DQZHAN訊：為什么用電頻率是50Hz？恐怕不是國家電網說了算！
導讀：交流電網頻率從凌亂到趨同，是一段漫長而艱苦的過程，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)作為頻率標準是收到多種因素影響，有技術層面的，更有商業(yè)競爭上的原因。這些都必須放到當時的歷史背景下展開討論。

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(yè)、電子業(yè)、航空航天業(yè)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(qū)域控制誤差(ACE)。

供電系統有史以來究竟出現多少種頻率恐怕難以說清。據有限的文獻記載，除航空器外，歷史上出現過的交流電網頻率高的有1331/3Hz(雙極8000轉)，低的有161/3Hz(雙極1000轉)，千差萬別。

交流電網頻率從凌亂到趨同，是電力工業(yè)發(fā)展歷程的重要一章。*后選取50 Hz(或60 Hz)作為頻率標準是受到多種因素影響，有技術層面的，更有商業(yè)競爭上的原因。這些還必須放到當時的歷史背景下展開討論。

1諸多技術元素左右著頻率的選擇

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。

決定因素1：負荷特性

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。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20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，卻難以造出在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。

決定因素2：輸變電設施

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(yōu)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(yōu)越性，兼顧兩方面的特性，也需要尋求平衡。

決定因素3：原動機和驅動系統

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(fā)電機的轉速。發(fā)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)，主要因為水輪機的轉速是限定的。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(qū)的一些配電系統一直沿用到20世紀50年代)。

其他技術上的影響因素

當然，技術上的影響因素還有很多。比如，由于頻率低的系統同步并網的難度較小，在早期電網運行水平落后的情況下，容易受到運行者青睞。

另外，還有同步電鐘的問題，60進制有其優(yōu)越性。當然后來也有交流噪音等問題。

2*終標準(50Hz/60Hz)并非技術上的*有頻率

技術分析表明，根據20世紀上半葉的實踐情況，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。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。設備制造商和電網經營者起到了決定性的的作用。

歐洲歷時40余年推行50 Hz標準

德國電機和變壓器生產商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(fā)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(zhàn)之后才真正形成。

美國西屋公司強推60 Hz標準

兼有制造和運行交流供電技術優(yōu)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。

1893年，美國GE公司曾計劃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。但迫于競爭壓力，*終(1948)屈從于西屋的60 Hz標準。

殖民地國家主要依附宗主國或制造商的選擇

以巴西為例，該國一開始兼有50 Hz和60 Hz。1938年，巴西試圖通過立法，用8年時間將頻率統一到50 Hz。

但這項計劃*后沒有成功，因為多數發(fā)達地區(qū)都采用60 Hz。20世紀60年代，巴西重新啟用60 Hz的頻率標準。

350Hz OR 60Hz，對于日常生活影響并不大

50 Hz與60 Hz，成就了現有交流電的基本格局。

對于平常百姓，頻率標準是否統一其實并不重要，甚至看似無關緊要。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 Hz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。

但是，對于電力行業(yè)自身，頻率的重要性便是不言自明的。因為，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)。

我國60~70年代，汽輪機葉片斷裂的事是經常發(fā)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(fā)展的障礙也并非科學精神。回溯頻率標準的演進，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(jié)能效果、雙頻技術對影像效果的改良，新能源發(fā)電技術的發(fā)展，頻率的現行標準還會不會一成不變，試問誰來續(xù)寫頻率的明天。

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