淺談為什么電力系統供電會用50HZ的頻率

淺談為什么電力系統供電會用50HZ的頻率：

  揚州市蘇中電力設備有限公司是一家集研發、生產、銷售、服務于一體的多元化企業，公司主要產品有高低壓試驗設備、儀器儀表、滑觸線、電纜橋架、母線槽等，下面就我們一直在用的交流電頻率問題解釋如下：

只解釋了為什么頻率不能太高或太低，并沒有說明為什么一定要50Hz或60Hz，有讀者還問過小編此事。其實小編不是不想解釋，而是才疏學淺，無法解釋。此篇《從歷史到明天》為聊東一叟的讀者來信，有的放矢地精準回答了為什么是50Hz或60Hz的問題，讀后深受裨益，刊登此稿，以饗讀者。

能夠對司空見慣的現實存在提出質疑，是學者一種可貴的特質。透過“能源政乾方”的一系列文章，展現了能源院有一批青年才俊，他們充滿了追根溯源的探索精神，值得贊賞。

交流電網的頻率，是電能質量的重要標志之一，直接關系許多電能驅動設備的產品質量，如紡織業、電子業、航空航天業等;也是電網調度賴以控制電力系統運行的核心參數，比如調峰調頻和互聯網的區域控制誤差(ACE)。如此關鍵的指標，為什么選取50赫茲(或60赫茲)，教科書上少有述及，也罕見有人對此刨根問底，《為什么用電頻率是50Hz?》一文，對電網頻率的前世今生，給出了較為科學的分析，令人耳目一新。

交流電網頻率從零亂到趨同，是電力工業發展歷程的重要一章，恰恰也是容易被忽略的一篇。供電系統有史以來究竟出現多少種頻率恐怕難以說清，有限的文獻記載，除航空器外，高的有1331/3Hz(雙極8000轉)，低的有161/3Hz(雙極1000轉)，千差萬別。究其原因，影響交流電網頻率選擇的因素復雜化是根本，但主要集中在用電設施、輸變電設施和原動機方面，對相關因素的分析，必須放到當時的歷史背景下展開討論。

負荷特性是決定因素之一，以供照明負荷為主的電網趨于選擇較高的頻率，白熾燈在40 Hz下就存在明顯的閃爍;而以供感應電機負荷為主的電網趨于選擇較低的頻率(目前有些電力機車供電系統還采用25 Hz，通過換流器與大電網連接)，在19世紀末29世紀初的制造條件下，可以生產在50Hz系統能夠運轉良好的電機，卻難造出在1331/3Hz系統運行的感應電機，因此，對于兼有多種負荷的系統，折中不失為現實方案，比如建于1895年的英國考文垂的單相電力系統的頻率就選取87 Hz，一直沿用至1906年。

輸變電設施是決定因素之二，從變電設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，這也是為什么飛機現在依然普遍采用400 Hz供電系統的主要原因，減輕重量是飛行器制造的優選目標。但從輸電的角度，尤其是長距離輸電，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，直流輸電有其優越性，兼顧兩方面的特性，也需要尋求平衡。

原動機和驅動系統是決定因素之三，在當時的機械制造水平，變速系統成本高昂，因此，原動機的轉速直接成為發電機的轉速，發電機的極數受制于材料，對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)，主要就是水輪機的轉速限定的。由于該電站的重要性和西屋公司的統治地位，25 Hz也一度成為北美低頻交流的頻率標準(美國北部、加拿大渥太華、魁北克地區的一些配電系統一直沿用到20世紀50年代)。淺談為什么電力系統供電會用50HZ的頻率呢。

回溯交流電網頻率的統一過程，不純粹是技術之爭，其中也可窺見權力角逐。技術分析表明，根據20世紀上半葉的實際，綜合上述各項影響因素，40 Hz可能是*好的選擇，也確實有很多系統采用了40 Hz，德國早期的勞芬--法蘭克福聯網系統采用的是40 Hz(1891年，輸電距離長達175公里)，英格蘭東北部電網在20世紀20年代成立英國國家電網之前也一直使用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*終沒能成為標準，顯然技術不是**的原因。

在標準的形成過程中，設備制造商和電網經營者起到了決定性的的作用。在歐洲，電機、變壓器生產商，德國的VDE公司推薦25 Hz和50 Hz兩項標準，到1914年放棄了25Hz，全力推動50 Hz。同時，愛迪生德國公司設立的AEG公司19世紀末**建造德國的發電設施，采用50Hz，之后依托其垂直壟斷力，攜手在歐洲推行50 Hz標準，歷時40余年，直到二戰之后才真正形成;而在美國，兼有制造和運行交流供電技術優勢的西屋公司，在1890年后力推60 Hz的較高頻率的標準(相對25 Hz低頻交流的頻率標準)，在美國系統沿用至今，期間，1893年，美國GE公司按照其愛迪生系的頻率標準，在加州部分供電系統采用50 Hz，但因競爭壓力，*終(1948)屈從于西屋的60 Hz標準。欠發達國家，尤其是殖民地國家則主要是依附宗主國和制造商的選擇，如巴西一開始就兼有50和60 Hz，1938年通過立法，力圖通過8年的時間，統一到50 Hz，但*后沒有成功，因為多數發達地區都采用60 Hz，20世紀60年代又改為60 Hz。50與60，成就了現有基本格局，一般而言，110V供電系統采用60 Hz標準，220V供電系統采用50 Hz標準。

50與60 Hz，技術上難分伯仲，大多數家用電器也能混用，由于電力系統的地域性，似乎也沒有統一成一種標準的動力，而且要從一種標準變更到另一種標準，其難度是難以想象的。對于平常百姓，頻率的重要甚至其存在看似無關緊要，但對于將電能轉變成動能的設備，它的輸出功率是與頻率的高低正相關的(因種類不同從1次冪到4次冪不等)。因此對于電力行業自身，頻率的重要性便是不言自明的，我國60~70年代，汽輪機葉片斷裂的事是經常發生的，其罪魁禍首就是頻率偏差。當時由于電力嚴重短缺，電網長時間低頻率運行(經常低到48 Hz)，汽輪機的轉速、振動都是按照50 Hz設計的，長時間偏差運行，除降低效率，還帶來加速疲勞等問題，造成葉片斷裂。對電力系統運行而言，*嚴重的事故莫過于頻率崩潰，瞬時就會讓光明世界跌入黑暗。

因此了解頻率，歷史地觀察頻率，不無補益。脫離當時的技術條件討論標準形成的對與錯顯然是有失公允的，漠視舊標準對新技術發展的障礙也并非科學精神?；厮蓊l率標準的演進，是否還覺得理所當然，在制造技術、控制技術、信息技術日新月異的今天，變頻技術的節能效果、雙頻技術對影像效果的改良，新能源發電技術的發展，頻率的現行標準還會不會一成不變，試問誰來續寫頻率的明天。