电网工作原理

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1、电网工作原理电能有点像我们呼吸的空气：直到失去它，我们才会真正意识到它的存在。电总是在“守候着”，持续地满足人类的每一个需求。只有当停电的时候，当您走进漆黑的房间，本能地按下不起作用的电灯开关时，您才会意识到电在我们的日常生活中是多么重要。我们用电来加热、降温、烹饪、冷冻、照明、音响、计算、娱乐……没了它，生活多少将会变得麻烦起来。电是通过一个令人惊奇的配电网从发电站输送到人们家中的。这个网络无处不在——如果您住在郊区或者乡下，那么很有可能它就在露天，所有人都能看到它。事实上，您可能根本就没有意识到它的存在。因为

2、司空见惯，所以您的大脑可能对所有的电线都视而不见。在这篇文章中，我们将以美国为例，考察所有那些将电输送到人们家中的各种设备。这样，当您以后再看到电网设备时就能好好打量一番并且理解它的作用了！发电站电能最初来自于发电站。在大多数情况下，发电站都装备有一台转动的发电机。发电机的转子必须通过某种方式来驱动——可以是水力发电的水坝中的水轮、大型的柴油发动机或者燃气轮机。但是在大多数情况下，驱动发电机转子的是蒸汽轮机。蒸汽可以由燃煤、燃油或者烧天然气来产生，此外，还可以由核反应堆来产生，比如这台座落于美国北卡罗莱纳州罗利市

3、附近的希隆·哈里斯核电站中的反应堆：不论是什么驱动发电机转动，任何规模的商用发电机发出的电都属于所谓的三相交流电。要理解三相交流电，有必要先理解单相电是怎么回事。美国能源部供图美国主要发电站的分类图（按类型显示）交流电我们在家中使用的是单相电。通常在美国，说到家用电子设备，指的都是单相120伏电器。如果使用示波器观察房子里墙板上的普通电源插座中的电，您会发现它看上去像是正弦波，波动的幅度在-170伏和170伏之间（峰值的确是170伏；有效（均方根）电压才是120伏）。这个正弦波波动的频率为每秒钟60个循环，像这样

4、的波动电流通常被称为交流电（AC）。与之相对的是直流电（DC）。电池提供直流电：一股稳定的电子流统一地从电池的负极流向正极。在配电网中，交流电比起直流电至少有三个优点：1.大型发电机直接生产的电是交流电。因而，要将交流转化为直流电就得再添加一个额外的步骤。2.变压器只能处理交流电，我们将会看到，配电网依赖于变压器。3.将交流电转化为直流电很容易实现，但是，要把直流电转化为交流电就没那么简单了。所以，如果您既想使用直流电又想使用交流电，那么提供交流电源是更好的选择。因此，发电站生产的是交流电。在下一页，您将会了解发

5、电站中生产交流电的信息。最引人注意的是，它提供的是三相电。三相电发电站同时生产三个不同相位的交流电，这三股电流的相位间有120度的位移。每座发电站都有四条输出电线：三相电流加上三者共用的零线或者叫做地线。将这三个相位的电流画在图上，相对于地线的图像将会是下面的这个样子：三相电并没什么神奇之处，它只不过是将三个单相电流同步再将相位偏移120度。为什么是三相的？而不是单相、两相或者四相？因为，在单相和两相电中，每秒钟有120个时刻正弦波穿过零伏特。而在三相电中，在任一时刻三个相位电流中总有一个接近峰值。大功率三相发动

6、机（在工厂设备中使用）以及像三相焊接设备这样的电器因而就有了平稳的功率输出。四相电不会带来太大幅度的改善，但却需要增加第四根电线，所以三相是很明智的选择。那么上文提到的“地线”是怎么回事？电力公司实际上使用大地作为电力系统中的电线中的一根。大地是很好的导体并且它很巨大，所以它为电子提供了很好的返回路径。（汽车制造商也如法炮制；他们使用汽车的金属外壳作为汽车电子系统的电线之一并把汽车电池的负极与车身相连。）配电网中的“地线”顾名思义就是您每天在外面行走于其上的“大地”，它包括大地的泥土、岩石、地下水等物质。变电所三

7、相电流从发电机发出后进入发电站的输电变电所，这个变电所使用大型变压器将发电机产生的电压（几千伏特水平）升高到极高电压以提供给输电网进行远程输送。典型的发电站变电所您还可以看到背景中几个支撑着三根电线离开变电所的输电塔。远程输电的电压通常在155,000到765,000伏，采用这样的高压是为了降低线路中的损失。通常，最大输送距离大约是483公里。高压输电线看起来非常显眼，它们一般由巨大的铁塔组成：所有这样的塔都有三根电线对应三相电。很多如上图中的那些塔，在它们的顶部都安装有额外的电线，这些电线是地线，主要是用来吸引

8、雷电。配电网为了家用和商用，电流离开输电网并经过降压进入配电网。这个步骤可能要经过几个阶段,从“输送”到“分配”的转变发生在电力变电所。电力变电所通常进行两个或三个步骤：·使用变压器将输电电压（在几万到几十万伏特范围）降低到配电电压（通常低于一万伏特）。·由“干线”将配电电流分开送往多个方向。·它通常有断路器和开关，所以能够在必要时将变电所从输电网上断开或者将单个配电线从