為什么電網(wǎng)頻率偏偏是50Hz？

　　摘要：

　　在電氣系統(tǒng)里，頻率是一個很重要的基本要素，并不是隨意確定的。這一個問題看起來簡單，實際上是一個比較復(fù)雜的問題，涉及的方面比較多。為什么我國的電源是采用50hz的,而外國有的國家采用60hz的電源?制定此標準時的依據(jù)什么呢?

　　大家平時家里用的電是50Hz的，Hz是赫茲的縮寫，代表一秒鐘電流周期性變換方向的次數(shù)，50Hz表示1秒鐘電流有50個周期，方向改變100次。

　　世界上有些國家，例如英美用的是60Hz的交流電，因為采用的是十二進制，什么12星座、12小時、12先令等于1英鎊等等。后來的國家都采用十進制了，所以頻率是50Hz。當(dāng)然還有某奇葩的漆器國，東邊用50Hz，西邊用60Hz。

　　總體來說50Hz和60Hz差別不大，以下就用50Hz代表吧。那為什么要選用50Hz的交流電，而不是5Hz或400Hz呢?

　　1.1 先說頻率低了會怎么樣

　　頻率最低就是0，也就是直流。史上最經(jīng)典的就是愛迪生和特斯拉的直流交流大戰(zhàn)，愛迪生為了證明特斯拉的交流電有危險，用交流電電死了若干動物，其中還包括一頭大象，愛老先生也是蠻拼的~(客觀上說，同樣的電流大小下，人體耐受直流電的時間是要長于耐受交流電的時間，跟心室震顫什么的有關(guān)系，也就是交流電更危險)

　　不過最后愛迪生還是輸給了特斯拉，憑借交流電方便改變電壓等級的優(yōu)勢，交流電戰(zhàn)勝了直流電。在輸送功率相同的情況下，提高電壓，送電電流就能減小，消耗在線路上的能量就能降低。而直流電當(dāng)時無法變壓，發(fā)電機出口端電壓只有幾百伏，為了減少損耗，只能減少送電功率和距離，所以愛迪生當(dāng)時建的電廠有點像現(xiàn)在的分布式電源，到處都是。

　　直流送電另一個問題是難以開斷，直到現(xiàn)在這個問題還困擾著直流輸電。我們平時在拔一些電器的插銷時，還會打電火花。直流輸電的問題同電火花一樣，當(dāng)電流大到一定程度時，這個電火花是無法熄滅的，我們稱之為“電弧”。對于交流電而言，電流會改變方向，因而有電流過零的時刻，利用這個小電流時間點，我們可以通過滅弧裝置切斷線路電流。但直流電流方向不會改變，沒有這個過零點，我們想要滅弧就難了。

　　1.2 低頻交流呢? 5Hz的交流電有什么問題?

　　一是變壓器效率的問題。變壓器是靠原邊的磁場變化，感應(yīng)到副邊升壓或降壓的。磁場變化的頻率越慢，感應(yīng)是越弱的，極端情況就是直流，根本沒有感應(yīng)，所以頻率太低了不行。當(dāng)然，太高了也會有漏磁太多的問題。

　　二是用電設(shè)備功率問題。舉個身邊的例子吧，汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速就是他的頻率，比如怠速時500轉(zhuǎn)/分鐘，加速換擋時是3000轉(zhuǎn)/分鐘，換算成頻率分別是8.3Hz和50Hz。這就看出來了，轉(zhuǎn)速越高，發(fā)動機的勁兒(功率)越大。同樣道理，在相同頻率下，發(fā)動機越大，輸出功率越大，這也是為什么柴油機個頭都比汽油大的原因，個兒大勁兒大的柴油機才能帶動公交卡車等重型汽車。

　　1.3 高頻交流呢?比如定在400Hz怎么樣?

　　首先是線路和設(shè)備的損耗增加，先說損耗的事情，輸電線路、變電設(shè)備、用電設(shè)備，都是有電抗的，電抗與頻率成正比，頻率越高，電抗越大，消耗的無功就越大，能傳遞的有功功率就越少。目前50Hz輸電線路的電抗約0.4歐姆，約是電阻的10倍，如果提高到400Hz，那電抗將是3.2歐姆，約是電阻的80倍。對于高壓輸電線路，降低電抗是提高輸電功率的關(guān)鍵。與電抗相對應(yīng)的還有容抗，容抗和頻率成反比，頻率越高，容抗越小，線路的泄漏電流越大。(因為電纜的電容效應(yīng)較大，所以這也是電纜線路送電距離不能過長的原因。)如果頻率高了，則線路的泄漏電流也會增加。

　　另一個問題是發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。現(xiàn)在的發(fā)電機組基本是單級機，也就是一對磁極。為了發(fā)出50Hz的電，轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)速要達到3000轉(zhuǎn)。咱們的汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到3000轉(zhuǎn)時，就能明顯感覺引擎在振動作響了，轉(zhuǎn)到六七千轉(zhuǎn)時，你會覺得發(fā)動機要跳出引擎蓋。小小的汽車發(fā)動機尚且如此，更何況是一個重達百噸的實心鐵疙瘩轉(zhuǎn)子與汽輪機，也因此發(fā)電廠的噪音都很大。一個重達百噸的鋼轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)談何容易，如果頻率再高三四倍，估計發(fā)電機能飛出廠房了。

　　總結(jié)一下，頻率不能太低的原因：變壓器能效率高，電動機可以個頭小功率大。頻率不能太高的原因：線路和設(shè)備可以損耗小，發(fā)電機轉(zhuǎn)速不必過高。所以根據(jù)經(jīng)驗和習(xí)慣，我們的電能就被定在在50或60Hz。

　　交流電網(wǎng)的頻率，是電能質(zhì)量的重要標志之一，直接關(guān)系許多電能驅(qū)動設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量，例如：若電流頻率由50HZ降到48HZ，電動機的轉(zhuǎn)速將降低4%，致使冶金、化工、機械、紡織造紙等工業(yè)的產(chǎn)量和質(zhì)量都會受到影響。而供給工廠的電能頻率是由電力系統(tǒng)決定的。

　　周立功致遠電子自主研發(fā)生產(chǎn)的電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，可以測量帶寬為42.5000-57.5000Hz,測量精度高達0.002Hz。同時在電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置可以記錄頻率異常事情，當(dāng)頻率出現(xiàn)異常時，針對事件發(fā)生的時間段生產(chǎn)的產(chǎn)品，加強品質(zhì)把控，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

　　周立功致遠電子的電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)在后臺即可實時看到頻率的變化趨勢圖，同時還可以導(dǎo)出某個區(qū)間時段的頻率最大值、最小值、平均值，讓您輕松把握電網(wǎng)系統(tǒng)的實時情況。