В Герцах измеряется частота, обозначается буквой «F» (число наступления какого-либо события за секунду). Ну, например, пульс человека 60 ударов в минуту, значит, частота с которой бьется сердце F=60/60=1 Гц. Виниловая пластинка при проигрывании делает 33 оборота в минуту - F=33/60=0,55 Гц. Частота обновления экрана монитора с ЭЛТ составляет 200 Гц, значит электронный пучок «пробегает» экран 200 раз в секунду.
Применительно к энергетике под частотой понимают частоту переменного электрического тока в энергосистеме. Или еще говорят «промышленная частота». У нас и в Европе частота 50 Гц. В США и Японии 60 Гц. Что это значит? Это значит, 50 раз в секунду электрический ток течет с возрастанием-убыванием (по синусоиде) в одну сторону, 50 раз в другую. Несколько слов, почему промышленная частота именно 50 или 60 Гц. Просто частота у тока появляется из-за вращения ротора генератора. Если увеличивать частоту вращения ротора (и соответственно частоту в энергосистеме), нужно делать конструкцию генератора более прочной. А увеличивать прочность до бесконечности нельзя, у любых конструкционных материалов есть предел. Короче 50-60 Гц это равновесие многих технических ограничений.
Когда с частотой проблем нет, нет и упоминаний в журналистских материалах об этой величине. Но так может быть далеко не всегда. К чему может привести отклонение частоты от номинала (у нас 50 Гц)? К серьезной аварии! Когда частота выше номинальных 50 Гц, на вращающийся ротор генератора и турбины действуют центробежные силы большей величины, чем заложено в их конструкции. Это может привести к их разрушению. Конечно, есть автоматика. Если F достигнет значения 55 Гц, агрегат автоматически отключится от сети, чтобы не допустить повреждений. Если частота ниже 50 Гц, происходит снижение производительности всех электрических двигателей (снижение частоты их вращения), подключенных к энергосистеме - и тех которые обеспечивают работу эскалаторов в супермаркете, и тех, которые вращают конвейерную ленту на заводе, и тех, которые обеспечивают технологический процесс производства электроэнергии на электростанциях. Последнее - самое опасное. Снижается частота, снижается выработка электроэнергии, что приводит к еще большему снижению частоты, в результате - электростанции могут просто «встать на ноль» (если частота снизится до 45 Гц), это полное погашение, как говорится blackout. Конечно, и здесь есть автоматика. Чтобы не допустить глубокого снижения частоты автоматически отключается часть потребителей, в том числе «бытовых». Вышеописанное это конечно крайние случаи аварий. Но частота может отклоняться и на меньшие величины. Это тоже плохо. И в энергосистеме предусмотрены автоматики, позволяющие этого избежать. Вот я немного расписал, как это работает, кому интересно, читайте.
Еще немного теории (терпите, раз уж до сюда дошли). Частота в системе, значением ровно 50 Гц может быть только в одном случае - если в каждый момент времени генерируется ровно столько активной мощности, сколько потребляется. При нарушении этого баланса, частоту «уводит» в одну или другую сторону, а это ведет к аварии. Представьте себе любое другое предприятие (мебельную фабрику, хлебопекарню, автомобильный завод) и ту же задачу - каждую долю секунды производить ровно столько продукции, сколько необходимо потребителям. Вот видите, какое сложное у энергетиков производство. Что здесь интересного - если частота выше 50 Гц, значит, генераторы вырабатывают мощность большую, чем мощность всех потребителей, ну это лечится просто - снижается выработка на электростанциях, да и все. Если частота ниже 50 Гц - мощность потребления больше, чем генерируемая мощность. И если частота все время ниже 50 Гц, значит в энергосистеме дефицит мощности. Не построили вовремя электростанций - это большая проблема.
Сегодня качественную частоту 50 Гц нам обеспечивает Россия. Именно там находятся быстродействующие регуляторы частоты с воздействием на российские станции. Когда вы включаете утюг, где-то далеко в России генератор загружается на дополнительных 1,5 кВт, и наоборот (это немного упрощенно, но по большей части так). Ни в ЕЭС Казахстана, ни в энергосистемах Центральной Азии, на сегодняшний день, нет систем, позволяющих держать частоту «в струнку» на уровне 50 Гц. Если мы отделимся от России (электрически), частота у нас будет «гулять», а это очень плохо.
И еще одно - частота это глобальный фактор. Она одинакова везде в энергосистеме. И в Казахстане и по всей России (той части, что входит в ЕЭС) она одинакова в один и тот же момент времени. Если в какой-то части частота стала другой, значит эта часть электрически отсоединилась (из-за аварии или по другим причинам) и работает от основной энергосистемы изолировано.
Только не говорите мне: «Папа, а с кем это ты сейчас разговаривал?». Шучу, конечно:) Идем дальше.
ЕЭС - Единая Электроэнергетическая система. Это совокупность электростанций, подстанций и линий электропередачи, связанные единым общим технологическим режимом работы. Короче, все, что работает «параллельно» и взаимосвязано (все, что соединено между собой линиями электропередачи) составляет ЕЭС. И хотя есть ЕЭС Казахстана и есть ЕЭС России, на самом деле это больше политическое деление, «электрически» все это одна энергосистема, которая раньше называлось ЕЭС СССР. А вот, например энергосистема Австралии в нашу ЕЭС не входит, поскольку не связана с нами линиями электропередачи.
КЛ - кабельная линия электропередачи - под землей прокладывается кабель, конечно с мощной изоляцией. По стоимости КЛ намного дороже ВЛ, поэтому в СССР, было принято прокладывать КЛ только внутри населенных пунктов, чтобы не уродовать внешний вид. Такой дикости, как в других странах, когда все кишки по улицам размотаны, у нас не встретишь.
Самая первая кабельная линия была предназначена не для передачи электроэнергии, а для передачи сигналов. В 1843 году конгресс США объявил тендер на постройку экспериментальной телеграфной линии, который выиграл Морзе (известный нам по «азбуке Морзе»), так вот линию решили прокладывать под землей. Однако, из-за того, что компаньон Морзе решил сэкономить на изоляции для проводов, вместо линии получилось одно сплошное короткое замыкание (такие ситуации случаются и сегодня, когда коммерсанты начинают управлять технарями). А денег уже было потрачено более чем достаточно. Инженер Корнелл, участвующий в проекте предложил такой выход из ситуации - расставить вдоль трассы столбы, и развесить прямо на этих столбах оголенные телеграфные провода, используя в качестве изоляторов горлышки от стеклянных бутылок. Так появилась воздушная телеграфная линия, электрическая ВЛ - практически ее копия, причем даже сегодня принципиально конструкция не изменилась.
ВЛ - воздушная линия электропередачи. Служит для передачи электроэнергии по проводам, которые подвешены к опоре посредством изоляторов. Чем выше рабочее напряжение ВЛ, тем выше опоры и больше количество изоляторов в гирлянде. На ВЛ-6,10 кВ всего один изолятор, на ВЛ-35 кВ - 2 изолятора, на ВЛ-110 кВ - 6 изоляторов, ВЛ-220 кВ - 12 изоляторов, ВЛ-500 кВ - 24 изолятора, так что по внешнему виду не трудно определить рабочее напряжение ВЛ.
ГЭС - гидроэлектрическая станция (еще может расшифровываться как гидравлическая электростанция, старайтесь не употреблять просторечное «гидростанция» - на мой взгляд, звучит пошловато). ГЭС - это электростанция, на которой электроэнергию получают преобразованием энергии воды (поток воды крутит турбину). Крупных ГЭС в Казахстане не много. Если сравнивать по мощности, то все ГЭС составят не более 10% от всех генерирующих мощностей в ЕЭС. Это плохо. Для того чтобы энергосистема была самодостаточной, необходимо иметь хотя бы 20-30% ГЭС в системе, но что поделаешь - водных ресурсов маловато. Достоинство ГЭС - высокая маневренность. Такие станции могут быстро набрать нагрузку и также быстро ее сбрасывать (это необходимо для точного регулирования частоты на уровне 50 Гц). Какие у нас есть ГЭС?
Резонансный метод измерения частот.
Метод сравнения частот;
Метод дискретного счета основывается на подсчете импульсов необходимой частоты за конкретный промежуток времени. Его наиболее часто используют цифровые частотомеры, и именно благодаря этому простому методу можно получить довольно точные данные.
Более подробно о частоте переменного тока Вы можете узнать из видео:
Метод перезаряда конденсатора тоже не несет в себе сложных вычислений. В этом случае среднее значение силы тока перезаряда пропорционально соотносится с частотой, и измеряется при помощи магнитоэлектрического амперметра. Шкала прибора, в таком случае, градуируется в Герцах.
Погрешность подобных частотомеров находится в пределах 2%, и поэтому такие измерения вполне пригодны для бытового использования.
Способ измерения базируется на электрическом резонансе, возникающем в контуре с подстраиваемыми элементами. Частота, которую необходимо измерить, определяется по специальной шкале самого механизма подстройки.
Такой метод дает очень низкую погрешность, однако применяется только для частот больше 50 кГц.
Метод сравнения частот применяется в осциллографах, и основан на смешении эталонной частоты с измеряемой. При этом возникают биения определенной частоты. Когда же этих биений достигает нуля, то измеряемая становится равной эталонной. Далее, по полученной на экране фигуре с применением формул можно рассчитать искомую частоту электрического тока.
Ещё одно интересное видео о частоте переменного тока:
| Время Мск | Частота, Гц |
|---|---|
| 01-09-2019 00:00 | 50.03 |
| 01-09-2019 01:00 | 50.00 |
| 01-09-2019 02:00 | 49.97 |
| 01-09-2019 03:00 | 49.97 |
| 01-09-2019 04:00 | 49.99 |
| 01-09-2019 05:00 | 50.01 |
| 01-09-2019 06:00 | 50.02 |
| 01-09-2019 07:00 | 49.99 |
| 01-09-2019 08:00 | 50.00 |
| 01-09-2019 09:00 | 50.02 |
| 01-09-2019 10:00 | 50.01 |
| 01-09-2019 11:00 | 50.01 |
| 01-09-2019 12:00 | 50.02 |
| 01-09-2019 13:00 | 49.99 |
| 01-09-2019 14:00 | 50.03 |
| 01-09-2019 15:00 | 49.98 |
- Сохранить в формате csv
- Сохранить в формате xml
Информация о частоте электрического тока в ЕЭС России, публикуемая ОАО «СО ЕЭС» в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 21.01.2004 № 24 «Об утверждении стандартов раскрытия информации субъектами оптового и розничных рынков электрической энергии» (в редакции Постановлений Правительства Российской Федерации от 21.04.2009 № 334 и от 09.08.2010 № 609), размещена в подразделе «Информация о значении частоты электрического тока в ЕЭС России » раздела «Раскрытие информации о функционировании ЕЭС России »
О частоте в Единой энергетической системе России
Частота электрического тока является одним из показателей качества электрической энергии и важнейшим параметром режима энергосистемы. Значение частоты показывает текущее состояние баланса генерируемой и потребляемой активной мощности в энергосистеме. Работа Единой энергосистемы России планируется для номинальной частоты – 50 герц (Гц). Непрерывность производства электроэнергии, отсутствие возможности запасать энергию в промышленных масштабах и постоянное изменение объемов потребления требуют настолько же непрерывного контроля за соответствием количества произведенной и потребленной электроэнергии. Показателем, характеризующим точность этого соответствия, является частота.
При ведении режима ЕЭС, постоянно возникают колебания баланса мощности в основном из-за нестабильности потребления, а также (гораздо реже) при отключениях генерирующего оборудования, линий электропередачи и других элементов энергосистемы. Указанные отклонения баланса мощности приводят к отклонениям частоты от номинального уровня.
Повышенный уровень частоты в энергосистеме относительно номинальной означает избыток генерируемой активной мощности относительно потребления энергосистемы, и наоборот, пониженный уровень частоты означает недостаток генерируемой активной мощности относительно потребления.
Таким образом, регулирование режима энергосистемы по частоте заключается в постоянном поддержании планового баланса мощности путем ручного или автоматического (а чаще и того, и другого одновременно) изменения нагрузки генераторов электростанций таким образом, чтобы частота все время оставалась близкой к номинальной. При аварийных ситуациях, когда резервов генерирующего оборудования электростанций недостаточно, для восстановления допустимого уровня частоты, может применяться ограничение нагрузки потребителей.
Регулирование частоты электрического тока в ЕЭС России осуществляется в соответствии с требованиями, установленными Стандартом ОАО «СО ЕЭС» СТО 59012820.27.100.003-2012 «Регулирование частоты и перетоков активной мощности в ЕЭС России. Нормы и требования» (в редакции от 31.01.2017) и национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 55890-2013 «Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Оперативно-диспетчерское управление. Регулирование частоты и перетоков активной мощности. Нормы и требования» (далее – Стандарты).
Согласно указанным Стандартам, в первой синхронной зоне ЕЭС России должно быть обеспечено поддержание усредненных на 20-секундном временном интервале значений частоты в пределах (50,00±0,05) Гц при допустимости нахождения значений частоты в пределах (50,0±0,2) Гц с восстановлением частоты до уровня (50,00±0,05) Гц за время не более 15 минут. Высокие требования к поддержанию частоты обусловлены необходимостью согласования отклонений частоты с планируемыми запасами пропускной способности контролируемых сечений ЕЭС в нормальных условиях. Для ЕЭС России, характеризующейся протяженными межсистемными связями, входящими в контролируемые сечения, более жесткие нормативы по поддержанию частоты и, соответственно, баланса мощности, позволяют максимально использовать пропускную способность этих связей.
Все вращающиеся механизмы в синхронно работающих частях энергосистемы (турбины, генераторы, двигатели и т.д.) имеют номинальные проектные обороты, пропорциональные номинальной частоте в сети. Известно, что номинальный режим работы всех вращающихся механизмов является наиболее эффективным с точки зрения их экономичности, надежности и долговечности. Отклонение от номинальных оборотов вращения приводит к нежелательным эффектам в работе оборудования электростанций и потребителей (возникновение повышенных вибраций, износа и т.д.), снижению их экономичности и надежности. Для разного оборудования существуют предельно допустимые отклонения частоты от номинальной. Поддержание частоты на уровне близком к номинальному обеспечивает максимальную экономичность работы энергетического оборудования и максимальный запас надежности работы энергосистем.
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?
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.
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.
Позже 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.
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.
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
Бытовая техника из Кореи или любая другая техника зарубежного производства нередко бывает предназначена для работы от электрической сети, частота переменного тока в которой составляет 60 Гц. Естественно, у владельцев таких приборов возникает резонный вопрос – можно ли их использовать в России или других странах с частотой питающей сети 50 Гц? Ответ прост, как таблица умножения: можно! Но с учетом, что техника рассчитана на питание от сети с напряжением 220-230 Вольт. Например, если на шильдике соковыжималки из Кореи указана рабочая частота 60 Гц, а напряжение 220-230V, то прибор будет исправно работать.
Откуда они вообще взялись?
Электрифицироваться мир начал в конце XIX-го – начале XX-го веков. В Америке у ее истоков стояли Эдисон и Вестингауз, Европу «приучали» к электроэнергетике в основном инженеры немецкой компании «Сименс». Стандартные частоты 50 и 60 Гц были выбраны, в общем-то, относительно случайно из диапазона 40...60 Гц. Вот границы диапазона были выбраны не случайно: при частоте ниже 40 Герц не могли работать дуговые лампы, бывшие в то время основным электрическим источником искусственного освещения, а при частоте выше 60 Гц – не работали асинхронные электродвигатели конструкции Николы Теслы, наиболее распространенные в тот период...
В Европе был выбран стандарт 50 Гц («золотая середина»!), у американцев прижился стандарт 60 Гц – на этой частоте стабильнее работали дуговые лампы. Прошло больше века, дуговые лампы стали раритетом, а стандарты остались – и на работоспособности электрооборудования эта разница в 10 Гц практически не отражается. Гораздо важнее напряжение в электрической сети – во многих странах оно примерно вдвое ниже, чем в России! А частота... в Японии, например, в трети префектур установлен стандарт 60Гц, в оставшихся двух третях – стандарт 50 Гц.
Можно? Можно!
Можно смело утверждать, что от частоты питающей электросети работоспособность бытовой техники не зависит. С точки зрения физики вообще и электротехники – в частности, это вполне очевидно: у вала 60-герцового электромотора переменного тока, подключенного к сети 50 Гц, частота вращения уменьшится всего на несколько процентов; незначительно снизиться мощность самого электродвигателя. Иными словами, он станет работать в щадящем режиме – в тех же, например, шнековых соковыжималках холодного отжима это только к лучшему.
В приборах с двигателями постоянного тока частота питающей сети вообще не играет никакой роли – установленные в блоке питания выпрямительные диоды справляются с напряжением любой формы и «герцовости». Возникающая из-за изменения частоты питающей сети разность величин выпрямленных напряжений будет просто мизерной; к тому же, выпрямленное напряжение обычно стабилизируется электронной «начинкой» прибора.
Все вышесказанное абсолютно справедливо и для бытовой техники, имеющей встроенный или внешний импульсный блок питания. Еще проще дело обстоит, если в состав блока питания входит обычный понижающий трансформатор – его выходные характеристики от изменения частоты напряжения в первичной обмотке изменяются незначительно. Работоспособность еще одного типа приборов – нагревательных – вообще не зависит от частоты питающей электрической сети, для таких устройств куда большее значение имеет величина сетевого напряжения...
Можно! Только... внимательно!
Приборы, спроектированные для питания от сети с частотой 60 Гц, можно смело включать в электросеть с частотой 50 Гц. Это, кстати, подтверждается одним не слишком известным фактом: если вскрыть какой-нибудь достаточно старый прибор с электромотором – пылесос, фен, миксер, соковыжималку холодного отжима – и внимательно прочитать надписи на шильдике двигателя, можно увидеть: «частота питающей сети... 50-60 Гц»! Частота 60 Гц используется в технике из Кореи, США, Японии и некторых других стран. Поэтому если вы заказали, к примеру, соковыжималку из Кореи, то теперь вы знаете, что хоть её рабочая частота и отличается от наших сетей, подключать прибор можно!
Справедливости ради нужно отметить, что есть все же тип электроприборов, которые в отечественную электросеть лучше не включать – это электрооборудование, в котором используется однофазный асинхронный двигатель. И дело тут даже не в том, что у таких электромоторов скорость вращения зависит не от частоты питающей сети, а от приложенной к валу нагрузки - дело в том, что из-за принципа своей работы асинхронные электродвигатели очень чувствительны к частоте сети при пуске. Рассчитанный на 60 Гц «асинхронник» при 50 Гц просто не запустится... К прмиеру, та же соковыжималка из Кореи может иметь те же 60 Гц в своих характеристиках, но если у неё отличается тип двигателя, то будьте готовы к тому, что прибор не включится. То же самое касается и любой техники из Кореи, Японии, США.
Вот на что ещё обязательно нужно обращать внимание при выборе техники из Кореи, Японии, Тайваня, США и ряда других стран – на требования к величине питающего напряжения! Во многих странах, производящих технику (Корея, Япония и т.д.), электросети имеют рабочее напряжение 110 В, а не 220, как у нас. Включить прибор, рассчитанный на 110 В, без переходного трансформатора можно только один раз – первый и последний... в лучшем случае аппарат «перегорит», в худшем – взорвется прямо в руках! Поэтому сли соковыжималка из Кореи или другой страны, и имеет рабочее напряжение по своим характеристикам 110V, то такой прибор для наших сетей не годится. Выбирая соковыжималку холодного отжима, обращайте внимание на рабочее напряжение прибора - оно должно быть 220V!
