相对于人类的用电量来说,地球本身就等效于一个电容量无穷大的电容,电流的本质是电荷的定向移动,电流流入大地,这部分电能最终将以热能的方式消散在大地中。
在生活中,有时候我们会遇到电器漏电的情况,如果电器接了地线,那么漏掉的电将沿着地线传导到大地中去,从而避免了伤人事故;或者室外的高压线掉落下来,也将导致电流流入大地中,并在落地点形成危险范围。
那么可能有人会有疑问了,流入大地的电流,最终都去了哪里?电能最终变成了什么?
这里我们不得不提到一个概念——接地电阻,接地电阻指的是电流通过接地装置流入大地,再经过大地流向另一端接地或者向远处扩散时遇到的电阻。如果你深刻理解了接地电阻的概念,那么你就能明白流入大地的电流去哪了。
大地是一个良导体,由于体积巨大,使得大地成为一个巨大的等势体,也可以看成一个巨大的电容,电流流入大地,其实就是电荷流入这个巨大的电容,理论上会导致大地的电势发生变化,实际上人类的用电量相对于大地的电容量来说微乎其微,所以电势基本保持不变。
在人类的电力系统中,对于三相四线制的系统,发电端和变压器二次侧的零线都是接地的,这是为了防止三相负荷不平衡导致中性点电压波动。
当用户侧任何一相漏电时,就有电流从这相流入大地,从而导致零线电压波动,此时只要零线在变压器处接地可靠,就会有电流从大地流入变压器处的零线,以此补偿掉零线的电压,本质上可以看成,电流流入大地后又回到了变压器端。
如果用户侧离变压器足够远,实际上漏掉的电流和流入零线的电流无法形成一个回路,此时漏掉的电在大地中消散掉,最终转化为大地的热能,而变压器处流入零线的电流,其实是大地这个巨大电容起了作用。
更形象地,我们可以把用电系统中的电流理解为地球表面的河流,大地这个电容就好比海洋,电流流入大地,就好比河水流入海洋,根本不会引起海平面的明显上升,而人类的发电厂,就好比把海洋中的水蒸发到高空处,高空处水蒸气落下来又汇集到河流中。
本质上看,流入海洋的河水,最终又会蒸发到高空形成水蒸气,形成一个循环,但这次循环的水,也许已经不是上次循环的那些水了,人类电力系统中的电流流入大地也是同样的道理。