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Por que o padrão de frequência de 50 hertz é escolhido no setor de energia elétrica
Por que até hoje no setor de energia para transmissão e distribuição de eletricidade em todos os lugares as frequências de 50 e 60 Hz foram selecionadas e permanecem aceitas? Você já pensou sobre isso? Mas isso não é de todo acidental.
Nos países da Europa e CEI, é adotado o padrão 220-240 volts de 50 hertz, nos países da América do Norte e nos EUA - 110-120 volts de 60 Hz, e no Brasil 120, 127 e 220 volts de 60 Hz. By the way, diretamente nos EUA na tomada, às vezes, pode resultar, digamos, 57 ou 54 Hz. De onde vêm esses números?
Vamos voltar à história para entender este tópico. Na segunda metade do século XIX, cientistas de muitos países do mundo estudaram ativamente a eletricidade e procuraram aplicações práticas para ela. Thomas Edison inventou sua primeira lâmpada, introduzindo assim a iluminação elétrica. As primeiras usinas de energia CC foram construídas. O início da eletrificação nos EUA.
As primeiras lâmpadas eram de arco, brilhavam com uma descarga elétrica queimando ao ar livre, acesa entre dois eletrodos de carbono. Os pesquisadores da época rapidamente estabeleceram que era a 45 volts que o arco se tornava mais estável; no entanto, para ignição segura, um reator resistivo era conectado em série à lâmpada, na qual caíam cerca de 20 volts durante a operação da lâmpada.
Assim, por um longo tempo, uma tensão constante de 65 volts foi aplicada. Em seguida, foi aumentado para 110 volts, para que duas lâmpadas de arco pudessem ser conectadas à rede simultaneamente.
Edison era um defensor fanático dos sistemas de corrente contínua, e os geradores de corrente contínua de Edison inicialmente trabalhavam assim, fornecendo 110 volts de corrente contínua para redes de consumidores.
Mas a tecnologia DC de Edison era muito, muito cara, economicamente inútil: era necessário instalar muitos fios grossos, e a transmissão da usina para o consumidor não excedia uma distância de várias centenas de metros, pois as perdas de transmissão eram enormes.
Posteriormente, foi introduzido um sistema CC de 220 volts e três fios (duas linhas paralelas de 110 volts cada), mas a situação relativa à eficiência de uma transmissão desse tipo não melhorou significativamente.
Mais tarde Nikola Tesla Ele desenvolveu seus próprios alternadores completamente inovadores e introduziu um sistema econômico para transmitir eletricidade em altas tensões de vários milhares de volts. A eletricidade podia ser transmitida milhares de metros, e as perdas de transmissão diminuíram dezenas de vezes. A corrente direta de Edison não suportava a concorrência com a corrente alternada de Tesla.
Os transformadores de ferro baixaram a alta tensão para 127 volts em cada uma das três fases, fornecendo-a ao consumidor na forma de corrente alternada. Durante a operação de alternadores, movidos a vapor ou água em queda, seus rotores giravam com uma frequência de 3000 rpm e até mais.
Isso permitiu que as lâmpadas não piscassem, os motores assíncronos funcionassem normalmente, suportando a velocidade nominal e os transformadores para converter eletricidade, aumentar e diminuir a tensão.
Enquanto isso, na URSS, a tensão das redes até os anos 60 permaneceu no nível de 127 volts; depois, com o crescimento das capacidades de produção, foi aumentada para 220 volts, que agora são familiares para nós.
Dolivo-Dobrovolsky, como Tesla, que estudou as possibilidades de corrente alternada, sugeriu o uso de uma corrente senoidal para transmissão de energia elétrica e sugeriu definir a frequência na faixa de 30 a 40 hertz. Mais tarde, convergiram em 50 hertz na URSS e 60 hertz nos EUA. Essas frequências eram ótimas para equipamentos de CA, que funcionavam em muitas fábricas.
A frequência de rotação de um alternador bipolar é de 3000 ou no máximo 3600 rotações por minuto e fornece apenas as frequências de 50 e 60 Hz durante a geração. Para operação normal do alternador, a frequência deve ser de pelo menos 50-60 Hz. Os transformadores industriais convertem facilmente a corrente alternada de uma determinada frequência.
Hoje, em princípio, é possível aumentar a frequência de transmissão de energia elétrica para muitos quilohertz e, assim, economizar em materiais de condutores em linhas de transmissão de energia; no entanto, a infraestrutura permanece adaptada especificamente para uma frequência atual de 50 Hz; foi projetada inicialmente em todo o mundo, geradores em usinas nucleares giram com o mesmo a uma velocidade de 3000 rpm, eles ainda têm o mesmo par de pólos. Portanto, a modificação dos sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia é uma questão de futuro distante. É por isso que 220 volts de 50 hertz continuam sendo nosso padrão até agora.
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