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為什么用電頻率是50Hz？恐怕不是國(guó)家電網(wǎng)說(shuō)了算！
DQZHAN訊：為什么用電頻率是50Hz？恐怕不是國(guó)家電網(wǎng)說(shuō)了算！
導(dǎo)讀：交流電網(wǎng)頻率從凌亂到趨同，是一段漫長(zhǎng)而艱苦的過(guò)程，也是電力工業(yè)發(fā)展歷程的重要篇章。*后選取50 Hz(或60 Hz)作為頻率標(biāo)準(zhǔn)是收到多種因素影響，有技術(shù)層面的，更有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)上的原因。這些都必須放到當(dāng)時(shí)的歷史背景下展開討論。



交流電網(wǎng)的頻率，是電能質(zhì)量的重要標(biāo)志之一，直接關(guān)系許多電能驅(qū)動(dòng)設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量，如紡織業(yè)、電子業(yè)、航空航天業(yè)等;也是電網(wǎng)調(diào)度賴以控制電力系統(tǒng)運(yùn)行的核心參數(shù)，比如調(diào)峰調(diào)頻和互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域控制誤差(ACE)。

供電系統(tǒng)有史以來(lái)究竟出現(xiàn)多少種頻率恐怕難以說(shuō)清。據(jù)有限的文獻(xiàn)記載，除航空器外，歷史上出現(xiàn)過(guò)的交流電網(wǎng)頻率高的有1331/3Hz(雙極8000轉(zhuǎn))，低的有161/3Hz(雙極1000轉(zhuǎn))，千差萬(wàn)別。

交流電網(wǎng)頻率從凌亂到趨同，是電力工業(yè)發(fā)展歷程的重要一章。*后選取50 Hz(或60 Hz)作為頻率標(biāo)準(zhǔn)是受到多種因素影響，有技術(shù)層面的，更有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)上的原因。這些還必須放到當(dāng)時(shí)的歷史背景下展開討論。

1諸多技術(shù)元素左右著頻率的選擇

影響交流電網(wǎng)頻率選擇的因素復(fù)雜化是根本，但主要集中在用電設(shè)施、輸變電設(shè)施和原動(dòng)機(jī)方面。

決定因素1：負(fù)荷特性

以供照明負(fù)荷為主的電網(wǎng)趨于選擇較高的頻率，白熾燈在40 Hz下就存在明顯的閃爍。以供感應(yīng)電機(jī)負(fù)荷為主的電網(wǎng)趨于選擇較低的頻率(目前有些電力機(jī)車供電系統(tǒng)還采用25 Hz，通過(guò)換流器與大電網(wǎng)連接)。

在19世紀(jì)末20世紀(jì)初的制造條件下，可以生產(chǎn)在50Hz系統(tǒng)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)良好的電機(jī)，卻難以造出在1331/3Hz系統(tǒng)運(yùn)行的感應(yīng)電機(jī)。因此，對(duì)于兼有多種負(fù)荷的系統(tǒng)，折中不失為現(xiàn)實(shí)方案。比如，建于1895年的英國(guó)考文垂的單相電力系統(tǒng)的頻率就選取87 Hz，一直沿用至1906年。

決定因素2：輸變電設(shè)施

從變電設(shè)施的角度趨于選擇較高的頻率，有利于減少變壓器的體積和材料，這也是為什么飛機(jī)現(xiàn)在依然普遍采用400 Hz供電系統(tǒng)的主要原因，減輕重量是飛行器制造的優(yōu)選目標(biāo)。

但從輸電的角度，尤其是長(zhǎng)距離輸電，則傾向于選擇較低的頻率，頻率越低，線路的阻抗也越低，輸電損耗就越少，僅此而言，直流輸電有其優(yōu)越性，兼顧兩方面的特性，也需要尋求平衡。

決定因素3：原動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

在當(dāng)時(shí)的機(jī)械制造水平，變速系統(tǒng)成本高昂。因此，原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速直接成為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)的極數(shù)受制于材料，對(duì)頻率的提高有諸多的限制。

西屋公司首建于1895年的尼加拉瓜瀑布水電站，選用的頻率就是25 Hz(12極250RPM)，主要因?yàn)樗啓C(jī)的轉(zhuǎn)速是限定的。由于該電站的重要性和西屋公司的統(tǒng)治地位，25 Hz也一度成為北美低頻交流的頻率標(biāo)準(zhǔn)(美國(guó)北部、加拿大渥太華、魁北克地區(qū)的一些配電系統(tǒng)一直沿用到20世紀(jì)50年代)。

其他技術(shù)上的影響因素

當(dāng)然，技術(shù)上的影響因素還有很多。比如，由于頻率低的系統(tǒng)同步并網(wǎng)的難度較小，在早期電網(wǎng)運(yùn)行水平落后的情況下，容易受到運(yùn)行者青睞。

另外，還有同步電鐘的問(wèn)題，60進(jìn)制有其優(yōu)越性。當(dāng)然后來(lái)也有交流噪音等問(wèn)題。

2*終標(biāo)準(zhǔn)(50Hz/60Hz)并非技術(shù)上的*有頻率

技術(shù)分析表明，根據(jù)20世紀(jì)上半葉的實(shí)踐情況，40 Hz可能是*好的選擇，也確實(shí)有很多系統(tǒng)采用了40 Hz。

˙ 德國(guó)早期的勞芬--法蘭克福聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用的是40 Hz(1891年，輸電距離長(zhǎng)達(dá)175公里)

˙ 英格蘭東北部電網(wǎng)在20世紀(jì)20年代成立英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)之前也一直使用40 Hz

˙ 意大利也是使用40 Hz系列(42 Hz)

˙ 匈牙利也是接近使用40 Hz(412/3 Hz)

但該頻率*終沒(méi)能成為標(biāo)準(zhǔn)，顯然技術(shù)不是**的原因?；厮萁涣麟娋W(wǎng)頻率的統(tǒng)一過(guò)程，不純粹是技術(shù)之爭(zhēng)，其中也可窺見權(quán)力角逐。設(shè)備制造商和電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)者起到了決定性的的作用。

歐洲歷時(shí)40余年推行50 Hz標(biāo)準(zhǔn)

德國(guó)電機(jī)和變壓器生產(chǎn)商VDE公司推薦25 Hz和50 Hz兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，到1914年放棄了25Hz，全力推動(dòng)50 Hz。

同時(shí)，愛(ài)迪生德國(guó)公司設(shè)立的AEG公司19世紀(jì)末**建造德國(guó)的發(fā)電設(shè)施，采用50Hz，之后依托其垂直壟斷力，攜手在歐洲推行50 Hz標(biāo)準(zhǔn)，歷時(shí)40余年，直到二戰(zhàn)之后才真正形成。

美國(guó)西屋公司強(qiáng)推60 Hz標(biāo)準(zhǔn)

兼有制造和運(yùn)行交流供電技術(shù)優(yōu)勢(shì)的西屋公司，在1890年后力推60 Hz的較高頻率的標(biāo)準(zhǔn)(相對(duì)25 Hz低頻交流的頻率標(biāo)準(zhǔn))，在美國(guó)系統(tǒng)沿用至今。

1893年，美國(guó)GE公司曾計(jì)劃按照其愛(ài)迪生系的頻率標(biāo)準(zhǔn)在加州部分供電系統(tǒng)采用50 Hz。但迫于競(jìng)爭(zhēng)壓力，*終(1948)屈從于西屋的60 Hz標(biāo)準(zhǔn)。

殖民地國(guó)家主要依附宗主國(guó)或制造商的選擇

以巴西為例，該國(guó)一開始兼有50 Hz和60 Hz。1938年，巴西試圖通過(guò)立法，用8年時(shí)間將頻率統(tǒng)一到50 Hz。

但這項(xiàng)計(jì)劃*后沒(méi)有成功，因?yàn)槎鄶?shù)發(fā)達(dá)地區(qū)都采用60 Hz。20世紀(jì)60年代，巴西重新啟用60 Hz的頻率標(biāo)準(zhǔn)。

350Hz OR 60Hz，對(duì)于日常生活影響并不大

50 Hz與60 Hz，成就了現(xiàn)有交流電的基本格局。

對(duì)于平常百姓，頻率標(biāo)準(zhǔn)是否統(tǒng)一其實(shí)并不重要，甚至看似無(wú)關(guān)緊要。一般而言，110V供電系統(tǒng)采用60 Hz標(biāo)準(zhǔn)，220V供電系統(tǒng)采用50 Hz標(biāo)準(zhǔn)。50 Hz與60 Hz，技術(shù)上難分伯仲，大多數(shù)家用電器也能混用。

由于電力系統(tǒng)的地域性，似乎也沒(méi)有統(tǒng)一成一種標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)力，而且要從一種標(biāo)準(zhǔn)變更到另一種標(biāo)準(zhǔn)，其難度是難以想象的。

但是，對(duì)于電力行業(yè)自身，頻率的重要性便是不言自明的。因?yàn)椋瑢㈦娔苻D(zhuǎn)變成動(dòng)能的設(shè)備，它的輸出功率是與頻率的高低正相關(guān)的(因種類不同從1次冪到4次冪不等)。

我國(guó)60~70年代，汽輪機(jī)葉片斷裂的事是經(jīng)常發(fā)生的，其罪魁禍?zhǔn)拙褪穷l率偏差。當(dāng)時(shí)由于電力嚴(yán)重短缺，電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間低頻率運(yùn)行(經(jīng)常低到48 Hz)，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速、振動(dòng)都是按照50 Hz設(shè)計(jì)的。長(zhǎng)時(shí)間偏差運(yùn)行，除降低效率，還帶來(lái)加速疲勞等問(wèn)題，造成葉片斷裂。對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行而言，*嚴(yán)重的事故莫過(guò)于頻率崩潰，瞬時(shí)就會(huì)讓世界跌入黑暗。

因此了解頻率，歷史地觀察頻率，不無(wú)補(bǔ)益。脫離當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件討論標(biāo)準(zhǔn)形成的對(duì)與錯(cuò)顯然是有失公允的，漠視舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)新技術(shù)發(fā)展的障礙也并非科學(xué)精神?；厮蓊l率標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)，是否還覺(jué)得理所當(dāng)然，在制造技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)日新月異的今天，變頻技術(shù)的節(jié)能效果、雙頻技術(shù)對(duì)影像效果的改良，新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，頻率的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)還會(huì)不會(huì)一成不變，試問(wèn)誰(shuí)來(lái)續(xù)寫頻率的明天。

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