一、交流與直流的緣起

    電荷是物質(zhì)的固有屬性。通常，物體中的正、負(fù)電荷數(shù)量是相等的，一旦物體失去或者得到一些電子時(shí)，就表現(xiàn)出負(fù)電或正電。電壓有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，就產(chǎn)生電流。如果在一個(gè)電路中，電荷沿著一個(gè)不變的方向流動(dòng)，這就是直流電，比如電池提供的電流。當(dāng)電路中的電流隨著方向和強(qiáng)度的變化作周期性的變化時(shí)，稱其為交流。現(xiàn)代發(fā)電廠生產(chǎn)的電能都是交流電，家庭用電和工業(yè)動(dòng)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(gè)主要的特色點(diǎn)：便于變壓、經(jīng)濟(jì)方便、安全性高。

    *，輸送電力時(shí)，電流應(yīng)該盡可能地小而電壓應(yīng)該盡可能地高，以降低因發(fā)熱而損耗的電能。但是，高壓對(duì)用戶來(lái)說(shuō)既危險(xiǎn)又不方便，對(duì)發(fā)電廠來(lái)說(shuō)則必須大大提高發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這在技術(shù)上非常困難。使用交流電就可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，它能夠方便的實(shí)現(xiàn)升壓和降壓，傳輸?shù)臅r(shí)候，使用高壓，日常使用的時(shí)候，調(diào)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(jià)更為低廉。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、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。交流電的安全性也很高，如果電網(wǎng)斷電，采用交流電的網(wǎng)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(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

直流電有兩大核心的優(yōu)勢(shì)點(diǎn)：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(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。

    直流輸電能量損耗更小。在一些特殊場(chǎng)合，必須用電纜輸電。例如高壓輸電線經(jīng)過(guò)大城市時(shí)，采用地下電纜；輸電線經(jīng)過(guò)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(dòng)很小，基本上沒(méi)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(jié)：為何電網(wǎng)總偏愛(ài)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(shì)在于發(fā)電和配電方面，而直流電優(yōu)勢(shì)主要在于輸電方面。也正是因?yàn)樗麄兊膬?yōu)勢(shì)各不相同，zui終導(dǎo)致一百多年前，當(dāng)電這個(gè)神奇的東西剛被發(fā)現(xiàn)時(shí)，以愛(ài)迪生為代表的直流電沒(méi)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(yùn)用。

    當(dāng)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(zhì)量問(wèn)題，比如諧波問(wèn)題，三相不平衡問(wèn)題等，那么，就需要專門的儀器來(lái)監(jiān)測(cè)了。給大家推薦一款在線式的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置E8000，由廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司研發(fā)，可以監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)，是您的用電保障專家。

圖-5 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置E8000