Частота переменного тока в Японии
Япония — страна, которая продолжает удивлять даже в таких стандартных областях, как электроэнергетика. Сегодня поговорим о японской энергосистеме и частотах переменного тока в Японии.
Чем необычна японская система электроснабжения
Так как же можно удивляться в таких областях, как электроснабжение, когда на него распространяются строгие стандарты? Даже нетехнические специалисты знают, что каждая электросеть характеризуется такими параметрами, как напряжение и частота переменного тока. Это знает каждый, кто посещал хотя бы один урок физики в школе. Она измеряется в герцах (Гц) по имени Генриха Рудольфа Герца, немецкого ученого, который изучал физику переменного тока; частота переменного тока является объектом данной статьи.
В России частота переменного тока в обычной розетке дома, фабрики или завода составляет 50 Гц. В США, Канаде, Бразилии и других странах он составляет 60 Гц. Европа, Австралия и почти вся Африка живут на частоте 50 Гц.
Что такое частота переменного тока
Для тех, кто не забыл или немного проигнорировал, напомню, что такое частота переменного тока. Это частота колебаний мощности проводника (HED) за одну секунду. Если еще не очень понятно, то это количество раз, которое электроны в проводнике пробегают туда-сюда за одну секунду. Так, при частоте 50 Гц синусоидальная волна переменного тока за одну секунду проходит путь от нуля до нуля 100 раз, 50 раз в обратном направлении.
Изменение мощности проводника (HED)
Что зависит от частоты подачи электроэнергии из сети? Конечно, это зависит от типа производственной станции. Изначально он был рассчитан на определенную стандартную частоту, принятую в стране. Например, все генераторы, производящие электроэнергию в России, рассчитаны на частоту 50 Гц. Это позволяет соединить все производственные станции (гидро-, тепловые, атомные, ветровые) и всех потребителей электроэнергии (заводы, установки, предприятия) в общую сеть.
Каждая производственная станция может быть подключена к общей сети и продавать электроэнергию потребителям в сети. Каждый потребитель может подключиться к этой сети и потреблять электроэнергию, оплачивая ее. Просто и легко. В других странах это легко. Но не в Японии.
Почему частота переменного тока в Японии разная
50 Гц и 60 Гц в районах Японии в сети.
Японцам в этом отношении, мягко говоря, не повезло. Эта тенденция одинакова по всей стране (например, 100 вольт дома для электроприборов), но частота переменных токов в Японии различна. В восточном регионе, где находятся Токио, Сапоро, Йокогама и другие города, частота 50 Гц, в западных округах, где расположены такие города, как Окинава, Кобе, Нагаго и Хиросима, она составляет 60 Гц. Что это означает; это означает, что две электрические системы несовместимы. В Японии нет электрических систем, но эти две системы разделены.
По этой причине для каждой сети, а значит и для каждого из этих двух регионов Японии, потребители электроэнергии должны строить отдельно. Конечно, мобильные телефоны, телевизоры, утюги и другие приборы производятся для нормальной работы в системах с частотой 50 и 60 Гц. То же самое не относится к мощным потребителям силовых двигателей и силовых трансформаторов.
Например, что произойдет, если электродвигатель, предназначенный для работы в сети 60 Гц, подключить к сети 50 Гц? Будет ли это работать? Да, это сработает. Скорость вращения шпинделя снижается незначительно. Однако двигатель не является эффективным. Что это означает; это означает, что производительность и энергоэффективность двигателя будут ниже, чем если бы двигатель был подключен на расчетной частоте. В двигателе увеличиваются активные и реактивные потери, потери на вихревые токи в электрической стали статора и ротора (якоря), что в конечном итоге приводит к нагреву. Проще говоря, вместо того, чтобы выполнять полезную работу, значительное количество электроэнергии расходуется на нагрев двигателя.
Почему так получилось
Первая в Японии электростанция (Kobu 1905).
Почему умные, технически грамотные японцы могли ввести два стандарта напряжения-частоты переменного тока? Простой предмет. Еще до начала Второй мировой войны Япония начала развивать свою электроэнергетическую промышленность, и первыми, кто оказал ей помощь, были американцы. США поставили Японии первые объекты по производству электроэнергии. Это были генераторы американской компании General Electric. Они были изготовлены в соответствии с американским стандартом 60 Гц. Гораздо позже японцы поняли, что соседние державы Китай и Россия имеют другую частоту 50 Гц, и решили принять этот стандарт. Все последующие электростанции были построены с генераторами 50 Гц. В результате на новых землях, снабжаемых новыми электростанциями, пришлось использовать устройства и потребители электроэнергии с номинальной частотой 50 Гц.
Почему японцы не заменили все старые американские генераторы на уже построенных заводах? На самом деле, американизированная сеть 60 Гц была настолько развита, что многие потребители были рассчитаны на эту частоту. Перевод всей территории на сеть 50 Гц потребовал бы огромных затрат на обновление оборудования, которого у Японии не было. Это создало два стандарта частоты переменного тока на Японском архипелаге: 50 Гц и 60 Гц.
Как вы знаете, в Японии мало запасов природных ресурсов. Японцы были вынуждены следовать по пути технологического развития. Для этого требовалось небольшое количество сырья, но и огромное количество энергии, которая всегда была в дефиците. Таким образом, в стране стали появляться новые электростанции, в том числе атомные.
Здесь японцы столкнулись с серьезной проблемой, связанной с двумя стандартами переменного тока, которые они разрешили соблюдать своей стране. Построив мощную атомную электростанцию, можно обеспечить электроэнергией всю небольшую территорию Японии. На практике, однако, существует только одна «частотная» зона, в которой может работать один блок; во второй зоне пришлось бы строить еще одну электростанцию. Это ненужные расходы. Таким образом, японцы попали в ловушку, расставленную американцами.
Как японцы решили проблему несовместимых электрических сетей
Станция преобразования частоты в Синано, Япония.
Однако технологии не стоят на месте, и недавно японцы нашли решение этой проблемы. Это было дорого, но позволяло соединять «несовместимые» электрические сети. Японцы построили четыре станции частотного преобразователя — также называемые Shin-Shinano, Higashi Shimizu, Minami Fukumitsu и Sakuma — которые позволяли «перекачивать» сети 50 Гц в сети 60 Гц и наоборот. Используется метод формирования частоты передаваемого напряжения.
Частотные преобразователи на японских картах.
Хотя это сложное и дорогостоящее техническое решение, японцы смогли передать «излишки» электроэнергии из одной «частотной» зоны в другую, соединив все линии транспортировки электроэнергии в единую национальную энергосистему.
