这学期，我对“电”特别感兴趣，很想弄清楚我们是怎么样用到电的。通过书籍和网络自学，我对这个问题总算有所了解，它涉及到发电、输配电（变电）、用电等几个环节。
发电：线圈切割磁力线就会产生电流，这是发电机的原理。发电机转动，里面三组相差120°的线圈依次切割转子磁铁磁力线，产生三个相位相差120°的正弦交流电。三个绕组的一端连接在一起，接入大地，另一端引出三根导线，黄绿红三种颜色，他们两两间电压大约1000v。输配电：中国的能源空间分布严重不均匀，西部地区能源丰富，东部地区耗电量巨大，因此就需要拉电线输电。输电效率的提高主要方式就是减少发热。根据Q=I^2Rt，即发热量Q等于导线电流I的平方乘导线电阻R再乘以通电时间t。由此，可以得知，同样的材质，导线电流越小，发热损耗就越小。又因为I=P/U，即电流等于功率除以电压。代入上面的热量公式，即Q=（P/U)^2Rt。即发热量与电压的平方成反比。因此，负载功率和导线一定的情况下，想要降低电流，就要提高电压。这就是特高压输电技术的依据。因此，要想提高输电效率，就需要提高电压。目前我国的特高压输电技术交流输电电高能达到1000kv，而直流输电则能达到±800kv的电压。这些高压电通过大型的输电铁塔从我国西部流向遥远的东部。如果自己家住郊区，附近也许就有高压电塔，我们可以通过数电塔电线的绝缘子，即电线与电塔间那个一片片的圆盘数量，大致判断电压，具体对照标准如下：
绝缘子
输配电：输电需要提高电压来提高输电效率。但发电厂输出的电压仅有1000v。特高压输电需要达到500kv甚至1000kv,这就需要一个升压过程。一般情况下，我国的市电为三相交流电，插座为单相交流220v，一般电器耐压300v，有些大功率的电机或中央空调等设备，会直接采用三相380v交流电。除了输电线路上的断路器和变压器等电器外，任何常用电器如果通上1000kv的高压电，都会立刻烧毁，甚至开关都不用按就击穿了。所以，采用高压输电，在用电环节前还需要有一个逐级降压的过程。高压线缆进入初级变电站，电压降为220kv或110kv。220kv的线缆到达城市里的变电站，转为10kv，并埋入地下。有些地区，我们可以看到水泥电线杆，上面从高到低挂有两组线，最顶上的三根是10kv的城市高压线，下面一层的四根线就是380v的民用三相电了。升压和降压是通过变压器来实现的。变压器的原理就是公式U1/U2=N1/N2，即变压器输入与输出电压比等于原线圈与副线圈的匝数比。用电：380v的电通过三相电表入户，但是我们通常使用的都是220v的电，这里就不需要变压器了。这是因为380v是线电压，即两根火线之间的电压。而220v是相电压，是接地电压。为什么这两个电压之间不需要变电器，需要从电厂发出的三相电来解答。通过观察三相电的波形图，我们可以发现三相电如果以大地为0v基准，那么两根线间的电压是一正一负组成的，三相看成三个点，两相之间的电压就是其连线380v，由于发电机中绕组相差120°，所以在这个大三角形内就存在一点，从这一点向三个端点连线，连线段长度相等，三条连线段夹角120°，此时设两条相等的线段为1，根据余弦定理，另一条线段的平方就等于1^2+1^2-2*1*1*cos(120°)，等于根号3，所以380v电压对应的两相连接就是单相对大地电压的根号3倍，火线对地电压就约为220v。最后的变压器上，输出二次侧的三个绕组一段接地，再从接地点引出一根线，就是零线，所以任取一根相线对零线的电压就是220v，这一根相线和一根零线的入户方式，就是单相电，也就是我们插座里的电。
电力经过长途跋涉，终于入户了，点亮了家家户户。这流程看似就是不断变压，实际上却复杂的多，一台末端10kv转380v变压器就有一吨重，中国能够做到世界罕见的全境通电国家，实属不易。世界上许多国家，甚至是美国这样的科技大国，都屡遭停电。比如今年2月15日开始，由于暴风雪原因，美国德克萨斯州全州停电，由于德州电网是独立于美国的东部西部电网的，导致其它州不能进行电力支援，直到18日早才恢复送电，期间电费暴涨100美元。由于德州的取暖60%依靠电力，导致大量民众遭遇严寒，木头都成为了奢侈品，即便如此，依旧有人不幸被冻死。我国作为世界第一发电大国，即便在寒冷的冬季晚上依然灯火通明。我们能用上稳定和便宜的电，这与我们拥有掌握世界一流输电技术的大型国有企业国家电网是分不开的。最后，我想说的是，即使我们有世界上最多、最先进、最稳定的电力供应，我们还是应该大力倡导节约用电。
作者简介：金元宝，男，2007年10月生，八年级“求知少年”。『小小少年说』公号创建者，周五专栏小作者。自2016年3月25日起，每周一篇，纪录成长。 |
