为什么电网喜欢三相电？

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　　故事一：关于接地系统

　　2018年10月开始，我作为小功率直流标准《NB/T 10902-2021，20kW及以下非车载充电机技术条件及安装要求》牵头起草单位的执笔人，有幸参加了标准研讨、草稿讨论、征求意见稿讨论、送审稿审核等系列会议，恶补了电网、低压电气、安规方面的知识。

　　

　　在讨论“无法设计出一个万能的接地检测电路”时，专家们重新检讨是否真的无法设计出这样万能的电路，讨论过程中不断提到TN-C-S、TT、IT等不同的接地系统。关于这些不同接地系统的含义，倪老师在会上推荐了王厚余老师的著作《低压电气装置的设计安装和检验》。

　　

　　我将这本书奉若至宝，买回来一本，复印了前三章，送呈每位硬件工程师手中，要求每个人签字确认收到，然后又安排了一位同事研读，再给大家讲课分享。对接地系统的理解，将作为工程师职级评定考试的必考内容，新入职的销售人员的必考内容。

　　故事二：关于单相电的最大功率

　　2018年5月，我们推出了基于220V单相输入的13kW便携式直流充电机。广告中宣称，只为懂电的充电饥渴者。每卖出一台，都要求销售和客户签一个免责协议。卖得心惊肉跳。因为据我所知，单相电，最大输入电流只能是32A、7kW左右的功率; 听说有法规或者强制标准，但我一直没找到。欢迎读者朋友帮我找到原始出处。

　　故事三：关于"电网"的概念

　　“这孩子有出息了，大学毕业就考上了国家电网。” 这类话的传播使得“电网”二字深入人心。这里的电网是指国家电网公司，电网公司给人的印象等效于政府衙门。人生提前进入充满确定性的状态，岂不快哉？！

　　“电网”是一种广义的模糊的老百姓都熟悉的词汇。对于充电桩的配电来说，电网到底是什么？要具象。

　　故事四：“电网喜欢三相电 ”

　　有次讨论中，大家谈到，电网公司对于申请三相电会不会限制？ 倪老师说，“应该不会啊。电网喜欢三相电。”

　　电网喜欢三相电。这句话从此被我反复引用。

　　有次给技术专家Z博士电话，他正在北京出差，参与处理一起充电桩起火事故。Z博士是公司技术大牛，市场问题很少惊动到他出差。这起事故是因为充电场站的功率太大导致电网三相不平衡，N线过载，N被烧毁。这个事故让我想起倪老师的“电网喜欢三相电”之说。电网喜欢三相电，是指三相电比较均衡，正常工作状态下，中性线N上流过的电流为0。

　　将“电网喜欢三相电”的概念引申开来，我将慢充直流化的一大优势阐述为：整个行业都去OBC之后，整个社会包括政府部门都将理解何为电网，为什么电网喜欢三相电，政府将不再限制充电桩用户申请三相电，而是鼓励三相电，政府根据所在城市或者社区的低压配电容量，适当限制功率就好，不要限制三相电。这个常识怎么可以让国家电网的爷们教会政府政策制定部门的爷们呢？？

　　在充电桩的售后问题中，电工类问题占比不少。电工知识是充电桩从业人员，包括开关电源方面的专业工程师，都要补的课。这篇科普将是搬一些教科书知识拼凑起来的。

　　在学术上，电网是指“电力网”，是电力系统最主要的组成部分。发电厂发出的电，升压后进入地区的输电网，再降压到区域的配电网。输电网和配电网就像是大动脉和毛细血管。有文献上指出，110kV以上电网为输电网，110kV以下电网为配电网。配电网按电压等级来分类，可分为高压配电网（35—110KV），中压配电网（6—10KV，苏州有20KV的），低压配电网（220/380V）。

　　通过下面一组示意图，我们可以一目了然地理解电力系统和电网的基本概念。

　　图一的示意很简洁，凸显了升压和降压。图二的示意简洁而形象，说明一次高压变配电所、二次高压变配电所和低压变配电站组是电网的重要组成部分。图三是学术化的示意图，画得更完整，更严谨，图中有500kV、330kV、220kV、110kV、35kV、10kV等不同的电压数值，说明电网上运行的电压等级不两三种。

　　▲图一 最简电力系统示意图▲图二 电力系统主要组成：以变配电所▲图三 电力系统组成（学术版）

　　图四的呈现比图二更加形象生动，体现多种发电方式，如水电厂、火电厂、核电和风力发电，标识了四种电压数值：220kV、110kV、10kV、0.4kV，显示出10kV降压到0.4kV供电给“居民”。这里面0.4kV就是我们比较熟悉的380V三相电。

　　▲图四 电力系统示意图

　　整个电力系统的核心是升压和降压。升压的目的是减少传输过程中电缆的损耗。传输相同的电力容量，提高电压，就可以降低电流。电流越小，传输电缆的损耗就越小。P=V*I，P=I^2*R。导线越粗，导线的截面积越大，对应的电阻率就越小。过粗的导线，长距离传输的成本和安装的都很困难。所以说，升压就可以减少电缆直径和重量，就可以传输得更远。

　　输电网是将发电站产生的高压电能输送到需要用电的地区的一种电力输电系统。输电网通过采用高电压、大电流的电力传输方式，能够快速、有效地传送大量的电流。输电网由各种输电设备、变电设备、绝缘设备、避雷设备、配件和材料等构成。如图五所示。

　　▲图五 输电网的场景图

　　配电网通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户。配电网是指35KV及其以下电压等级的电网，给城市里各个配电站和各类用电负荷供给电源，由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿电容以及一些附属设施等组成的。按供电区的功能来分类，可分为城市配电网，农村配电网和工厂配电网等。

　　图一、图三和图四都标识了10kV这个电压值。10kV以下的配电网是最常见的。小区电网是配电网络的分支用电网络，国家电网通过配电线路拉到小区配电箱，经公用变压器降压后，给每家每户供电。

　　如图六所示的户外配电柜和干式电力变压器在县城里随处可见。这是我在县城散步时随手拍下的，上面挂的牌子上写了“10kV城配西05线”，“枞阳所五七圩#10538公用变”等字样。将10kV降压到380V的干式电力变压器（简称“箱变”）是小区配电的核心，“是低压系统的电源端，也是10kV系统的负荷端，它既有变压器低压中性电的系统接地，也有高低压电气设备外露导电部分的保护接地”。这两种接地的处理是复杂的问题。

　　▲图六 10kV降压到380V的户外柜和干式

　　380V箱变的输出走线到小区配电房（如图七）。

　　▲图七 小区配电房

　　小区配电房再走线到家庭的入户配电箱（如图八）。

　　▲图八 入户配电箱

　　小区配电房是从箱变接入的三相电，分别引出单相电供配电到各住宅单元。如图九示意的是从小区配电房到入户配电箱的电气线路图。我们暂不深究这里采用什么电网制式（接地系统）。三相电取其中一相电，给到具体几个住宅单元，再从住宅单元配电房给到具体某户人家。

　　▲图九 从小区配电房到入户配电箱的电

　　如图十所示，代表三相电中的a相给老罗家、秦阿姨家、小明家、老王家供电。b相和c相将分别给另外的若干家庭供电。a相、b相和c相都分别和相同的N线构成回路。如果a相的用电负荷远大于b和c相，而且超过了N线的最大可承受电流，N线可能被烧毁。如果用电负荷都是三相电，三相电是平衡的，工作过程中N线电流为0，不存在三相不平衡问题。充电桩的功率比一般的家电功率大很多。电动汽车大规模普及后，三相不平衡问题一定会频频发生。鼓励使用三相输入的充电桩，譬如对于小区用户，政府引导使用11kW三相充电桩，对小区容量的消耗和7kW相比没本质差别。

　　▲图十 单相电给多个家庭供电举报/反馈