Частота переменного тока в Японии

Линия электропередач

Япония – страна, которая продолжает удивлять своими особенностями даже в таких стандартизированных областях, как электроэнергетика. Сегодня поговорим о японской системе электроснабжения и о том, какая частота переменного тока в Японии.

 

Чем необычна японская система электроснабжения

Высоковольтные электрические сети

Что же может быть удивительного в такой области, как электроснабжение, когда оно подчинено строгим стандартам? Даже людям, очень далеким от этой технической сферы, известно, что любая электрическая сеть характеризуется такими параметрами, как напряжение и частота переменного тока. Это знают все, кто хотя бы присутствовал в школе на уроках физики. Измеряется она в Герцах (Гц) по имени немецкого ученого Генриха Рудольфа Герца, изучавшего физику переменного тока. О частоте переменного тока пойдет речь в этой статье.

В России частота переменного тока в обычной розетке дома, на заводе или предприятии – 50 Гц. В США, Канаде, Бразилии и некоторых других странах – 60 Гц. Европа, Австралия и почти вся Африка живут с частотой 50 Гц.

Что такое частота переменного тока

Для тех, кто немного подзабыл или не знал, напомним, что такое частота переменного тока. Это количество колебаний электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике за одну секунду. Если все равно не слишком понятно, то это количество раз, сколько электроны в проводнике бегают туда и обратно в течение одной секунды. Таким образом, при частоте 50 Гц, синусоида переменного тока за одну секунду 50 раз движется в одном направлении и 50 раз в обратном направлении, 100 раз проходя через нулевое значение.

график переменного тока
Колебания электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике

От чего зависит частота тока электросети? Конечно же, от типа генерирующих установок, которые изначально проектируются на определенную стандартную частоту, принятую в стране. Например, все генераторы, производящие электроэнергию России, выполнены на 50 Гц. Это позволяет все генерирующие установки (гидроэлектростанции, тепловые, атомные, ветряные), а также всех электропотребителей (заводы, фабрики, предприятия) включить в одну общую сеть.

Любая электростанция может подключиться к общей электросети и продавать потребителям этой сети свою электроэнергию. И любой электропотребитель может подключиться к такой сети и потреблять из нее электроэнергию, производя соответствующую оплату. Все легко и просто. Также просто и в других странах. Но не в Японии.

Почему частота переменного тока в Японии разная

Карта Японии с частотой 50 Гц, и 60 Гц
Территории в Японии с частотой 50 Гц, и 60 Гц в сети

Японцам в этом плане, мягко говоря, немного не повезло. Напряжение по всей стране одинаковое (например, в домах для бытовых приборов – 100 вольт), а вот частота переменного тока в Японии – разная. В восточных регионах страны, где расположены Токио, Саппоро, Йокогама и другие города она равна 50 Гц, а в западных префектурах с такими городами, как Окинава, Кобе, Нагоя, Хиросима – 60 Гц. Что это значит? Это значит, что эти две электрические системы – несовместимы. В Японии нет единой электрической системы, а есть две обособленные.

По этой причине для каждой электросети и, следовательно, для каждого из этих двух регионов Японии, электропотребители должны изготавливаться индивидуально. Конечно, зарядные устройства для телефонов, телевизоры, утюги и другие бытовые приборы изготавливаются так, что они могут нормально работать в обеих системах – и 50 Гц и 60 Гц. Чего не скажешь о мощных потребителях – электродвигателях и силовых трансформаторах.

Что же произойдет, если, например, электродвигатель, рассчитанный на работу в электросети с частотой 60 Гц, включить в сеть 50 Гц? Будет ли он работать? Да, он будет работать, и визуально ничего, кроме небольшого снижения скорости вращения вала, мы не заметим. Но такой режим работы электродвигателя будет неэффективным. Что это значит? Это значит, что коэффициент полезного действия (КПД) и энергоэффективность двигателя будут ниже, чем при включении в сеть с частотой, на которую спроектирован электродвигатель. В двигателе возрастут активные и реактивные потери, потери от вихревых токов в электротехнической стали статора и ротора (якоря), которые в конечном счете выльются в тепло. Проще говоря, немалая доля электроэнергии будет расходоваться на нагрев двигателя, вместо полезной работы.

Почему так получилось

электростанция в Кобу 1905 г
Первые электростанции в Японии (Кобу 1905 г)

Как же получилось, что умные и грамотные в технических вопросах японцы ввели у себя два стандарта частоты переменного напряжения? Разгадка проста. Еще до начала Второй мировой войны Япония начала развивать энергетику и первыми, кто ей помогал, были американцы. США поставили Японии первое оборудование для выработки электроэнергии. Это были генераторы американской компании General Electric. Изготовлены они были по американскому стандарту для работы с частотой 60 Гц. Уже намного позже японцы спохватились, что у крупных близлежащих стран – Китая и России частота электросети другая – 50 Гц и решили принять для себя этот стандарт. Все последующие электростанции строились с генераторами на 50 Гц. Соответственно, новые территории, которые были запитаны от новых электростанций, должны были применять электроприборы и электропотребители, рассчитанные на частоту в 50 Гц.

Почему японцы не заменили все старые американские генераторы на своих построенных ранее электростанциях? Дело в том, что американизированная сеть с частотой в 60 Гц, была достаточно развитой и имела много потребителей, рассчитанных на эту частоту. Переход всей территории на сеть в 50 Гц потребовал бы огромных затрат на модернизацию оборудования, которых Япония не имела. Вот так на Японских островах возникли два стандарта частоты переменного тока – 50 и 60 Гц.

Как известно, Япония имеет скудный запас природных ресурсов. Японцы были вынуждены пойти по пути развития технологий. Это требовало небольшого количества сырья, но потребовало огромного количества энергии, которой постоянно не хватало. Так в стране начали появляться новые электростанции, в том числе атомные.

Здесь японцы столкнулись с главной проблемой двух стандартов переменного тока, которые допустили в своей стране. Построив одну мощную атомную электростанцию, можно было бы запитать всю небольшую территорию Японии. Но по факту от одного энергоблока можно запитать только какую-то одну «частотную» территорию. Для второй территории пришлось бы строить другую электростанцию, а это лишние затраты. Так японцы попали в ловушку, подстроенную им американцами.

Как японцы решили проблему несовместимых электрических сетей

Японская станция по преобразованию частоты
Станция по преобразованию частоты в Шин-Синано (Япония)

Однако, технологии не стоят на месте, и недавно японцы придумали решение этой проблемы. Оно оказалось недешевым, но позволяло соединять «несовместимые» электрические сети. Японцы построили четыре преобразовательные станции, которые также можно назвать частотными конвертерами – Шин-Синано, Хигаси-Симидзу, Минами-Фукумицу и Сакума. Они позволяют «перекачивать» электроэнергию из сети 50 Гц в сеть 60 Гц и наоборот. Для этого используется метод частотной модуляции передаваемого напряжения.

Карта Японии со станциями преобразования частоты
Преобразователи частоты на карте Японии

Это сложное и дорогостоящее техническое решение, но оно позволило японцам передавать «лишнюю» электроэнергию из одной «частотной» территории в другую, соединив все линии электроснабжения в единую энергосистему страны.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Комментарии : 2
  1. Вадим

    На счет частоты тока известно. А вот то, в Японии две независимых системы — удивило :roll:

  2. const42 (Автор)

    Сейчас уже их независимыми трудно назвать. Четыре хаба, которые преобразовывают и перегоняют электроэнергию из одной территории в другую, можно сказать связали японскую энергосистему в одну. Но всё-таки первое время энергосистемы были не связаны друг с другом.

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: