为什么长途输电不采取低压高电流？ 第1页

这个问题有点意思，这个问题的解答涉及到几个方面，包括导线的发热理论和散热动态平衡方程式，还有电压损耗理论，以及短路理论。我们这就开始讨论。

我们先看看百度怎么说：

远距离输电要用高压的原因是：在同输电功率的情况下，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。电压越高电流就越小，这样高压输电就能减少输电时的电流，从而降低因电流产生的热损耗和降低远距离输电的材料成本。

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。

百度的说法属于经典表述，但这种表述对吗？我们来分析一下：

我们设导线的电阻是R，当经过时间t后，导线产生的焦耳热量Q为：

，式1

从式1看，增大电流I或者增高电压U，对于导线产生的焦耳热来说，似乎是一致的。我们看到，电压增加一倍，或者电流增加一倍，导线的焦耳发热量均增加四倍。不管是电压也好，是电流也好，并没有本质区别。

这正是题主的疑问之所在。

这里先打一个伏笔，就是电压U到底指的是什么电压。往下看就明白了。

我们知道，焦耳发热的热量作用在导线上，导线会产生两种作用：其一是导线温度升高，引起了热量的消耗；其二是导线向空间中散发热量，同样也引起热量的消耗。这两种热量消耗与产热之间存在热平衡关系。

我们设导线温度升高消耗的热量是Q1，导线散热消耗的热量是Q2，则有：

，式2

式2叫做导线的热量动态平衡方程式。其中的Q1，它等于导线材料的比热容c与导线质量m的乘积，再乘以导线的温度升高值Δθ，Δθ等于导线当前的温度θ与先前的温度θ0之差，即： 。

我们容易想到，导线持续输送电能时，经过一段时间，导线的温度必然会恒定，也即Δθ等于零。如此一来，Q1等于零。

我们再看式2中的Q2，它与综合散热系数Kt与导线的表面面积A，还有导线的表面温度与环境温度差τ的乘积有关，即： 。

我们由式2可知，当导线的表面温度稳定后， 。我们把Q的电压表达式和电流表达式代入，得到：

电流表达式： ，式3

我们知道，电阻 ，这里的ρ是电阻率，α是电阻温度系数，L是导体长度，S是导体截面积，θ是导体表面温度。再注意到导体表面积A，我们忽略掉导体的两个端面，于是导体表面积 ，这里的M是导体截面周长，L是导体长度。我们把这些都代入到式3中，得到温升的电流表达式：

，式4

从式4中我们看到，导体温升与电流的平方成正比，与导体的截面积S成反比，与导体截面周长也成反比。特别注意的是：温升与导线长度L无关！由此可知，导线的载流量与导线长度无关！

我们再看温升的电压表达式： ，式5

从式5中我们看到，温升与导线单位长度的电压降“U/L”的平方成正比。

前面的伏笔在此揭开了，原来式1中的电压其实就是导线单位长度的电压降。

我们来做一个段落总结：

当通电导线经过一段稳定时间后，它的温度已经稳定，此时导线的稳态损耗体现在导体相对环境温度的温升上。由式4和式5可以看出，温升与电流的平方成正比，与导线单位长度电压降的平方成正比。

可见，百度的说法是需要补充纠正的。

特别提醒：我们由 和 ，可以推出 。这个式子用一位著名科学家来命名的，叫做牛顿散热公式。这个式子是牛顿首先提出，并用在他的理论中。

从以上讨论中，我们隐隐约约地感觉到，输电的损耗问题不但与温升有关，还与电压损耗有关。

翻开《工业与民用配电设计手册》第四版，在第九章我们能看到有关输电线路的电压损耗表达式：

，式6

式6中，Δu%是线路电压损失百分数，Un是输送电的标称线电压，R0是三相线路单位长度的电阻，X0是三相线路单位长度的感抗，cosφ是功率因数，I是线路电流，L是线路长度。

提醒一下：式6不是超长距离输电线路的电压损耗。如果一定要给出超长距离的电压损耗，则必须考虑电磁场的许多效应。由此可见，这里面的知识量非常丰富。具体可见有关输配电和工业电磁场方面的书籍，此处不给予详细讨论。

我们从式6中看到，电压损失与导线和线路中流过的电流成正比。由此可以想到：如果把电压提高，把电流减小，那么就能减少线路中的电压损耗。

我们看下图：

从图2中，我们就能看到电压损失的情况。

我们看到，发电机所发的电压必须高于额定电压5%，而升压变压器T1的副边电压高于输送电线路额定电压10%。由于电压损失的原因，到达降压变压器T2的原边，电压已经降低到等于额定电压Un。在降压变压器T2的副边，同样需要把电压提升到高于副边线路额定电压的5%。

图2反映了在实际运行中，为了确保用电设备的电压符合标称电压要求，配电系统采取的电压调整措施。

现在，我们再看看当配电网发生短路时，导线的受力情况。

当发生短路时，短路电流很大，导线之间的短路电动力F可以采用毕奥.萨法尔定律来分析，如下：

，式7

式7中的L是导线长度，d是导线间距，Kc是导线的截面系数，I是短路电流。

我们通过一个实例来看看短路电动力的大小：

设被考察的导线长度L是100米，导线间距是d是1米，导线的截面系数Kc=1，短路电流是100kA。把这些值代入到式7中，看看结果是什么：

我们看到，这100米的导线所受到的短路电动力是20408kgf，差不多相当于20.4吨的力！可见，支撑这些导线或者架空线的铁架该要有多结实。当然，线路保护也必须快速动作才行。

这么大的短路电动力，和电压有关吗？用网络语言来说就是：式7与电压有毛关系。

在实际三相配电网中，当发生短路时，由于三相交流电相序的原因，A相和C相配电线路受到的短路电动力是2.65F，而中间B相配电线路受到的短路电动力为2.8F。

当发生短路时，电压会发生何种变化？我们看下图：

图3中，我们设电源电动势是E，线路电阻和电源内阻的合并电阻是r+Rx，短路点的等效电阻是Rk，则短路点的电压U为：

为了确保供电电压的稳定性，一般地，线路电阻（阻抗）必须小于短路点电阻（阻抗）的1/50。我们不妨设(r+Rx)=Rk/50，代入到上式中，得到：

，式8

原来，短路前后电压基本不变！我们把满足这种关系的配电网叫做无限大容量配电网。

我们周围的高压配电网都是无限大容量配电网，只有低压220V/380V配电网是有限容量配电网。尽管如此，由于短路时间很短暂，低压配电网在短路瞬间依然满足无限大容量配电网的特性。

我们看下图，此图是发生短路时的电压波形和电流波形，是我用CAD绘制的：

图4中，在时刻0的左侧，我们看到了正常的电压u波形和电流i波形。当在时刻0发生短路时，电流剧烈地增大到冲击短路电流峰值。之后，随着过渡过程的继续，短路电流成为到稳态值ik。

此时的电压有何变化？从图4中看到，电压U基本不变。

可见，从配电网短路故障情况看，不管是短路电动力冲击作用也好，是短路热冲击作用也好，均与电压无关。所以，在配电网中，我们尽量提高电压减小电流，以减小故障电流的冲击。

总结一下：

1）线路损耗与电流的平方成正比，与配电线路单位长度的电压降的平方成正比。

2）降低电流提高电压，能有效地减小线路损耗，提高电网传输电能的能力。

3）提高电压，减小电流，能减轻配电网发生故障时的冲击效应，提高设备承受短路故障冲击的能力。

以上就是给题主的问题最终答案。

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晚上看了若干篇评论，似乎以中学生为主，而且纠结于最开头的式1，后面的内容没人讨论。

其实，这篇文档的涉及到的知识远超中学生的认知能力。对于中学生来说，的确，能看懂前面的式1就不错了。后面的内容，中学生们应当看不懂才对，这从评论中就能明确地看出来。

这篇文档对配电线路导线的发热做了讨论，并导出温升与电流的关系，以及温升与单位长度导线压降的关系。我们看到，从温升作用看，两者是等同的。

然而，从配电线路的电压损耗来看，它与电流密切相关，所以减小电流，就能降低电压损耗。

特别重要的是，从短路电流对配电网的冲击看，电流居于主导地位，而电压的作用却十分有限。由此可知，从配电网的稳定性来看，减小电流具有很大的实际意义。

主要就是这些。