由燈泡亮度不同談降低輸電損耗

○張龍芳 劉彥軍 李樹兵

【發(fā)現(xiàn)問題】愛好物理的小明發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的問題：同樣的小燈泡接在相同的電源上亮度不一樣。這是為什么呢？

【理論分析】當(dāng)導(dǎo)線材料、粗細(xì)都相同時(shí)，導(dǎo)線越長(zhǎng)，電阻就越大；導(dǎo)線與小燈泡是串聯(lián)的，導(dǎo)線電阻越大，小燈泡分到的電壓就越小，電功率也就越小，小燈泡就不夠亮了。怎樣才能讓遠(yuǎn)處的燈泡也具有相同的亮度呢？

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】通過加粗導(dǎo)線能減小導(dǎo)線電阻，使遠(yuǎn)處的燈泡更亮。

【總結(jié)與反思】從發(fā)電廠到千家萬戶是不是也能通過加粗導(dǎo)線來實(shí)現(xiàn)電阻減小呢？理論上是可以的，但是現(xiàn)實(shí)生活中我們既要考慮成本，還要考慮架設(shè)難度，這樣做顯然是不合適的。那現(xiàn)實(shí)中我們是怎樣減小遠(yuǎn)距離輸電損耗的呢？

【查閱資料】現(xiàn)實(shí)生活中我們遠(yuǎn)距離輸電一般是采用交流輸電方式，通過升高電壓來實(shí)現(xiàn)，但我國(guó)一直在積極發(fā)展的特高壓直流輸電技術(shù)在遠(yuǎn)距離輸電降低損耗方面更有優(yōu)勢(shì)。

1.高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)。

假設(shè)要把功率為10 000 kW 的電能傳輸?shù)侥车兀瑐鬏攲?dǎo)線的電阻為1 Ω。當(dāng)使用10 kV 的電壓傳輸時(shí)：傳輸電流＝10 000 kW÷10 kV＝1000 A，傳輸導(dǎo)線消耗的功率＝1 000 A×1 000 A×1 Ω＝1 000 kW。當(dāng)使用110 kV 的電壓傳輸時(shí)：傳輸電流＝10 000 kW÷110 kV≈91 A，傳輸導(dǎo)線消耗的功率＝91 A×91 A×1 Ω＝8.281 kW。高壓輸電可以大大降低電能損耗。

2.直流輸電的優(yōu)點(diǎn)。

直流輸電線路造價(jià)低于交流輸電線路，但換流站造價(jià)卻比交流變電站高得多。一般認(rèn)為架空線路超過600～800 km、電纜線路超過40～60 km 時(shí)，直流輸電較交流輸電經(jīng)濟(jì)。但隨著高電壓大容量可控硅及控制保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，換流設(shè)備造價(jià)逐漸降低，直流輸電近年來發(fā)展較快。我國(guó)葛洲壩至上海南橋1 100 km、±500 kV 直流輸電工程，已經(jīng)完成了從全進(jìn)口到全國(guó)產(chǎn)的改造，并投入運(yùn)行。全長(zhǎng)超過2 000 km 的向家壩至上海直流輸電工程是我國(guó)自主研發(fā)、建設(shè)的，于2010 年7 月8 日投入運(yùn)行，該線路是當(dāng)時(shí)世界上距離最長(zhǎng)的高壓直流輸電項(xiàng)目。