《高中物理 第3章 交變電流 第2節(jié) 交變電流是怎樣產(chǎn)生的 交直流輸電優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比素材 魯科版選修3-2（通用）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第3章 交變電流 第2節(jié) 交變電流是怎樣產(chǎn)生的 交直流輸電優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比素材 魯科版選修3-2（通用）（5頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、交直流輸電優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比 隨著電力系統(tǒng)的擴(kuò)大，輸電功率的增加，輸電距離增長(zhǎng)，交流輸電遇到了一些技術(shù)困難，現(xiàn)在直流輸電作為解決輸電技術(shù)困難的方向之一。 交流輸電遇到了什么困難，直流輸電又有什么優(yōu)點(diǎn)呢？ 導(dǎo)線不但有電阻，還有電感。較細(xì)的導(dǎo)線，電阻的作用超過(guò)電感.在輸電功率大，輸電導(dǎo)線橫截面積大的情況下，對(duì)交流來(lái)說(shuō)，感抗會(huì)超過(guò)電阻，但對(duì)穩(wěn)定的支流則只有電阻，沒(méi)有感抗。 輸電線一般是架空線，但跨過(guò)海峽給海島輸電時(shí)要用水下電纜，穿過(guò)人口密集的城市輸電時(shí)要用地下電纜，電纜在金屬芯線的外面包著一層絕緣皮，水和大地都是導(dǎo)體，被絕緣皮隔開的金屬芯線和水（或大地）構(gòu)成了電容器。在交流輸電的情況下，這個(gè)電容對(duì)輸

2、電線路的末端（受電端）起旁路電容的作用，并且隨著電纜增長(zhǎng)而增大，旁路電容會(huì)增大到交流幾乎送不出去的程度。這時(shí)交流輸電已無(wú)實(shí)際意義，只能用直流輸電，因?yàn)殡娙輰?duì)穩(wěn)定的直流不起作用。 設(shè)想有甲、乙兩臺(tái)交流發(fā)電機(jī)給同一條電路供電，假如甲的是正的最大值時(shí)，乙恰好是負(fù)的最大值，它們發(fā)的電在電路里恰好互相抵消，電路無(wú)法工作。所以要電路正常工作，給同一條電路供電的所有發(fā)電機(jī)都必須同步運(yùn)行，即同時(shí)達(dá)到正的最大值，同時(shí)達(dá)到負(fù)的最大值?，F(xiàn)代的供電系統(tǒng)是把許多電站連成一個(gè)電力網(wǎng)，要使電力網(wǎng)內(nèi)許多發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行，技術(shù)上是很困難的。直流輸電就不存在同步問(wèn)題。 現(xiàn)代的直流輸電，只是輸電這個(gè)環(huán)節(jié)是直流，發(fā)電仍是交流。在輸電

3、線路的起端有專用的換流設(shè)備將交流變換為直流，在輸電線路的末端也有專用換流設(shè)備將直流換為交流。目前換流設(shè)備存在著制造難、價(jià)格高等困難，有待研究解決。 高壓直流輸電主要用于遠(yuǎn)距離大功率輸電、海底電纜輸電、非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)之間的連絡(luò)等方面。隨著大型水電站的開發(fā)和坑口電站的建設(shè)，以及大電網(wǎng)的互相連接，遠(yuǎn)距離大功率的直流輸電必將在我國(guó)得到發(fā)展。 高壓直流輸電與高壓交流輸電相比，有下列優(yōu)點(diǎn)： l)直流輸電只要求2根導(dǎo)線，而交流輸電要3根； 2)無(wú)感抗、容抗、相位移和電壓波動(dòng)問(wèn)題； 3)由于沒(méi)有感抗，在相同的送端電壓情況下，傳輸相同的負(fù)荷到同一地點(diǎn)，直流輸電線的電壓降比交流輸電的小，因此直流輸

4、電線路的電壓調(diào)節(jié)特性要優(yōu)于交流輸電； 4)直流系統(tǒng)中，導(dǎo)線的整個(gè)橫截面都可以被利用； 5)在相同的工作電壓情況下，直流電網(wǎng)中的絕緣子上所承受的靜電強(qiáng)度比交流電網(wǎng)中的小，因此直流線路的絕緣要求低； 6)由于直流線路的電暈損失小，因此對(duì)通信線路的干擾較小； 7)高壓直流輸電沒(méi)有介質(zhì)損耗，特別是在電纜情況下； 8)由直流相聯(lián)的2個(gè)電網(wǎng)之間不存在穩(wěn)定和同步困難等問(wèn)題。 有交流也有直流,但以交流為主。交流和直流輸電線路的區(qū)別在于導(dǎo)線的根數(shù)。不計(jì)上面的避雷線， 交流輸電線路由于是三相傳輸，必定是3根或3的倍數(shù)根（同塔多回線路）。而直流輸電線路是一根或兩根。 直流輸電線路多為長(zhǎng)距離,超高壓線路，

5、數(shù)量較少。如三峽至上海、三峽至廣東、貴州至廣東等500KV直流輸電線路。 實(shí)際上直流輸電線路首先必須在一端將交流電轉(zhuǎn)換為直流電后經(jīng)線路傳輸?shù)搅硪欢?，再將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。轉(zhuǎn)換的場(chǎng)所稱為換流站。 在早期，工程師們主要致力于研究直流電，發(fā)電站的供電范圍也很有限，而且主要用于照明，還未用作工業(yè)動(dòng)力。例如，1882年愛(ài)迪生電氣照明公司（創(chuàng)建于1878年）在倫敦建立了第一座發(fā)電站，安裝了三臺(tái)110伏“巨漢”號(hào)直流發(fā)電機(jī)，這是愛(ài)迪生于1880年研制的，這種發(fā)電機(jī)可以為1500個(gè)16瓦的白熾燈供電。但是隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，電力技術(shù)在通信、運(yùn)輸、動(dòng)力等方面逐漸得到廣泛應(yīng)用，社會(huì)對(duì)電力的需求

6、也急劇增大。由于用戶的電壓不能太高，因此要輸送一定的功率，就要加大電流（P＝IU）。而電流愈大，輸電線路發(fā)熱就愈厲害，損失的功率就愈多；而且電流大，損失在輸電導(dǎo)線上的電壓也大，使用戶得到的電壓降低，離發(fā)電站愈遠(yuǎn)的用戶，得到的電壓也就愈低。直流輸電的弊端，限制了電力的應(yīng)用，促使人們探討用交流輸電的問(wèn)題。愛(ài)迪生雖然是一個(gè)偉大的發(fā)明家，但是他沒(méi)有受過(guò)正規(guī)教育，缺乏理論知識(shí)，難以解決交流電涉及到的數(shù)學(xué)運(yùn)算，阻礙了他對(duì)交流電的理解，所以在交、直流輸電的爭(zhēng)論中，成了保守勢(shì)力的代表。愛(ài)迪生認(rèn)為交流電危險(xiǎn)，不如直流電安全。他還打比方說(shuō)，沿街道敷設(shè)交流電纜，簡(jiǎn)直等于埋下地雷。并且邀請(qǐng)人們和新聞?dòng)浾撸^看用高壓交

7、流電擊死野狗、野貓的實(shí)驗(yàn)。那時(shí)紐約州法院通過(guò)了一項(xiàng)法令，用電刑來(lái)執(zhí)行死刑。行刑用的電椅就是通以高壓交流電，這正好幫了愛(ài)迪生的大忙。在他的反對(duì)下，交流電遇到了很大的阻礙。但是為了減少輸電線路中電能的損失，只能提高電壓。在發(fā)電站將電壓升高，到用戶地區(qū)再把電壓降下來(lái)，這樣就能在低損耗的情況下，達(dá)到遠(yuǎn)距離送電的目的。而要改變電壓，只有采用交流輸電才行。1888年，由費(fèi)朗蒂設(shè)計(jì)的倫敦泰晤士河畔的大型交流電站開始輸電。他用鋼皮銅心電纜將1萬(wàn)伏的交流電送往相距10公里外的市區(qū)變電站，在這里降為2500伏，再分送到各街區(qū)的二級(jí)變壓器，降為100伏供用戶照明。以后，俄國(guó)的多利沃——多布羅沃斯基又于 1889年最

8、先制出了功率為100瓦的三相交流發(fā)電機(jī)，并被德國(guó)、美國(guó)推廣應(yīng)用。事實(shí)成功地證實(shí)了高壓交流輸電的優(yōu)越性。并在全世界范圍內(nèi)迅速推廣。20世紀(jì)50年代后，電力需求日益增長(zhǎng)，遠(yuǎn)距離大容量輸電線路不斷增加，電網(wǎng)擴(kuò)大，交流輸電受到同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制，在一定條件下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果表明，采用直流輸電更為合理，且比交流輸電有較好的經(jīng)濟(jì)效益和優(yōu)越的運(yùn)行特性，因而直流輸電重新被人們所重視。 高壓直流輸電方式與高壓交流輸電方式相比，有明顯的優(yōu)越性．歷史上僅僅由于技術(shù)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(yōu)缺點(diǎn)作出比較，從而說(shuō)明它們各自在應(yīng)用中的價(jià)值． 交流電的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在發(fā)電和配電

9、方面：利用建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的交流發(fā)電機(jī)可以很經(jīng)濟(jì)方便地把機(jī)械能（水流能、風(fēng)能……）、化學(xué)能（石油、天然氣……）等其他形式的能轉(zhuǎn)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(jià)大為低廉；交流電可以方便地通過(guò)變壓器升壓和降壓，這給配送電能帶來(lái)極大的方便．這是交流電與直流電相比所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)． 直流電的優(yōu)點(diǎn)主要在輸電方面： ①輸送相同功率時(shí)，直流輸電所用線材僅為交流輸電的2／3～l／2 直流輸電采用兩線制，以大地或海水作回線，與采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(yīng)，也可以輸送相同的電功率，而輸電線和絕緣材料可節(jié)約1／

10、3． 如果考慮到趨膚效應(yīng)和各種損耗（絕緣材料的介質(zhì)損耗、磁感應(yīng)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(dǎo)線截面積大于或等于直流輸電所用導(dǎo)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(shí)，直流輸電桿塔結(jié)構(gòu)也比同容量的三相交流輸電簡(jiǎn)單，線路走廊占地面積也少． ②在電纜輸電線路中，直流輸電沒(méi)有電容電流產(chǎn)生，而交流輸電線路存在電容電流，引起損耗． 在一些特殊場(chǎng)合，必須用電纜輸電．例如高壓輸電線經(jīng)過(guò)大城市時(shí)，采用地下電纜；輸電線經(jīng)過(guò)海峽時(shí)，要用海底電纜．由于電纜芯線與大地之間構(gòu)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

11、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，由于電壓波動(dòng)很小，基本上沒(méi)有電容電流加在電纜上． ③直流輸電時(shí)，其兩側(cè)交流系統(tǒng)不需同步運(yùn)行，而交流輸電必須同步運(yùn)行．交流遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，電流的相位在交流輸電系統(tǒng)的兩端會(huì)產(chǎn)生顯著的相位差；并網(wǎng)的各系統(tǒng)交流電的頻率雖然規(guī)定統(tǒng)一為50HZ，但實(shí)際上常產(chǎn)生波動(dòng)．這兩種因素引起交流系統(tǒng)不能同步運(yùn)行，需要用復(fù)雜龐大的補(bǔ)償系統(tǒng)和綜合性很強(qiáng)的技術(shù)加以調(diào)整，否則就可能在設(shè)備中形成強(qiáng)大的循環(huán)電流損壞設(shè)備，或造成不同步運(yùn)行的停電事故．在技術(shù)不發(fā)達(dá)的國(guó)家里，交流輸電距離一般不超過(guò)300km

12、而直流輸電線路互連時(shí)，它兩端的交流電網(wǎng)可以用各自的頻率和相位運(yùn)行，不需進(jìn)行同步調(diào)整． ④直流輸電發(fā)生故障的損失比交流輸電?。畠蓚€(gè)交流系統(tǒng)若用交流線路互連，則當(dāng)一側(cè)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，另一側(cè)要向故障一側(cè)輸送短路電流．因此使兩側(cè)系統(tǒng)原有開關(guān)切斷短路電流的能力受到威脅，需要更換開關(guān)．而直流輸電中，由于采用可控硅裝置，電路功率能迅速、方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，直流輸電線路上基本上不向發(fā)生短路的交流系統(tǒng)輸送短路電流，故障側(cè)交流系統(tǒng)的短路電流與沒(méi)有互連時(shí)一樣．因此不必更換兩側(cè)原有開關(guān)及載流設(shè)備． 在直流輸電線路中，各級(jí)是獨(dú)立調(diào)節(jié)和工作的，彼此沒(méi)有影響．所以，當(dāng)一極發(fā)生故障時(shí)，只需停運(yùn)故障極，另一極仍可輸送不少于一半功率的電能．但在交流輸電線路中，任一相發(fā)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(tǒng)中，只有輸電環(huán)節(jié)是直流電，發(fā)電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)仍然是交流電