Переменный ток — это панацея?⁠⁠

Привет, Пикабу!

Задумывались ли вы почему в розетках именно переменный ток? Почему не постоянный? Почему частота тока в России 50 герц, а где-то в мире 60 герц? Можно ли обойтись без постоянного тока?

Маленькое отступление от темы. Помню, как на первом курсе, сразу после школы, мы сидели с группой в лаборатории по электротехнике, и преподаватель делал нам наставления по учебе, говорил, что нас ждёт в будущем и спрашивал, что мы знаем о токе и напряжении. В какой-то момент нас спросили, что же в розетке, ток или напряжение. И для многих это было удивительным, что в розетке нет тока. Ведь, если мы посмотрим на розетку, то увидим два отверстия, а значит цепь не замкнута и тока там нет. Но когда мы вставляем вилку от пылесоса в розетку, то в этом случае ток появится. #шокконтент.

Война токов.

В конце 1880х годов, в США, происходила конкуренция систем передачи электричества. Томас Эдисон продвигал постоянный ток. Постоянный ток Эдисона применялся низкого напряжения, что было безопасно для потребителя, НО из-за низкого напряжения были большие электрические потери, провода грелись, энергия тратилась впустую. Чтобы питать длинные линии электропередач необходимо было строить большое количество подстанций, которые поднимали бы напряжение.

Томас Эдисон

Проблема в том, что при передаче электроэнергии на расстояние, увеличивается длина проводов и растет их электрическое сопротивление, значит растут электрические потери. Чтобы снизить потери можно уменьшить сопротивление провода (применить толстые провода) или поднять напряжение (сила тока станет меньше).

Однако электрические потери зависят от напряжения в квадрате, а от сопротивления в первой степени. Экономически эффективнее использовать линии высокого напряжения.

Компания Томаса Эдисона не могла трансформировать постоянный ток. На тот момент не было технологий, позволяющих трансформировать постоянный ток одного напряжения в постоянный ток другого напряжения.

В то же время компания Джорджа Вестингауза продвигала переменный ток. Переменный ток одного напряжения можно трансформировать в переменный ток другого напряжения, без особых проблем, с помощью трансформаторов.

Требовалось построить линию высокого напряжения, поставить подстанцию с трансформатором, понизить напряжение и питать помещения. Использование высокого напряжения переменного тока было более эффективным.

Джордж Вестингауз

Необходимо отметить, что переменный ток легче вырабатывать на электростанциях, генераторы переменного тока проще и дешевле.

В итоге переменный ток вытеснил постоянный.

Но в современном мире невозможно жить без постоянного тока! Практически вся электроника (пульты, колонки, ноутбуки, смартфоны и тд) питаются постоянным током малого напряжения.

Когда вы вставляете адаптер для зарядки телефона в розетку, то внутри блока адаптера происходит трансформация переменного тока, в постоянный ток. Это стало возможным благодаря развитию современной электроники.

На предприятиях постоянный ток применяется в электролизе, сварке, гальванопластике.

Троллейбусы, трамваи, электровозы, подъемники строятся с двигателями постоянного тока, из-за их подходящих характеристик.

Параметры сети в мире

Частота переменного тока.

В Европе и странах СНГ применяют знакомые нам 50 Гц и 220В. В Корее 220В и 60 Гц. В США напряжение в розетке 120В, а частота сети 60 Гц. Япония как бы поделена пополам, во всей стране напряжение 120В, но с одной стороны 50Гц, а с другой 60Гц.

В чем прикол? Почему так перетусованы параметры сети?

Ответ простой – так исторически сложилось. Ученые выяснили, что оптимальная частота сети от 40 до 60 герц. Если меньше 40 Гц, то дуговые лампы (раньше применялись именно такие лампочки) не могли работать. Если больше 60 Гц асинхронные двигатели работали не эффективно. Страны выбрали для себя некий стандарт частоты. Кто-то взял 50Гц, кто-то 60Гц.

Дуговая лампа "Свеча Яблочкова"

Но вспомним Японию. У них в одной части страны 50 Гц, а в другой 60 Гц. Как эти энергосистемы встречаются? Те, кто знают электротехнику поймут в чем боль. А тем, кто не знают, я попробую объяснить.

Представьте два колеса, одно колесо крутиться со скоростью 100км/ч, а другое 120 км/ч, и вам надо их совместить вместе, чтобы они касались друг друга. При контакте одно колесо будет крутиться быстрее, и начнутся проблемы, синхронно такие колеса никак не могут крутиться вместе.

Если соединить две линии (энергосистемы) с разной частотой напряжения, они тоже не смогут работать вместе. Появятся огромные уравнительные токи и все пойдет по п..зде бороде, если грубо и коротко.

Энергосистема Японии

В конце 19 века японцы для питания Токио купили немецкие генераторы, а для питания Осаки купили американские генераторы. И с тех пор началось развитие двух частных энергосистем, с разной частотой сети. Когда две области встретились их необходимо было соединить, для этого применили ВСТАВКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

То есть в одной энергосистеме частота сети 50 Гц. На специальной станции переменное напряжение преобразуют в постоянное. В другой части Японии частота сети 60 Гц, на той же станции напряжение преобразуют в постоянное. И две энергосистемы соединяются через эти вставки постоянного тока. Вот такие костыли, но все работает.

Вставки постоянного тока построены во многих уголках мира. Например, на границе энергосистем Аргентины и Бразилии. В Выборге, на границе России и Финляндии, тоже есть вставка постоянного тока, но об этой станции, я расскажу в будущем!

Спасибо что дочитали до конца,

Ваш Scapman!

Другие мои посты:

Так все таки, как мы получаем электричество?

ЛЭП - там, где зависают провода