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为何电网总偏爱交流?

2018-08-31

在电网系统中,存在着两种大家都熟知的电流方式,分别是交流和直流。初中阶段,我们就开始学习直流,但是,我们日常生活中,却是经常使用交流,为何电网偏爱交流?让我们一起来学习一下吧!

交流与直流的缘起

电荷是物质的固有属性。通常,物体中的正、负电荷数量是相等的,一旦物体失去或者得到一些电子时,就表现出负电或正电。电压有规则的运动,就产生电流。

如果在一个电路中,电荷沿着一个不变的方向流动,这就是直流电,比如电池提供的电流。

当电路中的电流随着方向和强度的变化作周期性的变化时,称其为交流。现代发电厂生产的电能都是交流电,家庭用电和工业动力用电也都是交流电。

交流的特色之处

交流电有几个主要的特色点:便于变压、经济方便、安全性高。

众所周知,输送电力时,电流应该尽可能地小而电压应该尽可能地高,以降低因发热而损耗的电能。但是,高压对用户来说既危险又不方便,对发电厂来说则必须大大提高发电机的转速,这在技术上非常困难。使用交流电就可以很好地解决这个问题,它能够方便的实现升压和降压,传输的时候,使用高压,日常使用的时候,调节到低压。

此外,交流电源和交流变电站与同功率的直流电源和直流换流站相比,造价更为低廉。利用建立在电磁感应原理基础上的交流发电机可以很经济方便地把机械能、化学能转化为电能。交流电的安全性也很高,如果电网断电,采用交流电的网路电压可瞬间降为零,从而避免造成额外的伤害。

直流的优势特点

直流电有两大核心的优势点:节省输电材料、降低输电能量损耗。

直流输电采用两线制,以大地或海水作回线,与三相交流输电相比,在输电线截面积相同和电流密度相同的条件下,即使不考虑趋肤效应,也可以输送相同的电功率,而输电线和绝缘材料可节约1/3。

直流输电能量损耗更小。在一些特殊场合,必须用电缆输电。例如高压输电线经过大城市时,采用地下电缆;输电线经过海峡时,要用海底电缆。由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器,在交流高压输电线路中,空载电容电流极为可观。一条200kV的电缆,每千米的电容约为0.2μF,每千米需供给充电功率约3×103kw,在每千米输电线路上,每年就要耗电2.6×107kw/h。而在直流输电中,由于电压波动很小,基本上没有电容电流加在电缆上。

小结:为何电网总偏爱交流

从上文的分析,我们能够看到,交流和直流各有特色之处,交流电的主要优势在于发电和配电方面,而直流电优势主要在于输电方面。也正是因为他们的优势各不相同,最终导致一百多年前,当电这个神奇的东西刚被发现时,以爱迪生为代表的直流电没能像以特斯拉为代表的交流电一样,在我们的生活中被广泛运用。

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