неверна уже сама исходная посылка — насчёт якобы "безопасности" тока повышенной частоты. Если меня паче чаяния [зачёркнуто]. приласкает напряжением в 220, то какая у него частота — уже совершенно по фигу.
Ну и дальше можно поговорить о том, почему об этом не пишут в интернетах. Скорее всего потому, что достаточно исходных данных представлено в учебниках.
Ну вот и смотрим: выгодно — невыгодно. Основные потери при передаче электроэнергии — это сопротивление линий, излучение и потери в трансформаторы на вихревых токи и перемагничивание сердечников.
Сопротивление провода зависит от частоты из-за скин-эффекта. Это не индуктивный эффект — это в чистом виде активное сопротивление. И на частоте 400 Гц оно почти втрое выше, чем на 50 Гц. Индуктивность линии, ясен пень, тоже вносит свою лепту из-за ухудшенного соинуса фи, что увеличит токовую нагрузку на линию при той же передаваемой автикной мощности и опять же повысит резистивные потери.
Потери на излучение: ЛЭП — немаленькая антенна. И чем выше частота — тем эффективнее эта антенна излучает энергию, вместо чтоб тихо и мирно передавать её без потерь.
Потери в трансформаторах: тоже должно быть понятно из учебника. Чем выше частта тем пропорционально больше потери на перемагничивание. А потери на вихревые токи — больше непропорциональн о. Они растут нелинейно и быстрее, чем линейная функция частоты. Согласитесь, что греть трансформаторы, которые и так требуют сложных систем охлаждения, — это не то, ради чего стоит тратить электричество.
Смотрим дальше: основное энергопотребление — это не электроплиты и не лампочки. И даже не телевизоры. Львиная доля идёт в промышленость, в основном крутить моторчики. А моторчики по большей части крутятся с частотой сети. Вот те самые 3000 об/мин. Внимание, вопрос: как должны выглядеть двигатели на 24000 об/мин.? Дополнительные вопрос: как вы себе представлете массовый переход с одной частоты ны другую даже в масштабе одного цеха, а не то что всей страны?
И на сладкое: а с чего это вдруг будет экономия на топливе? Если мне надо получить стопиццотмульёнов киловат-часов электроэнергии, то мне понадобиться сжечь два споловиной раза по столько топлива. Какая там частота этой энерии — по фигу, потому что кпд турбины от номинала генерируемой частоты зависит мало. А закон сохранения энергии меж тем никто не отменял.
"В таком вот аксепте", как говорил один персонаж известной книжки.
Влияние изменения частоты на работу электрических систем
Для электроэнергии основные показатели качества: напряжение и частота, для тепловой энергии: давление, температура пара и горячей воды. Частота связана с активной мощностью (Р), а напряжение с реактивной мощностью (Q).
Все вращающиеся машины и агрегаты рассчитаны таким образом, что экономический коэффициент полезного действия достигается при номинальном числе оборотов в минуту: n = 60f/p ,
где: n — число оборотов в минуту, f — частота тока в сети, p — число пар полюсов.
Частота переменного тока , вырабатываемая генераторами, есть функция числа оборотов турбины. Число оборотов механизмов — функция частоты.
На рис. 1 представлены относительные статические характеристики нагрузки для энергосистемы по частоте.
Анализ зависимостей на рис.1 показывает, что при уменьшении частоты снижается число оборотов двигателя, снижается производительность машин и механизмов.
1. Текстильная фабрика дает брак при изменении частоты от номинальной, т к. изменяется скорость движения нити и станки дают брак.
2. Насосы (питательные), вентиляция (дымососы) тепловых электростанций зависят от числа оборотов: давление пропорционально « n 2 », потребляемая мощность « n 3 », где n — число оборотов в минуту;
3. Активная мощность нагрузки синхронных двигателей пропорциональна частоте (при снижении частоты на 1%, активная мощность нагрузки синхронного двигателя уменьшается на 1%);
4. Активная мощность нагрузки асинхронных двигателей уменьшается на 3% при снижении частоты на 1%;
5. Для энергосистемы снижение частоты на 1% приводит к уменьшению суммарной мощности нагрузки на 1-2%.
Изменение частоты влияет на работу самих электростанций. Каждая турбина рассчитана на определенное число оборотов, то есть при падении частоты снижается вращающий момент турбины. Падение частоты влияет на собственные нужды электростанции и в результате может наступить нарушение работы агрегатов станции.
При понижении частоты из-за нехватки активной мощности снижается нагрузка потребителей, чтобы поддержать частоту на прежнем уровне . Степень изменения нагрузки при изменении частоты на единицу называется регулирующим эффектом нагрузки по частоте . Процесс нарушения устойчивой работы электростанции из-за падения частоты и при отсутствии резерва активной мощности называется лавиной частоты.
Если f =50 Гц, критическая частота при которой производительность основных механизмов собственных нужд электростанций снижается до нуля и наступает лавина частоты — 45 — 46 Гц.
При падении частоты снижается э.д.с. генератора (т.к. понижается скорость возбудителя) и снижается напряжение в сети.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Зависимость тока и частоты: требования, формула, влияние
Частота электрического тока выступает одним из параметров качества электроэнергии и основной характеристикой режима энергосистемы. Количественно частота в энергосети равна количеству периодов в секунду. Изменение частоты в сети влияет на функционирование и, соответственно, производительность работы потребителей. Также свое влияние оказывает отклонение частоты на работу всей энергосистемы.
Нормируемые требования к показателям
В РФ требования к качеству работы энергосистемы стандартизированы.
В соответствии с ГОСТ 13109-97 частота в энергосистеме должна непрерывно поддерживаться на уровне f = 50 ± 0,2 Гц, при этом допускается кратковременное отклонение частоты до значения ∆f = 0,4 Гц.
Анализируя зависимость силы тока от частоты, можно сделать вывод, что если подключаемая нагрузка имеет чисто активный характер (к примеру, резистор), то в широком диапазоне сила тока от частоты иметь зависимость не будет. В случае достаточно высоких частот, когда индуктивность и ёмкость подключаемой нагрузки будут характеризоваться сопротивлением, сравнимым с активным, то сила тока будет иметь определенную зависимость от частоты.
Другими словами, при варьировании частоты тока происходит изменение ёмкостного сопротивления, изменение которого, в свою очередь, приводит к изменению тока, протекающего по цепи.
То есть при повышении частоты, снижается ёмкостное сопротивление, и повышается ток, протекающий по цепи.
Математическое выражение зависимости будет иметь следующий вид: I = UCω;
Зависимость при учете активного сопротивления будет определяться следующим выражением: I (ω) = UCω √(R2 • C2 • ω2 + 1).
Влияние частоты тока на электроприборы
Далее рассмотрим влияние частоты электрического тока. Увеличение частоты до сравнительно невысоких величин (1 – 10 тыс. Гц), обычно является следствием исключительно повышения номинальной мощности электроаппаратуры, поскольку таким образом возрастает проводимость газовых промежутков. Для измерения частоты в системе используют частотомеры.
Паровая турбина разрабатываются и создаются таким образом, чтобы при номинальной скорости вращения (частоте) обеспечивалась максимальная выходная мощность на валу. При этом уменьшение номинальной частоты является следствием возникновения потерь на удар пара о лопатки с единовременным повышением момента вращения, а повышение частоты – к снижению момента вращения.
Таким образом, наиболее экономичный режим работы достигается при оптимальной частоте.
Помимо этого, работа на пониженных частотах приводит к ускоренному износу рабочих лопаток и прочих частей и механизмов. Снижение частоты оказывает влияние на расход на собственные нужды станций.
Чем страшны колебания частоты в электросети
Частота переменного тока, используемого мировыми потребителями электроэнергии, допускает два стандарта. Практически во всех странах обоих Америк, Саудовской Аравии и ряде островных государств частота электросети составляет 60Гц, в остальных странах, включая Россию, электрооборудование потребляет переменный ток промышленной частоты 50Гц. Физически частоту переменного тока электросети легко представить в виде частоты вращения генераторов электростанций, точнее их подвижных частей – роторов.
Это один из наиболее важных параметров, характеризующих электрическую сеть, недаром отклонениям частоты в стандарте качества электроэнергии уделено особое внимание. Среди продолжительных отклонений напряжения от номинальных параметров, колебания частоты стоят на первом месте, и лишь потом сосредотачивается внимание на отклонениях напряжения. Стандартом ГОСТ 32144-2013 установлено максимальное отклонение значения частоты от принятых 50 герц, которые составляют ±0.4Гц. При этом номинальные значения частоты должны находиться в пределах 50±0.2Гц.
В чем опасность отклонений от нормально допустимых значений?
Чтобы оценить ущерб, который может принести факт изменения, в частности снижения частоты переменного тока, проблему следует рассматривать в двух аспектах: технологическом и электромагнитном. В обоих вариантах изменение частоты оборачивается экономическими потерями, в той либо иной степени несущими материальный ущерб.
В первом случае снижение частоты ведет к нарушению технологических процессов, связанных с замедлением работы производственного оборудования. Иллюстрацией этому служат частотные преобразователи – регуляторы частоты, предназначенные для плавного пуска мощных электродвигателей. Таким образом, в лучшем случае падает производительность оборудования, в худшем приводит к производству брака.
Электромагнитные потери связаны с изменением баланса реактивных и активных мощностей. Это негативным образом отражается на эффективности работы электрооборудования, так, например понижению частоты питающей сети на 1% сопутствует снижение мощности нагрузки асинхронного двигателя на 3%.
Неблагоприятным образом отклонения от основной частоты сказываются на электрооборудовании с сердечниками из электротехнической стали. Разогрев магнитопроводов приводит к общему нагреву электродвигателей, силовых трансформаторов, что в целом отражается на ресурсах оборудования.
Критично к понижению частоты и собственное технологическое оборудование электростанций. При значительных отклонениях (46 … 45Гц), связанных со снижением активной мощности, наступает так называемая «лавина частоты», происходит отключение энергосистемы.
Опасны для электрооборудования ситуации в случаях повышения частоты, как правило, возникающих при резком снижении потребителями электрической энергии нагрузки. Избыточная мощность в первую очередь опасна для оборудования электростанции. Повышение частоты питающего напряжения приводит к увеличению скорости вращения двигателя асинхронного типа, однако вращательный момент при этом падает. В случае отсутствия запаса по мощности это приводит торможению электродвигателя, вплоть до полного останова.
В дилетантской среде существует ошибочное мнение, что к изменениям частоты критично качество изоляции, вызывающее ее старение. Это не совпадает с действительностью, поскольку боится изоляция воздействия высших гармоник, а отклонения в несколько герц ей не страшны. Причина деструктивных процессов материала изоляции вызвана плохой синусоидальностью напряжения обусловленной наличием гармоник, кратных частоте основного напряжения. Правда, гармоники негативным образом отражаются и на самом оборудовании, что определяет необходимость борьбы с этим явлением.
В нашей компании Вы можете заказать измерение качества электроэнергии, посмотреть информацию о стоимости и порядке проведения работ можно здесь
Остались вопросы?
Заполните форму обратно связи ниже, наши специалисты свяжутся с Вами, проконсультируют, расскажут про возможные способы решения Вашей задачи.