直流电和交流电的发展史，以及有什么“优点”和“缺点”?

【专家解说】：高压直流输电方式与高压交流输电方式相比，有明显的优越性.历史上仅仅由于技术的原因，才使得交流输电代替了直流输电.下面先就交流电和直流电的主要优缺点作出比较，从而说明它们各自在应用中的价值. 交流电的优点主要表现在发电和配电方面:利用建立在电磁感应原理基础上的交流发电机可以很经济方便地把机械能(水流能、风能……)、化学能(石油、天然气……)等其他形式的能转化为电能;交流电源和交流变电站与同功率的直流电源和直流换流站相比，造价大为低廉;交流电可以方便地通过变压器升压和降压，这给配送电能带来极大的方便.这是交流电与直流电相比所具有的独特优势.直流电的优点主要在输电方面: ①输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2/3~l/2 直流输电采用两线制，以大地或海水作回线，与采用三线制三相交流输电相比，在输电线载面积相同和电流密度相同的条件下，即使不考虑趋肤效应，也可以输送相同的电功率，而输电线和绝缘材料可节约1/3.如果考虑到趋肤效应和各种损耗(绝缘材料的介质损耗、磁感应的涡流损耗、架空线的电晕损耗等)，输送同样功率交流电所用导线截面积大于或等于直流输电所用导线的截面积的1.33倍.因此，直流输电所用的线材几乎只有交流输电的一半.同时，直流输电杆塔结构也比同容量的三相交流输电简单，线路走廊占地面积也少. ②在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗. 在一些特殊场合，必须用电缆输电.例如高压输电线经过大城市时，采用地下电缆;输电线经过海峡时，要用海底电缆.由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器，在交流高压输线路中，空载电容电流极为可观.一条200kV的电缆，每千米的电容约为0.2μF，每千米需供给充电功率约3×103kw，在每千米输电线路上，每年就要耗电2.6×107kw·h.而在直流输电中，由于电压波动很小，基本上没有电容电流加在电缆上. ③直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行.交流远距离输电时，电流的相位在交流输电系统的两端会产生显著的相位差;并网的各系统交流电的频率虽然规定统一为50HZ，但实际上常产生波动.这两种因素引起交流系统不能同步运行，需要用复杂庞大的补偿系统和综合性很强的技术加以调整，否则就可能在设备中形成强大的循环电流损坏设备，或造成不同步运行的停电事故.在技术不发达的国家里，交流输电距离一般不超过300km而直流输电线路互连时，它两端的交流电网可以用各自的频率和相位运行，不需进行同步调整. ④直流输电发生故障的损失比交流输电小.两个交流系统若用交流线路互连，则当一侧系统发生短路时，另一侧要向故障一侧输送短路电流.因此使两侧系统原有开关切断短路电流的能力受到威胁，需要更换开关.而直流输电中，由于采用可控硅装置，电路功率能迅速、方便地进行调节，直流输电线路上基本上不向发生短路的交流系统输送短路电流，故障侧交流系统的短路电流与没有互连时一样.因此不必更换两侧原有开关及载流设备. 在直流输电线路中，各级是独立调节和工作的，彼此没有影响.所以，当一极发生故障时，只需停运故障极，另一极仍可输送不少于一半功率的电能.但在交流输电线路中，任一相发生永久性故障，必须全线停电.===另外提醒一下:在直流输电系统中，只有输电环节是直流电，发电系统和用电系统仍然是交流电. "交流电"与"直流电"之争 在物理学中电学发展史上,曾经有过一场关于使用"交流电"还是使用"直流电"的激烈的争论.提倡使用"直流电"的代表人物则是大名鼎鼎的发明家爱迪生;主张改用"交流电"的代表人物则是比爱迪生小9岁的后起之秀特斯拉。 发电机发明以后,电能就在工农业生产和日常生活的各个方面得到了广泛的应用.起初是采用"直流电"的方式输电和供电,由于输电的电压较低,所以在输电线路上的热损失就较大,因此每一平方英里的地区就需要一个单独的直流发电机供电,而且还要用大量较粗的铜线.为了解决上述的缺点,特斯拉发明了以交流发电机供电的"交流多相电力传输系统",由于使用变压器以高电压、低电流的方式输电,就大大地降低了输电线路上的热损失,实现了远距离输电,从而不需要大量分散的单机供电,输电导线的载面也大大地减小了。 从科学和实用的角度来看,使用"交流电"显然比使用"直流电"优越,可以大幅度地降低供电的成本.因此,特斯拉的发明得到了一位富有的发明家兼金融家威斯丁豪斯的支持,付给了特斯拉100万美元的专利费,为研制开发提供了资金,开设了"特斯拉电气公司".但是多年来爱迪生的公司一直是投资开发直流供电系统的,不甘心就此让位给交流供电系统,于是与特斯拉展开了一场激烈的竞争.但是,爱迪生所采用的竞争方式是不科学的,他和他的支持者们诬蔑说:"使用交流电比直流电危险得多".为了证明使用交流电的安全性,特斯拉专门举行了记者招待会,他让交流电从"特斯拉线圈"通过他的身体点亮了灯,记者们看得入了迷.纷纷承认了交流供电的优越性.最终这场竞争以特斯拉的胜利而结束.从此"交流供电系统"广为社会采用。