直流電和交流電

科學知識 9547 3201 2014-11-24

電荷是物質的固有屬性。通常,物體中的正、負電荷數量是相等的,一旦物體失去或得到一些電子時,就表現出負電或正電。電荷有規則的運動就產生電流。

平常所說的「電流是多少」,實則是指「電流強度是多少」。電流強度表示電流的大小,它的單位是「安培」,簡稱「安」,用符號「A'』表示。

如果在一個電路中,電荷沿著一個不變的方向流動,這就是「直流電」。直流電是指方向一定而大小不變的電流。在日常生活中,由「電池」提供的電流,就是直流電。電池有極性,分正極與負極。

直流輸電以其輸電容量大、穩定性好、控制調節靈活等優點受到電力部門的歡迎,在中國將有進一步應用的前景。在直流輸電發展過程中,應當重視輕型直流輸電的研究與應用。現代高電壓直流輸電技術的發展,為電能高效傳輸開闢了廣闊的前景。

當電路中的電流隨著方向和強度的變化作週期性變化時,稱其為「交流電」。是指方向和大小都在不斷改變的電流。現代發電廠生產的電能都是交流電,家庭用電和工業動力用電也都是交流電。我們常見的電燈、電動機等用的電都是交流電。在實用中,直流電用符號"="表示,交流電用符號"~"表示。

高壓直流輸電方式與高壓交流輸電方式相比,有明顯的優越性.歷史上僅僅由於技術的原因,才使得交流輸電代替了直流輸電.下面先就交流電和直流電的主要優缺點作出比較,從而說明它們各自在應用中的價值.

交流電的優點主要表現在發電和配電方面:利用建立在電磁感應原理基礎上的交流發電機可以很經濟方便地把機械能(水流能、風能……)、化學能(石油、天然氣……)等其他形式的能轉化為電能;交流電源和交流變電站與同功率的直流電源和直流換流站相比,造價大為低廉;交流電可以方便地通過變壓器升壓和降壓,這給配送電能帶來極大的方便.這是交流電與直流電相比所具有的獨特優勢.

直流電的優點主要在輸電方面:

1輸送相同功率時,直流輸電所用線材僅為交流輸電的2/3~l/2

直流輸電採用兩線制,以大地或海水作回線,與採用三線制三相交流輸電相比,在輸電線載面積相同和電流密度相同的條件下,即使不考慮趨膚效應,也可以輸送相同的電功率,而輸電線和絕緣材料可節約1/3、

如果考慮到趨膚效應和各種損耗(絕緣材料的介質損耗、磁感應的渦流損耗、架空線的電暈損耗等),輸送同樣功率交流電所用導線截面積大於或等於直流輸電所用導線的截面積的1.33倍.因此,直流輸電所用的線材幾乎只有交流輸電的一半.同時,直流輸電桿塔結構也比同容量的三相交流輸電簡單,線路走廊佔地面積也少.

2在電纜輸電線路中,直流輸電沒有電容電流產生,而交流輸電線路存在電容電流,引起損耗.

在一些特殊場合,必須用電纜輸電.例如高壓輸電線經過大城市時,採用地下電纜;輸電線經過海峽時,要用海底電纜.由於電纜芯線與大地之間構成同軸電容器,在交流高壓輸線路中,空載電容電流極為可觀.一條200kV的電纜,每千米的電容約為0.2μF,每千米需供給充電功率約3×103kw,在每千米輸電線路上,每年就要耗電2.6×107kw·h.而在直流輸電中,由於電壓波動很小,基本上沒有電容電流加在電纜上.

3直流輸電時,其兩側交流系統不需同步運行,而交流輸電必須同步運行.交流遠距離輸電時,電流的相位在交流輸電系統的兩端會產生顯著的相位差;並網的各系統交流電的頻率雖然規定統一為50HZ,但實際上常產生波動.這兩種因素引起交流系統不能同步運行,需要用複雜龐大的補償系統和綜合性很強的技術加以調整,否則就可能在設備中形成強大的循環電流損壞設備,或造成不同步運行的停電事故.在技術不發達的國家裡,交流輸電距離一般不超過300km而直流輸電線路互連時,它兩端的交流電網可以用各自的頻率和相位運行,不需進行同步調整.

4直流輸電發生故障的損失比交流輸電小.兩個交流系統若用交流線路互連,則當一側系統發生短路時,另一側要向故障一側輸送短路電流.因此使兩側系統原有開關切斷短路電流的能力受到威脅,需要更換開關.而直流輸電中,由於採用可控硅裝置,電路功率能迅速、方便地進行調節,直流輸電線路上基本上不向發生短路的交流系統輸送短路電流,故障側交流系統的短路電流與沒有互連時一樣.因此不必更換兩側原有開關及載流設備.

在直流輸電線路中,各級是獨立調節和工作的,彼此沒有影響.所以,當一極發生故障時,只需停運故障極,另一極仍可輸送不少於一半功率的電能.但在交流輸電線路中,任一相發生永久性故障,必須全線停電。另外提醒一下:在直流輸電系統中,只有輸電環節是直流電,發電系統和用電系統仍然是交流電。



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