電工學(xué)-第4章供電與用電

1第4章供電與用電4.1三相電源4.2三相負載

4.3三相功率

*

4.4電力系統(tǒng)

4.5觸電事故4.6觸電防護

4.7靜電防護

4.8電器防火和防爆

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返回主頁4.9應(yīng)用實例

2高等教育出版社

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。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、價格低廉、性能良好和使用維護方便。

三相交流電路

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。3高等教育出版社4.1三相電源一、三相交流電的產(chǎn)生

+－e1L1L1′+－e2L2L2′+－e3L3L3′L1L1′L2L2′L3L3′L1L1′

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120，它們的始端記為

L1、L2

、L3

，末端記為L1

、L2

、L3

?！洹洹洌╝）結(jié)構(gòu)（b）繞組（c）三相電動勢4高等教育出版社

分類磁極放在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子由原動機拖動作勻速轉(zhuǎn)動。定子三相繞組切割轉(zhuǎn)子磁場而感應(yīng)出三相交流電動勢。???L1L2'L3L2L3'L1'1.三相交流電動勢產(chǎn)生原理2.三相交流電動勢的特點

幅值相等頻率相同相位差=120

SN5高等教育出版社3.三相交流電動勢的表達式e2e3e1ωteO(a)波形圖U1U3U2(b)相量圖120o120o120oe1=Em

sin

te2=Em

sin(t-120o)=Em

sin(t+120o)e3=Em

sin(t-240o)E1

=E0oE2

=E-120oE2

=E120o6高等教育出版社二、三相電源的星形聯(lián)結(jié)

發(fā)電機三相繞組通常將三個末端接在一起。三個繞組末端的連接點稱為中性點

(N)。三個首端L1、L2、L3稱為端點。由中性點N引出的供電線稱為中性線或零線。由三個首端引出的供電線稱為相線或火線。L1L3－′L2L1′′L3+－e1+－e2L2+e3星形聯(lián)結(jié)L1L2L3L1L2L3′

′

′

7高等教育出版社I1I3I2中性線(零線)線電流相電壓相線(火線)線電壓相電流三相四線制

I1IL1=I2IL2=I3IL3=U12≠U1U23≠U2U31≠U3L1L2L3NIL2IL3IL1IN1.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IL=IPU12+U23+U31+U1+U2+U3+8高等教育出版社30U23U2U31U3U2U12U1=√3U12U130o=√3U23U230o=√3U31U330o9高等教育出版社三、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繞組的末端連接在一起，形成閉合回路。三角形聯(lián)結(jié)L1L1′L2L3L2′L3′L1L3－′L2L1′′L3+－e1+－e2L2+e310高等教育出版社三相三線制I1I2I3線電流相電壓相線（火線）線電壓相電流U12U1=U23U2=U31U3=1.線電壓與相電壓的有效值關(guān)系UL=UPI1IL1=-I3I2IL2=-I1I3IL3=-I22.線電流與相電流的有效值關(guān)系L1L2L3IL1IL3IL2(U1)U12+U23(U2)+U31(U3)+11高等教育出版社

－I1I130

IL1I2I3

IL2

IL2－I3－I2=√3IL1I1

－30o=√3IL2I2

－30o=√3IL3I3

－30o12高等教育出版社4.2三相負載

三相對稱負載:

三相阻抗相等的三相負載。

三相不對稱負載:

使用時平均分配到三個相上。L1L2L3NM

3～

三相負載:

由三相電源供電的負載。Z2Z1Z313高等教育出版社星形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié)

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壓。ZZZL1L2L3ZZZL1L2L3N14高等教育出版社一、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，接到電源的中性線上。三相負載的三個首端分別接到電源的三根相線上。INIL3I2I1IL1I3L2L3L1NZ1Z2Z3+++U3IL2U1U2Z1Z2Z3L1L2L3NIL3IL1++U3U1U2IL1IL2+15高等教育出版社I1

=U1Z1U2U31U3U12U1

U2U1U3

I1I2I3U23I1

=U1Z1I1

=U1Z1INIL3I2I1IL1I3L2L3L1NZ1Z2Z3+++U3IL2U1U2如果負載對稱，阻抗Z1=

Z2=

Z3。則為對稱三相電路。IN=I1+I2+

I3=IL1+IL2+

IL316高等教育出版社I1

=U1Z1I1

=U1Z1I1

=U1Z1如果負載對稱，阻抗

Z1=

Z2=

Z3。則為對稱三相電路。IN=I1+I2+

I3=IL1+IL2+

IL3U2U31U3U12U1

U2U1U3

I1I2I3U23INIL3I2I1IL1I3L2L3L1NZ1Z2Z3+++U3IL2U1U217高等教育出版社三相負載不對稱而又沒有中性線時，三相負載的相電壓不會對稱，導(dǎo)致有的相電壓超過負載的額定相電壓，有的低于額定相電壓，致使負載不能正常工作，甚至損壞。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裝置。R2R3

L1L2L3R1NS18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連在一起，形成閉合回路。將三個連接點分別接到三個電源的三根相線上。二、三相負載的三角形聯(lián)結(jié)U2I3I2I1L2L3L1+++Z1Z2Z3U1IL1IL2IL3U3

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=√3

IL1I1

-30o

=√3

IL2I2

-30o

=√3

IL3I3

-30o

=√3

ILIPZ1=Z2=Z3=Z

對于三相對稱負載:I1IL1I2I3IL2IL2

U1U2U3

I3

I2

I120高等教育出版社[例4.2.1]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UPS=220V，負載每相阻抗|Z|=10Ω。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。[解]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ULL=ULS=380V負載為三角形聯(lián)結(jié)，則負載相電壓UPL=ULL=380V負載相電流IPL=UPL|Z|=38010A=38A負載為三角形聯(lián)結(jié)，故負載線電流ULS=√3UPS=1.73×220V=380VILL=√3IPL=1.73×38A=66A21高等教育出版社電源只向一組三相負載供電，故電源線電流電源為星形聯(lián)結(jié)，故電源相電流ILS=ILL=66AIPS=ILS=66A22高等教育出版社4.3三相功率三相總有功功率P=P1+P2+P3三相總視在功率S=√P2+Q2

P=3UPIPcos

Q=3UPIPsin

S=3UPIP

三相對稱負載功率表達式﹡相電壓、相電流：﹡線電壓、線電流：一、三相功率的計算Q=√3ULILsin

S

=√3UL

ILP=√3ULILcos

三相總無功功率Q=Q1+Q2+Q323高等教育出版社[例4.3.1]電路中有兩個負載，其中負載2為感性，

負載1：UN=380V，P1=75kW，cos

1=1，Y形聯(lián)結(jié)。負載2：UN=380V，P2=36kW，cos

2=0.8，Δ形聯(lián)結(jié)。求:電源提供的電流？[解]P

=P1

+P2

=111kWQ=Q1+Q2

=P1tan

1+P2tan

2

=27kvarS=√P2+Q2

Il=

=173AS√3Ul=114kV·ARRRL2L3L1ZZZIL1IL12IL1124高等教育出版社*4.4電力系統(tǒng)水力發(fā)電廠用電設(shè)備變電所輸電線配電設(shè)備火力發(fā)電廠原子能發(fā)電廠用電設(shè)備太陽能發(fā)電廠地熱發(fā)電廠潮汐發(fā)電廠生物質(zhì)發(fā)電廠25高等教育出版社380V220V6kV10kV110kV、220kV、500kV電能負荷升壓變壓器降壓變壓器10kV

輸電方式交流輸電：輸電距離越遠，輸送功率越大，要求的輸電電壓就越高。直流輸電：輸電線路的功率損耗小，電壓降小，適用于大功率、長距離輸電。26高等教育出版社

低壓供電系統(tǒng)的接線方式放射式：供電可靠性高，導(dǎo)線用量大，費用高。樹干式：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。變電所配電箱配電箱配電箱變電所配電箱配電箱配電箱配電箱27高等教育出版社4.5觸電事故一、電流對人體的危害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——引起神經(jīng)功能和肌肉功能紊亂2.化學(xué)性質(zhì)的作用——電解而破壞人體細胞3.熱性質(zhì)的作用——灼傷、產(chǎn)生電烙印及皮膚金屬化等4.機械性質(zhì)的作用——骨折、組織受傷等28高等教育出版社按人體所受傷害方式的不同可分為1.電傷——人體外表的局部損傷——對人體內(nèi)部器官的傷害2.電擊二、電擊對人體的傷害程度與以下因素有關(guān)：1.通過人體電流的大小2.電流通過人體的途徑3.觸電時間的長短

通過心臟的電流達到50mA/s即致人死地4.電流的頻率工頻電流對人體的危害最大手—手、手—腳最為危險29高等教育出版社三、觸電事故單線觸電事故兩線觸電事故1.直接觸電IdId單線觸電事故兩線觸電事故2.間接接觸觸電人體接觸到正常情況下不帶電、僅在事故情況下才會帶電的部分而發(fā)生的觸電事故。間接接觸觸電30高等教育出版社4.6觸電防護

常規(guī)環(huán)境：交流50V、直流120V

潮濕環(huán)境：交流25V、直流60V一、安全電壓2.GB規(guī)定的安全電壓額定值為：1.

通用接觸電壓極限：42V、36V、24V、12V、6V

要求：獨立的電源供電。31高等教育出版社二、保護接地和保護接零1.IT系統(tǒng)保護接地

適用于中性點不接地的三相三線制供電系統(tǒng)。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。接地裝置的接地電阻一般不超過4。

Rd32高等教育出版社PEL1L2L3NTN－Ｓ系統(tǒng)TN-C(PE和N共用)TN-S(PE和N完全分開共用)TN-C-S(PE和N部分共用)

三相五線制系統(tǒng)分為:2.保護接零（TN系統(tǒng)）

適用于中性點接地的三相四線制供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備。33高等教育出版社3.

TT系統(tǒng)

電源的中性點接地，而用電設(shè)備采用保護接地的系統(tǒng)。采用TT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)）同一供電系統(tǒng)中，TN和TT兩種系統(tǒng)不宜同時采用。RoRd工作接地保護接地34高等教育出版社三、漏電開關(guān)作用：主要用于低壓供電系統(tǒng)，當被保護的設(shè)備出現(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，以切斷供電電路。2.漏電開關(guān)的選擇若用于保護人:動作電流30mA以下。漏電動作時間0.1s以下。若用于保護線路:動作電流30～100mA以下。漏電動作時間0.2～0.4s以下。35高等教育出版社一、什么是靜電在宏觀范圍內(nèi)暫時失去平衡的相對靜止的正、負電荷。四、靜電的危害影響生產(chǎn)、危及人身安全、引起火災(zāi)和爆炸。4.7靜電防護二、靜電的形成摩擦起電、破斷起電、感應(yīng)起電。三、靜電的應(yīng)用靜電除塵、靜電復(fù)印、靜電噴漆、靜電選