《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)缺點對比素材 魯科版選修3-2（通用）》由會員分享，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)缺點對比素材 魯科版選修3-2（通用）（5頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、交直流輸電優(yōu)缺點對比 隨著電力系統(tǒng)的擴大，輸電功率的增加，輸電距離增長，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)點呢？ 導線不但有電阻，還有電感。較細的導線，電阻的作用超過電感.在輸電功率大，輸電導線橫截面積大的情況下，對交流來說，感抗會超過電阻，但對穩(wěn)定的支流則只有電阻，沒有感抗。 輸電線一般是架空線，但跨過海峽給海島輸電時要用水下電纜，穿過人口密集的城市輸電時要用地下電纜，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，這個電容對輸

2、電線路的末端（受電端）起旁路電容的作用，并且隨著電纜增長而增大，旁路電容會增大到交流幾乎送不出去的程度。這時交流輸電已無實際意義，只能用直流輸電，因為電容對穩(wěn)定的直流不起作用。 設(shè)想有甲、乙兩臺交流發(fā)電機給同一條電路供電，假如甲的是正的最大值時，乙恰好是負的最大值，它們發(fā)的電在電路里恰好互相抵消，電路無法工作。所以要電路正常工作，給同一條電路供電的所有發(fā)電機都必須同步運行，即同時達到正的最大值，同時達到負的最大值?，F(xiàn)代的供電系統(tǒng)是把許多電站連成一個電力網(wǎng)，要使電力網(wǎng)內(nèi)許多發(fā)電機同步運行，技術(shù)上是很困難的。直流輸電就不存在同步問題。 現(xiàn)代的直流輸電，只是輸電這個環(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、價格高等困難，有待研究解決。 高壓直流輸電主要用于遠距離大功率輸電、海底電纜輸電、非同步運行的交流系統(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，遠距離大功率的直流輸電必將在我國得到發(fā)展。 高壓直流輸電與高壓交流輸電相比，有下列優(yōu)點： l)直流輸電只要求2根導線，而交流輸電要3根； 2)無感抗、容抗、相位移和電壓波動問題； 3)由于沒有感抗，在相同的送端電壓情況下，傳輸相同的負荷到同一地點，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，導線的整個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，因此對通信線路的干擾較??； 7)高壓直流輸電沒有介質(zhì)損耗，特別是在電纜情況下； 8)由直流相聯(lián)的2個電網(wǎng)之間不存在穩(wěn)定和同步困難等問題。 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)別在于導線的根數(shù)。不計上面的避雷線， 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)動力。例如，1882年愛迪生電氣照明公司（創(chuàng)建于1878年）在倫敦建立了第一座發(fā)電站，安裝了三臺110伏“巨漢”號直流發(fā)電機，這是愛迪生于1880年研制的，這種發(fā)電機可以為1500個16瓦的白熾燈供電。但是隨著科學技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，電力技術(shù)在通信、運輸、動力等方面逐漸得到廣泛應(yīng)用，社會對電力的需求

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，損失在輸電導線上的電壓也大，使用戶得到的電壓降低，離發(fā)電站愈遠的用戶，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題。愛迪生雖然是一個偉大的發(fā)明家，但是他沒有受過正規(guī)教育，缺乏理論知識，難以解決交流電涉及到的數(shù)學運算，阻礙了他對交流電的理解，所以在交、直流輸電的爭論中，成了保守勢力的代表。愛迪生認為交流電危險，不如直流電安全。他還打比方說，沿街道敷設(shè)交流電纜，簡直等于埋下地雷。并且邀請人們和新聞記者，觀看用高壓交

7、流電擊死野狗、野貓的實驗。那時紐約州法院通過了一項法令，用電刑來執(zhí)行死刑。行刑用的電椅就是通以高壓交流電，這正好幫了愛迪生的大忙。在他的反對下，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，這樣就能在低損耗的情況下，達到遠距離送電的目的。而要改變電壓，只有采用交流輸電才行。1888年，由費朗蒂設(shè)計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)的二級變壓器，降為100伏供用戶照明。以后，俄國的多利沃——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，并被德國、美國推廣應(yīng)用。事實成功地證實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50年代后，電力需求日益增長，遠距離大容量輸電線路不斷增加，電網(wǎng)擴大，交流輸電受到同步運行穩(wěn)定性的限制，在一定條件下的技術(shù)經(jīng)濟比較結(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)濟效益和優(yōu)越的運行特性，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)缺點作出比較，從而說明它們各自在應(yīng)用中的價值． 交流電的優(yōu)點主要表現(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)電機可以很經(jīng)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(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(yōu)勢． 直流電的優(yōu)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線截面積大于或等于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(jié)構(gòu)也比同容量的三相交流輸電簡單，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． 在一些特殊場合，必須用電纜輸電．例如高壓輸電線經(jīng)過大城市時，采用地下電纜；輸電線經(jīng)過海峽時，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(cè)交流系統(tǒng)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(tǒng)的兩端會產(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，但實際上常產(chǎn)生波動．這兩種因素引起交流系統(tǒng)不能同步運行，需要用復(fù)雜龐大的補償系統(tǒng)和綜合性很強的技術(shù)加以調(diào)整，否則就可能在設(shè)備中形成強大的循環(huán)電流損壞設(shè)備，或造成不同步運行的停電事故．在技術(shù)不發(fā)達的國家里，交流輸電距離一般不超過300km

12、而直流輸電線路互連時，它兩端的交流電網(wǎng)可以用各自的頻率和相位運行，不需進行同步調(diào)整． ④直流輸電發(fā)生故障的損失比交流輸電?。畠蓚€交流系統(tǒng)若用交流線路互連，則當一側(cè)系統(tǒng)發(fā)生短路時，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)的短路電流與沒有互連時一樣．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，各級是獨立調(diào)節(jié)和工作的，彼此沒有影響．所以，當一極發(fā)生故障時，只需停運故障極，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