天雪月夜 發問時間: 科學工程學 · 2 個月前

有關高壓直流輸電的基本原理中關於電容的問題?

抱歉可能是很基本的電學原理,但我想請教一下。

最近看到有關於高壓直流輸電的說明,在維基百科裡有幾項關於高壓直流輸電的優點,其中寫道:

「於水下長距離輸電,不會有電容導致升壓的問題。把兩條電線放在一起,便是電容。長度愈長,電容愈大。電容會令交流電壓上升,最後使絕緣層無法承受而導致短路。」

請問為什麼對於直流電,電線會是電容? 如果電容是通交阻直的話,電容可以通過交流電,電容又為何會令交流電壓上升呢? 還是我其實搞錯了這裡說的電容,與電容器其實是不同的東西呢? 最後絕緣層無法承受,是因為趨膚效應嗎?

抱歉我對電學的知識與理解很淺薄,希望能簡單易懂的說明的話,十分感謝您

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Edit: 我認為兩位的發言都很好,但似乎無法解答我的問題,又或者是我的理解力不足? 其實我想我的問題只是簡單的高中物理問題,但我畢業多年很多都忘了。不如我先把問題簡化成 "為何高壓直流輸電下電線是電容" 這樣的問題來問如何呢?

另外,本週之星老師您講的我明白,這些是上網查得到的資訊,但我感覺你所講的電容與這裡我指的電容稍有不同,我可以理解為你所講的是"電容器"而非這裡所指的"電容"嗎? 也許這是 capacitance 與 Capacitor 的差別,我這樣的理解有問題嗎?

2 個解答

評分
  • 阿明
    Lv 5
    2 個月前
    最佳解答

    先講一個觀念,所謂交流電,就是隨著正弦波的週期,輸出兩線的電壓,會有正弦頻率正負電壓交替變化,假設輸送電線很短,像台灣超高壓幾百公里都沒什麼問題。

    但是距離超遠的輸送,接近它的輸送頻率的波長(60hz波長約5000公里),也就是說超過電子在電線電子移動輸送速度,假設輸送頻率60 hz,1/60秒電子只會移動5000公里,幾千公里距離交流電輸送會發生什麼狀況。

    當輸出兩端頻率,某一端線是負壓,這一端負輸出的電子往前向終點跑,但是電子還沒到終點的輸出,頻率正負電壓改變了,這一端電壓變了成正電壓,還沒到終點的電子又要跑回來,因為原本這一端輸出是負現在變正,電流方向改變了,超遠距離交流電,根本沒辦法有效率輸送,高壓遠距離輸送還有兩線靜電容的問題 ,兩線在空間平行就會有靜電容會耗損交流電,所以遠距離才有高壓直流輸電,沒有靜電容的耗損及電線的交流頻率電子來回的問題。

    補充解釋一下 ,交流電力在水下長距離的輸電 ,因為線長兩線在水下又很靠近,兩線電容愈大,電容會令交流電壓上升,最後使絕緣層無法承受而導致短路?

    交流發電機的輸出,並接一個電容,交流電壓對電容的正負電壓交替充放電,不會讓交流電壓上升,但是輸送線很長很長,輸送線等效一電感,輸送線又跟周圍有靜電容,它們會形成一串聯諧振電路,就會令交流電壓上升。

    任何一條導線都會有分佈電容,你也可以自製電容,把兩條線絞在一起不要相互導通,就是一個電容,只是線短容量極小幾pF,兩條線越近電容越大, 還有電線電流經過自身會產生磁場 ,磁場消失電線會有反電勢,所以電線也是一個電感,也就是說電線等效一電容及電感,這樣形成一串聯諧振電路,線很長兩線又很近諧振頻率變低,接近輸送電力的頻率時,就會產生共振升壓問題,直流高壓輸送0頻率不會有共振問題。

    這種原理類似發射天線,天線長度是發射頻率的1/4波長,發射頻率都很高100Khz以上,所以天線很短就會產生頻率共振,天線只是一條1/4波長電線在空中 ,在空中沒接任何東西有電流,電波頻率的電流會從這條線向空中擴散輻射,交流發電機頻率低很多,但是線很長時,就會發生類似發射天線,線會跟輸入的頻率產生共振,讓交流電壓上升,一條電線它的等效電路,就是含有電容及電感的一串聯諧振電路,線很短不會有頻率共振的問題,很長就需要考慮,線會跟輸送的頻率產生共振升壓。

    電感和電容串聯,在電子電路是一種串聯諧振,串聯諧振的共振為什麼會升壓,電子電路比較難解釋,參考下面的物理實驗機械振動跟彈性棒子共振,當底盤振動頻率輸送到棒子, 接近彈性棒子的諧振頻率,棒子跟振動頻率會產生共振,棒子有極大劇烈振動(升壓),比底盤更大幅的振動(棒子的振幅比輸送的底盤大)

    https://www.youtube.com/watch?v=A2HOLsr1o3A

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  • 2 個月前

    電容就是可以儲電的東西,直流電不能通過零容,直流電只會對電容充電,只在初接觸時有電流通過,當電壓相同時,電流趨向零,電容可通過交流電,其實說法是充電與放電之交替,例如說電流是正極時,電容正向充電,當電流轉向負極,零容開始放電並反向充電,所以電流不斷充放等同電流通過電容,要注重電容器的規格有容量,耐壓,還有溫度,電容器在直流電路多數是並聯於正負極,大容量電容器多是電解質,有極極,錯接會爆炸,而用於交流電路上,多數是串連,除了電力系統用交流零,不要忘記音頻,射頻,及你的電腦傳送也是交流電

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