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La frequenza standard nella rete elettrica è di 50 Hz in Europa, mentre nel Nord America e in parti del Giappone è di 60 Hz. Va garantita la maggior stabilità possibile di suddette frequenze per svariate ragioni, tra cui ad esempio:
- misurazioni cronometriche: molti orologi si basano ancora sulla frequenza nella rete elettrica e accelerano o rallentano in caso di rispettivamente aumento o calo della frequenza;
- macchine: quelle elettriche di grandi dimensioni possono subire danni se la frequenza è troppo alta o bassa o qualora denoti variazioni repentine.
Affinché la frequenza rimanga stabile, è necessario un costante pareggio fra produzione e consumo di potenza elettrica.
La frequenza sale se la potenza elettrica consumata è inferiore a quella prodotta - e viceversa. Questo perché i generatori elettrici della rete funzionano meglio, più velocemente e a una frequenza più alta quando il consumo di potenza è basso - e viceversa.
Paragone con il funzionamento di una bicicletta
Su una strada pianeggiante un ciclista mantiene facilmente la stessa velocità. Ma quando affronta una salita deve compiere una sforzo maggiore per non ridurre la velocità, mentre in discesa deve frenare se vuole mantenerla invariata.
Nell’intera rete europea i generatori elettrici sono impostati in modo che reagiscono subito e automaticamente a una variazione della frequenza di rete. Essi aumentano o riducono la loro potenza in funzione del consumo, garantendo così la stabilità della frequenza. Questo sistema di adeguamento automatico è paragonabile al regolatore della velocità usato per le automobili.
Scostamenti del tempo sincrono
Il tempo sincrono è quello misurato a una frequenza di rete standard che in Europa è di 50 Hz. 50 oscillazioni della corrente alternata equivalgono a un secondo di tempo sincrono. Le variazioni della frequenza provocano scostamenti del tempo sincrono. Se la frequenza è inferiore a 50 Hz, le 50 oscillazioni durano più a lungo - e viceversa. Poiché un secondo di tempo sincrono corrisponde sempre esattamente a 50 oscillazioni, i secondi di tempo sincrono possono essere un po' più lunghi o brevi, in funzione della frequenza. Lo scostamento del tempo sincrono viene in seguito calcolato operando un confronto rispetto al tempo coordinato universale (ora UTC) misurato con orologi atomici ad altissima precisione.
Ogni scostamento del tempo sincrono viene pareggiato. Se lo scarto di tempo supera 20 secondi viene rettificata la frequenza nella rete. Per aggiustare lo scostamento del tempo sincrono la frequenza di rete pari solitamente a 50 Hz (in Europa) viene modificata come segue:
- 49.990 Hz, se il tempo sincrono supera quello coordinato universale
- 50.010 Hz, se il tempo sincrono è inferiore a quello universale