摘要:在電網系統(tǒng)中,存在著兩種大家都熟知的電流方式,分別是交流和直流。初中階段,我們就開始學習直流,但是,我們日常生活中,卻是經常使用交流,為何電網偏愛交流?讓我們一起來學習一下吧!
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(shù)量是相等的,一旦物體失去或者得到一些電子時,就表現(xiàn)出負電或正電。電壓有規(guī)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(xiàn)代發(fā)電廠生產的電能都是交流電,家庭用電和工業(yè)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
交流的特色之處
交流電有幾個主要的特色點:便于變壓、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(fā)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(fā)電廠來說則必須大大提高發(fā)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(xiàn)升壓和降壓,傳輸?shù)臅r候,使用高壓,日常使用的時候,調節(jié)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(fā)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
直流的優(yōu)勢特點
直流電有兩大核心的優(yōu)勢點:節(jié)省輸電材料、降低輸電能量損耗。
直流輸電采用兩線制,以大地或海水作回線,與三相交流輸電相比,在輸電線截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(jié)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。由于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,由于電壓波動很小,基本上沒有電容電流加在電纜上。
圖4云南~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(yōu)勢在于發(fā)電和配電方面,而直流電優(yōu)勢主要在于輸電方面。也正是因為他們的優(yōu)勢各不相同,最終導致一百多年前,當電這個神奇的東西剛被發(fā)現(xiàn)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,那么,就需要專門的儀器來監(jiān)測了。給大家推薦一款在線式的電能質量監(jiān)測裝置E8000,由周立功致遠電子研發(fā),可以全方位監(jiān)測電能質量相關的參數(shù),不信你可以試試!
圖5電能質量監(jiān)測裝置E8000