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为什么要高压送电,低压用电?

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一、为什么要高压送电,低压用电?

输电功率一定的情况下,电压越高则电流愈小。输电必须有电线,电线的电阻随送电距离而增大,电阻要消耗电能,这个电能与电流成正比。因此用高压送电,可减少损耗。至于低压用电的原因,是由于用电器具功率较小,如果用很高的电压制造,则会需要很高的绝缘材料,增加费用。当然,如果用电负荷功率很大,仍然需要高压送电,譬如工厂里的大型用电设备。

另外,当输电线一定时,输电的电流也一定,此时如果提高输电电压,则可以提高输电容量。它与输电的电压成平方而增加。

二、为什么要要高压电?

因为输电线上的功率损耗正比于电流的平方(焦耳定律Q=I^2Rt),所以在远距离输电时就要利用大型电力变压器升高电压以减小电流,使导线减小发热,方能有效地减少电能在输电线路上的损失。由发电厂发出的电功率是一定的,它决定于发电机组的发电能力,根据P=UI,发电机的功率不变效应,若提高输电线路中的电压U那么线路中电流I一定会减小,输电线损失的功率Q=I^2Rt一定会相应减小,如果线路中电流降低到原来的1/2那么线路中损失的功率就减少为远损耗的(1/2)^2=1/4,因此说提高电压可以很有效的降低线路中的功率损失。

我们可以从下面看到高压输电的分析思路:

输电→导线(电阻)→发热→损失电能→减小损失

输电要用导线,导线当然有电阻,如果导线很短,电阻很小可忽略,而远距离输电时,导线很长,电阻大不能忽略。

如何减小导线发热呢?

由焦耳定律Q=I^2Rt,减小发热Q有以下三种方法:一是减小输电时间t,二是减小输电线电阻R,三是减小输电电流I。可以看出,第三种办法是很有效的:电流减小一半,损失的电能就降为原来的四分之一。要减小电能的损失,必须减小输电电流,另一方面,输电就是要输送电能,输送的功率必须足够大,才有实际意义。根据公式P=UI,要使输电电流I减小,而输送功率P不变(足够大),就必须提高输电电压U。

显然,高压输送经济。当用高电压把电能输送到用电区后,需要逐次把电压降低,恢复到正常电压。

减少输电损失的方法

从减少输电线路上的电功率损耗和节省输电导线所用材料两个方面来说,远距离输送电能要采用高电压或超高电压。

但也不能盲目提高输电电压,因为输电电压愈高,输电架空线的建设,对所用各种材料的要求愈严格,线路的造价就愈高。所以,要从具体的实际情况出发,做到输电线路既能减少功率损耗,又能节约建设投资。

三、电网传输为什么要用到直流?

①当输送相同功率时,直流线路造价低,架空线路杆塔结构较简单,线路走廊窄,同绝缘水平的电缆直流输电可以运行于较高的电压;

②直流输电的功率和能量损耗小;

③对通信干扰小;

④线路稳态运行时没有电容电流,没有电抗压降,沿线电压分布较平稳,线路本身无需无功补偿;

⑤直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运行,因此可用以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系;

⑥直流输电线本身不存在交流输电固有的稳定问题,输送距离和功率也不受电力系统同步运行稳定性的限制;

⑦由直流输电线互相联系的交流系统各自的短路容量不会因互联而显著增大;

⑧直流输电线的功率和电流的调节控制比较容易并且迅速,可以实现各种调节、控制。如果交、直流并列运行,有助于提高交流系统的稳定性和改善整个系统的运行特性。

四、为什么要采用超过安全电压的电压等级?

采用超过安全电压的电压等级主要有以下原因:

 

1. 长距离输电需求:为了在更长的距离上有效地传输电能,高电压可以减少能量损失。

2. 提高功率传输能力:高电压能承载更高的电流,从而实现更大功率的传输。

3. 降低线路电阻损耗:通过提高电压,可以减小电流,降低电线的电阻损耗。

4. 节省导体材料:减少电流意味着可以使用更小截面积的导体,降低成本。

5. 提高电网稳定性:有助于维持电网的稳定运行。

6. 满足大型设备的需求:一些大型工业设备需要高电压来正常运行。

7. 提高能效:减少能量在传输过程中的损失,提高整体能效。

8. 扩大电网覆盖范围:使电能能够传输到更远的地区。

9. 适应负荷增长:为未来的负荷增长提供足够的容量。

10. 技术进步的推动:随着技术发展,更高电压等级的应用成为可能。

 

然而,高电压也带来了一些挑战,如绝缘要求更高、安全风险增加等。在设计和运营电网时,必须严格遵循相关的安全标准和规范,以确保电力系统的安全可靠运行。

五、输电为什么用特高压直流?

输电使用特高压直流的主要原因是其具有灵活的输电能力,适用于远距离输电和大功率输电。特高压直流输电的输电能力远远大于交流输电,且可以单独运行,不受交流系统故障的影响。此外,特高压直流输电的线路损耗也远小于交流输电线路,这使得特高压直流输电在长距离、大容量输电方面具有显著优势。

另外,特高压直流输电还可以通过改变输电电流来灵活地控制输送电力,这在某些情况下可以实现削峰填谷等效果,有助于提高电力系统的稳定性和可靠性。

综上所述,特高压直流输电的高输电能力和灵活性使其成为输电的理想选择,尤其适用于远距离输电和大功率输电场景。