유틸리티 주파수

유틸리티 주파수(전원) 라인 주파수(미국 영어) 또는 메인 주파수(영국 영어)는 발전소에서 최종 사용자에게 전송되는 광역 동기 그리드의 교류(AC) 발진 공칭 주파수입니다.세계 대부분의 지역에서는 50Hz이지만, 미국 및 아시아 일부 지역에서는 일반적으로 60Hz입니다.국가별 또는 지역별 현재 사용량은 국가별 주 전력 목록에 나와 있습니다.

19세기 후반과 20세기 초반의 상업용 전력 시스템의 개발 동안, 많은 다른 주파수(및 전압)가 사용되었습니다.한 주파수에서 장비에 대한 대규모 투자는 표준화를 더디게 만들었습니다.그러나 21세기 전환 시점에서는 50Hz 주파수를 사용하는 곳은 220~240V, 60Hz 주파수를 사용하는 곳은 100~127V를 사용하는 경향이 있다.현재는 두 주파수가 공존하고 있기 때문에 둘 다 기술적으로는 다른^[1] 주파수보다 선호할 이유가 없고 세계적인 표준화에 대한 명확한 욕구가 없다.

실제로 그리드의 정확한 주파수는 공칭 주파수 주변에서 변화하며 그리드가 많이 로드되면 감소하고 가볍게 로드되면 속도가 빨라집니다.그러나 대부분의 유틸리티는 일정한 사이클 수가 ^[2]발생하도록 하루 동안 그리드의 주파수를 조정합니다.이것은 일부 클럭에서 시간을 정확하게 유지하기 위해 사용됩니다.

조작 요인

AC ^[3]시스템의 주파수 선택에 영향을 미치는 요인은 몇 가지입니다.조명, 모터, 변압기, 발전기 및 전송선은 모두 전력 주파수에 따라 특성이 있습니다.이러한 모든 요소가 상호 작용하여 전력 주파수를 선택하는 것이 매우 중요한 문제가 됩니다.최적의 빈도는 모순되는 요건 간의 타협입니다.

19세기 후반, 설계자들은 변압기 재료를 절약하고 램프의 가시적인 깜박임을 줄이기 위해 변압기와 아아크 램프를 갖춘 시스템에 비교적 높은 주파수를 선택했지만, 긴 전송 선로 또는 주로 p용 모터 부하 또는 로터리 컨버터를 공급하는 시스템에는 낮은 주파수를 선택했습니다.로듀킹 직류대형 중앙 발전소가 실용화되었을 때, 주파수 선택은 의도된 부하의 특성에 기초하여 이루어졌다.결국 기계 설계가 개선됨에 따라 조명 및 모터 부하 모두에 단일 주파수를 사용할 수 있게 되었습니다.통합 시스템은 하루 동안 시스템 부하가 더 균일했기 때문에 전력 생산의 경제성을 향상시켰습니다.

조명.

상업용 전력의 첫 번째 응용 분야는 백열등과 정류자형 전기 모터였다.두 장치 모두 DC에서 잘 작동하지만 DC는 전압을 쉽게 변경할 수 없으며 일반적으로 필요한 사용 전압으로만 생산되었습니다.

백열등이 저주파 전류로 작동하면 필라멘트가 교류 전류의 각 반주기마다 냉각되어 램프의 밝기와 깜박임이 눈에 띄게 변화합니다. 이 효과는 아크 램프, 최신 수은 증기 램프 및 형광 램프에서 더욱 두드러집니다.개방 아크 램프가 교류에서 윙윙거리는 소리를 내면서 고주파 교류 발전기로 소리를 사람의 ^{[citation needed]}청력 범위 이상으로 높이는 실험을 했다.

회전 기계

정류자형 모터는 고주파 AC에서는 잘 작동하지 않습니다. 왜냐하면 전류의 급격한 변화는 모터장의 인덕턴스에 의해 반대되기 때문입니다.정류자형 범용 모터는 AC 가전제품과 전동공구에서 흔히 볼 수 있지만 1kW 미만의 소형 모터입니다.유도 모터는 약 50-60Hz의 주파수에서 잘 작동하는 것으로 확인되었지만, 1890년대에 사용 가능한 재료로는 예를 들어 133Hz의 주파수에서는 잘 작동하지 않습니다.유도 모터장의 자극 수, 교류 주파수 및 회전 속도 사이에는 일정한 관계가 있으므로, 주어진 표준 속도는 주파수 선택을 제한합니다(반대).일단 AC 전기 모터가 보편화되면 고객 기기와의 호환성을 위해 주파수를 표준화하는 것이 중요했습니다.

저속 왕복 엔진에 의해 작동되는 발전기는 예를 들어 고속 증기 터빈에 의해 작동되는 발전기보다 주어진 극 수에 대해 낮은 주파수를 생성합니다.매우 느린 원동기 속도의 경우 높은 AC 주파수를 제공할 수 있는 충분한 극을 갖춘 발전기를 구축하는 데 비용이 많이 듭니다.또한, 두 발전기를 같은 속도로 동기화하는 것이 저속일수록 더 쉬운 것으로 밝혀졌다.저속 엔진의 속도를 높이기 위한 방법으로는 벨트 드라이브가 일반적이지만, 매우 큰 정격(수천 킬로와트)에서는 비용이 많이 들고 비효율적이며 신뢰성이 낮았습니다.약 1906년 이후 증기 터빈에 의해 직접 구동되는 발전기는 더 높은 주파수를 선호했다.고속 기계의 안정적인 회전 속도는 회전 ^[3]변환기에서 정류자의 만족스러운 작동을 가능하게 했습니다.RPM 단위의 동기 속도 N은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

${\displaystyle N=120f}{P}}},}$

여기서 f는 주파수(헤르츠 단위), P는 극의 수입니다.

일부 전류 및 과거 효용 주파수에 대한 AC 모터의 동기 속도

폴스	133 RPM1⁄3Hz	60Hz에서의 RPM	50Hz에서의 RPM	40Hz에서의 RPM	25Hz에서의 RPM	162µ3Hz의 RPM
2	8,000	3,600	3,000	2,400	1,500	1,000
4	4,000	1,800	1,500	1,200	750	500
6	2,666.7	1,200	1,000	800	500	333.3
8	2,000	900	750	600	375	250
10	1,600	720	600	480	300	200
12	1,333.3	600	500	400	250	166.7
14	1142.9	514.3	428.6	342.8	214.3	142.9
16	1,000	450	375	300	187.5	125
18	888.9	400	3331×3	2662×3	1662×3	111.1
20	800	360	300	240	150	100

직류 전력은 교류에 의해 완전히 대체되지 않았으며 철도 및 전기화학 공정에서 유용했습니다.수은 아크 밸브 정류기가 개발되기 전에는 AC로부터 직류 전력을 생산하기 위해 회전식 변환기가 사용되었습니다.다른 정류자형 기계와 마찬가지로, 이들은 낮은 주파수에서 더 잘 작동합니다.

변속기 및 변압기

AC를 사용하면 변압기를 사용하여 높은 전송 전압을 낮추어 고객 사용 전압을 낮출 수 있습니다.변압기는 실질적으로 가동 부품이 없고 유지보수가 거의 필요하지 않은 전압 변환 장치입니다.AC를 사용함으로써 정기적인 유지보수 및 감시가 필요한 DC 전압 변환 모터 제너레이터를 회전시킬 필요가 없어졌습니다.

주어진 전력 레벨에서 변압기의 치수는 주파수에 거의 반비례하기 때문에 변압기가 많은 시스템은 주파수가 높을수록 경제적입니다.

긴 회선을 통한 전력 전송은 낮은 주파수를 선호합니다.회선의 분산 캐패시턴스와 인덕턴스의 영향은 저주파수에서는 작아집니다.

시스템 상호 연결

발전기는 주파수와 파형이 동일한 경우에만 병렬로 작동하도록 상호 연결할 수 있습니다.사용되는 주파수를 표준화함으로써 지리적 영역의 발전기를 그리드로 상호 연결하여 신뢰성과 비용 절감을 제공할 수 있습니다.

역사

19세기에는 ^[4]많은 다른 전력 주파수가 사용되었다.

초기 절연 AC 발전 방식에서는 증기 엔진, 수력 터빈 및 전기 발전기 설계를 위한 편의에 기초한 임의 주파수를 사용했습니다.16+2µ3Hz ~133+1µ3Hz의 주파수가 다른 시스템에서 사용되었습니다.예를 들어, 1895년 영국의 코벤트리 시는 ^[5]1906년까지 사용된 독특한 87Hz 단상 배전 시스템을 가지고 있었다.주파수의 확산은 1880년부터 1900년까지의 전기 기계의 급속한 발달로 인해 생겨났다.

초기 백열 조명 기간에는 단상 AC가 일반적이었습니다. 일반적인 발전기는 8극 기계로 2,000RPM으로 작동하며 주파수는 133Hz였습니다.

많은 이론이 존재하고 꽤 재미있는 도시 전설이 있지만, 60Hz 대 50Hz의 역사에 대한 자세한 내용은 거의 확실치 않다.

독일 기업 AEG(독일 에디슨이 설립한 회사의 후예)는 50Hz로 작동하는 최초의 독일 발전 설비를 건설했습니다.그 당시 AEG는 사실상 독점권을 가지고 있었고 그들의 표준은 유럽의 다른 지역으로 퍼져나갔다.AEG는 1891년 라우펜-프랑크푸르트 링크에 의해 전송되는 40Hz 전력으로 작동하는 램프의 깜박임을 관찰한 후 1891년 ^[6]표준 주파수를 50Hz로 높였다.

웨스팅하우스일렉트릭은 같은 발전시스템에서 전기조명과 유도모터를 모두 작동할 수 있도록 더 높은 주파수로 표준화하기로 했다.50Hz가 두 가지 모두에 적합했지만 1890년 Westinghouse는 기존 아크 조명 장비가 60Hz에서 약간 더 잘 작동한다는 것을 고려했고, 따라서 주파수가 ^[6]선택되었습니다.1888년 웨스팅하우스에 의해 허가된 테슬라의 유도 모터 작동은 당시 ^{[verification needed]}조명 시스템에 일반적인 133Hz보다 낮은 주파수를 필요로 했다.1893년 독일 AEG와 제휴한 General Electric Corporation은 50Hz로 캘리포니아 레드랜즈에 전력을 공급하는 Mill Creek에 발전 프로젝트를 세웠으나 1년 뒤 웨스팅하우스 표준에 따른 시장 점유율을 유지하기 위해 60Hz로 변경했다.

25Hz 원점

1895년 웨스팅하우스에 의해 건설된 나이아가라 폭포 프로젝트의 첫 발전기는 25Hz였다. 왜냐하면 교류 동력 전달이 최종 선택되기 전에 터빈 속도가 이미 설정되었기 때문이다.Westinghouse는 모터 부하를 구동하기 위해 30Hz의 저주파를 선택했지만, 프로젝트를 위한 터빈은 이미 250RPM으로 지정되었다.이 기계는 무거운 정류자 타입 모터에 적합한 16+2⁄3Hz의 전력을 공급할 수 있었지만, Westinghouse 회사는 이것이 조명에 바람직하지 않다며 33+1⁄3Hz를 제안했다.결국 25Hz와 12극 250RPM 발전기의 타협이 ^[3]선택되었습니다.나이아가라 프로젝트는 전력 시스템 설계에 큰 영향을 미쳤기 때문에 저주파 AC의 북미 표준으로 25Hz가 우세했다.

40Hz 원점

General Electric 연구는 20세기 1/4분기에 사용 가능한 재료와 장비를 고려할 때 40Hz가 조명, 모터 및 변속기의 요구를 적절히 절충한 것이라고 결론지었다.여러 40Hz 시스템이 구축되었습니다.1891년 라우펜-프랑크푸르트 시연에서는 40Hz를 사용해 175km의 전력을 전송했다.1920년대 후반 National Grid(영국)가 등장할 때까지 잉글랜드 북동부(NESCO, Newcle-upon-Tyne Electric Supply Company)에 상호 연결된 40Hz의 대규모 네트워크가 존재했으며 이탈리아의 프로젝트에서는 42Hz를 ^[7]사용했습니다.미국에서 가장 오래된 상업용 수력발전소인 메카닉빌 수력발전소는 여전히 40Hz의 전력을 생산하며 주파수 전환기를 통해 지역 60Hz 전송 시스템에 전력을 공급한다.북미와 호주의 산업 공장과 광산은 때때로 40Hz의 전기 시스템으로 건설되었는데, 이 전기 시스템은 너무 비경제적일 때까지 유지되었다.40Hz에 가까운 주파수는 상업적으로 많이 사용되었지만, 더 큰 용량의 기기 제조업체가 선호하는 25, 50 및 60Hz의 표준화된 주파수에 의해 무시되었습니다.

헝가리의 Ganz Company는 자사의 제품에 대해 분당 5000회(412µ3Hz)의 교대로 표준화되었기 때문에 Ganz 클라이언트는 경우에 따라서는 몇 ^[8]년 동안 가동된 412µ3Hz 시스템을 보유하고 있었습니다.

표준화

전기화가 시작된 초기에는 너무 많은 주파수가 사용되었기 때문에 단일 값이 우세하지 않았습니다(1918년 런던은 10개의 다른 주파수가 있었습니다).20세기가 계속되면서 60Hz(북미) 또는 50Hz(유럽과 아시아의 대부분)에서 더 많은 전력이 생산되었습니다.표준화는 전기 설비의 국제 무역을 가능하게 했다.이후 표준 주파수를 사용하여 전력망을 상호 연결할 수 있게 되었습니다.제2차 세계대전이 끝난 후에야 저렴한 전기 소비재의 등장으로 보다 균일한 기준이 제정되었다.

영국에서는 1904년에 표준 주파수가 50Hz로 선언되었지만, ^[9]다른 주파수에서도 상당한 발전이 계속되었다.1926년에 시작된 국가 그리드의 구현은 상호 연결된 많은 전기 서비스 제공업체들 사이의 주파수 표준화를 강요했다.50Hz 표준은 제2차 세계대전 후에야 완전히 제정되었다.

약 1900년까지 유럽 제조업체들은 신규 설치에 대해 대부분 50Hz로 표준화했습니다.1902년 전기 기계와 변압기의 첫 번째 표준에서 독일의 VDE(Verband der Elektrotechnik)는 표준 주파수로 25Hz와 50Hz를 권장했습니다.VDE는 25Hz를 많이 사용하지 않았기 때문에 1914년 표준판에서 25Hz를 떨어뜨렸습니다.다른 주파수에서의 잔여 설치는 제2차 세계대전 ^[8]이후까지 지속되었다.

변환 비용 때문에, 배전 시스템의 일부는 새로운 주파수를 선택한 후에도 원래의 주파수로 계속 작동할 수 있습니다. 25Hz의 전력이 미국 북부 퀘벡주 온타리오와 철도 전화에 사용되었습니다.1950년대에는 발전기에서 가전제품에 이르기까지 많은 25Hz 시스템이 변환되고 표준화되었다.2009년까지, 나이아가라 폭포 근처의 아담 벡 1 경(60Hz로 개조)과 랭킨 발전소(2009년 폐쇄 때까지)에는 기존 장비 교체를 원하지 않는 대규모 산업 고객에게 전력을 공급하기 위해 약 25Hz의 모터와 25Hz의 발전소가 있었다.유올리언스에서 홍수 ^[10]펌프를 사용해요독일, 오스트리아, 스위스, 스웨덴 및 노르웨이에서 사용되는 15 kV AC 레일 네트워크는 여전히 16+2µ3Hz 또는 16.7Hz로 작동합니다.

대부분의 부하가 철도 또는 모터 부하인 경우에, 25 Hz에서 전력을 생성하고 60 Hz ^[11]분배를 위한 로터리 컨버터를 설치하는 것이 경제적이라고 여겨졌습니다.교류에서 DC를 생산하기 위한 변환기는 더 큰 크기로 제공되었고 60Hz에 비해 25Hz에서 더 효율적이었다.구형 시스템의 잔여 조각은 회전 변환기 또는 정적 인버터 주파수 체인저를 통해 표준 주파수 시스템에 결합될 수 있습니다.이를 통해 서로 다른 주파수의 2개의 전원 네트워크 간에 에너지를 교환할 수 있지만, 시스템은 크고 비용이 많이 들고 운영 시 일부 에너지가 낭비됩니다.

25Hz와 60Hz 사이의 시스템을 변환하는 데 사용되는 회전 기계 주파수 변경기는 설계가 어려웠습니다. 즉, 24극이 있는 60Hz 기계는 10극이 있는 25Hz 기계와 같은 속도로 회전하므로 기계는 크고 저속하며 비쌉니다.60/30의 비율로 이러한 설계를 단순화할 수 있었지만, 25Hz의 설치 기반은 너무 커서 경제적으로 반대할 수 없었습니다.

미국에서는 Southern California Edison이 50Hz로 ^[12]표준화했습니다.남부 캘리포니아의 대부분은 50Hz에서 작동했으며 1948년경까지 발전기와 고객 장비의 주파수를 60Hz로 완전히 변경하지 않았습니다.Au Sable Electric Company의 일부 프로젝트는 ^[13]1914년에 최대 110,000볼트의 전송 전압에서 30Hz를 사용했습니다.

브라질은 초기에 유럽과 미국에서 전기 기계를 수입했는데, 이는 브라질이 각 지역에 따라 50Hz와 60Hz 표준을 모두 가지고 있다는 것을 의미한다.1938년, 연방 정부는 8년 안에 나라 전체를 50Hz 이하로 만들려는 의도인 Decreto-Lei 852라는 법을 만들었다.이 법은 효과가 없었고, 1960년대 초에 브라질은 60Hz 표준으로 통일될 것이라고 결정되었습니다. 왜냐하면 대부분의 개발 및 산업화된 지역이 60Hz를 사용했기 때문입니다; 그리고 1964년에 새로운 법 Lei 4.454가 선언되었습니다.브라질은 ^[14]1978년까지 완료되지 않은 60Hz 주파수 변환 프로그램을 시행했다.

멕시코에서는 1970년대에 50Hz 그리드로 운영되는 지역이 전환되어 60Hz ^[15]이하로 국가를 통합했다.

일본에서는 서쪽(나고야·서쪽)이 60Hz, 동쪽(도쿄·동쪽)이 50Hz를 사용합니다.이는 1895년 도쿄에 설치된 AEG와 1896년 오사카에 설치된 제너럴 일렉트릭에서 발전기를 처음 구입한 데서 비롯됐다.두 지역의 경계에는 주파수를 변환하는 신시나노, 사쿠마댐, 미나미후쿠미쓰, 히가시시미즈 주파수 변환기 등 4개의 연속 HVDC 변전소가 있다.

1897년 북미의 전력 주파수^[16]

Hz(헤르츠)	묘사
140	목재 아크 라이트닝 발전기
133	스탠리 켈리 컴퍼니
125	제너럴 일렉트릭 단상
66.7	스탠리 켈리 컴퍼니
62.5	General Electric "단환"
60	많은 제조업체가 1897년에 "점점 보편화"됨
58.3	제너럴 일렉트릭 라신 래피즈
40	제너럴 일렉트릭
33	오리건 포틀랜드 제너럴 일렉트릭 로터리 컨버터
27	탄화칼슘로용 크로커휠러
25	Westinghouse Niagara 폭포 2상 - 모터 작동용

1900년까지의 유럽에서의 유틸리티 주파수^[8]

Hz(헤르츠)	묘사
133	단상 조명 시스템(영국 및 유럽)
125	단상 조명 시스템(영국 및 유럽)
83.3	단상, Feranti UK, Deptford Power Station, 런던
70	단상 조명(독일 1891년)
65.3	BBC 벨린조나
60	단상 조명, 독일, 1891, 1893
50	AEG, Oerlikon 및 기타 제조업체, 최종 표준
48	BBC 킬완겐 발전소입니다
46	로마, 제네바 1900
451×3	1893년 프랑크푸르트 암 마인 시영 발전소
42	Ganz 고객, 독일 1898년
412×3	헝가리 간즈 회사
40	라우펜 암 네카르, 수력전기, 1891년~1925년
38.6	BBC 알렌
331×3	세인트 제임스 앤 소호 라이트런던
25	단상 조명(독일 1897년)

20세기 중반까지도 유틸리티 주파수는 여전히 현재 일반적인 50Hz 또는 60Hz로 완전히 표준화되지 않았습니다.1946년, 무선^[17] 장비 설계자를 위한 참조 매뉴얼은 다음과 같은 사용되지 않는 주파수를 열거했다.이들 지역 중 상당수는 50사이클, 60사이클 또는 직류 공급 장치도 갖추고 있었다.

1946년 사용 주파수(및 50Hz 및 60Hz)

Hz(헤르츠)	지역
25	캐나다(온타리오 남부), 파나마 운하 지대(*), 프랑스, 독일, 스웨덴, 영국, 중국, 하와이, 인도, 만주
331×3	런던, 첼시, Lots Road Power Station(DC로 전환 후 런던 지하철 및 트롤리 버스용)
40	자메이카, 벨기에, 스위스, 영국, 말레이 연방국, 이집트, 호주 서부(*)
42	체코슬로바키아, 헝가리, 이탈리아, 모나코(*), 포르투갈, 루마니아, 유고슬라비아, 리비아(트리폴리)
43	아르헨티나
45	이탈리아, 리비아(트리폴리)
76	지브롤터(*)
100	몰타(*), 영국령 동아프리카

지역(*)이 표시되어 있는 경우, 이 주파수는 해당 지역에 대해 표시되는 유일한 유틸리티 주파수입니다.

철도

다른 전원 주파수는 아직 사용되고 있다.독일, 오스트리아, 스위스, 스웨덴 및 노르웨이는 철도용 견인 전력망을 사용하여 16+2⁄3 Hz 또는 16.7 ^[18]Hz의 단상 AC를 공급합니다.25Hz의 주파수는 미국의 암트랙과 SETA의 견인 전력 시스템뿐만 아니라 오스트리아 마리아젤 철도에도 사용됩니다.다른 AC 철도 시스템은 지역 상용 전력 주파수인 50Hz 또는 60Hz에서 전력을 공급받습니다.

트랙션 전력은 주파수 변환기를 통해 상용 전원 공급에서 얻을 수 있으며, 경우에 따라 전용 트랙션 파워스테이션에서 생산할 수 있습니다.19세기에는 정류자 ^[3]모터를 갖춘 전기 철도의 운영을 위해 8Hz의 주파수가 고려되었습니다.열차의 일부 콘센트는 올바른 전압을 전달하지만, 16+2µ3 Hz 또는 16.7 Hz와 같은 원래 열차 네트워크 주파수를 사용합니다.

400Hz

최대 400Hz의 전력 주파수는 항공기, 우주선, 잠수함, 컴퓨터 ^[19]파워 서버실, 군사 장비, 휴대용 공작 기계 등에 사용된다.이러한 고주파수는 경제적으로 장거리 전송을 할 수 없습니다.주파수가 증가하면 전송로의 인덕턴스로 인한 직렬 임피던스가 크게 증가하여 전력 전송이 어렵습니다.따라서 400Hz의 전력 시스템은 일반적으로 건물이나 차량에 한정됩니다.

예를 들어, 변압기는 자기 코어가 동일한 전력 레벨에서 훨씬 더 작을 수 있기 때문에 더 작게 만들 수 있습니다.유도 모터는 주파수에 비례하는 속도로 회전하기 때문에 고주파 전원을 사용하면 동일한 모터 볼륨 및 질량에 대해 더 많은 전력을 얻을 수 있습니다.400Hz용 변압기와 모터는 항공기 및 선박에서 유리한 50 또는 60Hz보다 훨씬 작고 가볍다.미국 군사 표준 MIL-STD-704는 항공기 400Hz 전력 사용에 대해 존재한다.

안정성.

Time Error Correction(Time Error Correction)

1916년 이후 헨리 워렌이 워렌 발전소 마스터 클럭과 자동 시동 동기 모터를 발명하기 전까지는 시간 기록 정확성을 위한 전력 시스템 주파수 조절이 일반적이지 않았습니다.니콜라 테슬라는 1893년 시카고 세계 박람회에서 회선 주파수로 동기화된 클럭의 개념을 시연했다.또한 Hammond Organ은 내부 "톤 휠" 발전기의 정확한 속도를 유지하기 위해 동기식 AC 시계 모터에 의존하여 모든 음을 완벽하게 유지합니다.

현재 AC전원 네트워크 오퍼레이터는 클럭이 올바른 시간으로부터 몇 초 이내에 유지되도록 일평균 주파수를 조정합니다.실제로 공칭 주파수는 동기화를 유지하기 위해 특정 비율만큼 올리거나 내립니다.하루 동안 평균 주파수는 수백ppm 이내의 ^[20]공칭값으로 유지됩니다.유럽 대륙의 동기 그리드에서 네트워크 위상 시간과 UTC(국제 원자 시간 기준) 사이의 편차는 스위스의 제어 센터에서 매일 08:00로 계산됩니다.그런 다음 목표 주파수를 50Hz에서 최대 ±0.01Hz(±0.02%)까지 조정하여 정확히 ^[21]50Hz × 60 s/min × 60 min/h × 24 h/d = 4320000 사이클의 장기 주파수를 확보합니다.북미에서는 오류가 동부 인터커넥트의 경우 10초, 텍사스 인터커넥트의 경우 3초, 서부 인터커넥트의 경우 2초를 초과할 때마다 ±0.02Hz(0.033%)의 보정이 적용됩니다.시간 오류 수정은 1시간 또는 30분에 ^[22][23]시작 및 종료됩니다.

영국의 발전용 실시간 주파수 측정기는 온라인으로 이용할 수 있다. 즉, 국가 그리드를 위한 공식 측정기와 다이내믹 ^[24][25]디맨드에 의해 유지되는 비공식 측정기입니다.유럽 대륙의 동기 그리드의 실시간 주파수 데이터는 www.mainsfrequency.com과 같은 웹사이트에서 이용할 수 있다.테네시 대학의 Frequency Monitoring Network(FNET; 주파수 모니터링 네트워크)는 북미 전력망 내 및 세계 여러 지역에서 상호 접속 빈도를 측정합니다.이러한 측정은 FNET 웹사이트에 ^[26]표시됩니다.

미국 규제

미국에서는 연방 에너지 규제 위원회가 2009년에 ^[27]시간 오류 수정을 의무화했습니다.2011년 북미 전기 신뢰성 회사(NERC)는 60Hz 그리드 주파수를 시간 ^[29]기준으로 사용하는 클럭과 기타 장치의 장기적 정확도를 감소시키는 전기 그리드에 대한 주파수 규제 요건을^[28] 완화하는 제안된 실험에 대해 논의했다.

주파수 및 부하

정확한 주파수 제어가 필요한 주된 이유는 네트워크를 통한 여러 발전기로부터의 교류 전력 흐름을 제어하기 위해서입니다.시스템 주파수의 경향은 수요와 발전 간의 불일치 측정값이며 상호 연결된 시스템에서 부하 제어에 필요한 매개 변수입니다.

시스템의 주파수는 부하와 생성의 변화에 따라 달라집니다.개별 동기식 발전기에 대한 기계적 입력 전력을 증가시키면 전체 시스템 주파수에 큰 영향을 미치지 않지만 해당 장치에서 더 많은 전력을 생산하게 됩니다.발전기 또는 전송선의 트립 또는 고장으로 인한 심각한 과부하 중에는 부하 대 발전의 불균형으로 인해 전원 시스템 주파수가 감소합니다.(시스템 총생산에 비해) 전력을 내보내는 동안 상호접속이 상실되면 시스템 주파수가 손실의 업스트림으로 증가하지만 현재 발전량이 소비량을 따라가지 못하기 때문에 손실의 다운스트림으로 붕괴가 발생할 수 있습니다.Automatic Generation Control(AGC; 자동 생성 제어)은 예약된 주파수를 유지하고 전력 흐름을 교환하기 위해 사용됩니다.발전소의 제어 시스템은 네트워크 전체 주파수의 변화를 감지하고 발전기에 대한 기계적 전력 입력을 목표 주파수로 다시 조정합니다.이러한 반작용에는 일반적으로 수십 초가 걸린다. 왜냐하면 큰 질량이 단기 장애의 크기를 제한하는 역할을 하기 때문이다.일시적인 주파수 변경은 수요 변화에 따른 불가피한 결과입니다.예외적이거나 빠르게 변화하는 주전원 주파수는 종종 배전망이 용량 한계 부근에서 작동하고 있다는 신호이며, 이러한 극적인 예는 대규모 정전 직전에 관찰될 수 있다.태양광 발전소를 포함한 대형 발전소는 평균 출력을 줄이고 그리드 조절을 지원하기 위해 가동 부하와 최대 용량 사이의 헤드룸을 사용할 수 있다. 태양광 인버터의 응답은 회전 ^[30][31]질량이 없기 때문에 발전기보다 빠르다.태양과 풍력 같은 가변 자원이 전통적인 발전 및 그것이 제공하는 관성을 대체함에 따라 알고리즘은 더욱 ^[32]정교해져야만 했다.배터리와 같은 에너지 저장 시스템도 ^[33]규제 역할을 확대시키고 있습니다.

전원 시스템 네트워크상의 주파수 보호 릴레이는 주파수의 저하를 검지해, 네트워크의 적어도 일부의 동작을 유지하기 위해서, 상호 접속 라인의 부하 분산 또는 트립을 자동적으로 개시한다.주파수 편차가 작을 경우(예: 50Hz 또는 60Hz 네트워크에서 0.5Hz) 자동 부하 분산 또는 시스템 주파수 복원을 위한 기타 제어 작업이 발생합니다.

다수의 발전기 및 부하와 광범위하게 상호 연결되지 않은 소규모 전력 시스템은 동일한 수준의 정확도로 주파수를 유지하지 못합니다.고부하 기간 동안 시스템 주파수가 엄격하게 규제되지 않는 경우 시스템 운영자는 허용 가능한 정확도의 ^[34][35]일일 평균 주파수를 유지하기 위해 가벼운 부하 기간 동안 시스템 주파수가 상승하도록 허용할 수 있습니다.유틸리티 시스템에 연결되지 않은 휴대용 발전기는 일반적인 부하가 작은 주파수 편차에 민감하지 않기 때문에 주파수를 엄격하게 조절할 필요가 없습니다.

부하 주파수 제어

Load-Frequency Control(LFC; 로드 주파수 제어)은 시스템 주파수와 인접 영역으로의 전력 흐름을 부하 변경 전 값으로 되돌리는 통합 제어의 일종입니다.시스템의 다른 영역 간의 전력 전송을 "net tie-line power"라고 합니다.

LFC의 일반 제어 알고리즘은 ^[36]1971년 Nathan Cohn에 의해 개발되었습니다.알고리즘에는 용어 영역 제어 오류(ACE)의 정의가 포함됩니다.이는 순 타이 라인 전력 오류의 합계와 주파수 바이어스 상수를 갖는 주파수 오류의 곱입니다.영역 제어 오류가 0으로 감소하면 제어 알고리즘은 주파수 및 타이 라인 전력 오류를 ^[37]0으로 되돌립니다.

청각적 노이즈와 간섭

AC 전원 어플라이언스는 사용하는 AC 전원 주파수의 배수로 특징적인 윙윙거리는 소리를 낼 수 있습니다(자성 참조).일반적으로 자기장과 함께 진동하는 모터 및 변압기 코어 적층으로부터 생성됩니다.이 험음은 전원 공급 필터 또는 앰프의 신호 차폐가 충분하지 않은 오디오 시스템에서도 나타날 수 있습니다.

대부분의 국가는 TV 수직 동기화 속도를 현지 주전원 주파수와 동일하게 선택했습니다.이를 통해 특히 주전원 변압기에서 초기 아날로그 TV 수상기의 화면에 표시되는 가시적인 비트 주파수를 발생시키는 전원 라인 험과 자기 간섭을 방지할 수 있었습니다.사진의 왜곡은 있었지만, 정지 상태였기 때문에 거의 눈에 띄지 않았다.AC/DC 리시버를 사용하여 변압기를 제거하고 세트 설계를 변경함으로써 영향을 최소화하는 데 도움이 되었으며, 일부 국가는 현재 공급 주파수(특히 60Hz 영역)에 근사한 수직 속도를 사용하고 있다.

이 부작용의 또 다른 용도는 법의학적 도구이다.AC 어플라이언스 또는 소켓 근처에서 음성을 캡처하는 녹음이 이루어지면, 그 음성도 부수적으로 녹음됩니다.험의 피크는 AC 사이클마다 반복됩니다(50Hz AC의 경우 20밀리초마다, 60Hz AC의 경우 16.67밀리초마다).정확한 음성의 빈도는 녹음이 이루어진 것으로 추정되는 정확한 날짜와 시간에 법의학적 음성의 녹음 빈도와 일치해야 합니다.주파수가 일치하지 않거나 전혀 일치하지 않으면 ^[38]기록의 진위가 드러납니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 주전원 전기
• 네트워크 분석기(AC 전원)
• 텔레크로닉

추가 정보

• Furfari, F.A., 전력회선 주파수의 진화 133+1µ3에서 25Hz, Industry Applications Magazine, IEEE, 2000년 9월/10월, 제6권, 제5호, 제12-14페이지, ISSN1077-2618.
• Rushmore, D.B., Frequency, AIEEE Transactions, Volume 31, 1912, 955~983페이지 및 974~978페이지에 대한 토론.
• Blalock, Thomas J., 주요 제철소의 전기화 – Part II 25 Hz 시스템 개발, 산업 애플리케이션 매거진, IEEE, 2005년 9월/10월, 9-12페이지, ISSN 1077-2618.

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