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交流電與直流電在電網中的應用

發布日期: 2017-05-15
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一、交流與直流的緣起

    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,一旦物體失去或者得到一些電子時,就表現出負電或正電。電壓有規則的運動,就產生電流。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,比如電池提供的電流。當電路中的電流隨著方向和強度的變化作周期性的變化時,稱其為交流。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。

圖-1 交流電波形圖

圖-2 直流電波形圖

二、交流的特色之處

交流電有幾個主要的特色點:便於變壓、經濟方便、安全性高。

    眾所周知,輸送電力時,電流應該盡可能地小而電壓應該盡可能地高,以降低因發熱而損耗的電能。但是,高壓對用戶來說既危險又不方便,對發電廠來說則必須大大提高發電機的轉速,這在技術上非常困難。使用交流電就可以很好地解決這個問題,它能夠方便的實現升壓和降壓,傳輸的時候,使用高壓,日常使用的時候,調節到低壓。

    此外,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,造價更為低廉。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、化學能轉化為電能。交流電的安全性也很高,如果電網斷電,采用交流電的網路電壓可瞬間降為零,從而避免造成額外的傷害。

圖-3 交流變壓原理展示

三、直流的優勢特點

直流電有兩大核心的優勢點:節省輸電材料、降低輸電能量損耗。

    直流輸電采用兩線製,以大地或海水作回線,與三相交流輸電相比,在輸電線截麵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。

    直流輸電能量損耗更小。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,采用地下電纜;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,在交流高壓輸電線路中,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。

圖-4 雲南~廣東800KV直流輸電工程展示

小結:為何電網總偏愛交流

    從上文的分析,我們能夠看到,交流和直流各有特色之處,交流電的主要優勢在於發電和配電方麵,而直流電優勢主要在於輸電方麵。也正是因為他們的優勢各不相同,zui終導致一百多年前,當電這個神奇的東西剛被發現時,以愛迪生為代表的直流電沒能像以特斯拉為代表的交流電一樣,在我們的生活中被廣泛運用。

    當然,即便是我們今天廣泛使用的交流電,也還是有著很多的電能質量問題,比如諧波問題,三相不平衡問題等,那麽,就需要專門的儀器來監測了。給大家推薦一款在線式的電能質量監測裝置E8000,由廣州致遠電子股份有限公司研發,可以全方位監測電能質量相關的參數,是您的用電保障專家。

圖-5 電能質量監測裝置E8000

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