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50Hz输电的优势在哪里
点击次数:1026 发布时间:2014-09-03

   大家平时家里用的电是50Hz的,Hz是赫兹的缩写,代表一秒钟电流周期性变换方向的次数,50Hz表示1秒钟电流有50个周期,方向改变100次。

   世界上有些国家,例如英美用的是60Hz的交流电,因为采用的是十二进制,什么12星座、12小时、12先令等于1英镑等等。后来的国家都采用十进制了,所以频率是50Hz。当然还有某奇葩的漆器国,东边用50Hz,西边用60Hz。。。

   总体来说50Hz和60Hz差别不大,以下就用50Hz代表吧。那为什么要选用50Hz的交流电,而不是5Hz或400Hz呢?

说说频率大了会怎么样?比如定在400Hz怎么样?

   会有两个问题,一是线路和设备的损耗增加,二是发电机转速过快。

   先说损耗的事情,输电线路、变电设备、用电设备,都是有电抗的,电抗与频率成正比,频率越高,电抗越大,消耗的无功就越大,能传递的有功功率就越少(回复“无功”,参见“为啥功率还分有功功率和无功功率”)。目前50Hz输电线路的电抗约0.4欧姆,约是电阻的10倍,如果提高到400Hz,那电抗将是3.2欧姆,约是电阻的80倍。对于高压输电线路,降低电抗是提高输电功率的关键。与电抗相对应的还有容抗,容抗和频率成反比,频率越高,容抗越小,线路的泄漏电流越大。(因为电缆的电容效应较大,所以这也是电缆线路送电距离不能过长的原因。)如果频率高了,则线路的泄漏电流也会增加。

   另一个问题是发电机的转速。现在的发电机组基本是单级机,也就是一对磁极。为了发出50Hz的电,转子每分钟转速要达到3000转。咱们的汽车发动机转速达到3000转时,就能明显感觉引擎在振动作响了,转到六七千转时,你会觉得发动机要跳出引擎盖。小小的汽车发动机尚且如此,更何况是一个重达百吨的实心铁疙瘩转子与汽轮机,也因此发电厂的噪音都很大。一个重达百吨的钢转子每分钟转3000转谈何容易,如果频率再高三四倍,估计发电机能飞出厂房了。

    如此重的转子具有相当大的惯性,这也是电力系统被称为惯性系统,能保持安全稳定运行的前提。同样也是为 什么风电和太阳能这种间歇性电源对传统电源提出挑战的原因。因为风光变化很快,但几十吨重的转子由于巨大的惯性,要减少出力或增加出力的速度很慢(爬坡率的概念),跟不上风电和光伏发电的变化,所以有时不得不弃风和弃光。另外,光伏电池不是旋转设备,即非惯性系统,大量接入后,降低了电力系统的惯性,这也会对安全稳定运行造成影响。

   总结一下,频率不能太低的原因:变压器能效率高,电动机可以个头小功率大。频率不能太高的原因:线路和设备可以损耗小,发电机转速不必过高。所以根据经验和习惯,大家的电能就被定在在50或60Hz。

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