1.1 电能的生产、输送和分配

1.电的定义

我们都知道摩擦生电，用梳子梳理干燥的头发时，常常会听到“僻僻、啪啪”的响声，如果在黑夜里，还会看到一些细小的火花；将这把梳子放到一撮小纸屑的近旁，小纸屑会被梳子吸起来。那么，电是什么呢？电是一种特殊的能量，称为电能。

自然界的一切物质都是由分子组成的，分子又是由原子组成的，每一种原子都有一个处在中心的原子核，在原子核周围有若干个电子沿着一定的轨道做着高速度的旋转运动。原子核是带正电的，而电子是带负电的。在原子未受外力的作用时，原子核所带的正电荷与外层电子所带的负电荷相等。因此原子对外界处于平衡状态，不显电性。

不同的原子，其原子核的质量及其周围的电子数目是不同的。如铜原子和铝原子，它们的原子结构如图1-1所示。铜原子核内有29个带正电的质子（中子不带电），核外有29个带负电的电子。电子皇四层分布，最外层只有1个电子，如图1-1a所示。铝原子核内有13个质子，核外有与质子数相等的13个电子，最外层有3个电子，如图1-1b所示。

那些处在最外层轨道上的电子，由于它们距离原子核比较远，受到原子核的束缚力比较弱，在受到外界因素（如热、光、机械力）影响时，很容易脱离自己的轨道，摆脱原子核的束缚，成为自由电子。铜、铝等金属物质都具有不稳定的外层电子，在常温下就会脱离轨道成为自由电子（如每cm³铜中包含8×1032个自由电子）。

如果原子失掉一个或几个外层电子，则它的电平衡就被破坏了，正电荷多于负电荷，这个原子就带正电；同理，飞出轨道的电子被另外的原子所吸收，另外的那个原子就带负电。

图1-1 原子结构示意图

a）铜原子结构示意图 b）铝原子结构示意图

2.电能产生的分类

电能是由煤炭、石油、水力、核能、太阳能和风能等一次能源通过各种转换装置而获得的二次能源。

电能生产的分类如图1-2所示。

图1-2 各种发电装置示意

1）火力发电：它是利用煤炭、石油燃烧后产生的热量来加热水，使之成为高温、高压蒸汽，再用蒸汽推动汽轮机旋转并带动三相交流发电机发电。

2）水力发电：它是利用水流的势能来发电，即用水流的落差及流量去推动水轮机旋转并带动三相交流同步发电机发电。

3）核能发电：它是利用原子核裂变时释放出来的巨大能量来加热水，使之成为高温、高压蒸汽，再用蒸汽推动汽轮机并带动三相交流同步发电机发电。

4）太阳能、风力、地热等能源发电。

3.电能的输送

世界各国将本国或一个地区的各发电站并入一个强大电网，构成一个集中管理、统一调度的大电力系统（电力网）。电的输送示意如图1-3所示。

图1-3 电的输送示意

目前，我国高压输电的电压等级有110kV、220kV、330kV及500kV等多种。由于发电机本身结构及绝缘材料的限制，不可能直接产生这样高的电压，在输电时首先必须通过升压变压器将电压升高。

高压电能输送到用电区后，还必须通过各级降压变电站，将电压降至合适的数值。例如，工厂输电线路，高压为35kV或10kV，低压为380V和220V。

当高压电送到工厂以后，由工厂的变、配电站迸行变电和配电。大、中型工厂都有自己的变、配电站。用电量在1000kV以下的工厂、企业等用电部门，一般只需一个低压配电室。

在配电过程中，通常把动力用电和照明用电分别配电，这样可缩小局部故障带来的影响。