Waarom in grootschalige netten een driefasensysteem met wisselstroom ideaal is, kan je vinden in de Stoomcursus. Maar waarom is de wisselfrequentie eigenlijk zoals hij is, 50 Hertz in Europa en het grootste deel van de rest van de wereld en 60 Hertz in Amerika en andere angelsaksisch georiënteerde landen?

Technisch compromis

In tegelstelling van wat men vaak denkt is de werkelijke reden achter de keuze voor 50 en 60 Hertz relatief simpel en pragmatisch van aard. Het is simpelweg een experimenteel bevonden technisch optimum tussen de hoge wisselfrequentie die trafo's, inductie- en kooiankermotoren prettig vinden en de lage wisselfrequentie die juist noodzakelijk is om lange transportverbindingen te laten functioneren zonder teveel impedantie en transmissieverliezen.

In de begintijd van elektriciteit is er geëxperimenteerd met allerlei frequenties. Hele lage frequenties, zoals 16,7 Hz en 20 Hz maken het makkelijker om grote generators te bouwen (immers, hij roteert minder snel en krijgt dan minder mechanische krachten te verwerken). Maar aan de verbruikskant zijn elektromotoren, trafo's en booglampen niet vooruit te branden bij bijvoorbeeld 10 Hz en dan is praktische toepassing van elektriciteit met een hoog rendement dus moeilijk. Bij hele hoge frequenties zoals 130 Hz of 400 Hz (zoals vandaag nog gebruikt in vliegtuigen) zijn er weer andere problemen: bij zulke rotatiesnelheden kan men geen grote generators meer bouwen (die zouden uit elkaar spatten) en het is bij die frequenties ook niet meer mogelijk om lange driefasen-transportlijnen te maken: reactief/capacitief gedrag in de draden ten opzichte van elkaar wordt dan een te groot probleem.

Met de techniek van ruim een eeuw geleden was vermogenselektronica en HVDC onmogelijk, zodat gelijkstroom niet op grote schaal tot een transportnet kon worden gesmeed. Ook frequentie-omvormers waren duur en kwetsbaar, want het waren fysiek roterende apparaten die dus ook onderhoud vroegen en kapot kunnen. Het handigste bleek het dus om met wisselstroom simpelweg een compromis te vinden: een wisselfrequentie ergens in het midden waarbij generators, transformators, transportlijnen, motoren en booglampen allemaal nog min of meer nog acceptabel zouden functioneren. Dat werd gevonden in een frequentie van de ordegrootte 50 en 60 Hz.

50 of 60 Hertz: veelvoud van 3, of juist metrieke handigheid

De exacte keuze voor 50 Hz in Europa en 60 Hz in Amerika (en met name de reden dat die twee verschillen) is het onderwerp van een aantal indianenverhalen. Helaas voor sensatiezoekers, ook hier is de waarheid verrassend rationeel en simpel.

60 Hz in Amerika is een pragmatische keuze. Het lag in het juiste compromis-interval en het is een veelvoud van drie. Westinghouse vond dat handig rekenen omdat het aantal wikkelingen in een driefasengenerator (het aantal polen) en de benodigde rotatiesnelheid dan telkens allemaal in elkaars verlengde liggen. Een intuïtief systeem is makkelijk voor de industrie en verkleinde de kans op fouten.

50 Hz in Europa is minder goed gedocumenteerd, maar Europa heeft sinds de Franse Revolutie het metrieke stelsel: al onze maten en grootheden zijn factoren van tien. Toen elektriciteit ook in Europa in zwang raakte, beheersten Duitse bedrijven zoals AEG en RWE al snel de markt. Waarschijnlijk is er bij AEG om die reden voor 50 Hz gekozen. 50 past rekenkundig veel makkelijker in het metrieke stelsel dan 60. 50 Hz is 100 golftoppen van de sinus en de generator doet precies 3000 omwentelingen per minuut. In Amerika, waar men het imperiale stelsel gebruikt, is rekenen in tienvouden nooit gangbaar geweest en bood 50 als rekenkundig getal geen voordelen. En zo bleven 50 Hz en 60 Hz letterlijk los van elkaar bestaan op beide continenten, beide ideaal voor het continent in kwestie, totdat ze al gauw zo wijdverbreid waren geraakt dat er geen weg meer terug zou zijn geweest.

Los van praktische dingen zoals reken- of constructievoorkeuren, technisch is er tussen een hoogspanningsnet dat op 50 Hz of 60 Hz wordt bedreven zo weinig voor- of nadeel dat het in het dagelijks leven geen naam mag hebben. 50 of 60 Hz is dus vooral een historische verworvenheid.