Por que as empresas de serviços públicos fornecem a uma frequência de 50/60 Hz?

Apenas me ocorreu que as empresas de serviços públicos em todo o mundo fornecem usuários domésticos em 50 / 60Hz. Poderia ter sido selecionado como 10 Hz ou 100 Hz ... qualquer que seja

O 50/60 foi escolhido aleatoriamente? Existe alguma lógica envolvida (eficiência, mais fácil de construir / controlar, etc.) na restrição da oferta doméstica a 50/60 Hz?

Em outras palavras, se eu estivesse projetando um sistema de energia, por que escolheria 50/60 Hz em vez de alguma outra frequência?

60 Hz foi o resultado de trocas de engenharia, acho que foram feitas ou influenciadas por Nicolai Tesla. Ele foi um dos primeiros defensores da distribuição da CA, ao contrário de Edison que queria distribuir a DC. A troca tinha a ver com o tamanho das máquinas e transformadores necessários, que diminuem com maior frequência e algumas perdas, que aumentam com a frequência. Lembro-me de ler que algum estudo cuidadoso tomou a decisão de escolher 60 Hz.

50 Hz, por outro lado, foi devido ao marketing. Havia um fabricante alemão de equipamentos de rede elétrica que queria se distinguir e conseguiu obter 50 Hz como padrão na Alemanha e depois em grande parte da Europa. Isso significava que eles não precisavam competir com o equipamento americano de 60 Hz. O resto do mundo terminou com 60 ou 50 Hz, dependendo de quem eles compraram seus equipamentos e se eles estavam mais economicamente ligados à Europa ou aos EUA. Desde que a Rússia adotou o padrão europeu de 50 Hz, o bloco soviético se tornou um país de 50 Hz.

Parece com o que você está procurando:

http://en.wikipedia.org/wiki/Utility_frequency

Nos primeiros dias da eletrificação, foram usadas tantas frequências que nenhum valor prevaleceu (Londres em 1918 tinha 10 frequências diferentes). À medida que o século XX continuava, mais potência era produzida a 60 Hz (América do Norte) ou 50 Hz (Europa e grande parte da Ásia). A padronização permitiu o comércio internacional de equipamentos elétricos. Muito mais tarde, o uso de frequências padrão permitiu a interconexão de redes elétricas. Somente após a Segunda Guerra Mundial, com o advento de bens de consumo elétricos acessíveis, foram adotados padrões mais uniformes.

Na Grã-Bretanha, uma frequência padrão de 50 Hz foi declarada em 1904, mas um desenvolvimento significativo continuou em outras frequências. [10] A implementação da Rede Nacional, iniciada em 1926, obrigou a padronização de frequências entre os muitos provedores de serviços elétricos interconectados. O padrão de 50 Hz foi completamente estabelecido somente após a Segunda Guerra Mundial.

Por volta de 1900, os fabricantes europeus padronizaram principalmente 50 Hz para novas instalações. O VDE alemão no primeiro padrão para máquinas elétricas e transformadores em 1902 recomendou 25 Hz e 50 Hz como frequências padrão. O VDE não viu muita aplicação de 25 Hz e a retirou da edição de 1914 do padrão. As instalações remanescentes em outras frequências persistiram até bem depois da Segunda Guerra Mundial. [9]

Além da coluna de Edward L Owen, de 1997, citada por Rasmus Faber, há outro bom artigo aqui: "Origens técnicas de 60 Hz como a frequência CA padrão na América do Norte" IEEE Power Engineering Review, março de 1999, Paul Nixon, p. 35-37. O artigo completo está por trás de um paywall, mas eles postam a primeira página como uma imagem png, à qual eu vou vincular abaixo.

A seção particularmente interessante aqui é:

No final de 1889 e início de 1890, alternadores de acoplamento direto estavam entrando no estágio experimental. Essas máquinas provariam ser muito mais confiáveis ​​do que os geradores acionados por correia, mas operariam em velocidades muito mais baixas. A necessidade de freqüências operacionais operacionais mais baixas [acima de 133,3Hz] era aparente, novamente motivada por restrições construtivas e mecânicas. Por exemplo, um alternador acionado diretamente por um motor de 100 rpm exigiria 160 pólos para produzir uma frequência de 133 1/3 Hz. Este tipo de construção foi visto como proibitivo. Por essa época, a Westinghouse Co. conduziu um estudo de engenharia que considerou as características de operação elétrica em relação aos componentes do sistema da época e as possíveis restrições de construção do gerador acionado por motor e recomendou que 7, 200 alternâncias por minuto (60Hz a 2 polos) tinham a frequência mais alta que seria desejável para as rotações do motor que eram então atingíveis. 60Hz foi na verdade um compromisso cuidadosamente selecionado. Pensava-se que frequências mais altas seriam melhores para os transformadores do que existiam, enquanto frequências mais baixas poderiam ser melhores para geradores do tipo motor. 60 Hz apareceu pela primeira vez comercialmente em 1890. Os primeiros sistemas de 60 Hz, como os anteriores sistemas de corrente alternada (140, 133 1/3, 125 Hz), eram todos monofásicos.

Em 1892, havia um grande número de estações centrais de 60 Hz projetadas pela Westinghouse, e 60 Hz haviam assumido uma parte dos negócios de corrente alternada das frequências mais altas.

_{(fonte: ieee.org )}

Portanto, basicamente temos trocas (transformadores melhores em altas frequências vs. máquinas elétricas melhores em baixas frequências, o que ainda é verdade hoje em dia) levando a um compromisso um tanto arbitrário, depois efeitos de rede solidificando as opções.

O artigo de Owen também menciona que o sul da Califórnia estava em 50Hz até a conversão para 60Hz ser concluída em 1948. O Japão ainda tem metade de 50Hz e 60Hz: Owen afirma "Em 1895, a AEG vendeu um gerador de 50Hz para a empresa de energia em Tóquio e no leste do país. metade do Japão foi colocada no caminho de 50 Hz. Um pouco mais de um ano depois, a GE vendeu um gerador de 60 Hz para a empresa de energia em Osaka, e a metade ocidental do Japão foi colocada no caminho de 60 Hz. " No final, parece que são principalmente efeitos de inércia / rede - é muito doloroso alterar grandes projetos de infraestrutura.

Das origens de 60 Hz como frequência de potência (IEEE Industry Applications Magazine, dezembro de 1997, coluna "History" de Edward L. Owen ):

"a escolha foi entre 50 e 60 Hz, e ambos foram igualmente adequados às necessidades. Quando todos os fatores foram considerados, não havia motivo convincente para selecionar uma das frequências. Finalmente, foi tomada a decisão de padronizar em 60 Hz como parecia ser menos provável que produzisse tremulação de luz irritante. ”

Acredito que depois que Tesla venceu a luta AC / DC com Edison, ele ganhou muita influência e mais ou menos ditou a frequência de 60Hz nos EUA. Ele também havia inventado o tubo fluorescente na época e o tempo de decaimento do fósforo era provavelmente mais curto do que o anterior e tinha mais oscilação a 50Hz, que emite luz a 2x essa taxa.

O VDE alemão dominou os padrões no início de 1900 e a Europa padronizou para 50 Hz após a Segunda Guerra Mundial, como Matt disse ontem.

Existe outro sistema para o transporte da rede elétrica. É chamado de HVDC. Infelizmente, como são os requisitos de computação reversa, a frequência padrão é tão sólida quanto o Rubidium para uso futuro. Então, eles usam enormes inversores de tubo de vácuo para reverter para CA após a distribuição de longo curso.

Outro exemplo são os geradores de frequência variável nos trens Diesel apenas para armazenar as baterias, para que os motores de tração CC possam funcionar com as baterias. Esta é a maneira econômica mais eficiente, porque não há ligações para 50 ou 60Hz.

Os russos e outros já experimentaram geradores MagnetoHydroDynamic (MHD) sem partes móveis e campos> 1 T.

Em alguns casos, esses geradores funcionam na faixa de 4-6 kHz.

Se eles soubessem distribuir o HVDC nos dias de Edison, Tesla teria perdido a batalha que ele venceu com base na eficiência aprimorada da aceleração do transformador e redução dos custos de distribuição, confiabilidade dos motores de indução sobre o tipo de escova DC e outros motivos.

A "taxa de atualização" do olho humano, por si só, fica em torno de 60 hz. Esse foi um fator determinante na seleção de frequência da geração de energia; Ele foi projetado para ter a menor frequência possível para a viabilidade e, portanto, acabou por volta de 60 hz (50 em várias partes do mundo)

Imagine há 100 anos que o maior gerador de turbina de alta potência que você pode obter é de 250 RPM com 8 ou 16 polos trifásicos e, se você o executa muito rápido, ele ressoa e é muito lento e ineficiente. então você decide transmitir usando AC em vez de DC e acaba com 25 Hz e 50 Hz em um país enquanto pensa: se usarmos 60Hz, todos os nossos relógios serão mais precisos.

Mais tarde, a IBM inventa um relógio magnético de ressincronização automatizado que entra em todas as salas de aula para sincronizar a cada hora, porque eles usavam energia de 60Hz em vez de 50 Hz há muito tempo e inventavam os relógios. com base em 60 Hz, mas a Europa diz quem se importa, as turbinas são melhores a 250 RPM e não podemos dar ao luxo de mudar todos na Europa, se quisermos compartilhar energia. Além disso, se mais de uma pessoa tiver que concordar, você nunca fará a mesma resposta global perfeita.

Não sei a resposta exata, mas posso imaginar uma com base no histórico e na probabilidade de problemas de custo eletromecânicos de máquinas grandes

e se você deseja compartilhar a energia em uma rede CA .. deve ser síncrono com 1 em 10 ^ 15ª potência e erro de fase zero, o que é mais difícil do que parece ... então existem diferenças regionais baseadas em muitos razões ... Algumas maneiras de compartilhar a energia da rede são CC de alta tensão, uso de gerador de motor ou inversores síncronos da HVDC com correção de fase ...

então a UE tem 50 anos, a América do Norte 60 e o Japão os dois e a África tem problemas de sincronização e muitas falhas de energia. O que diz, independentemente do que você decidir, não o altere com aqueles para os quais você precisa vender energia.

(MEU irmão trabalhou muito na África e me disse que uma falha de energia queimou todos os dispositivos em sua casa, incluindo os motores de geladeira e os suprimentos para laptop. Na zona rural de Uganda.