中國新疆中部的電力塔網絡在夕陽的映襯下剪影。看 核電圖片.

　　電力有點像你呼吸的空氣：你不會真正去想它，直到它消失了。權力就“在那里”，不斷滿足您的各種需求。

　　只有在停電時，當你走進一個黑暗的房間，本能地按下無用的電燈開關時，你才會意識到電力在你的日常生活中是多么重要。

　　您使用電力 加熱， 冷卻， 烹飪， 制冷， 光， 聲音, 娛樂，計算機，移動設備，甚至您的汽車。沒有權力，我們所知道的生命就不存在。

　　電力通過一個稱為 配電網.網格非常公共 - 如果你住在郊區或農村地區，它很可能就在露天供所有人看到。事實上，它是如此公開，以至于您可能甚至不再注意到它了。你 腦 可能忽略了所有的電源線，因為它經常看到它們。

　　盡管我們大多數人都認為電網是理所當然的，但這絕不簡單。美國有450，000英里(724，205公里)的高壓電力線和160，000英里(257，500公里)的架空輸電線路將發電廠連接到家庭和企業[來源： 母鹿].由于無法儲存大量能量，因此必須在使用時產生電力[來源： 環 評].配電網必須快速響應不斷變化的需求，并不斷產生電力并將其輸送到最需要的地方。

　　電網也在不斷發展。現在，技術的升級使我們能夠使用太陽能電池板或風力發電機將自己的家庭發電連接到電網，并由公用事業公司償還。美國聯邦政府也在投資所謂的 智能電網 采用數字技術更有效地管理能源資源。智能電網項目還將擴大電網的范圍，以訪問地熱發電和風電場等可再生能源的遠程來源[來源： 母鹿].

　　在本文中，我們將介紹所有將電力帶到您家中的設備，以及哪些類型的故障會導致停電。

　　發電廠

　　主要發電廠的細分美國，按類型。

　　照片由 美國能源部電力從發電廠開始。在幾乎所有情況下，發電廠都由 旋轉發電機.必須有什么東西來旋轉發電機 - 它可能是水力發電大壩中的水車，一個大型 柴油機 或燃氣輪機。但在大多數情況下，旋轉發電機的東西是一個 汽輪機.蒸汽可能是通過燃燒煤、石油或天然氣產生的。或者蒸汽可能來自 核反應堆.

　　發電是美國溫室氣體排放的最大單一來源[來源： 美國環保署].這就是為什么開發更多的可再生能源如此重要的原因。2014年，美國67%的電力來自煤炭和天然氣等化石燃料。水力發電是最大的可再生能源，其次是太陽能、風能和地熱能。2014年，美國6%的電力來自水力發電，而太陽能、風能和熱能則來自太陽能、風能和熱能。 一起 占另外5%[來源： 環 評].

　　無論發電機旋轉什么能源，任何規模的商用發電機都會產生所謂的 三相交流電源.要了解三相交流電源，首先了解單相電源是有幫助的。

　　發電廠：交流電

　　單相電源 是你家里的東西。您通常將家用電氣服務稱為單相 120 伏交流電服務。如果您使用示波器并查看在普通墻板上發現的功率 出口，你會發現墻板的功率看起來像一個 正弦波，該波在 -170 伏和 170 伏之間振蕩。峰值確實為 170 伏;它是 120 伏的有效 (RMS) 電壓。

　　正弦波的振蕩速率為每秒 60 個周期。像這樣的振蕩功率通常被稱為交流電，或 交流電.交流電的替代方案是直流電，或 直流. 電池 產生直流電：穩定的電子流僅沿一個方向流動，從電池的負極到正極。

　　在配電網中，交流電至少比直流電具有三個優點：

　　大型發電機碰巧自然產生交流電，因此轉換為直流電將涉及額外的步驟。

　　變壓器必須有交流電才能運行，我們將看到配電網依賴于變壓器。

　　將交流電轉換為直流電很容易，但將直流電轉換為交流電的成本很高，因此如果您要選擇一個或另一個交流電將是更好的選擇。

　　因此，發電廠生產交流電。在下一頁中，您將了解發電廠產生的交流電。最值得注意的是，它分三個階段生產。

　　發電廠：三相電源

　　發電廠同時產生三個不同相的交流電，這三個階段是 偏移 120 度 彼此之間。每個發電廠都有四根電線： 三個階段 加上中性或 地 這三者共有。

　　為什么是三個階段?為什么不是一個、兩個或四個?在 1 相和 2 相電源中，正弦波越過零時每秒有 120 個力矩 伏.在三相電源中，在任何給定時刻，三相中的一個都接近峰值。因此，大功率三相電機(用于工業應用)和三相焊接設備等具有均勻的功率輸出。四相不會顯著改善情況，但會增加第四根導線，因此三相是自然的穩定點。

　　那么上面提到的這個“地面”呢?電力公司基本上使用大地作為電力系統中的電線之一。地球是一個非常好的導體，它很大，所以它為電子提供了一條很好的返回路徑。(汽車制造商也做了類似的事情;他們使用汽車的金屬車身作為汽車電氣系統中的電線之一，并將電池的負極連接到汽車的車身上。配電網中的“地面”實際上是您走出去時周圍的“地面”。它是地球的泥土、巖石、地下水等。

　　輸電變電站

插座并立即獲得高速互聯網接入。這項服務已經在美國的幾個城市提供，但有一些團體和政府機構正在努力阻止 " src="https://supp.iczoom.com/images/public/202301/1673578377183007339.gif" width="290" height="217"/>

　　想象一下，將計算機插入家中的任何電源插座并立即獲得高速互聯網接入。這項服務已經在美國的幾個城市提供，但有一些團體和政府機構正在努力阻止

　　三相電源離開發電機并進入 輸電變電站 在發電廠。該變電站使用大型變壓器將發電機的電壓轉換或“升壓”為極高的電壓，以便在輸電網上進行長距離傳輸。長距離傳輸的典型電壓在 155，000 至 765，000 伏特之間。電壓越高，由于電阻而損失的能量越少[來源： 加州大學蘇薩分校].

　　典型的最大傳輸距離約為 300 英里(483 公里)。當您看到高壓輸電線路時，它們非常明顯。它們是巨大的鋼塔，排成一條線，向地平線延伸。

　　所有高壓塔都有三根用于三相的電線。許多塔樓還沿著塔頂鋪設了額外的電線。這些是地線，主要是為了吸引閃電.

　　配電網

　　電力從“傳輸”轉換為“分配”發生的地方是在變電站中。

　　何塞·伯納特·巴塞特/蓋蒂圖片社為了使電力在家庭或企業中有用，它從輸電網中脫落并且 已下臺 到配電網。這可能分幾個階段發生。從“傳輸”到“分配”的轉換發生的地方是 變電站.變電站通常做兩到三件事：

　　它具有變壓器，可將傳輸電壓(在數萬或數十萬伏范圍內)“降壓”到配電電壓(通常小于10，000伏)。

　　它有一個“總線”，可以在多個方向上分配配電功率。

　　它通常具有斷路器和開關，以便變電站可以與輸電網斷開連接，或者在必要時可以將單獨的配電線路與變電站斷開。

　　電源從變壓器到 配電總線.總線將電力分配到當地配電線路。總線有自己的變壓器，也可以根據當地的能源需求降壓或升壓。

　　在總線上，可能有兩組獨立的配電線路，電壓不同。連接到總線的較小變壓器將一組線路的功率降至標準線路電壓(通常為 7，200 伏)，而電源在主變壓器的較高電壓下從另一個方向離開。

　　下次你在路上開車時，你可以用完全不同的眼光看電線。在典型的電線桿上，電線桿頂部的三根電線是三相電源的三根電線。兩極下方的第四根導線是地線。在某些情況下，會有額外的電線，通常 電話, 有線電視 或在同一根桿子上的互聯網線路。

　　承載更高電壓的線路在進入住宅樓和大多數企業之前需要進一步降壓。這通常發生在另一個變電站或線路某處的小型變壓器中。例如，您經常會在分區入口附近看到一個大的綠色盒子(一側可能為 6 英尺或 1.8 米)。它正在執行細分的降壓功能。

　　監管機構銀行

　　鳥兒棲息在電線上。請注意，有三根電線來自極點。

　　MATEUSZ CYBART/EYEEM/GETTY IMAGES您還會發現位于沿線的監管機構銀行，無論是地下還是空中。地上的調節器組看起來像三個垃圾桶大小的變壓器，由兩個電線桿支撐。它們調節線路上的電壓，以防止欠壓和過壓情況。調節器組致力于在三根電線(第四根地線在桿子上較低)上保持穩定的 7，200 伏電壓穿過附近。

　　大多數家庭和企業只需要單相電源，因此通常您會看到三根電線沿著主干道運行，并且 水龍頭 在小街上跑掉。電線桿上的水龍頭可以配置為為住宅和商業建筑提供單相或兩相電力。

　　為您的房屋發電

　　接地或電氣接地為電子提供了良好的返回路徑。了解接地和配電系統，從地線到裸線。

　　最后，我們來到了為您的房屋供電的電線!經過一個典型的房子運行一組桿子，帶有一相電源(7，200伏)和一根地線(盡管有時桿上會有兩到三相，具體取決于房屋在配電網中的位置)。在每所房子里，都有一個 變壓器卷筒 附著在桿子上。

　　在許多郊區社區，配電線路是 地下 每家每戶或兩戶都有綠色的變壓器箱。

　　變壓器的工作是將 7，200 伏降低到 240 伏 這構成了正常的家庭用電服務。讓我們從底部再看一遍這個桿子，看看發生了什么：

　　請注意，有一根裸線沿著桿子向下延伸。這是一根接地線。地球上的每一根電線桿都有一個。如果您曾經觀看過電力公司安裝新桿子，您會發現裸線的末端以線圈形式固定在桿子的底部，因此與大地直接接觸，在地下運行 6 到 10 英尺(1.8 到 3 米)。這是一個良好、牢固的接地連接。如果你仔細檢查一根電線桿，你會發現在電線桿之間運行的地線(通常是來自側面的拉線)連接到這個與地面的直接連接上。

　　有兩根電線從變壓器中流出，三根電線連接到房子。變壓器的兩個是絕緣的，第三個是裸露的。裸線是地線。兩根絕緣線各承載 120 伏，但它們異相 180 度，因此它們之間的差異為 240 伏。這種安排允許房主同時使用 120 伏和 240 伏電器。變壓器以這種配置接線：

　　2003年的大規模停電說明了標準配電系統固有的一個主要問題。

　　240伏特通過 電度計，它測量您的電力消耗，以便電力公司可以向您收取所有這些電線的費用。過去，抄表員會定期檢查您的儀表以記錄您的使用情況。作為國家升級的一部分 智能電網 技術，數以百萬計的住宅電表現已被替換為 智能電表 直接與電力公司溝通。該公用事業公司不僅可以遠程讀取您的儀表，而且在停電時會立即收到通知，從而加快恢復時間[來源： 母鹿].

　　安全裝置：保險絲

　　電源通過斷路器面板進入家庭。

　　熔斷器 和斷路器是安全裝置.假設您家中沒有保險絲或斷路器，并且“出了問題”。 可能出現什么問題?以下是一些示例：

　　一把風扇 發動機 燒壞軸承，卡住，過熱和熔化，導致電源和接地之間的直接連接。

　　燈中的電線松動并直接將電源接地。

　　鼠標咬斷電線中的絕緣層，直接將電源接地。

　　有人不小心用 吸塵器，在此過程中切斷并直接將電源接地。

　　一個人在客廳里掛著一幅畫，用于畫的釘子碰巧刺穿了墻上的電源線，直接將電源接地。

　　當 120 伏電源線直接接地時，其生活目標是通過連接泵送盡可能多的電力。在這種情況下，設備或墻上的電線都會起火。(墻上的電線會變熱，就像電烤箱中的元件變熱一樣，也就是說非常熱!

　　一個 保險絲 是一種簡單的設備，旨在在這種情況下極快地過熱和燒毀。在保險絲中，當電流過載通過時，一塊薄薄的箔片或電線會迅速蒸發。這會立即切斷電線的電源，防止其過熱。保險絲每次燒壞時都必須更換，這就是為什么很少有家庭仍在使用它們的原因。

　　一個 斷路器 利用過載產生的熱量使開關跳閘，因此斷路器可復位。電源通過 斷路器面板.里面 斷路器面板 是從變壓器進入 主斷路器 在頂部。主斷路器允許您在必要時切斷整個面板的電源。在這個整體設置中，房屋中不同插座和燈的所有電線都有一個單獨的斷路器或保險絲。

　　如果斷路器打開，則電流流過墻上的電線并最終到達其最終目的地 出口.

　　并網可再生能源系統

　　如果您居住在亞利桑那州、新墨西哥州和內華達州等州，那么擁有 太陽能電池板.亞利桑那州圖森市每年平均日照時間超過3，800小時[來源： 當前結果].過去，如果您想使用太陽能電池板或風力渦輪機等可再生資源產生自己的電力，則必須運行”離網“ — 與當地電力公司運行的電網斷開連接。

　　現在，由于技術的升級以及政策和法規的變化，大多數州和公用事業公司允許個人自己發電并與更大的電網保持聯系。

　　它是如何工作的?有了特殊的電表和一些電流逆溫設備，房主可以利用陽光和風能等可再生資源來補充他們從電網獲得的電力。如果圖森是陰天，擁有并網房屋的人們不必在黑暗中閱讀。他們可以根據需要使用來自主電網的電力或多或少。

　　更好的是，如果房主能夠產生比他們需要的更多的電力，當地公用事業公司將從他們那里購買多余的電力，本質上是“倒轉電表”[來源： 母鹿].

　　家用電池

　　傳統并網太陽能系統的一個缺點是消費者在早上和晚上使用大部分電力，而太陽能發電在中午達到頂峰。從本質上講，房主將白天的能源出售給公用事業公司，然后在晚上買回。2015年，電動汽車公司特斯拉汽車公司(Tesla Motors)宣布了其Powerwall系統，這是一種壁掛式鋰離子電池，可在家中存儲千瓦的太陽能發電，可充電并隨時可用[來源： 特斯拉].

　　停電的原因是什么?

　　自由女神像是為數不多的不受2003年大停電影響的建筑之一，這場停電使紐約市和附近地區陷入癱瘓。

　　2003年8月14日下午4點剛過，美國東部和加拿大的大片地區一片黑暗。2003年的大規模停電影響了美國八個州和加拿大安大略省的5000萬人。一些地區的電力兩天沒有恢復.

　　雖然 停電 這種規模很少見，它們引起了人們對電網系統弱點的關注。美國-加拿大電網實際上由三個獨立的電網組成：東部互連，西部互連和ERCOT互連(也稱為德克薩斯互連)。在這三個電網中的每一個，數百個發電廠必須發電，以滿足整個電網不斷變化的電力需求。

　　如果一個發電廠倒閉，或者一條高壓輸電線路被切斷，或者一臺發電機發生故障，那么其他機組必須收拾殘局。通常這不是問題。但是，當電力需求很高時——就像2003年8月那個炎熱的下午一樣——電網中的孤立故障可能會引發一連串的故障，導致數百萬人停電。

　　2003年停電的原因是人為錯誤，計算機故障和電力線附近雜草叢生的樹木。它始于俄亥俄州北部的一些發電機因機械故障而離線。負載被轉移到附近的發電機，但雜草叢生的樹木與架空電力線接觸，導致這些線路跳閘。該地區的公用事業公司沒有足夠的監控系統，因此工人們未能認識到情況的嚴重性，然后該地區的發電機過載并關閉

　　像一個 斷路器，當負載高到危險時，電網的組件可能會“跳閘”并關閉。結果是負載被傳遞到電網的其他部分，這些部分也可能關閉，產生導致停電的多米諾骨牌效應。

　　雖然可以糾正人為錯誤和計算機故障，但公用事業公司對惡劣天氣無能為力。惡劣天氣 - 大風，雷擊，大雪 - 是美國停電的頭號原因[來源： 母鹿].

　　下次你開車在路上看電線，或者下次你打開燈時，你希望能更好地了解正在發生的事情。配電網確實是一個令人難以置信的系統。