使用高压的好处是我们可以通过传输线以较低的电流提供相同数量的功率。较低的电流减少了由于线路电阻造成的损耗。无论我们在高压下使用交流电还是直流电都是如此（事实上，高压直流传输正变得越来越普遍）

使用交流电的好处是，考虑到 19 世纪末和 20 世纪初我们开发输电网络时的技术，将高压交流电转换为中压或低压交流电以交付给最终客户要容易得多. 我们可以使用变压器来做到这一点。在设计和部署电力网络时，没有可用于在直流电压之间进行转换的可负担且可靠的技术。

如果电压更高，电流怎么能更低呢？

请注意我在上面所说的“提供相同数量的功率”。

一个 100 W 灯泡在 240 V 国家使用的功率和产生的光量与在一个 120 V 国家/地区的 100 W 灯泡相同。但是在 240 V 国家，灯泡的电阻设计得更高，因此它消耗的电流比 120 V 国家使用的 100 W 灯泡要少。

类似地，如果我们有 20 个住宅客户总共消耗 20 kW 的电力，我们用 20 kV 线路为他们供电（使用变压器将其降压至 240 或 120 V，然后再将其传送到他们的家中），该线路将承载比我们用 10 kV 线路为这些客户供电时电流更小。

我能看到的唯一区别是，由于极性开关，电缆上的浮雕，这就是为什么交流电更适合长距离传输电力？

这有点偏离您问题的主要焦点，但实际上交流并不比直流好，就电线损耗而言。

首先，由于 AC 信号在 0 V 附近花费了一些时间，因此 AC 波形的峰值电压实际上必须更高，才能提供与给定 DC 电压相同的功率。例如，当我们说我们有一个“120 V AC”电源时，我们的意思是 AC 电压的均方根 (rms) 电压为 120 V，因为它能够向电阻负载提供与120 伏直流电源。但此交流电源的峰值电压约为 170 V。这意味着必须对电线进行绝缘，以防止在 170 V 而不仅仅是 120 V 时产生电弧。

其次，由于趋肤效应。这意味着交流电流往往主要在电线的外表面流动，而直流电流可以流过电线的整个横截面。在我们用于电力传输的相当低的频率下，这种影响很小，但这仍然意味着传输线在传输交流电时比传输直流电时具有更高的电阻。

因此，再次选择交流电传输的主要原因是能够使用变压器在电压之间进行转换，而不是因为交流电本身就更好。

由于可以使用较低的电流，因此高压通常允许将更多的能量沿着给定的电线尺寸发送。电流越低，导线（电阻）损耗就越少。那是：

• 输出功率为电流 * 电压，或 W = E*I
• 热损耗是电阻乘以电流的平方，或 W（损耗）= I^2 / R

正是这个 I^2 术语让你着迷。在减少损失方面，最小化电流是一个巨大的胜利。（我这里还没有考虑电抗。那是另一个讨论。）

至于为什么使用交流电，几乎在每个阶段都比直流电更容易产生和工作，尤其是考虑到大多数发电和配电的核心技术是在 19 世纪后期开发的：

• 源发生器，本质上是一个旋转磁铁，首先产生交流电。
• 该交流电通过变压器升压至高交流电压并沿电线向下发送。变压器简单可靠：没有移动部件，没有电子设备。
• 高压输电线路确实关心交流与直流（直流更好）。下面有更多关于这个的信息。
• 当电力从一个电网转移到另一个电网时，高压网络还关心相位对齐（直流更好）。再次，更多下文。
• 在消费者端附近，变压器再次将交流电降压到更友好的电压以供本地使用。再次 - 简单，没有移动部件，没有电子设备。
• 在消费者方面，三相交流电是大多数大型电机的理想选择。单相很容易降压到安全电压，例如用于电器和照明的 240/120V。

现在，让我们谈谈DC。高压直流 (HVDC) 是一项最初在瑞典（由 ASEA，现为 ABB）开发的技术，用于解决海底电缆的一个问题：电介质和屏蔽损耗。更多信息：https ://mycableengineering.com/knowledge-base/dielectric-loss-in-cables

瑞典人早就知道，水下交流电缆中不断变化的电场会导致与周围装甲材料的大量耦合损耗。这种耦合变成热，即损耗。因此，为了通过峡湾从一个岛屿到另一个岛屿供电，事实证明在将电缆送入之前转换为直流电是值得的，然后再转换回交流电以供使用。更多来自 ABB的信息。

还有一点关于制造它的讨厌纳粹的瑞典人：Uno Lamm。

使用高压直流输电还有另一个好处，无论是架空线路还是埋地：没有集肤效应。电缆中的交流电流在电缆中间产生与电流相反的局部涡流，导致主电流集中在电缆外围。这种电流集中会增加电缆的电阻，因此更多的能量会以热量的形式损失掉。更多信息：https ://www.electrical4u.com/skin-effect-in-transmission-lines/

直流电流不会形成与电流相反的涡流，因此几乎没有集肤效应。这意味着正在使用所有电缆，从而允许更多的电流以更低的损耗沿着相同尺寸的电线发送。

最后，还有intertie问题。在电网之间移动交流电源时，它们的相位和电压需要紧密匹配。这对于大型系统来说是非常困难的。更多关于这里的信息：https ://www.testandmeasurementtips.com/how-ac-power-sources-get-synchronized-faq/

DC 缓解了这个问题，因为没有相位匹配，并且更容易调整升压电压并将其添加到网络中，因为新电源上线。它在许多大型电力走廊中用作互连，包括这个：太平洋直流互连，它从哥伦比亚河上的邦纳维尔大坝获取电力并将其运送到南加州。

从那时起，高压直流海底电缆的使用不仅用于海底电缆，还用于将海上风电连接到陆上电站。（这使用了一种名为 HDVC Light 的变体，更多来自瑞典人：https ://new.abb.com/systems/hvdc/hvdc-light ）

随着逆变器技术的成熟和成本的下降，长线路的趋势是迁移到 HVDC，同时保留 AC 用于本地回路，因为它对于电机和其他大型机器的持续优势。

即便如此，使 HVDC 实用的相同电子技术也可以并且确实应用于消费端，因此我们将继续在本地端看到更多的直流电。数据中心已经开始使用 48V DC 作为服务器机架电源。即使是感应电机，也就是真正喜欢交流的机器，也可以转移到逆变器/VFD 驱动器，以提高效率和灵活性，但需要付出一些代价。

变压器，巨型变压器，比大量的整流器和斩波器更便宜，可以将高压直流转换为低压直流。

并且变压器更坚固。

在纯理论中很难处理它。

让我们尝试一个实际的例子。

假设我已经建造了一个离网房屋，带有一个功能完善的家庭电力系统。电池，大多数照明和辅助负载都是直流的，逆变器根据需要运行一些东西。电池电压为 12 伏。

500 米外，我有一个 480 VA（基本上是 480 瓦）的风车，它的卷边使它基本上以一种速度运行。缠绕它并不难，所以你可以从中获得 60 赫兹的频率，单相。我被这个位置困住了，因为那是山脊所在的地方。如何给发电机上风？什么电压？

我的系统电压是 12 伏。因此，让我们将发电机缠绕为 12V，电流为 40 安培。现在，我需要将我的 12V @ 40A 从风车送到 500 米外的房子。我要用什么线？？？

40A 的最小允许电线代码为 8 AWG (8.37mm ² )。那东西是每米 2.061 毫欧，所以我的 1000m 往返行程是 2.06 欧姆。E=IR 压降为 82.4 - 这行不通！

让我们将电线尺寸增加到 6 AWG (13.3 mm ² )。1.3mohm/m，或 1000m 时为 1.3 ohms，或 52 伏 -不，这也行不通。

让我们选择最大的 - 0000 或 4/0 AWG (107 mm ² )。那是 0.161 mohm/m，或 0.161 ohms 用于我们的 1000 米跑步。6.4 伏或53% 的电压降，*哇，我们损失了一半，我们为电线支付 10 美元/米（实际上 300kcmil 铝的价格为 1.59 美元/英尺；我们不会使用这种尺寸的铜）。

让我们去找最大的电线。2500 kcmil AAC “Lupin”，手腕大小，单程 18 美元/米。0.023 欧姆/公里。所以 0.91 伏或7.6% 的电压降（最后！一个合理的数字！）但在实践中这仍然被认为不是一个好的数字。

好吧，这不好。

但看。我们使用的这条 XHHW 线实际上在上面写着“600V”。如果我们在家里提高电压并降低电压怎么样？600V 变压器很奇怪，所以让我们试试 480V，因为它很常见。480 VA，480V，发生在 1 安培。现在让我们回到那个电压降计算器。

14 AWG 铜线 (2.08 mm ² ) @$0.23/米是可用的最小的 THWN/XHHW 线。让我们试试看。电阻为每米 8.282 毫欧，对我们来说为 8.282 欧姆。 可怕！哦，快，我们有麻烦了。这是行不通的，但让我们只是为了学术而继续努力，看看它有多糟糕。让我们看看，8.282 ohms x 1A = 8.282 伏特或1.7% 电压降。 等等....这是完全可以接受的，为什么会这样？？？

但这似乎很奇怪，好像那里出了什么问题。让我们用最小的可用铝线 6 AWG 再试一次。

6 AWG 铝（17.16 毫米²）@0.55 美元/米。我们运行的电阻为 2.16 毫欧/米或 2.16 欧姆（哦哦！）。给出 2.16 伏或0.45% 的电压降。 这真的，真的有效。

我们所做的只是将电压从 12 更改为 480。

欧姆定律，满足瓦特定律。

事情就是这样。欧姆定律是

 E = I R 

 Voltage (drop) = Current x Resistance 

所以电压降与电流成正比。上面，我们流的是 1 安培而不是 40 安培，所以电压降显然是 1/40。 但还有更多。

瓦特定律说

  P = E I 

  Power = Voltage x Current

请记住，在我们的应用中，功率是恒定的：480 W / VA。 当我们提高电压时，这会导致相同功率下的电流成比例减少。我们将电流降低了 40 倍。

回到欧姆定律，电压降（以绝对伏特计）下降了 40 倍。然而，另一件事正在发生。电压增加了 40 倍。 这意味着电压降的影响也缩小了 40 倍。与系统电压相比，相对电压降下降了 40平方。

卡津加！您可以看到电压增加的功率（对于给定的静态功率要求）。

在一个非常实用的典型应用程序中再试一次。

1500 英尺外，您想为一组车道柱灯供电。它们消耗 240 瓦的功率。您可以使用 120V 或 240V 为它们供电（灯都可以轻松处理）。3.5% 的电压降是可以接受的。

靠近您友好的邻居电压降计算器，看看有什么意义。您还将在此处为选项定价，选择 /2 UF-B w/safety ground。

• 运行 120V。电流消耗为 2 安培。
• 运行 240V。电流消耗为 1 安培。

你更愿意为哪个买单？