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稍微懂些電工基礎的朋友都知道，我國使用的是交流電，一般頻率是50Hz。我們常見的電燈、電動機等使用的都是交流電。

 

說起為什么要采用交流電？大家的回答無非是：在以往的技術條件下，交流電比直流電更有效率。但真的只有這么簡單嗎？其實，交流電與直流電一直在PK！

 

一項發明，在歷史長河中是否具有生命力，取決于它的實用價值。例如拉鏈，被譽為最偉大的發明，其道理也基于此。

 

我們知道，電能包括發電、輸送電、配電和用電四大過程。

 

1.發電和輸送電的升壓和降壓

 

在發電和輸送電的過程中，有一個關鍵的設備，就是變壓器。為何要用變壓器來改變電壓？

 

我們知道，電能的傳輸導線是具有電阻的，傳輸導線所消耗的電能功率Pline為：

 

Pline=I2R。

 

這里的I就是流過導線的電流。

 

可見，為了減小線路損耗，就要減小電流。事實上，輸送電消耗掉的電能，占總發電電能的比例不可小覷。減小輸送電的線路損耗，有很大的意義。

 

要減小電流，最方便的就是利用變壓器。如果我們忽略掉變壓器的各種損耗，例如鐵損、銅損等等，則變壓器兩側的功率基本相等。把變壓器某側的電壓升高，該側的電流自然就減小了。

 

不過，變壓器只能工作在交流電路中，不能工作在直流狀態下。

 

我們來看變壓器的工作原理：

 

忽略變壓器的損耗，則有：

 

U1I1=U2I2

 

K=U1/U2=I2/I1

 

在這里，U1和I1是變壓器一次側的電壓和電流，U2和I2是變壓器二次側的電壓和電流，K是變比。

 

我們看到，只要把U2提高，則I2自然就小了，于是在輸配電線路的起始端，我們把電壓給升高，在輸配電線路的末端，我們再把電壓給降下來。這樣就減小了線路損耗。交流傳輸線上的高壓電和超高壓電其用途就在于此。

 

我們看到，利用變壓器，交流電壓的高低變換何其方便。

 

但直流電可以升壓嗎？當然可以，但相對交流升壓來說，要麻煩很多，且成本要高很多。除非是長距離輸送電，否則不上算。

 

可見，在發電和輸送電中，交流電比直流電要方便很多，成本也低廉很多。

 

不過，也不是說直流就沒有優勢。交流線路電阻與直流相比，還多了趨膚效應和鄰近效應，因此同樣的導線，交流線路電阻大于直流線路電阻。換句話說，交流的線路損耗大于直流的線路損耗。也因此，采用直流長距離輸送電，也是人們追求的目標之一。

 

我國在這方面走在世界前列，我國的世界首條±800kV的直流輸電線路正在平穩高效安全地運行中。

 

2.配電方面的問題

 

在輸送電的末端，需要分配電能，這就需要使用配電電器。配電電器的主要元件是各類隔離開關和斷路器。

 

對于開關電器來說，滅弧是個大問題。電弧會燒蝕觸頭，產生巨大的熱沖擊，嚴重影響到開關設備的穩定工作。

 

交流電和直流電相比，每個周波有兩次過零，而過零時，電弧也自動熄滅，所以交流電器的滅弧能力強于直流電器。

 

有一個參數，它描述的是電弧熄滅后電弧介質氣體的恢復過程和恢復強度，用Ujf來表達；另外一個參數，它描述的是電弧熄滅后，電壓上升過程和強度，用Uhf來表達。

 

所謂介質氣體的恢復，指的是氣體從電弧的等離子狀態恢復為正常氣體狀態，顯然，它與時間有關，也與氣體性質有關。

 

如果：Ujf＞Uhf

 

也即，介質恢復強度大于電壓恢復強度，則電弧將不會不重新燃燒。

 

上圖中，在時刻0，交流電弧過零熄滅。但過零后，Ujf2小于Uhf，所以交流電弧重燃；Ujf1>Uhf，所以交流電弧不再重燃，并且徹底地熄滅。

 

不過，直流電弧可沒這么好，它根本就不會過零。

 

我們看下圖：

 

上圖是GIS復合開關，一般用于高壓配電網。GIS看起來象一只只的鍋爐，大里就是開關，開關周圍充滿了六氟化硫氣體。六氟化硫氣體的特點是分子量大，非常穩定，絕緣性能特別好，所以用來在高壓電器中加強滅弧，提高Ujf。

 

不過，六氟化硫是溫室氣體。因此人們期望能找到一種氣體替代它。真空就是一種好辦法。

 

可見滅弧是多么重要的一件事。

 

在這方面，直流電比交流電要遜了。因此，同樣的開關電器，用在直流就必須降容。

 

為了改善直流開關電器的滅弧能力，人們在電弧燒蝕的材料中鍍上一層特種膜，在高溫燒烤下，能釋放出類似六氟化硫的氣體，以此提高介質恢復強度。

 

3.用電電器方面

 

在用電電器方面，最典型的就是交流鼠籠式異步電動機了。相對直流電機，它價格低廉，工作可靠，性能穩定，也無須更換碳刷。

 

因此，直流電機完全比不上交流電機的方便、實用和可靠，直流電機的應用面也要小很多。不可否認的是，直流電機的調速性能良好，但自從有了變頻器，交流電機的調速問題也解決了，直流電機的優點也被削弱了。

 

4.電源變換方面

 

交流電變成直流電，十分方便，采用整流電路就可以了。但直流電要變成交流電，需要配套逆變器，相對麻煩得多。

 

以上簡單地說明了交流電的優點。

 

不過，直流電的穩定是不可否認的。因此在配電室里，6到10kV配電設備的工作電源都是用直流電來實現的。

 

至于居家配電，我們已經知曉，當然是以交流電為主了。