Elektrikte sıkça duyduğumuz kavramlardan biri Hertz’dir. Hertz, saniye başına düşen devir sayısı ifade eden, frekans (sıklık) birimidir. Adını, Alman Fizikçi Heinrich Rudolf Hertz’den alan Hertz, Hz kısaltmasıyla gösterilir. Genelde sesle alakalı uygulamalarda karşımıza çıkan Hertz, sinüs dalgaları ve müzik notaları göstermektedir. Hz bazen de foton enerji eşitliği ile enerjiyi temsil etmek amacıyla kullanılabilir.
Hertz’in tanımını yaparak ne olduğu hakkında ufak bir bilgi sahibi olduk. Elektrik frekanslarının kökeni neden 50 ve 60 Hz? Bu konuyu inceleyelim. Avrupa için 50 Hz ABD için 60 Hz olmasının bazı sebepleri var. Bunun için frekansların tarihine bakmamız gerekiyor. Ayrımın başlangıç noktası 1891 yılına dayanıyor. 1891’de Pittsburgh’daki Westinghouse şirketindeki mühendisler, 60 Hz’yi geleceğin sıklığı olarak kabul etmek için nihai kararı verdi. Aynı yıl Berlin’deki Allgemeine Elektrizitats Gesellschaft ( AEG ) mühendisleri 50 Hz’yi seçti. Bu kararların alınmasından itibaren, bu frekanslar normalleştirilmiş, alternatif akım iletim frekansları haline geldi. Aslında bu karar bugün bizi etkilemeye devam ediyor.
Standardizasyon her ülkeye bağlı olsa da, en tuhaf durumlardan biri Japonya’nınkidir, Bir kişi Tokyo’dan Osaka’ya seyahat ettiğinde, 50 Hz alanından 60 Hz alana gitmiş oluyor. Elektrik frekanslarının kökeni neden 50 ve 60 Hz? Konusunun kısa bir incelemesini yaptık. Neden tek bir frekans üzerinde anlaşamadıklarını ve her birinin neden bir değer seçtiğini açıklamak için mevcut frekans kararlarının kökenini anlamak üzere, 19. Yüzyılda seyahat edeceğiz. Tarihin sayfaları arasında gezerken, bu kararların izlerini görmemize yarayacak belgeleri gözden geçirip, bu duruma yol açan olayları kronolojik olarak gözden geçireceğiz.
Elektrik zamanlarının başlangıcından itibaren eğlence olarak değil, evlerin güvenli bir aydınlatma yöntemi, fabrikalarda elektrik motorlarının beslenmesi gibi bizi pahalı ve verimsiz mekanik iletim sistemlerinden kurtaracak bir yöntem olarak görüldü. Sanayi devrim yıllarında kullanılan akslar, bağlantı çubukları, kasnaklar ve dişliler vasıtasıyla, kullanılan frekanslar Avrupa’da 40 ve 53 Hz’den ve ABD’de 133 + 1/3 ve 125 Hz’den değişmiştir. Ana kaynakları Edison ve Kelvin olan doğru akım ile ana savunucusu Nikola Tesla olan alternatif akım (1887) arasındaki geçiş süresi gözden geçirilmeyecektir. Çünkü bu, hem teknolojik hem de ekonomik ve politik olarak gerçek bir savaştı.
1866’dan 1890’a
Bugün, o yıllarda inanılmaz görünse de, her üretici, Edison, Thomson-Houston, Westinghouse, Siemens, vb. özelliklerine uygun motor ve lambaların üretimine ek olarak elektrik enerjisi üretti ve dağıttı. Elektriğin bir bütün olarak gelişmediği ve birbirinden izole edilen farklı icatların bireysel kullanımına çalışıldığı İngiltere, Fransa veya İspanya gibi yerlerde, büyük bir teknolojik geri kalmışlık ortaya çıktı.
Bu durumun açık bir örneği olarak, 1878’de Edison Machine Works dinamolar inşa etti, Edison Tube Company iletkenler üretti, Edison Lamp Works akkor lambalar yaptı ve New York Elektrik Aydınlatma Şirketi Pearl Street tesisinde elektrik üretti.
f = ( p * n ) / 120
Formülündeki;
- f = Hz cinsinden frekansı
- p = kutup sayısı
- n = rpm cinsinden alternatör dönüş hızı
Göstermektedir.
Buna karşılık, Thomson-Houston Company gibi diğer üreticiler, 125 Hz frekanslara izin veren 15.000 döngü alternatörü ( p * n ) kullandılar.
Bu nedenle elektrik enerjisi üretimi ve iletiminde “ yüksek frekans ” dönemi, ABD’de başlamıştır. Westinghouse 133 + 1/3, Thomson ve Houston 125 Hz ve Fort Wayne Jenny Electric 140 Hz.
Aslında, bu yıllarda elektriğin ana kullanımı aydınlatma içindi ve diğer frekansların her ikisi de istenen kalite gereksinimlerini mükemmel bir şekilde karşıladı. Düşük frekanslarda lambalar can sıkıcı bir titreme etkisi yaratmaya başladı.
1890’dan 1925’e
Bu dönem, üreticilerin, indüksiyon motorunun göreceli huzurunu bozacak bir elementin ortaya çıktığı bir dönemdir.
Mekanik güç ile hareket eden takım tezgahlarının çalıştırılması için makinelerin yaklaşık 80 rpm’de düşünülürse, 133 + 1/3 Hz güçte çalışan 200 kutuplu elektrik motorları gerekliydi. Çok sayıda kutuptaki bu sorun, halihazırda 40 Hz ile çalıştığı için Avrupa’da ortaya çıkmadı ve bu nedenle 60 kutuplu jeneratörler gerekiyordu.
1890’da AEG ve Oerlikon, Frankfurt ( alıcılarından ) ‘den 50V faz voltaj alternatörü kullanarak Laufen ( üretimine )’ e 175 km’lik üç fazlı güç hattı için 40 Hz kullandılar. Döndürülen 150 rpm’de döndürülen 32 kutup, bize 40 Hz frekans veriyor. Şanzıman, başlangıç noktasında 50’den 8.500V’a dönüştürülerek gerçekleştirildi ve Frankfurt şehrinde voltajı 65V’a düşürüldü. Daha sonra lambalara uygulanan düşük frekans nedeniyle flaş problemlerini fark ettiler. 1891’de 50 Hz frekans seçtiler ve her iki problemin de çözüldüğünü gördüler.
1890’da Westinghouse mühendisleri 130 Hz üzerindeki frekanslarda çalışmanın indüksiyon motorlarını geliştirmelerini engellediğini fark etti. Sorunu analiz ederek, elektrik akımında 7.200 döngü ( p * n ) ve dolayısıyla 60 Hz frekansın, motorları ve o yıllarda üretilen makinelerle bağlantı için en uygun değerler olduğunu gördüler.
Steinmetz Thomson-Houston Company’de çalışmaya başlamadan hemen önce, Hartford Electric’in edindiği elektrik malzemesiyle rezonans problemlerinin ortaya çıktığını, akımı sağladıkları 125 Hz sinyalinin harmoniklerinden kaynaklanıyordu. Çözmenin yolu 62,5 Hz’ye düşürmekti. Aksine, General Electric Avrupalı ortağı AEG tarafından kullanılan 50 Hz’yi kullanmaya devam etti. 1894 yılında General Electric, alternatif akımın pazardaki satışlarını kaybettiğini fark etti ve önemli ölçüde 60 Hz’ye dönüştü.
1925’ten Günümüze
1921’den beri ABD’deki tüm elektrik sistemlerinin 60 Hz’yi kullandıkları görülmesine rağmen, durum böyle değildi. Standart frekansa doğru dönüşüm süreci pratik olarak 1948’e kadar sürdü. Örneğin, Mili Creek’in tesisleri II. Dünya Savaşı’nın sonuna kadar değişmedi.
İngiltere’de Elektrik Işığı Yasası’nın yazılmasından bu yana daha da kötüydü. İmal edilen tüm elektrik malzemelerinin herhangi bir kişi veya şirket tarafından kullanılabilmesi gerektiği, Gibbs ve Gaulard tarafından geliştirilen transformatörün İngiltere’de (teknolojik gecikmesinin) nedenlerinden biri ABD’de kullanılmasına yol açtı.
Japonya’da son derece tuhaf bir vakamız var. Yokohama departmanı, o zamanlar elektrik konusunda olan farklı teknolojileri incelemek için ABD’ye bazı mühendisler gönderdi, 1889 yılında Japonya’ya döndüklerinde, yüksek frekansın faydalarından ikna olmuşlardı. 133 ( 1/3’te çalışan bir Stanley-Kelly-Chesney alternatörü ) SKC + satın alıp kurmuşlardı. 1895’te AEG bir Tokyo şirketine 50 Hz alternatör sattı.
SKC’den Stanley’nin General Electric’e taşındığını hatırlayalım. O zaman 133 + 1/3’ün elektrikli alternatif akım motorları için çok yüksek bir frekans olduğu belirlenince, alternatörlerinin üretimini değiştirerek, 60 Hz’de elektrik akımı ürettiler. Osaka şehrinden bir şirket bir AGE alternatörü satın aldığında, 60 Hz akım üretilmeye başlandı. Bu yüzden Japonya’daki frekans bölümü doğusunda 50 Hz ve batısında 60 Hz. olacak şekilde günümüze kadar geldi.
Sonuç
Aslında, en uygun frekansın belirlenmesi, elektrik enerjisinin Dünya çapında genişlemesinde ortaya çıkan teknolojik sorunların üstesinden gelme ihtiyacından kaynaklandı.
Böylece, ilk yıllarda, elektrik enerjisi neredeyse sadece kamu aydınlatması, oteller, bankalar ve oldukça zengin insanların evleri için kullanıldı ve flaş etkilerinden kaçınmak için kullanılan frekanslar yüksekti.
Elektrik frekansı neden Avrupa’da 50 Hz, ABD’de 60 Hz? Sorusunun cevabı ise Avrupa’daki AEG ve ABD’deki GE’nin mühendislerin birini seçmesinden kaynaklandı.
