香港的輸電及配電  列印本頁

當你把電器插頭連接至市電源,一按開關,便可以從遙遠的發電廠取用電能。這全賴一個高效率的輸電配電系統,利用廣闊的電纜網絡,將數座發電站與全港絕大部份的家庭連接起來。不論你住在市中心還是偏遠的地方,都可隨意使用電力。

圖 1   愛迪生的最大貢獻可能是設計了一個經濟可行的發電及供電系統 圖 2   香港的夜景之所以能如此璀燦,有賴高效率的輸電與配電系統 (圖片嗚謝:香港電燈)

在香港,電能主要通過架空電纜及地底電纜輸送。因為電纜具有電阻,所以電流產生熱而導致的能量損失是無可避免的。輸電的一個重要技術問題是,如何使輸電過程中的能量損失減至最少。


高電壓輸電

圖 3   變電站上的高壓電纜

為減低能量損耗,發電廠產生電能後,會將其電壓大幅提升,才通過電纜輸送。輸電的電壓愈高,輸電電流則愈低。電流通過有電阻的電纜時,便產生熱效應;減低輸電電流,可減低熱效應造成的能量損耗,提高輸電的效率。


低電阻的電纜

由於電纜內產生的熱效應也受電纜的電阻值影響,減少電纜的電阻值能減低能量損耗。怎樣的設計才能使電纜既有經濟效益,而電阻又低呢?

第一個考慮是物料。金屬是良好導體,具有低電阻。銅和鋁是最常用作電纜的物料。銅和鋁是良好的導體,而且便宜、不易被侵蝕,足夠堅固。製造較粗大的電纜,也可使電纜的電阻變得更低。電纜粗大代表它的切面面積較大,因此電阻也較低。

電纜的設計能減低它的電阻,但由於輸電的電纜非常長,電纜的總電阻還是不可忽略的。在以下的活動中,你將會看到電阻線的長度如何影響電能的輸送。

活動:輸電的能量損失


架空電纜及地底電纜系統

利用架空電纜輸電

圖 4   架起高壓電纜的輸電塔

架空電纜是由很高的金屬塔架起的。不過,金屬塔是很好的導電體。那麼,工程師如何防止電流通過金屬塔傳導至地面 (即「接地」) 呢?

如果你細心看看高壓輸電塔,你便會發現,高壓電纜是由一串碟狀物體懸掛在金屬塔上的。這些碟狀物體其實是良好的絕緣體,可以防止電流從金屬塔傳導到地面,造成「接地」。圖 6 顯示了一個碟狀物的結構。


 
圖 5   這些成串的碟狀物體常用來懸掛高壓電纜 圖 6   碟狀物的外形有點像雨傘

一大串的碟狀物可以提供更好的絕緣能力,防止電流通過陶瓷碟狀物傳導;它也可以使輸電塔和電纜間有足夠的空隙,防止通過空氣放電。碟狀物造成雨傘狀也是有特別作用的:在雨天時它可以防止水份在輸電塔和電纜間形成導電通道。


高壓輸電的安全考慮

圖 7   我們在行山時或許見過這些架空電纜的警告板

在技術上,要做到以高電壓輸電並非難事,但高電壓需要更多的安全措施。與高壓電纜直接接觸固然非常危險,即使靠近電纜,亦可能引發電纜透過空氣放電至人體,就如雷電擊中人體一樣。

香港的電力公司 (香港電燈和中華電力) 都設有安全手則,指示員工在架空電纜附近工作需注意的事項。在架空電纜附近都劃有安全區,使工作人員/儀器可以與電纜保持最低限度的距離。在惡劣的天氣,例如有雷暴或台風時,這類工作必須停止。


利用地底電纜輸電

已發展的市區並沒有足夠的空間築起高壓輸電塔,必須使用地底電纜輸電。顧名思義,地底電纜是藏在地下的,在操作時避免了接觸的危險,也不受雷暴等惡劣天氣的影響。雖然地底電纜有很多優點,但設計、建造和安裝地底電纜所需的技術很高,使地底電纜比架空電纜昂貴得多 (價錢可高出 10 倍!)

圖 8   港燈的地底電纜隧道 (圖片鳴謝:港燈)

與架空電纜不同,地底電纜與泥土直接接觸,因此需要有良好的絕緣。而且,與泥土直接接觸也可導致電纜損壞或散熱問題。現代先進的地底電纜,設有金屬外殼保護電纜免受機械損壞、足夠的絕緣以防漏電,以及強化物料使電纜能抵受因高壓輸電時放出的熱能所造成的壓力。

傳統上,安裝地底電纜需要掘溝 (即在地面上挖掘)。這需要詳細的安排,避免影響交通,減低對公眾的不便。香港島的路面較窄,而且滿佈各類地下裝置,安裝地底電纜更為困難。利用電纜隧道是其中一個可行的解決方法。無論在任何情況下,安裝地底電纜都需要小心的管理,做足保護措施。


升壓及降壓的過程

如上所述,輸電所用的電壓非常高,以減低因發熱造成的能量損失。可是,發電廠所輸出的電壓並非如電纜上的電壓那麼高,所以需要一種稱為變壓器的裝置改變電壓。提高電壓的過程稱為升壓。降低電壓的過程稱為降壓

輸電與配電系統內的變壓器的效率是非常高的,可達至 90%-99%。這表示變壓器在改變電壓的同時,能傳遞 90%-99% 的能量。

發電站產生電能後,電壓被大幅提高 (中華電力最高為 400 kV,而港燈最高為 275 kV),輸送很遠的距離。在較接近用戶的地方,電壓逐步被變電站內的變壓器降低,以適合用戶安全使用。在香港家居,市電源的電壓是 220 V

圖 9   港燈的 275 kV 大功率變壓器 (圖片鳴謝:港燈) 圖 10   中電變電站的變壓器

以下的動畫總結了香港輸電和配電的概況:

Flash 動畫:香港的輸電和配電

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