電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能課件 項目八 認識三相供電電路

電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能項目8認識三相供電電路1、了解三相交流電的產(chǎn)生，知道三相交流電源的連接方法；2、認識三相負載的連接方法及各自特點，會計算三相交流電路的功率；3、認識常見工廠電力系統(tǒng)的構(gòu)成，知道車間配電電器的安裝要求。項目8認識三相供電電路一、訓(xùn)練目的1、認識三相交流電路；2、連接三相負載；3、認識企業(yè)車間供配電線路。項目8認識三相供電電路二、訓(xùn)練重點及難點（一）認識三相交流電1、三相交流電電力系統(tǒng)目前普遍采用三相交流電源供電，由三相交流電源供電的電路稱為三相交流電路。所謂三相交流電路是指由三個頻率相同、最大值（或有效值）相等、在相位上互差120°電角的單相交流電動勢組成的電路，這三個電動勢稱為三相對稱電動勢。單相交流電與三相交流電的波形圖如圖8－1所示。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識LOREMIPSUMDOLORLOREMIPSUMDOLOR項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識

2、三相交流電的產(chǎn)生三相交流電動勢由三相交流發(fā)電機產(chǎn)生，它是在單相交流發(fā)電機的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，如圖8－2所示，項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識

在發(fā)電機定子（固定不動的部分）上嵌放了三組結(jié)構(gòu)完全相同的線圈U1U2、V1V2、W1W2（通稱繞組），這三相繞組在空間位置上各相差120°電角度，分別稱為A相、B相和C相。U1、V1、W1三端稱為首端，U2、V2、W2則稱為末端。工廠或企業(yè)配電站或廠房內(nèi)的三相電源線（用裸銅排時）一般用黃、綠、紅分別代表A、B、C三相。由于三相繞組在空間各相差120°電角度，因此三相繞組中感應(yīng)出的三個交流電動勢在時間上也相差三分之一周期（也就是120°角）。這三個電動勢的三角函數(shù)表達式為:項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識

振幅相等、頻率相同，在相位上彼此相差120的三個電動勢稱為對稱三相電動勢。三相交流電動勢在任一瞬間其三個電動勢的代數(shù)和為零。我們用上面的三個式子也可以證明出這一結(jié)論。即三相電動勢達到最大值(振幅)的先后次序叫做相序。e1比e2超前120，e2比e3超前120，而e3又比e1超前120，稱這種相序稱為正相序或順相序；反之，如果e1比e3超前120，e3比e2超前120，e2比e1超前120，稱這種相序為負相序或逆相序。相序是一個十分重要的概念，為使電力系統(tǒng)能夠安全可靠地運行，通常統(tǒng)一規(guī)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一般在配電盤上用黃色標(biāo)出U相，用綠色標(biāo)出V相，用紅色標(biāo)出W相。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識

3、相交流電與單相交流電相比具有如下優(yōu)點：（1）三相交流發(fā)電機比功率相同的單相交流發(fā)電機體積小、重量輕、成本低；（2）電能輸送，當(dāng)輸送功率相等、電壓相同、輸電距離一樣，線路損耗也相同時，用三相制輸電比單相制輸電可大大節(jié)省輸電線有色金屬的消耗量，即輸電成本較低，三相輸電的用銅量僅為單相輸電用銅量的75%；（3）目前獲得廣泛應(yīng)用的三相異步電動機，是以三相交流電作為電源，它與單相電動機或其它電動機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、性能良好和使用維護方便等優(yōu)點。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識4、連接三相交流電電源三相交流發(fā)電機的每一個繞組都可以作為一個獨立的電源，單獨給負載提供電能。如果采用每個繞組獨立供電的方式，就需要六條導(dǎo)線，但實際上，三相電源的三個繞組按照一定的方式進行連接，再向負載供電的。（1）三相電源的星形(Y形)接法1）三相電源星形聯(lián)結(jié)將發(fā)電機三相繞組的末端U2、V2、W2連接在一點，始端Ul、Vl、Wl分別與負載相連，這種連接方法就叫做星形聯(lián)結(jié)，項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識如圖8－3所示。三個末端相連接的點稱為中性點或零點，用字母“N”表示，從中性點引出的一根線叫做中性線或零線。從始端Ul、Vl、Wl引出的三根線叫做端線或相線，因為它與中性線之間有一定的電壓，所以，俗稱火線。由三條火線和一條中線所組成的輸電方式稱為三相四線制（通常在低壓配電中采用）；如果在輸電中沒有中線只有三條火線的這種方式稱為三相三線制。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識2）星形接法的特點在星形接法中存在兩種電壓，即：相線與相線之間的電壓（）和相線與中線之間的電壓（）。我們把相線與相線之間的電壓稱為線電壓，用表示；相線與中線之間的電壓稱為相電壓，用表示。發(fā)電機作星形連接時三個線電壓和三個相電壓均為對稱電壓，通過理論證明了：各線電壓在相位上比相電壓超前，各線電壓的有效值為相電壓有效值的倍，即，我們生活和工作中通常所說380V、220V是指電源連接成星形時線電壓和相電壓的有效值。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識（2）三相電源的三角形(△形)接法項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識

將三相發(fā)電機的第二繞組始端V1與第一繞組的末端U2相連、第三繞組始端W1與第二繞組的末端V2相連、第一繞組始端U1與第三繞組的末端W2相連，并從三個始端U1、V1、W1引出三根導(dǎo)線分別與負載相連，這種連接方法叫做三角形(△形)連接。如圖8－4所示。電源在三角形連接時沒有中線，顯然這時線電壓等于相電壓，即特別需要注意的是，在工業(yè)用電系統(tǒng)中如果只引出三根導(dǎo)線(三相三線制)，那么就都是火線(沒有中線)，這時所說的三相電壓大小均指線電壓；而民用電源則需要引出中線，所說的電壓大小均指相電壓?！纠恳阎l(fā)電機三相繞組產(chǎn)生的電動勢大小均為，試求：(1)三相電源為Y形接法時的相電壓與線電壓；(2)三相電源為△形接法時的相電壓與線電壓。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識解：(1)三相電源Y形接法：相電壓線電壓(2)三相電源形接法：線電壓（二）連接三相負載我們平時所見到的用電器統(tǒng)稱為負載，負載可以分成兩類。一類是象電燈這樣有兩根出線的，叫做單相負載，電風(fēng)扇、收音機、電烙鐵、單相電動機等都是單相負載。另一類是象三相電動機的這樣的有三個接線端的負載，叫做三相負載。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識在三相負載中，如每相負載的電阻均相等，電抗也相等（且均為容抗或均為感抗），則稱為三相對稱負載。如果各相負載不同，就是不對稱的三相負載，如三相照明電路中的負載。1、負載的星形連接星形連接是指把各相負載的末端連在一起接到三相電源的中性線上，把各相負載的首端分別接到三相交流電源的三根相線上。（1）三相對稱負載的星形連接項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識如圖8－5所示，負載的末端連載一起，接到三相電源的中性線上，首端分別接到三相交流電源的三根相線上，且。這種情況稱為三相對稱負載的星形連接。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識三相對稱負載的星形連接電路特點：（1）負載相電壓與線電壓的關(guān)系：式中，表示負載星形聯(lián)結(jié)時的相電壓。（2）負載相電流與線電流的關(guān)系：①相電流：流過每相負載的電流，其方向與相電壓方向一致②線電流：流過每根相線的電流，其方向規(guī)定為電源流向負載電流關(guān)系：在星形聯(lián)結(jié)中，線電流等于相電流，即③中性線電流（IN）:流過中性線的電流，其方向規(guī)定為由負載中性點N′流向電源中性點N。對稱負載作星形聯(lián)結(jié)時，中性線電流為零，去掉中性線電路也可正常工作。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識（2）三相不對稱負載的星形連接如圖8－6所示電路，負載采用星形連接，但是各相負載的大小不一樣，我們稱之為三相不對稱負載的星形連接。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識當(dāng)三相負載不對稱時，由于有中性線存在，所以各相負載上的電壓都等于相電壓。因為負載大小不一樣，所以電流的大小就不相等，相位差也不一定是120°，因此，中性線電流就不為零，此時中性線絕不可斷開成為三相三線制。因此，在三相四線制電路中，一方面規(guī)定中性線不準(zhǔn)安裝熔斷器和開關(guān)，有時中性線還采用鋼芯導(dǎo)線來加強其機械強度，以免斷開；另一方面，在連接三相負載時，應(yīng)盡量使其平衡，以減小中性線電流。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識2、負載的三角形連接如圖8－7（a）所示，將三相負載分別接在三相電源的兩根相線之間的接法，叫做三相負載的三角形聯(lián)結(jié)。（1）線電壓與相電壓的關(guān)系當(dāng)負載的額定電壓等于電源的線電壓，負載做三角形聯(lián)結(jié)時，不論負載是否對稱，各相負載所承受的電壓均為對稱的電源線電壓，即

式中，表示負載作三角形聯(lián)結(jié)時負載的相電壓。用“△”來形象表示三角形聯(lián)結(jié)。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識LOREMIPSUMDOLORLOREMIPSUMDOLOR項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識（2）線電流與相電流的關(guān)系從圖8－7（a）中可以看出，若三相對稱負載成三角形聯(lián)結(jié)時，因各相電壓相等，則各相電流的大小也相等，其值為式中，表示負載作三角形聯(lián)結(jié)時負載的相電流。觀察8－7（b）所示的線電流和相電流的相量圖，從圖中可以看出：線電流與相電流是不一樣的，線電流和相電流的大小關(guān)系為式中，表示負載作三角形聯(lián)結(jié)時的線電流。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識（3）相電流與線電流的相量圖由圖8－7（b）可見：三個相電流的相位差互為120°，各相電流的方向與該相的電壓的方向一致；各線電流比各個相應(yīng)的相電流在相位上滯后30°，又因為相電流是對稱的，所以，線電流也是對稱的，即各線電流之間的相位差也都是120°。3、三相電路的功率三相電路的有功功率等于各相有功功率的總和，即當(dāng)三相負載對稱時，各相有功功率相等，則總有功功率為一相有功功率的三倍，即項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識當(dāng)負載星形聯(lián)結(jié)時有：所以當(dāng)負載三角形聯(lián)結(jié)時有：所以因此，三相對稱負載不論作星形或三角形聯(lián)結(jié)，總的有功功率的公式可統(tǒng)一寫成項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識必須指出，上面的公式雖然對星形和三角形聯(lián)結(jié)的負載都適用，但決不能認為在線電壓相同的情況下，將負載由星形聯(lián)結(jié)改成三角形聯(lián)結(jié)時，它們所消耗的功率相等。【例】有一對三相負載，每相的電阻為6Ω，電抗為8Ω，電源線電壓為380V，試計算負載星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)時的有功功率。解：每相負載的阻抗為星形聯(lián)結(jié)時：項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識，所以，有功功率為三角形聯(lián)結(jié)時負載的功率因數(shù)不變，所以有功功率為項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識由上面的計算可見，在相同的線電壓下，負載作三角形聯(lián)結(jié)的有功功率是星形聯(lián)結(jié)的有功功率的三倍。這是因為三角形聯(lián)結(jié)時的線電流時星形聯(lián)結(jié)時的線電流的三倍。（三）認識企業(yè)車間供配電線路（圖8－8）項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識在企業(yè)車間里有很多設(shè)備在同時進行運轉(zhuǎn)，這些設(shè)備都需要正常供電，都需要得到準(zhǔn)確的控制。所以車間的配電線路是項復(fù)雜和龐大的工程，如圖8-3-1所示，工廠供電系統(tǒng)范圍是指工廠所需電力從進廠起到用電設(shè)備的整個電力線路及變配電設(shè)備。1、工廠供配電系統(tǒng)項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識

圖8－9是一個比較典型的中型工廠供電系統(tǒng)簡圖。該圖未繪出各種開關(guān)電器（除母線和低壓聯(lián)絡(luò)線上裝設(shè)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)外），而且只用一根線來表示三相線路，即繪成單線圖的形式。

從圖8－9可以看出，該廠的高壓配電所有兩條10kV的電源進線，分別接在高壓配電所的兩段母線上。這兩段母線間裝有一個分段隔離開關(guān)（又稱聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)）形成所謂“單母線分段制”。2.、電力系統(tǒng)中性點運行方式電力系統(tǒng)中性點：系統(tǒng)中發(fā)電機或變壓器的中性點。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識（1）中性點不接地系統(tǒng)（圖8－10）1）發(fā)生單相接地時，其余兩相對地電壓升高√3倍2）允許短時運行，但應(yīng)裝設(shè)單相接地保護或絕緣監(jiān)視裝置。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時發(fā)出報警信號或指示，提醒值班人員采取措施。（2）中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)（圖8－11）這種方式主要用于35KV電力系統(tǒng)，規(guī)程規(guī)定：當(dāng)3-10KV系統(tǒng)Ic≥30A，20KV系統(tǒng)Ic≥10A時須采用經(jīng)消弧線圈接地方式。消弧線圈作用：用消弧線圈IL補償接地點的電容電流IC消弧抑制諧振過電壓。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識（3）中性點直接接地系統(tǒng)（圖8－12）1）發(fā)生單相接地故障時，其余兩相電壓不會升高。對絕緣要求降低。2）單相短路故障時，短路電流很大，可動作于跳閘。3、低壓配電系統(tǒng)的接地形式及應(yīng)用（1）N線、PE線、PEN線功能1）N線（中性線）中性線在低壓配電系統(tǒng)中主要有以下作用：a.用來接額定電壓為相電壓的單相設(shè)備b.用來傳導(dǎo)三相系統(tǒng)中不平衡電流的單相電流項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識c.減小負荷性電位偏移2）PE線（保護線）PE線在低壓配電系統(tǒng)中的作用是為保障人身安全，防止發(fā)生觸電事故而設(shè)的接地線。3）PEN線（保護中性線）低壓配電系統(tǒng)中PEN線兼有N線、PE線功能，習(xí)慣上稱為“零線”，設(shè)備外殼接PEN或PE線的接地形式稱為“接零”。4、保護接地的形式及應(yīng)用（1）TN系統(tǒng)1）TN—C系統(tǒng)（三相四線制），如圖8－13所示。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識LOREMIPSUMDOLORLOREMIPSUMDOLOR項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識電路中所有電氣設(shè)備外殼接保護接零。該電路的特點是：PEN線中可有電流通過，其斷線，會造成人身觸電危險，且會造成有的相電壓升高而燒毀單相用電設(shè)備。這種接線方法主要應(yīng)用在對安全及電磁干擾要求不高的場所。要求PEN線須連接牢固。2)TN—S系統(tǒng)（三相五線制），如圖8－14所示。TN—S系統(tǒng)是指保護單獨接地。該電路的特點是：PE線與N線分開，PE線中沒有電流通過，所有設(shè)備之間不會產(chǎn)生電磁干擾；PE線斷線不會使設(shè)備外露可導(dǎo)電部分帶電，比較安全。主要應(yīng)用在電子設(shè)備上和實驗場所中。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識3)TN—C—S系統(tǒng)，如圖8－15所示。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識TN—C—S系統(tǒng)是(即a、b的組合)運行方式靈活，兼有TN—C系統(tǒng)和TN—S系統(tǒng)的優(yōu)越性，經(jīng)濟實用。主要應(yīng)用在現(xiàn)代企業(yè)和民用建筑中。（2）TT系統(tǒng)（三相四線制），如圖8－16所示。接入系統(tǒng)的每臺設(shè)備均經(jīng)過各自的PE線單獨接地。特點是：抗電磁干擾；若有設(shè)備因絕緣不良或損壞使其外露可導(dǎo)電部分帶電時，漏電電流一般很小不足以使線路過流保護裝置動作，增加了觸電危險。線路要求必須裝設(shè)靈敏的漏電保護裝置。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識（3）IT系統(tǒng)（三相三線制），如圖8－17所示。IT系統(tǒng)是指中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地，每臺設(shè)備均經(jīng)各自的PE線接地。電路要求裝設(shè)單相接地保護。這類系統(tǒng)主要應(yīng)用在對連續(xù)供電要求較高或?qū)闺姶鸥蓴_要求較高的易燃易暴場所。如礦井等。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識5、工廠車間配電柜安裝（圖8－18）項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識低壓配電柜是成套設(shè)備，是用于發(fā)電廠、變電所、工礦企業(yè)等電力用戶作為交流50Hz，額定工作電壓380V，額定電流至2500A的配電系統(tǒng)中作為動力，照明及配電設(shè)備的電能轉(zhuǎn)換、分配與控制之用。（1）低壓配電柜組成低壓配電柜一般由柜體、刀閘、熔斷器、空氣開關(guān)、母線、絕緣材料、保護電路等組成，如圖8－19所示。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識

項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識2）低壓配電柜安裝1）低壓配電柜柜體①柜體選擇配電柜型號如圖8－20所示。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識低壓配電箱保護型式應(yīng)當(dāng)根據(jù)所在工作場所的條件來選用。a.在相對濕度不超過75％，且無粉塵、無腐蝕性氣體或蒸氣、無易燃易爆物質(zhì)的危險性較小場所，其低壓配電箱可選用開啟式的。b.能產(chǎn)生大量粉塵的多塵場所，應(yīng)選用防塵型配電箱。c.在有可燃液體和懸浮狀、堆積狀可燃粉塵或可燃纖維的H-1級、H-2級火災(zāi)危險場所應(yīng)選用防塵型的；在有固體可燃物質(zhì)的H-3級火災(zāi)危險場所，可選保護型的。d.在爆炸危險場所的選用。在正常情況下能形成爆炸性混合物的Q-1級場所應(yīng)選用隔爆型、防爆通風(fēng)、充氣型的低壓配電箱。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識②安裝要求配電柜平穩(wěn)地安裝到基礎(chǔ)槽鋼上，柜間用螺栓擰緊，找平、找正后與基礎(chǔ)槽鋼焊接在一起，盤柜要用6mm的軟銅線與接地干線相連，作為保護接地。盤柜安裝水平度、垂直度要求的允許偏差如表8－1所示。固定底座用的底板由土建施工進行預(yù)埋。安裝人員應(yīng)配合或檢查驗收其的準(zhǔn)確性。a.柜安裝在震動場所，應(yīng)采取防震措施（如開防震溝，加彈性墊等）。b.柜本體及柜內(nèi)設(shè)備與各構(gòu)件間連接應(yīng)牢固。主控制柜、繼電保護柜、自動裝置柜等不宜與基礎(chǔ)型鋼焊死。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識c.單獨或成列安裝時，其垂直度、水平度以及柜面不平度和柜間接縫的允許偏差施工要求安裝。d.端子箱安裝應(yīng)牢固，封閉良好，安裝位置應(yīng)便于檢查；成列安裝時，應(yīng)排列整齊。e.柜的接地應(yīng)牢固良好。裝有電器的可開啟的柜門，應(yīng)以軟導(dǎo)線與接地的金屬構(gòu)架可靠地連接。f.柜內(nèi)配線整齊、清晰、美觀、導(dǎo)線絕緣良好，無損傷，柜的導(dǎo)線不應(yīng)有接頭；每個端子板的每側(cè)接線一般為一根，不得超過兩根。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識表8－1盤柜安裝水平度、垂直度要求的允許偏差項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識2）熔斷器①熔斷器選擇a.額定電壓：b.額定電流：c.熔斷器的類型應(yīng)符合安裝條件及被保護設(shè)備的技術(shù)要求。d.熔斷器的分?jǐn)嗄芰Γ荷舷录壢蹟嗥鞯南嗷ヅ浜?一般使上、下級熔體的額定值相差2個等級即可滿足選擇性要求。項目8認識三相供電電路三、三相供電電路的相關(guān)理論知識②熔斷器的安裝a.安裝前，應(yīng)檢查熔斷器的額定電壓是否大于或等于線路的額定電壓.熔斷器的額定分?jǐn)嗄芰κ欠翊笥诰€路中預(yù)期的短路電流熔體的額定電流是否小于或等于熔斷器支持件的額定電流。b.熔斷器一般應(yīng)垂直安裝應(yīng)保證熔體與觸刀以及觸刀與刀座的接觸良好，并能防止電弧飛落到鄰近的帶電部分上。c.安裝時應(yīng)注意，不要讓熔體受到機械損傷.以免因熔體截面變小而發(fā)生誤動作。d.安裝時應(yīng)注意，使熔斷器周圍介質(zhì)的溫度與被保護對象周