1、
電能有點像我們呼吸的空氣：直到失去它，我們才會真正意識到它的存在。電總是在“守候著”，持續(xù)地滿足人類的每一個需求。只有當停電的時候，當您走進漆黑的房間，本能地按下不起作用的電燈開關(guān)時，您才會意識到電在我們的日常生活中是多么重要。我們用電來
加熱、
降溫、
烹飪、冷凍、
照明、
音響、
計算、
娛樂……沒了它，生活多少將會變得麻煩起來。
電是通過一個令人驚奇的配電網(wǎng)從發(fā)電站輸送到人們家中的。
這個網(wǎng)絡(luò)無處不在——如果您住在郊區(qū)或者鄉(xiāng)下，那么很有可能它就在露天，所有人都能看到它。事實上，您可能根本就沒有意識到它的存在。因為司空見慣，所以您的
大腦可能對所有的電線都視而不見。在這篇文章中，我們將以美國為例，考察所有那些將電輸送到人們家中的各種設(shè)備。這樣，當您以后再看到電網(wǎng)設(shè)備時就能好好打量一番并且理解它的作用了。
2、
發(fā)電站
電能最初來自于發(fā)電站。在大多數(shù)情況下，發(fā)電站都裝備有一臺轉(zhuǎn)動的發(fā)電機。發(fā)電機的轉(zhuǎn)子必須通過某種方式來驅(qū)動——可以是
水力發(fā)電的水壩中的水輪、大型的
柴油發(fā)動機或者燃氣輪機。但是在大多數(shù)情況下，驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子的是蒸汽輪機。蒸汽可以由燃煤、燃油或者燒天然氣來產(chǎn)生，此外，還可以由
核反應堆來產(chǎn)生，比如這臺座落于美國北卡羅萊納州羅利市附近的希隆·哈里斯核電站中的反應堆：
不論是什么驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，任何規(guī)模的商用發(fā)電機發(fā)出的電都屬于所謂的三相交流電。要理解三相交流電，有必要先理解單相電是怎么回事。
美國能源部供圖
美國主要發(fā)電站的分類圖（按類型顯示）
3、
交流電
我們在家中使用的是單相電。通常在美國，說到家用電子設(shè)備，指的都是單相120伏電器。如果使用
示波器觀察房子里墻板上的普通電源插座中的電，您會發(fā)現(xiàn)它看上去像是正弦波，波動的幅度在-170伏和170伏之間（峰值的確是170伏；有效（均方根）電壓才是120伏）。這個正弦波波動的頻率為每秒鐘60個循環(huán)，像這樣的波動電流通常被稱為交流電（AC）。與之相對的是直流電（DC）。
電池提供直流電：一股穩(wěn)定的電子流統(tǒng)一地從電池的負極流向正極。
在配電網(wǎng)中，交流電比起直流電至少有三個優(yōu)點：
大型發(fā)電機直接生產(chǎn)的電是交流電。因而，要將交流轉(zhuǎn)化為直流電就得再添加一個額外的步驟。 變壓器只能處理交流電，我們將會看到，配電網(wǎng)依賴于變壓器。 將交流電轉(zhuǎn)化為直流電很容易實現(xiàn)，但是，要把直流電轉(zhuǎn)化為交流電就沒那么簡單了。所以，如果您既想使用直流電又想使用交流電，那么提供交流電源是更好的選擇。
因此，發(fā)電站生產(chǎn)的是交流電。在下一頁，您將會了解發(fā)電站中生產(chǎn)交流電的信息。最引人注意的是，它提供的是三相電。
4、
三相電
發(fā)電站同時生產(chǎn)三個不同相位的交流電，這三股電流的相位間有120度的位移。每座發(fā)電站都有四條輸出電線：三相電流加上三者共用的零線或者叫做地線。將這三個相位的電流畫在圖上，相對于地線的圖像將會是下面的這個樣子：
三相電并沒什么神奇之處，它只不過是將三個單相電流同步再將相位偏移120度。
為什么是三相的？而不是單相、兩相或者四相？因為，在單相和兩相電中，每秒鐘有120個時刻正弦波穿過零伏特。而在三相電中，在任一時刻三個相位電流中總有一個接近峰值。大功率三相發(fā)動機（在工廠設(shè)備中使用）以及像三相焊接設(shè)備這樣的電器因而就有了平穩(wěn)的功率輸出。四相電不會帶來太大幅度的改善，但卻需要增加第四根電線，所以三相是很明智的選擇。
那么上文提到的“地線”是怎么回事？電力公司實際上使用大地作為電力系統(tǒng)中的電線中的一根。大地是很好的導體并且它很巨大，所以它為電子提供了很好的返回路徑。（汽車制造商也如法炮制；他們使用汽車的金屬外殼作為汽車電子系統(tǒng)的電線之一并把汽車電池的負極與車身相連。）配電網(wǎng)中的“地線”顧名思義就是您每天在外面行走于其上的“大地”，它包括大地的泥土、巖石、地下水等物質(zhì)。
5、變電所
三相電流從發(fā)電機發(fā)出后進入發(fā)電站的輸電變電所，這個變電所使用大型變壓器將發(fā)電機產(chǎn)生的
電壓（幾千伏特水平）升高到極高電壓以提供給輸電網(wǎng)進行遠程輸送。
典型的發(fā)電站變電所
您還可以看到背景中幾個支撐著三根電線離開變電所的輸電塔。遠程輸電的電壓通常在155,000到765,000伏，采用這樣的高壓是為了降低線路中的損失。通常，最大輸送距離大約是483公里。高壓輸電線看起來非常顯眼，它們一般由巨大的鐵塔組成：
所有這樣的塔都有三根電線對應三相電。很多如上圖中的那些塔，在它們的頂部都安裝有額外的電線，這些電線是地線，主要是用來吸引
雷電。
6、配電網(wǎng)
為了家用和商用，電流離開輸電網(wǎng)并經(jīng)過降壓進入配電網(wǎng)。這個步驟可能要經(jīng)過幾個階段,從“輸送”到“分配”的轉(zhuǎn)變發(fā)生在電力變電所。電力變電所通常進行兩個或三個步驟：
使用變壓器將輸電電壓（在幾萬到幾十萬伏特范圍）降低到配電電壓（通常低于一萬伏特）。 由“干線”將配電電流分開送往多個方向。 它通常有斷路器和開關(guān)，所以能夠在必要時將變電所從輸電網(wǎng)上斷開或者將單個配電線從變電所斷開。
一座典型的小變電所
前方的盒子是個大型的變壓器。在它的左邊（在這幅圖的顯示范圍外，但是具體則顯示在下一張圖上）是來自輸電網(wǎng)的電流和一組相關(guān)開關(guān)。右邊是配電干線和三個穩(wěn)壓器。
輸電線進入變電所并經(jīng)過開關(guān)塔
開關(guān)塔和主變壓器
現(xiàn)在畫面中的就是配電干線。
7、
配電干線
電從變壓器流向配電干線：
在這幅圖中，干線把電分配到兩組不同電壓的獨立配電線路中。與干線相連的較小的變壓器將電流降壓到標準線路電壓（通常是7,200伏），并提供給其中的一組配電線。而另一個方向流出的則是主變壓器的更高電壓的電流。電流以兩組每組三根線的形式離開變電所，它們沿馬路朝不同的方向延伸：
兩根電線桿中間的線是起固定作用的“張索”，它們并不攜帶電流。
下次沿路駕車時，您就可以用一種完全不同的眼光審視這些輸電線了。右圖典型場景中的電線桿頂部是輸送三相電的三根電線，電線桿上較低的第四根線是地線。在某些情況下，還可能會有額外的電線，它們通常是
電話或者閉路電視的信號線，由同樣的電線桿支撐。
正如上文所述，這個特定的變電產(chǎn)生兩種不同的電壓。電壓較高的電線需要進一步降壓，這個步驟將會在另一個變電所或者線路下某處的小型變壓器中完成。例如，您會經(jīng)常在配電所入口看到較大的綠柜子（可能邊長有1.8米），將由它來實現(xiàn)這個配電所的降壓工作。
8、穩(wěn)壓器
您還會看到沿著輸電線分布的穩(wěn)壓器組，它們可能位于地下或者裝設(shè)在空中。它們調(diào)整線路中的電壓避免以過低和過高電壓的出現(xiàn)。
典型的穩(wěn)壓器組
在上部有三個開關(guān)，它們能夠在必要時斷開穩(wěn)壓器組以方便維修：
在這里，我們有了典型的輸電電壓，大約7,200伏特，電流通過三根電線流向周圍的社區(qū)（電線桿上還有第四根地線）：
9、分接頭
一座房子只需要三相電流中的一個，所以通常會看到大路上有三根電線，而分接頭則負責將其中的一根或兩根接到路旁街道。下圖中顯示的是三相到兩相的分接頭，分開后的兩個相位的電從右邊流出：
這里是一個兩相到單相分接頭，單相電流從右邊流出。
10、
房屋中的電
最后，該說說將電送到房子里的電線了。通過一般房屋的是一組電線桿，它們輸送一個相位的電（電壓為7,200伏特），還有一根地線（不過，有時會有兩個或者三個相位在電線桿上，這取決于房屋在配電網(wǎng)中所處的位置）。每座房屋都有一個鼓狀的變壓器安裝在電線桿上，如圖：
在很多位于郊區(qū)的居民區(qū)中，配電線是位于地下的，每一兩座房子會有一個綠色的變壓器柜。 這里是電線桿上的一些細節(jié)：
變壓器的作用就是將7,200伏的電壓降到240伏以提供日常家居用電。讓我們從下面再查看一下電線桿，看看還能發(fā)現(xiàn)什么：
這幅圖中需要注意的有兩點：
有一根裸線沿電線桿延伸下來。
這是根地線。地球上每個電線桿都有一根地線。如果您觀看過電力公司安裝一根新的電線桿，就會看到裸線一端的線圈釘在了電線桿的根部，因而與大地直接接觸，深度大約是1.8到3米，這是一種良好而堅固的接地連接。如果仔細研究電線桿，您會發(fā)現(xiàn)兩根電線桿之間的地線（張索通常也是如此）通過這種直接連接來接地。
有兩根線離開變壓器，共三根電線走向用戶房屋。
變壓器中導出的兩根是絕緣的，第三根是裸線,裸線是地線。兩根絕緣線中電流的電壓每根120伏，不過它們的相位相差180度，所以二者的電壓差為 240伏。這種配置使住戶既可以使用120伏也可以使用240伏的電器設(shè)備。變壓器是以如下方式纏繞的：
240伏的電流通過一個典型的電表進入您的房子：
電力公司則通過這個電表來收取架設(shè)安裝這些電線的費用。
11、
保險絲
保險絲和
斷路器屬于安全設(shè)備。假設(shè)房子沒有安裝保險絲或者斷路器，并且出了“毛病”。問題可能出在哪里呢？這里有一些例子：
電扇
馬達燒壞了
軸承座并被卡住，過熱并融化，這導致電源與地的直接相連。 電燈的電線松掉并將電源和地直接連接了起來。 老鼠咬穿了電源的絕緣層并將電源和地直接連接了起來。 有人在用吸塵器清理電燈線時不小心切斷了電線而將電源和地直接連接了起來。 有人要在客廳掛一幅畫，用來固定畫的釘子刺穿了墻里面的電線而將電源和地直接連接了起來。
當120伏的電源線直接與地相連，它會本能地通過這個連接抽取盡可能多的電。在這種情況下，不論是電器還是墻上的電線都會著起火來。（墻壁中的電線將會變得像電烤箱中的東西那樣，相當?shù)臒幔。?。保險絲是一種為此設(shè)計的簡單設(shè)備，在上述的情況下，它能夠迅速過熱并被燒斷。保險絲通常使用一片金屬薄片或者線，當超負荷的電流流過它時能夠迅速蒸發(fā)。這樣就能夠迅速切斷電源和導線，防止過熱，保險絲每次燒壞后都得替換。
斷路器則使用過載產(chǎn)生的熱量來松開開關(guān)，因而斷路器可以重置。
就這樣，電通過上面提到的那種典型的斷路器面板進入您家。
12、
斷路器
在
斷路器面板中（右圖），您能夠看到兩根從變壓器來的主線從頂部進入主斷路器。主斷路器可以在必要時切斷通往整個面板的電源。在這樣的總體設(shè)置之下，房中的所有電源插座和電燈都有獨立的斷路器或者保險絲：
接通斷路器，電源就會通過墻上的電線最終到達它的目的地——電源插座。
多么不可思議的事情！電就是通過所有這些設(shè)施和設(shè)備從發(fā)電站來到家里為您點亮臥室的燈光。
下次沿著馬路駕車看到這些輸電線時、打開一盞燈時，您一定會對這背后的原理有更深的體會。電力輸配送網(wǎng)真是一個令人難以置信的系統(tǒng)！
