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50Hz輸電的優勢在哪里
點擊次數:1974 更新時間:2014-09-03

   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,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?

說說頻率大了會怎么樣?比如定在400Hz怎么樣?

   會有兩個問題,一是線路和設備的損耗增加,二是發電機轉速過快。

   先說損耗的事情,輸電線路、變電設備、用電設備,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(回復“無功”,參見“為啥功率還分有功功率和無功功率”)。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鍵。與電抗相對應的還有容抗,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。

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

    如此重的轉子具有相當大的慣性,這也是電力系統被稱為慣性系統,能保持安全穩定運行的前提。同樣也是為 什么風電和太陽能這種間歇性電源對傳統電源提出挑戰的原因。因為風光變化很快,但幾十噸重的轉子由于巨大的慣性,要減少出力或增加出力的速度很慢(爬坡率的概念),跟不上風電和光伏發電的變化,所以有時不得不棄風和棄光。另外,光伏電池不是旋轉設備,即非慣性系統,大量接入后,降低了電力系統的慣性,這也會對安全穩定運行造成影響。

   總結一下,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:線路和設備可以損耗小,發電機轉速不必過高。所以根據經驗和習慣,我們的電能就被定在在50或60Hz。

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