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发电、输(送)电和配电的话题

已有 2919 次阅读 2011-11-18 12:30 |个人分类:镜子大全|系统分类:科普集锦| 发电, 输电, 配电

发电、输(送)电和配电的话题:下游和上游的视点。
作者: mirror (*)
日期: 11/17/2011 20:37:52

谁知道工业用电为啥要三相吗?
哪位给解释一下那240v,208V 和120V是怎么出来的?

人有闲工夫的时候就要想些“闲事儿”了。电力也是种能源,当然效率最好是能有直流的发电、直流的变电。但是考虑到技术和成本,还是要“落实”到交流发电上来。“交流”来自线圈(导体)在磁场中的旋转(运动)。直流的发电的技术是靠液体金属导体在磁场中的运动。液体金属导体的冲刷腐蚀性很难克服,还是用固体的线圈稳妥。

发电机是个机械能与电能的转换装置,当然就有个效率的问题。直流的效率最好,从机械受力可以判断出来。一组线圈的受力情况是个sin曲线。这样一来就有了个不受力、或少受力的区间。为了缓和这个“死区”,就要换个角度,多方几组线圈。就如同发动机多设置几个汽缸一样的道理。与汽缸不同的是线圈需要放在同一个磁场里面。

一组线圈的线要足够地多,一个发电机里的线圈也是要足够地多。但是空间就一个,两个因子是相互排斥的。三组线圈,六个电极是个妥协点。按国人的说法就是“六六大顺”。三组线圈的空间位置,决定了3相电的电力(相位)结构。

说了这么多,一言以蔽之,用同样多的材料和空间,三相发电(机械能-电能的转换)的效率最好。因此多是三相发电。也有直流发电的装置,通过整流子来调整电流的方向。但是理解了电磁学原理的话,就可以知道,那是没有必要的“折腾”了。

如何能验证用同样多的材料和空间,三相发电(机械能-电能的转换)的效率最好呢?一个比较简便的方法就是看看马达(电动机)的指标:单位出力(千瓦)的马达重量。单相的要比三相的重一些。电动机是发电机的“镜像”,是把电能转换成机械能的装置。

高压输电的话题被解说过很多,这里不再论。需要指出的是,交流变压输电的“优越性”已经是个被淘汰了的思考。有了半导体电力变换装置的今天,高压直流送电的效率更高。因为高压送电的一个技术极限在于高压的耐压极限。对交流的耐压100万伏,实际上要承担1.4倍的峰值电压。这样的设备对直流来说就可以输送140万伏的电力了。而且今天主要的用电方式不再是动力马达了,根据需求,做各种电力的变换也很方便。在实际的用电过程中,往往也都是如此。

配电是个上游的视点,用电则是个下游的视点。用户的视点是“用电”,因此就会问电压的、相数的和频率的问题。

配电是指从输电的终端向各个用电单位的布线,其中同样有个“效率”的问题:用同样材料、设备消耗,如何能输送最多的电力、同时满足不同用户的需求。

可分为单相双线、单相三线;三相三线、三相四线的方式。动力用电当然最好是三相三线,但考虑到非动力(电阻)用电,多采用三相四线方式。单相三线、三相四线中,有一个是地线(零电位),两(三)个是相(火)线。

一般家庭里多是单相三线方式,产业用电是三相四线。火地线之间220V、火火(相相)线之间380V。这是欧洲的标准。美国就比较乱了。两倍关系的是来自单相三线方式,根号3关系的是来自三相四线。380/220=1.73。

电压、频率的标准都是来自历史的遗产。思考的初始是利用有限的设备获得最大的功率、最有效地利用资源。但是这个“初始”一旦形成了,随后的思考就不再是“原始”的理性思考,而是被已经形成了的“初始状态”约束了。

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就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。


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1 赵明

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