Номинальные значения частоты тока в разных странах могут отличаться. Сколько герц она составляет в ЕЭС России известно, пожалуй, всем, так как это написано буквально на каждом электроприборе. А вот, например, в Японии вы не встретите такого единообразия, ведь там исторически сложилось использование разных частот в зависимости от региона. И хотя энергосистемы стран мира придерживаются разных стандартов частоты тока, среди них есть самые распространенные. Хорошо ли они вам известны?
В энергосистемах по всему миру существует только два значения номинальной частоты электрического тока – 50 и 60 Гц. Первое значение принято более чем в 150 странах – почти всей Евразии и Африке, в Австралии, а также в нескольких странах Южной Америки, включая Аргентину, Чили и Уругвай.
Впрочем, большинство энергосистем латиноамериканских стран и вся Северная Америка используют частоту 60 Гц. Таких стран в мире всего чуть более 40.
За скобками мы намеренно оставили Японию, поскольку ее уникальный опыт приоткрывает завесу тайны над вопросом, почему именно 50 и 60 Гц стали стандартом для энергосистем. Все началось в конце ХIX века, когда для энергоснабжения Токио было приобретено немецкое оборудование, а для Осаки – американское. И если европейцы производили генераторы, дававшие частоту 50 Гц, то заокеанский монополист Джордж Вестингауз делал исключительно 60-герцовые машины.
Свою роль сыграли и общеисторические причины. На тот момент минуло всего лишь четверть века, как Япония вышла из эпохи феодальных княжеств. Поэтому по инерции каждая префектура «Страны восходящего солнца» была вольна выбирать одного из конкурирующих энергомашиностроителей.
Аналогичным образом разделение на 50 и 60 Гц происходило и в остальном мире. Там, где преобладало европейское оборудование, стала применяться одна частота, а там, где американское, – другая. Но почему именно 50 и 60 Гц, а не, скажем, 40? Для ответа на этот вопрос мы должны еще немного задержаться в конце XIX века.
Один из пионеров электротехники Михаил Доливо-Добровольский, исследовавший возможности переменного тока, предлагал установить частоту в пределах 30–40 Гц. Однако эта идея не прижилась. Дело в том, что тогда в уличном освещении городов широко применялись дуговые лампы, которые нестабильно работали при частоте тока ниже 50 Гц.
Тогда почему частоту не повысили, например, до 100 Гц? Причина кроется в несовершенстве техники того времени. Напомним, что частота тока напрямую связана с работой вращающихся машин. А на рубеже XIX–XX вв. не существовало ни сверхпрочных сплавов, ни суперкомпьютеров, которые могли бы рассчитать дизайн лопаток турбин под требуемые нагрузки. Тогда просто-напросто не было возможностей создавать генераторы со скоростью вращения, необходимой для частоты тока в энергосистеме свыше 60 Гц.
С тех пор так и повелось. Обе частоты фактически являются эмпирически выведенными показателями и продуктом договоренностей, достигнутых в наиболее промышленно развитых государствах ещё на заре электрификации. Под 50–60 Гц стали конструироваться все вращающиеся электрические машины – от станков и прокатных станов на заводе до стиральной машинки у вас дома.
За следующие 100 лет энергосистемы многократно усложнились. Только один факт! Если перед революцией 1917 года мощность российских электростанций составляла около 1,2 ГВт, то к сегодняшнему дню эта цифра перевалила за 246 ГВт. Столь сложный технологический организм требует развитой системы диспетчеризации, поэтому по мере развития и укрупнения энергосистем создавалось и совершенствовалось и оперативно-диспетчерское управление, а частота, кроме параметра синхронизации оборудования, стала играть ещё одну важную роль. Частота является показателем баланса – то есть показывает, что в данный момент времени в энергосистеме вырабатывается и потребляется одинаковый объем электроэнергии, а значит система работает стабильно. Именно отклонение частоты от показателя 50 Гц является для диспетчера Системного оператора первым сигналом того, что в энергосистеме происходит что-то непредвиденное. Вот почему Системный оператор круглосуточно стоит на страже стабильности частоты в Единой энергосистеме России.