交流電即交變電流,大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流。直流電則相反。電網(wǎng)公司一般使用交流電方式送電,但有高壓直流電用于遠(yuǎn)距離大功率輸電、海底電纜輸電、非同步的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)等。
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(dú)特優(yōu)勢。
直流電的優(yōu)點(diǎn)主要在輸電方面:
?、佥斔拖嗤β蕰r(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1/3。
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單,線路走廊占地面積也少。
?、谠陔娎|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(shí),采用地下電纜;輸電線經(jīng)過海峽時(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,基本上沒有電容電流加在電纜上。
?、壑绷鬏旊姇r(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)的國家里,交流輸電距離一般不超過300km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。
?、苤绷鬏旊姲l(fā)生故障的損失比交流輸電小。
兩個(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。
電壓降,那就是電工用語。在正常使用的情況下,兩點(diǎn)之間的電壓就是電壓降的值,它和相應(yīng)的電流就是這一段電路的耗能功率。線路電壓降的情況說明了輸送電路的質(zhì)量情況。用電器電壓降則表示有效功率的效果。