چرا برق شهر ۵۰ هرتز است؟

انتخاب فرکانس خط انتقال مصالحه‌ای از محدودیت‌های فنی مختلف است که در روز‌های اول تولید و انتقال برق، یعنی در آغاز قرن بین قرن ۱۹ و ۲۰ اتفاق افتاد. در ادامه به بررسی آن می‌پردازیم.

با توجه به ماهیت برق متناوب شهری (جابجایی دو قطب) , هر وسیله مصرف کننده که از آن استفاده می‌کند چشمک خواهد کرد مثلاً لامپی که با برق متناوب شهری روشن میشود چشمک میزند.

چشم انسان می‌تواند چشمک زدن لامپ را تا ۳۰ هرتز تشخیص دهد که برای چشم انسان دردناک است، بنابراین فرکانس را افزایش می‌دهیم. حداقل تعداد چشمک زدن در هر ثانیه که برای چشم انسان غیر قابل تشخیص باشد ۵۰ تا ۶۰ بار در ثانیه است به همین منظور فرکانس برق متناوب شهری را ۵۰ تا ۶۰ تنظیم می‌کند تا ما متوجه چشمک زدن لامپ و سایر وسایل برقی نشویم. با افزایش فرکانس به همان اندازه توان تجهیزات کاهش می‌یابد بنابراین اگر به طور مثال فرکانس را تا ۱۰۰ هرتز افزایش دهیم راکتانس خط انتقال آنقدر زیاد می‌شود که مجبوریم فرکانس را کاهش دهیم.

زاویه کامل یک دایره ۳۶۰ درجه میباشد بنابراین زاویه روتور نیز ۳۶۰ درجه است. عدد ۳۶۰ بر اعداد ۵۰ و ۶۰ بخشپذیر است بنابراین استفاده از این فرکانس‌ها باعث می‌شود ژنراتور‌ها و موتور‌ها را بتوانیم با ضریب دقت بالاتر و کارایی بیشتری طراحی کنیم.

همچنین برای جریان سه فاز فرکانس ۶۰ هرتز به مراتب عملکرد بهتری نسبت به سه فاز ۵۰ هرتز دارد. همچنین فرکانس‌های بالاتر اجازه می‌دهد تا از هسته‌های ترانسفورماتور کوچکتر استفاده شود؛ بنابراین ترانسفورماتور‌ها با همان قدرت کوچکتر، سبک‌تر و ارزان‌تر هستند. به همین دلیل فرکانس ۶۰ هرتز مزایای بیشتری دارد.

همچنین فرکانس‌های بالاتر به دلیل اثر پوستی، تلفات بیشتری در خطوط ایجاد می‌کنند.

فرکانس شبکه در یک سیستم شبکه باید در همه جا یکسان و هماهنگ باشد. فرکانس‌های بالاتر مربوط به طول موج‌های کوتاه‌تر است. فرکانس در سیستم‌های شبکه به طور گسترده توزیع شده، که باعث می‌شود تغییر فاز محسوس‌تر باشد، بنابراین همگام‌سازی را دشوارتر می‌کند.بنابراین باید در کل شبک فرکانس یکسان باشد.

فرکانس شبکه ارتباط مستقیمی با سرعت و تعداد قطب‌های ژنراتور‌ها و موتور‌ها دارد. با افزایش فرکانس شبکه مستلزم افزایش سرعت (مشکلات احتمالی نیرو‌های گریز از مرکز یا گریز از مرکز و/یا یاتاقان ها) یا افزایش تعداد قطب‌ها (پیچیدگی فنی بیشتر و در نتیجه هزینه‌های بالاتر) است.