中国新疆中部的电力塔网络在夕阳的映衬下剪影。看 核电图片.

　　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。权力就“在那里”，不断满足您的各种需求。

　　只有在停电时，当你走进一个黑暗的房间，本能地按下无用的电灯开关时，你才会意识到电力在你的日常生活中是多么重要。

　　您使用电力 加热， 冷却， 烹饪， 制冷， 光， 声音, 娱乐，计算机，移动设备，甚至您的汽车。没有权力，我们所知道的生命就不存在。

　　电力通过一个称为 配电网.网格非常公共 - 如果你住在郊区或农村地区，它很可能就在露天供所有人看到。事实上，它是如此公开，以至于您可能甚至不再注意到它了。你 脑 可能忽略了所有的电源线，因为它经常看到它们。

　　尽管我们大多数人都认为电网是理所当然的，但这绝不简单。美国有450，000英里(724，205公里)的高压电力线和160，000英里(257，500公里)的架空输电线路将发电厂连接到家庭和企业[来源： 母鹿].由于无法储存大量能量，因此必须在使用时产生电力[来源： 环 评].配电网必须快速响应不断变化的需求，并不断产生电力并将其输送到最需要的地方。

　　电网也在不断发展。现在，技术的升级使我们能够使用太阳能电池板或风力发电机将自己的家庭发电连接到电网，并由公用事业公司偿还。美国联邦政府也在投资所谓的 智能电网 采用数字技术更有效地管理能源资源。智能电网项目还将扩大电网的范围，以访问地热发电和风电场等可再生能源的远程来源[来源： 母鹿].

　　在本文中，我们将介绍所有将电力带到您家中的设备，以及哪些类型的故障会导致停电。

　　发电厂

　　主要发电厂的细分美国，按类型。

　　照片由 美国能源部电力从发电厂开始。在几乎所有情况下，发电厂都由 旋转发电机.必须有什么东西来旋转发电机 - 它可能是水力发电大坝中的水车，一个大型 柴油机 或燃气轮机。但在大多数情况下，旋转发电机的东西是一个 汽轮机.蒸汽可能是通过燃烧煤、石油或天然气产生的。或者蒸汽可能来自 核反应堆.

　　发电是美国温室气体排放的最大单一来源[来源： 美国环保署].这就是为什么开发更多的可再生能源如此重要的原因。2014年，美国67%的电力来自煤炭和天然气等化石燃料。水力发电是最大的可再生能源，其次是太阳能、风能和地热能。2014年，美国6%的电力来自水力发电，而太阳能、风能和热能则来自太阳能、风能和热能。 一起 占另外5%[来源： 环 评].

　　无论发电机旋转什么能源，任何规模的商用发电机都会产生所谓的 三相交流电源.要了解三相交流电源，首先了解单相电源是有帮助的。

　　发电厂：交流电

　　单相电源 是你家里的东西。您通常将家用电气服务称为单相 120 伏交流电服务。如果您使用示波器并查看在普通墙板上发现的功率 出口，你会发现墙板的功率看起来像一个 正弦波，该波在 -170 伏和 170 伏之间振荡。峰值确实为 170 伏;它是 120 伏的有效 (RMS) 电压。

　　正弦波的振荡速率为每秒 60 个周期。像这样的振荡功率通常被称为交流电，或 交流电.交流电的替代方案是直流电，或 直流. 电池 产生直流电：稳定的电子流仅沿一个方向流动，从电池的负极到正极。

　　在配电网中，交流电至少比直流电具有三个优点：

　　大型发电机碰巧自然产生交流电，因此转换为直流电将涉及额外的步骤。

　　变压器必须有交流电才能运行，我们将看到配电网依赖于变压器。

　　将交流电转换为直流电很容易，但将直流电转换为交流电的成本很高，因此如果您要选择一个或另一个交流电将是更好的选择。

　　因此，发电厂生产交流电。在下一页中，您将了解发电厂产生的交流电。最值得注意的是，它分三个阶段生产。

　　发电厂：三相电源

　　发电厂同时产生三个不同相的交流电，这三个阶段是 偏移 120 度 彼此之间。每个发电厂都有四根电线： 三个阶段 加上中性或 地 这三者共有。

　　为什么是三个阶段?为什么不是一个、两个或四个?在 1 相和 2 相电源中，正弦波越过零时每秒有 120 个力矩 伏.在三相电源中，在任何给定时刻，三相中的一个都接近峰值。因此，大功率三相电机(用于工业应用)和三相焊接设备等具有均匀的功率输出。四相不会显著改善情况，但会增加第四根导线，因此三相是自然的稳定点。

　　那么上面提到的这个“地面”呢?电力公司基本上使用大地作为电力系统中的电线之一。地球是一个非常好的导体，它很大，所以它为电子提供了一条很好的返回路径。(汽车制造商也做了类似的事情;他们使用汽车的金属车身作为汽车电气系统中的电线之一，并将电池的负极连接到汽车的车身上。配电网中的“地面”实际上是您走出去时周围的“地面”。它是地球的泥土、岩石、地下水等。

　　输电变电站

插座并立即获得高速互联网接入。这项服务已经在美国的几个城市提供，但有一些团体和政府机构正在努力阻止 " src="https://supp.iczoom.com/home/wwwroot/filedata/hjiczoom/images/public/202301/1673578377183007339.gif" width="290" height="217"/>

　　想象一下，将计算机插入家中的任何电源插座并立即获得高速互联网接入。这项服务已经在美国的几个城市提供，但有一些团体和政府机构正在努力阻止

　　三相电源离开发电机并进入 输电变电站 在发电厂。该变电站使用大型变压器将发电机的电压转换或“升压”为极高的电压，以便在输电网上进行长距离传输。长距离传输的典型电压在 155，000 至 765，000 伏特之间。电压越高，由于电阻而损失的能量越少[来源： 加州大学苏萨分校].

　　典型的最大传输距离约为 300 英里(483 公里)。当您看到高压输电线路时，它们非常明显。它们是巨大的钢塔，排成一条线，向地平线延伸。

　　所有高压塔都有三根用于三相的电线。许多塔楼还沿着塔顶铺设了额外的电线。这些是地线，主要是为了吸引闪电.

　　配电网

　　电力从“传输”转换为“分配”发生的地方是在变电站中。

　　何塞·伯纳特·巴塞特/盖蒂图片社为了使电力在家庭或企业中有用，它从输电网中脱落并且 已下台 到配电网。这可能分几个阶段发生。从“传输”到“分配”的转换发生的地方是 变电站.变电站通常做两到三件事：

　　它具有变压器，可将传输电压(在数万或数十万伏范围内)“降压”到配电电压(通常小于10，000伏)。

　　它有一个“总线”，可以在多个方向上分配配电功率。

　　它通常具有断路器和开关，以便变电站可以与输电网断开连接，或者在必要时可以将单独的配电线路与变电站断开。

　　电源从变压器到 配电总线.总线将电力分配到当地配电线路。总线有自己的变压器，也可以根据当地的能源需求降压或升压。

　　在总线上，可能有两组独立的配电线路，电压不同。连接到总线的较小变压器将一组线路的功率降至标准线路电压(通常为 7，200 伏)，而电源在主变压器的较高电压下从另一个方向离开。

　　下次你在路上开车时，你可以用完全不同的眼光看电线。在典型的电线杆上，电线杆顶部的三根电线是三相电源的三根电线。两极下方的第四根导线是地线。在某些情况下，会有额外的电线，通常 电话, 有线电视 或在同一根杆子上的互联网线路。

　　承载更高电压的线路在进入住宅楼和大多数企业之前需要进一步降压。这通常发生在另一个变电站或线路某处的小型变压器中。例如，您经常会在分区入口附近看到一个大的绿色盒子(一侧可能为 6 英尺或 1.8 米)。它正在执行细分的降压功能。

　　监管机构银行

　　鸟儿栖息在电线上。请注意，有三根电线来自极点。

　　MATEUSZ CYBART/EYEEM/GETTY IMAGES您还会发现位于沿线的监管机构银行，无论是地下还是空中。地上的调节器组看起来像三个垃圾桶大小的变压器，由两个电线杆支撑。它们调节线路上的电压，以防止欠压和过压情况。调节器组致力于在三根电线(第四根地线在杆子上较低)上保持稳定的 7，200 伏电压穿过附近。

　　大多数家庭和企业只需要单相电源，因此通常您会看到三根电线沿着主干道运行，并且 水龙头 在小街上跑掉。电线杆上的水龙头可以配置为为住宅和商业建筑提供单相或两相电力。

　　为您的房屋发电

　　接地或电气接地为电子提供了良好的返回路径。了解接地和配电系统，从地线到裸线。

　　最后，我们来到了为您的房屋供电的电线!经过一个典型的房子运行一组杆子，带有一相电源(7，200伏)和一根地线(尽管有时杆上会有两到三相，具体取决于房屋在配电网中的位置)。在每所房子里，都有一个 变压器卷筒 附着在杆子上。

　　在许多郊区社区，配电线路是 地下 每家每户或两户都有绿色的变压器箱。

　　变压器的工作是将 7，200 伏降低到 240 伏 这构成了正常的家庭用电服务。让我们从底部再看一遍这个杆子，看看发生了什么：

　　请注意，有一根裸线沿着杆子向下延伸。这是一根接地线。地球上的每一根电线杆都有一个。如果您曾经观看过电力公司安装新杆子，您会发现裸线的末端以线圈形式固定在杆子的底部，因此与大地直接接触，在地下运行 6 到 10 英尺(1.8 到 3 米)。这是一个良好、牢固的接地连接。如果你仔细检查一根电线杆，你会发现在电线杆之间运行的地线(通常是来自侧面的拉线)连接到这个与地面的直接连接上。

　　有两根电线从变压器中流出，三根电线连接到房子。变压器的两个是绝缘的，第三个是裸露的。裸线是地线。两根绝缘线各承载 120 伏，但它们异相 180 度，因此它们之间的差异为 240 伏。这种安排允许房主同时使用 120 伏和 240 伏电器。变压器以这种配置接线：

　　2003年的大规模停电说明了标准配电系统固有的一个主要问题。

　　240伏特通过 电度计，它测量您的电力消耗，以便电力公司可以向您收取所有这些电线的费用。过去，抄表员会定期检查您的仪表以记录您的使用情况。作为国家升级的一部分 智能电网 技术，数以百万计的住宅电表现已被替换为 智能电表 直接与电力公司沟通。该公用事业公司不仅可以远程读取您的仪表，而且在停电时会立即收到通知，从而加快恢复时间[来源： 母鹿].

　　安全装置：保险丝

　　电源通过断路器面板进入家庭。

　　熔断器 和断路器是安全装置.假设您家中没有保险丝或断路器，并且“出了问题”。 可能出现什么问题?以下是一些示例：

　　一把风扇 发动机 烧坏轴承，卡住，过热和熔化，导致电源和接地之间的直接连接。

　　灯中的电线松动并直接将电源接地。

　　鼠标咬断电线中的绝缘层，直接将电源接地。

　　有人不小心用 吸尘器，在此过程中切断并直接将电源接地。

　　一个人在客厅里挂着一幅画，用于画的钉子碰巧刺穿了墙上的电源线，直接将电源接地。

　　当 120 伏电源线直接接地时，其生活目标是通过连接泵送尽可能多的电力。在这种情况下，设备或墙上的电线都会起火。(墙上的电线会变热，就像电烤箱中的元件变热一样，也就是说非常热!

　　一个 保险丝 是一种简单的设备，旨在在这种情况下极快地过热和烧毁。在保险丝中，当电流过载通过时，一块薄薄的箔片或电线会迅速蒸发。这会立即切断电线的电源，防止其过热。保险丝每次烧坏时都必须更换，这就是为什么很少有家庭仍在使用它们的原因。

　　一个 断路器 利用过载产生的热量使开关跳闸，因此断路器可复位。电源通过 断路器面板.里面 断路器面板 是从变压器进入 主断路器 在顶部。主断路器允许您在必要时切断整个面板的电源。在这个整体设置中，房屋中不同插座和灯的所有电线都有一个单独的断路器或保险丝。

　　如果断路器打开，则电流流过墙上的电线并最终到达其最终目的地 出口.

　　并网可再生能源系统

　　如果您居住在亚利桑那州、新墨西哥州和内华达州等州，那么拥有 太阳能电池板.亚利桑那州图森市每年平均日照时间超过3，800小时[来源： 当前结果].过去，如果您想使用太阳能电池板或风力涡轮机等可再生资源产生自己的电力，则必须运行”离网“ — 与当地电力公司运行的电网断开连接。

　　现在，由于技术的升级以及政策和法规的变化，大多数州和公用事业公司允许个人自己发电并与更大的电网保持联系。

　　它是如何工作的?有了特殊的电表和一些电流逆温设备，房主可以利用阳光和风能等可再生资源来补充他们从电网获得的电力。如果图森是阴天，拥有并网房屋的人们不必在黑暗中阅读。他们可以根据需要使用来自主电网的电力或多或少。

　　更好的是，如果房主能够产生比他们需要的更多的电力，当地公用事业公司将从他们那里购买多余的电力，本质上是“倒转电表”[来源： 母鹿].

　　家用电池

　　传统并网太阳能系统的一个缺点是消费者在早上和晚上使用大部分电力，而太阳能发电在中午达到顶峰。从本质上讲，房主将白天的能源出售给公用事业公司，然后在晚上买回。2015年，电动汽车公司特斯拉汽车公司(Tesla Motors)宣布了其Powerwall系统，这是一种壁挂式锂离子电池，可在家中存储千瓦的太阳能发电，可充电并随时可用[来源： 特斯拉].

　　停电的原因是什么?

　　自由女神像是为数不多的不受2003年大停电影响的建筑之一，这场停电使纽约市和附近地区陷入瘫痪。

　　2003年8月14日下午4点刚过，美国东部和加拿大的大片地区一片黑暗。2003年的大规模停电影响了美国八个州和加拿大安大略省的5000万人。一些地区的电力两天没有恢复.

　　虽然 停电 这种规模很少见，它们引起了人们对电网系统弱点的关注。美国-加拿大电网实际上由三个独立的电网组成：东部互连，西部互连和ERCOT互连(也称为德克萨斯互连)。在这三个电网中的每一个，数百个发电厂必须发电，以满足整个电网不断变化的电力需求。

　　如果一个发电厂倒闭，或者一条高压输电线路被切断，或者一台发电机发生故障，那么其他机组必须收拾残局。通常这不是问题。但是，当电力需求很高时——就像2003年8月那个炎热的下午一样——电网中的孤立故障可能会引发一连串的故障，导致数百万人停电。

　　2003年停电的原因是人为错误，计算机故障和电力线附近杂草丛生的树木。它始于俄亥俄州北部的一些发电机因机械故障而离线。负载被转移到附近的发电机，但杂草丛生的树木与架空电力线接触，导致这些线路跳闸。该地区的公用事业公司没有足够的监控系统，因此工人们未能认识到情况的严重性，然后该地区的发电机过载并关闭

　　像一个 断路器，当负载高到危险时，电网的组件可能会“跳闸”并关闭。结果是负载被传递到电网的其他部分，这些部分也可能关闭，产生导致停电的多米诺骨牌效应。

　　虽然可以纠正人为错误和计算机故障，但公用事业公司对恶劣天气无能为力。恶劣天气 - 大风，雷击，大雪 - 是美国停电的头号原因[来源： 母鹿].

　　下次你开车在路上看电线，或者下次你打开灯时，你希望能更好地了解正在发生的事情。配电网确实是一个令人难以置信的系统。