什么是电?

在日常生活和生产中,几乎到处都要用到电。如电灯通电会发光,电动机通电会旋转。电究竟是怎样一回事?在电线里有什么东西通到电灯、电视机里去?要了解物体带电的根本原因,首先必须了解物体的内部结构。

自然界的一切物质是分子组成的,而分子又是由原子组成。每个原子,都是由一个带正电电荷的原子核和一定数量带负电电荷的电子所组成。这些电子,分层围绕原子核作高速旋转。正电荷与负电荷有同性相斥异性相吸的特性。不同的物质有不同的原子,它们所具有的电子数目也是不一样的,例如铝原子有13个电子。在通常情况下,原子核所带的正电荷和电子所带的负电荷在数量上相等,所以物体就不显示带电现象。原子核吸引电子的吸力大小与距离平方成反比。如果由于某种外力的作用,使离原子核较远的外层电子摆脱原子核的束缚,从一个物体跑到另一个物体,这样就使物体带电,失去电子的物体带正电,获得电子的物体带负电。一个带电体所带电荷的多少可以用电子数目来表示,不过在实用上这个单位的大小,我们常以库伦作为电量的单位。

1库伦 = 6.24×10e18个电子电荷

电量的符号用Q表示。当电荷积聚不动时,这种电荷称为静电,如果电荷处在运动状态,我们就叫它动电。

直流电和交流电知识

把一节电池的头(正极)对着另一节的尾(负极)装在手电筒中,手电筒就亮了:如果倒过来,头对头或尾对尾,手电筒就不亮。这是因为电池所产生的电流总是朝一个方向流动,所以叫做直流电。

通过输电线或电缆送入家中的电,不是直流电,而是交流电。因为这种电流一会儿朝某个方向、一会儿又朝相反的方向流动。

尽管交流电变化多端,但它比起直流电来,有一个最大的优点,就是可以使用变压器,根据需要来升高或降低交流电电压。因为发电厂产的电,都要输送到很远的地方,供用户使用。电压越高,输送中损失越小。当电压升高到3.5万伏或22万伏,甚至高达50万伏时,输送起来就更加经济。无论什么地方要使用电,为适应其特定的用途,又都得把电压降低。例如家庭用电只要220伏,而工厂常用380伏,等等。

直流电也有它的优点,在化学工业上,像电镀等,就非要直流电不可。开动电车,也是用直流电比较好。

为了适应各种电器的特定用途,也可把交流电变成直流电,这叫整流。一些半导体收音机或录音机上,都可用外接电源。通过一个方块形装置,把交流电变成直流电来使用。这个降压和整流用的装置,叫电源变换器。

什么是电力网?

电力网是(Electric Network / Power Grid)电力系统的一部分, 是由各种电压等级的输电线路和各种类型的变电所连接而成的网络。电力网以变换电压(变电)输送和分配电能为主要功能,是协调电力生产、分配、输送和消费的重要基础设施。

由发电、输电、变电、配电、用电设备及相应的辅助系统组成的电能生产、输送、分配、使用的统一整体称为电力系统。由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为电力网。 也可描述为电力系统是由电源、电力网以及用户组成的整体。

它包括所有的变、配电所的电气设备以及各种不同电压等级的线路组成的统一整体。它的作用是将电能转送和分配给各用电单位。电能的生产是产、供、销同时发生, 同时完成,既不能中断又不能储存。电力系统是一个由发、供、用三者联合组成的一个整体。其中任意一个环节配合不好, 都不能保证电力系统的安全、经济运行。 电力系统中,发、供、用之间始终是保持平衡的。


雷电的基础知识

一、雷电灾害的严重性

雷电发生时,伴随着电闪和雷鸣,雷霆万钧、令人生畏。在全球范围内,雷电发生的频率是很高的,每秒钟就有上百次雷电;每天约有800多万次雷电;一年中平均发生30多亿次雷电。实际上,对于我们每个人来讲遭受雷击的概率极少,但碰到雷电这种天气现象的情况是很多的,因雷击而死亡的人数全球每年可达上万人。在雷鸣电闪的时候,它所产生的冲击波和火光以及雷电电流,常会导致建筑物倒塌、引发火灾以及造成电力、通信和计算机系统的瘫痪事故,给国民经济和人民生命财产带来巨大的损失。在20世纪末,联合国组织的国际减灾十年活动中,把雷电灾害列为最严重的十大自然灾害之一。美国将雷电列为排名第二的天气杀手。

二、  雷电的产生

雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中,因此常伴有强烈的阵风和暴雨,有时还伴有冰雹和龙卷。积雨云顶部一般较高,可达20公里,云的上部常有冰晶。冰晶的凇附,水滴的破碎以及空气对流等过程,使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂,但总体而言,云的上部以正电荷为主,下部以负电荷为主。因此,云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后,就会产生放电,这就是我们常见的闪电现象。闪电的的平均电流是3万安培,最大电流可达30万安培。闪电的电压很高,约为1亿至10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦,相当于一座小型核电站的输出功率。放电过程中,由于闪道中温度骤增,使空气体积急剧膨胀,从而产生冲击波,导致强烈的雷鸣。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时,它们之间就发生激烈的放电。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。这就是人们见到和听到的闪电雷鸣。

三、雷电危害方式

雷电灾害所涉及的范围几乎遍布各行各业。现代电子技术的高速发展,带来的负效应之一就是其抗雷击浪涌能力的降低。以大规模集成电路为核心组件的测量、监控、保护、通信、计算机网络等先进电子设备广泛运用于电力、航空、国防、通信、广电、金融、交通、石化、医疗以及其它现代生活的各个领域,以大型CMOS集成元件组成的这些电子设备普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点,暂态过电压不仅会造成电子设备产生误操作,也会造成更大的直接经济损失和广泛的社会影响。

雷击造成的危害主要有四种:

1、直击雷

带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象,称为直击雷。它的破坏力十分巨大,若不能迅速将其泻放入大地,将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害——火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁,甚至危及人畜的生命安全。

2、雷电波侵入

雷电不直接放电在建筑和设备本身,而是对布放在建筑物外部的线缆放电。线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散,侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。因此,往往在听到雷声之前,我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。

3、感应过电压

雷击在设备设施或线路的附近发生,或闪电不直接对地放电,只在云层与云层之间发生放电现象。闪电释放电荷,并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。

雷击放电于具有避雷设施的建筑物时,雷电波沿着建筑物顶部接闪器(避雷带、避雷线、避雷网或避雷针)、引下线泄放到大地的过程中,会在引下线周围形成强大的瞬变磁场,轻则造成电子设备受到干扰,数据丢失,产生误动作或暂时瘫痪;严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁,使整个系统陷于瘫痪。

4、地电位反击

如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施,接地网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏。高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分,流向供电系统或各种网络信号系统,或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统,从而反击破坏或损害电子设备。同时,在未实行等电位连接的导线回路中,可能诱发高电位而产生火花放电的危险。