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電力

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電力透過高壓電線輸送到不同地區。上圖是紐西蘭400kV電網。

電力是指發電機所產生的電能。電功率的國際單位瓦特。在交流電視在功率包括實功及虛功。發電機必須同時提供實功及虛功,電力系統才可正常運作。視在功率的單位是伏安(VA),電力公司使用的電容及變壓器通常以kVA或MVA作為額定值的單位。

電流通過一個電路時,它能夠轉換能量成機械能,或是發熱。運用電功率的電器設備的種類很多種,例如發熱(電熱器)、光(燈泡)、動能(電動機)、聲音(揚聲器)、或化學變化(電鍍)。電功率可以經由發電機產生,或化學反應產生(電池),或是由太陽能(太陽能電池),或是轉化為化學能儲存於蓄電池

電力系統[編輯]

一般而言,電力系統由以下幾個部份組成:

發電系統

各式發電廠,下圖紅線的部份與其左側,包括核能、燃煤、天然氣、水電及可再生能源等。發電機輸出由10kV到25kV,接駁升壓變壓器,再連接到輸電網絡。

輸電系統

下圖藍線的部份。在北美洲,美加採用765、500、345、230及138kV。特高需求用電客戶可直接由138或230kV主變電站供電,他們需要自行購買變壓器來降壓。

電力系統中,電壓是指三相電的線電壓(VLL),不是相電壓(VLN)。

配電系統

下圖綠線的部份。高需求用電客戶可直接由26或69kV副變電站供電,他們要使用自己的變壓器來降壓。

一般的工業及家庭用電則由13及4kV配電網絡供電。然後,再降壓到市電的單相120或240V。

Electricity grid simple- North America.svg

電功率[編輯]

在英文中的Electric power,可以指電功率,也可以指電力。類似力學中的機械功率。使用P為符號,以W瓦特)為單位。

被動符號規定[編輯]

被動元件 (負載) P>0
主動元件 (電源) P<0

電功率採用被動符號規定(passive sign convention)。電流方向以負載端或被動元件的角度來定義。電流由正流向負代表負載,P是正數。相反,電流由負流向正代表電源或主動元件,P是負數。

在交流電,虛功率也是從被動元件的角度出發。電感消耗虛功,Q是正數。發電機或電容提供虛功,Q是負數。

直流電路[編輯]

在直流純電阻的電路中,功率的消耗計算,使用焦耳定律

P = V \cdot I
P功率
V電壓
I電流
R電阻

在電阻性或線性負載時,可將歐姆定律I = \frac{V}{R},代入計算之中:

P = I^2 \cdot R = \frac{V^2}{R}

交流電路[編輯]

瞬間功率
在交流電路之中,電壓與電流會隨著時間改變,因此代入時間取當時的電壓與電流值,用以計算瞬間功率P(t)

P(t) = I(t) \cdot V(t) \,
視在功率(Apparent Power)
在交流電路之中,有效電壓與有效電流的乘積為視在功率S

S = V \cdot I \,
平均功率P

P = I \cdot V \cdot \cos \theta \,
虛功率
在交流電路之中,純電感電路或純電容電路,其瞬間功率雖不為零,但其一個電壓周期的平均功率為零,因此稱為虛功率Q,或稱電抗功率(Reactive Power)。

Q = V \cdot I \cdot \sin \theta \,
功率因數 pf
功率三角形,視在功率等於實功和虛功的向量和

pf = \frac{P}{S} = \cos \theta \,
 S^2 = P^2 + Q^2
平均功率

P = {1 \over T} \int_{0}^{T} i(t) \cdot v(t)\, dt \,
複數功率(Complex Power)
電機工程,通常使用複數計算電流、電壓及功率。
複功率定義為電壓乘上電流的共軛。虛數部分是正,代表電感性負載,負數代表電容性負載。
 S = VI^* = P + jQ
其中, j虛數單位


在空間[編輯]

在同一個平面,電路流向何方,受到電和磁場存在與波動的影響。P = V \cdot I其實是被簡化過的計算。在正常情況下必須使用更複雜的計算,使用向量積積分,即:

P = \int_S (\mathbf{E} \times \mathbf{H}) \cdot \mathbf{dA}. \,


電路屬性(electrical properties)[編輯]

介電屬性[編輯]

英文為electrical properties,與電介質相關或相似的屬性,像是空氣、陶瓷或蠟等物質,可作為絕緣體以維持電場的作用[1]

導電性[編輯]

英文為electrical conductivity,電流能夠通過材質的輕易程度[2]

電阻率[編輯]

英文為resistivity,抵抗的力量或屬性,特別指導電性的相反[3]

參考文獻[編輯]

  1. ^ 藝術與建 築索引典—介電屬性於2011年3月23日查閱
  2. ^ 藝術與建 築索引典—導電性於2011年3月23日查閱
  3. ^ 藝術與建 築索引典—電阻率於2011年3月23日查閱

參照[編輯]

外部連結[編輯]