電工學(xué)第4章供電與用電

1、電工技術(shù)電工技術(shù) 下一章下一章 上一章上一章 返回主頁返回主頁 2高等教育出版社高等教育出版社 三相交流電的優(yōu)點三相交流電的優(yōu)點 三相交流發(fā)電機體積小、重量輕、成本低。三相交流發(fā)電機體積小、重量輕、成本低。 節(jié)省輸電線金屬的消耗量，輸電成本較低。節(jié)省輸電線金屬的消耗量，輸電成本較低。 應(yīng)用廣泛的三相異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、價應(yīng)用廣泛的三相異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、價 格低廉、性能良好和使用維護方便。格低廉、性能良好和使用維護方便。 三相交流電路三相交流電路 由三相交流電源供電的電路。由三相交流電源供電的電路。 電力系統(tǒng)目前普遍采用三相交流電源供電。電力系統(tǒng)目前普遍采用三相交流電源供電。 3高等教育出版社

2、高等教育出版社4.1 三相電源三相電源 + e1L1 L1 + e2L2 L2 + e3L3 L3 L1 L1 L2 L2 L3 L3 L1 L1 三相交流發(fā)電機由三個對稱的繞組組成，三相交流發(fā)電機由三個對稱的繞組組成， 在空間上彼此相差在空間上彼此相差 120 ，它們的始端記為，它們的始端記為 L1 、L2 、L3 ，末端記為，末端記為L1 、L2 、L3 。（a）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)（b）繞組）繞組（c）三相電動勢）三相電動勢4高等教育出版社高等教育出版社 分類磁極放在轉(zhuǎn)子分類磁極放在轉(zhuǎn)子 上，轉(zhuǎn)子由原動機上，轉(zhuǎn)子由原動機 拖動作勻速轉(zhuǎn)動。拖動作勻速轉(zhuǎn)動。 定子三相繞組切割定子三相繞組切割 轉(zhuǎn)子磁場

3、而感應(yīng)出轉(zhuǎn)子磁場而感應(yīng)出 三相交流電動勢。三相交流電動勢。L1L2 L3 L2L3L1 幅值相等幅值相等 頻率相同頻率相同 相位差相位差 = 120 SN5高等教育出版社高等教育出版社e2e3e1teO(a) 波形圖波形圖U1U3U2(b) 相量圖相量圖120o120o120oe1 = Em sin te2 = Em sin ( t - 120)= Em sin ( t + 120)e3 = Em sin ( t - 240)E1 = E 0o E2 = E -120o E2 = E 120o 6高等教育出版社高等教育出版社二、三相電源的星形聯(lián)結(jié)二、三相電源的星形聯(lián)結(jié) 發(fā)電機三相繞組通常將三個

4、末端接在一起。發(fā)電機三相繞組通常將三個末端接在一起。 三個繞組末端的連接點稱為三個繞組末端的連接點稱為中性點中性點 ( N )。 三個首端三個首端L1 、L2、 L3稱為稱為端點端點。 由中性點由中性點N引出的供電線稱為引出的供電線稱為中性線中性線或或零線零線。 由三個首端引出的供電線稱為由三個首端引出的供電線稱為相線相線或或火線火線。L1 L3 L2 L1 L3 + e1+ e2L2 + e3星形聯(lián)結(jié)星形聯(lián)結(jié)L1L2 L3L1L2L3 7高等教育出版社高等教育出版社 I1 I3 I2中性線中性線 (零線零線) 線電流線電流相電壓相電壓相線相線 (火線火線) 線電壓線電壓相電流相電流三相四線制

5、三相四線制 I1 IL1 = I2 IL2 = I3 IL3 = U12 U1U23 U2U31 U3L1L2L3N IL2 IL3 IL1 IN1.線電流與相電流的有效值關(guān)系線電流與相電流的有效值關(guān)系2.線電壓與相電壓的有效值關(guān)系線電壓與相電壓的有效值關(guān)系IL= IPU12+ U23+U31+U1+U2+U3+8高等教育出版社高等教育出版社 30U23U2U31U3U2U12U1 =3 U12U130o =3 U23U230o =3 U31U330o 9高等教育出版社高等教育出版社三、三相電源的三角形聯(lián)結(jié)三、三相電源的三角形聯(lián)結(jié) 將三相電源中每相繞組的首端依次與另一相將三相電源中每相繞組的首

6、端依次與另一相 繞組的末端連接在一起，形成閉合回路。繞組的末端連接在一起，形成閉合回路。三角形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié)L1 L1 L2 L3 L2L3L1 L3 L2 L1 L3 + e1+ e2L2 + e310高等教育出版社高等教育出版社三相三線制三相三線制 I1 I2 I3線電流線電流相電壓相電壓相線（火線）相線（火線）線電壓線電壓相電流相電流U12U1 = U23U2 = U31U3= 1.線電壓與相電壓的有效值關(guān)系線電壓與相電壓的有效值關(guān)系UL= UP I1 IL1= - I3 I2 IL2= - I1 I3 IL3= - I22.線電流與相電流的有效值關(guān)系線電流與相電流的有效值關(guān)系L1L2L

7、3 IL1 IL3 IL2( U1 )U12+U23 ( U2 )+U31( U3 )+11高等教育出版社高等教育出版社 I1 I1 30 IL1 I2 I3 IL2 IL2I3I2 =3 IL1 I1 30o =3 IL2 I2 30o =3 IL3 I3 30o 12高等教育出版社高等教育出版社4.2 三相負載三相負載 三相對稱負載三相對稱負載: 三相阻抗相等的三相負載。三相阻抗相等的三相負載。 三相不對稱負載三相不對稱負載: 使用時平均分配到三個相上。使用時平均分配到三個相上。L1L2L3NM 3 三相負載三相負載: 由三相電源供電的負載。由三相電源供電的負載。Z2Z1Z313高等教育出

8、版社高等教育出版社星形聯(lián)結(jié)星形聯(lián)結(jié) 三角形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié) 三相負載也有兩種接法三相負載也有兩種接法: 具體采用何種接法，應(yīng)根據(jù)電源電壓和負載具體采用何種接法，應(yīng)根據(jù)電源電壓和負載 額定電壓的大小來決定。額定電壓的大小來決定。 原則上應(yīng)使負載的實際電壓等于其額定相電原則上應(yīng)使負載的實際電壓等于其額定相電 壓。壓。ZZZL1L2L3ZZZL1L2L3N14高等教育出版社高等教育出版社一、三相負載的星形聯(lián)結(jié)一、三相負載的星形聯(lián)結(jié) 三相負載的三個末端連接在一起，接到電源三相負載的三個末端連接在一起，接到電源 的中性線上。的中性線上。 三相負載的三個首端分別接到電源的三根相三相負載的三個首端分別接到電源

9、的三根相 線上。線上。 IN IL3 I2 I1 IL1 I3 L2L3L1NZ1 Z2 Z3 + + + U3 IL2U1 U2 Z1 Z2 Z3L1L2L3N IL3 IL1+ + U3 U1 U2 IL1 IL2+15高等教育出版社高等教育出版社I1 =U1Z1U2U31U3U12U1 U2 U1 U3 I1 I2 I3U23I1 =U1Z1I1 =U1Z1 IN IL3 I2 I1 IL1 I3 L2L3L1NZ1 Z2 Z3 + + + U3 IL2U1 U2 如果負載對稱，阻抗如果負載對稱，阻抗 Z1 = Z2 = Z3 。則為。則為對稱三相電路。對稱三相電路。 IN = I1 +

10、 I2 + I3 = IL1 + IL2 + IL3 16高等教育出版社高等教育出版社I1 =U1Z1I1 =U1Z1I1 =U1Z1如果負載對稱，阻抗如果負載對稱，阻抗 Z1 = Z2 = Z3 。則為。則為對對稱三相電路。稱三相電路。 IN = I1 + I2 + I3= IL1 + IL2 + IL3 U2U31U3U12U1 U2 U1 U3 I1 I2 I3U23 IN IL3 I2 I1 IL1 I3 L2L3L1NZ1 Z2 Z3 + + + U3 IL2U1 U2 17高等教育出版社高等教育出版社三相負載不對稱而又沒三相負載不對稱而又沒有中性線時，三相負載有中性線時，三相負載的

11、相電壓不會對稱，導(dǎo)的相電壓不會對稱，導(dǎo)致有的相電壓超過負載致有的相電壓超過負載的額定相電壓，有的低的額定相電壓，有的低于額定相電壓，致使負于額定相電壓，致使負載不能正常工作，甚至載不能正常工作，甚至損壞。損壞。因此，在三相四相制電路中，中性線不允許斷因此，在三相四相制電路中，中性線不允許斷開，也不允許安裝熔斷器等短路或過電流保護開，也不允許安裝熔斷器等短路或過電流保護裝置。裝置。R2 R3 L1 L2 L3 R1 N S 18高等教育出版社高等教育出版社 每相負載的首端都依次與另一相負載的末端每相負載的首端都依次與另一相負載的末端 連在一起，形成閉合回路。連在一起，形成閉合回路。 將三個連接點

12、分別接到三個電源的三根相線將三個連接點分別接到三個電源的三根相線 上。上。二、三相負載的三角形聯(lián)結(jié)二、三相負載的三角形聯(lián)結(jié)U2 I3 I2 I1 L2 L3 L1 + + + Z1Z2 Z3 U1 IL1 IL2 IL3 U3 三相負載的三角形聯(lián)結(jié)只能是三相三線制。三相負載的三角形聯(lián)結(jié)只能是三相三線制。ZZZL1L2L319高等教育出版社高等教育出版社 =3 IL1 I1 - 30o =3 IL2 I2 - 30o =3 IL3 I3 - 30o =3 IL IPZ1 = Z2 = Z3 = Z 對于三相對稱負載對于三相對稱負載: I1 IL1 I2 I3 IL2 IL2 U1U2U3 I3

13、I2 I120高等教育出版社高等教育出版社 例例4.2.1 有一電源為星形聯(lián)結(jié)，而負載為三角形聯(lián)有一電源為星形聯(lián)結(jié)，而負載為三角形聯(lián)結(jié)的對稱三相電路，已知電源相電壓結(jié)的對稱三相電路，已知電源相電壓UPS= 220 V，負載，負載每相阻抗每相阻抗| Z | = 10 。試求負載的相電流和線電流以及。試求負載的相電流和線電流以及電源的線電流和相電流的有效值。電源的線電流和相電流的有效值。 解解 由于電源為星形聯(lián)結(jié)，故電源線電壓由于電源為星形聯(lián)結(jié)，故電源線電壓忽略供電線路的阻抗，則負載線電壓忽略供電線路的阻抗，則負載線電壓ULL = ULS = 380V負載為三角形聯(lián)結(jié)，則負載相電壓負載為三角形聯(lián)結(jié)

14、，則負載相電壓UPL = ULL = 380V負載相電流負載相電流IPL = UPL| Z |=38010A = 38 A負載為三角形聯(lián)結(jié)，故負載線電流負載為三角形聯(lián)結(jié)，故負載線電流ULS = 3UPS = 1.73220V = 380VILL = 3IPL = 1.7338 A = 66 A21高等教育出版社高等教育出版社電源只向一組三相負載供電，故電源線電流電源只向一組三相負載供電，故電源線電流電源為星形聯(lián)結(jié)，故電源相電流電源為星形聯(lián)結(jié)，故電源相電流ILS = ILL = 66 AIPS = ILS = 66 A22高等教育出版社高等教育出版社4.3 三相功率三相功率三相總有功功率三相總有

15、功功率 P = P1 + P2+ P3三相總視在功率三相總視在功率 S = P 2 + Q 2 P = 3 UP IPcos Q = 3 UP IPsin S = 3 UP IP 三相對稱負載功率表達式三相對稱負載功率表達式相電壓、相電流：相電壓、相電流： 線電壓、線電流：線電壓、線電流：一、三相功率的計算一、三相功率的計算Q =3 UL IL sin S =3 UL IL P = 3 UL IL cos 三相總無功功率三相總無功功率 Q = Q1 + Q2 + Q323高等教育出版社高等教育出版社 例例4.3.1 電路中有兩個負載，其中負載電路中有兩個負載，其中負載 2 為為 感性感性 ，

16、負載負載 1：UN = 380 V，P1 = 75 kW， cos 1 = 1， Y 形聯(lián)結(jié)。形聯(lián)結(jié)。負載負載 2：UN = 380 V ，P2 = 36 kW， cos 2 = 0.8，形聯(lián)形聯(lián)結(jié)。求結(jié)。求: 電源提供的電流？電源提供的電流？解解P = P1 + P2 = 111 kWQ = Q1 + Q2 = P1 tan 1 + P2 tan 2 = 27 kvar S = P2 + Q2 Il = = 173 AS3 Ul = 114 kVARRRL2L3L1ZZZ IL1 IL12 IL11 24高等教育出版社高等教育出版社*4.4 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)水力發(fā)電廠水力發(fā)電廠用電設(shè)備用電設(shè)

17、備 變電所變電所輸電線輸電線配電設(shè)備配電設(shè)備火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠原子能發(fā)電廠原子能發(fā)電廠用電設(shè)備用電設(shè)備 太陽能發(fā)電廠太陽能發(fā)電廠地?zé)岚l(fā)電廠地?zé)岚l(fā)電廠潮汐發(fā)電廠潮汐發(fā)電廠生物質(zhì)發(fā)電廠生物質(zhì)發(fā)電廠25高等教育出版社高等教育出版社380 V220 V6 kV10 kV110kV 、220kV 、500 kV電能電能負荷負荷升升壓壓變變壓壓器器降降壓壓變變壓壓器器10 kV 輸電方式輸電方式交流輸電：交流輸電：輸電距離越遠，輸送功率越大，要輸電距離越遠，輸送功率越大，要 求的輸電電壓就越高。求的輸電電壓就越高。直流輸電：直流輸電：輸電線路的功率損耗小，電壓降小，輸電線路的功率損耗小，電壓降小， 適用

18、于大功率、長距離輸電。適用于大功率、長距離輸電。26高等教育出版社高等教育出版社 低壓供電系統(tǒng)的接線方式低壓供電系統(tǒng)的接線方式放射式：放射式：供電可靠性高，導(dǎo)線用量大，費用高。供電可靠性高，導(dǎo)線用量大，費用高。樹干式：樹干式：適用于用電比較分散，每個節(jié)電的用適用于用電比較分散，每個節(jié)電的用電量較大，變電所又居于各用電點的中央時。電量較大，變電所又居于各用電點的中央時。變電所變電所配電箱配電箱配電箱配電箱配電箱配電箱變電所變電所配電箱配電箱配電箱配電箱配電箱配電箱配電箱配電箱27高等教育出版社高等教育出版社4.5 觸電事故觸電事故一、電流對人體的危害一、電流對人體的危害電流對人體組織的危害作用主

19、要有以下幾方面：電流對人體組織的危害作用主要有以下幾方面：1. 生物性質(zhì)的作用生物性質(zhì)的作用引起神經(jīng)功能和肌肉功能紊亂引起神經(jīng)功能和肌肉功能紊亂2. 化學(xué)性質(zhì)的作用化學(xué)性質(zhì)的作用電解而破壞人體細胞電解而破壞人體細胞3. 熱性質(zhì)的作用熱性質(zhì)的作用灼傷、產(chǎn)生電烙印及皮膚金屬化等灼傷、產(chǎn)生電烙印及皮膚金屬化等4. 機械性質(zhì)的作用機械性質(zhì)的作用骨折、組織受傷骨折、組織受傷等等28高等教育出版社高等教育出版社按人體所受傷害方式的不同可分為按人體所受傷害方式的不同可分為1. 電傷電傷人體人體的局部損傷的局部損傷對人體對人體的傷害的傷害2.電擊電擊二、電擊對人體的傷害程度與以下因素有關(guān)：二、電擊對人體的傷害

20、程度與以下因素有關(guān)：1. 通過人體電流的大小通過人體電流的大小2. 電流通過人體的途徑電流通過人體的途徑3. 觸電時間的長短觸電時間的長短 通過心臟的電流達到通過心臟的電流達到50 mA/s 即致人死地即致人死地 4. 電流的頻率電流的頻率工頻電流對人體的危害最大工頻電流對人體的危害最大手手手、手手、手腳最為危險腳最為危險29高等教育出版社高等教育出版社三、三、 觸電事故觸電事故單線觸電事故單線觸電事故兩線觸電事故兩線觸電事故1. 直接觸電直接觸電Id Id 單線觸電事故單線觸電事故兩線觸電事故兩線觸電事故2. 間接接觸觸電間接接觸觸電人體接觸到正常情況下人體接觸到正常情況下不帶電、僅在事故情

21、況不帶電、僅在事故情況下才會帶電的部分而發(fā)下才會帶電的部分而發(fā)生的觸電事故。生的觸電事故。間接接觸觸電間接接觸觸電30高等教育出版社高等教育出版社4.6 觸電防護觸電防護 常規(guī)環(huán)境：交流常規(guī)環(huán)境：交流 50 V、直流、直流 120 V 潮濕環(huán)境：交流潮濕環(huán)境：交流 25 V、直流、直流 60 V 一、安全電壓一、安全電壓2. GB規(guī)定的安全電壓額定值為：規(guī)定的安全電壓額定值為：1. 通用接觸電壓極限：通用接觸電壓極限： 42 V、36 V、24 V、12 V、6 V 要求：獨立的電源供電。要求：獨立的電源供電。31高等教育出版社高等教育出版社二、保護接地和保護接零二、保護接地和保護接零1. I

22、T 系統(tǒng)系統(tǒng) 保護接地保護接地 適用于適用于供電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)。 將用電設(shè)備的金屬外殼通過接地裝置接地。將用電設(shè)備的金屬外殼通過接地裝置接地。 IT 系統(tǒng)也稱為保護接地。系統(tǒng)也稱為保護接地。 接地裝置的接地電阻一般不超過接地裝置的接地電阻一般不超過 4 。 Rd32高等教育出版社高等教育出版社PEL1L2L3N TN系統(tǒng)系統(tǒng)TN-C (PE 和和 N 共用共用)TN-S (PE 和和 N 完全分開共用完全分開共用)TN-C-S (PE 和和 N 部分共用部分共用) 三相五線制三相五線制系統(tǒng)分為系統(tǒng)分為:2. 保護接零（保護接零（TN系統(tǒng)）系統(tǒng)） 適用于適用于制制供電系統(tǒng)中供電系統(tǒng)中 的電氣設(shè)備

23、。的電氣設(shè)備。33高等教育出版社高等教育出版社3. TT 系統(tǒng)系統(tǒng) 電源的中性點接地，而用電設(shè)備采用保護接電源的中性點接地，而用電設(shè)備采用保護接 地的系統(tǒng)。地的系統(tǒng)。 采用采用TT系統(tǒng)供電的用電設(shè)備應(yīng)采用漏電電系統(tǒng)供電的用電設(shè)備應(yīng)采用漏電電 流動作保護裝置（漏電開關(guān)）流動作保護裝置（漏電開關(guān)） 同一供電系統(tǒng)中，同一供電系統(tǒng)中，TN 和和 TT 兩種系統(tǒng)不宜同兩種系統(tǒng)不宜同 時采用。時采用。 RoRd工作接地工作接地 保護接地保護接地 34高等教育出版社高等教育出版社三、漏電開關(guān)三、漏電開關(guān)作用作用： 主要用于主要用于供電系統(tǒng)，當(dāng)被保護的設(shè)備出供電系統(tǒng)，當(dāng)被保護的設(shè)備出現(xiàn)故障時，故障電流作用于保

24、護開關(guān)，若該現(xiàn)故障時，故障電流作用于保護開關(guān)，若該電流超過預(yù)定值，則使開關(guān)自動斷開，以切電流超過預(yù)定值，則使開關(guān)自動斷開，以切斷供電電路。斷供電電路。2. 漏電開關(guān)的選擇漏電開關(guān)的選擇 若用于保護人若用于保護人:動作電流動作電流 30 mA 以下。漏電以下。漏電 動作時間動作時間 0.1 s 以下。以下。若用于保護線路若用于保護線路: 動作電流動作電流 30100 mA 以下。以下。漏電動作時間漏電動作時間 0.20.4 s 以下。以下。35高等教育出版社高等教育出版社一、什么是靜電一、什么是靜電 在宏觀范圍內(nèi)暫時失去平衡的相對靜止的在宏觀范圍內(nèi)暫時失去平衡的相對靜止的 正、負電荷。正、負電荷

25、。四、靜電的危害四、靜電的危害 影響生產(chǎn)、危及人身安全、引起火災(zāi)和爆影響生產(chǎn)、危及人身安全、引起火災(zāi)和爆 炸。炸。4.7 靜電防護靜電防護二、靜電的形成二、靜電的形成 摩擦起電、破斷起電、感應(yīng)起電。摩擦起電、破斷起電、感應(yīng)起電。三、靜電的應(yīng)用三、靜電的應(yīng)用 靜電除塵、靜電復(fù)印、靜電噴漆、靜電選靜電除塵、靜電復(fù)印、靜電噴漆、靜電選 礦、靜電植絨等。礦、靜電植絨等。36高等教育出版社高等教育出版社 防靜電工具箱防靜電工具箱防靜電鞋防靜電鞋防靜電手套防靜電手套防靜電服裝防靜電服裝37高等教育出版社高等教育出版社4.8 電氣防火和防爆電氣防火和防爆 主要原因主要原因: 1. 電氣設(shè)備使用不當(dāng)電氣設(shè)備使用不當(dāng) 2. 電氣設(shè)備發(fā)生故障電氣設(shè)備發(fā)生故障 1. 合理選用電氣設(shè)備合理選用電氣設(shè)備防爆電器防爆電器 2. 保持電氣設(shè)備正常運行保持電氣設(shè)備正常運行 3. 保持必要的安全距離保持必要的安全距離 4. 保持良好的通風(fēng)保持良好的通風(fēng) 5. 裝備可靠的基地裝置裝備可靠的基地裝置 6. 采取完美的組織措施采取完美的組織措施上一節(jié)上一節(jié)返返 回回 預(yù)防措施預(yù)防措施 :38高等教育出版社高等教育出版社 防爆開