电工学第03章.ppt

三相交流电源负载星形连接的三相电路负载三角形连接的三相电路三相电路功率的计算建筑供配电简介,本章主要内容,三相交流电源,三相电路的概念,所有电源都工作在同一频率的正弦电路或系统称为多相系统,三相系统的电源只有三个特定的电源相位,三相系统是目前最普遍且最经济的多相系统(1)几乎所有发电和输电都采用三相制，工作频率50或60Hz,需要单相或两相可以直接从三相电源获得，无需单独产生。(2)三相电源的每一瞬时功率恒定（无波动）,因此，功率传输平稳，且避免了三相设备的振动。(3)同样能量的功率传输，三相比单相更经济（节省输电线材）。,三相交流电源,三相电源电压的产生,三相电路（系统）通常以三相发电机作为三相电源，其电源特点是产生三个同频率、幅值相等和初相依次相差120的正弦电压源，并按一定的方式联接对外供电。,1、三个线圈空间位置互成120o,2、转子装有磁极并以的速度旋转。三个线圈中便产生三个单相电压。,三相电源电压的产生,三相电源电压的产生,三相电源电压的产生,这三个幅度、频率相同，但相位各相差120的正弦电压相当于三个独立的电源。,显然,三相电源电压的产生,我们把这三个幅度、频率相同，相位差120且其和为零的正弦电压构成的电源称为对称三相电源,称：电源电压达到最大值的顺序叫相序。,定义A为顺序,定义A为逆序,三相电源的连接,三相电源的连接方式有两种:(1)星形(Y)接法(2)三角形()接法,通常将三个末端接在一起，该点成为中点或零点(N)。即星形(Y)接法。电路如图所示。,(XYZ),（相线）,（相线）,（相线）,（中线）,又称火线,又称零线,相电压,这种接法称为三相四线制,三相电源的连接-Y形连接,相电压,线电压,线电压和相电压均对称,三相电源的连接-形连接,如果把三相电压源顺序相接，即X与B，Y与C、Z与A相接形成一回路，再从各端纽A、B、C依次引出端线来，就成为三相电压源的三角形联接。,（相线）,（相线）,（相线）,三角形（）联接的三相电源，线电压和相电压一致。这种联接方式只有三条相线，称为三相三线制。,注意：因为uA+uB+uC=0,所以保证没有输出的情况下,电源内部没有环行电流,如果接错,将可能形成很大的环行电流。,三相交流电源的连接,线电压和相电压均对称且相等,线电压和相电压均对称,可对外输出两种电压,对外只有一种输出电压,-为相电压-为线电压,在日常生活与工农业生产中，用户的一般电压等级为,星形：线电压与相电压的关系,星形：线电压与相电压的关系,三相对称交流电的三个线电压和三个相电压的相互关系是确定的，已知其中的一项，其余五项便可推出。,线电压与相电压的关系,例：已知则：分别为多少？,解：,线电压与相电压的关系,三个电源串接能否造成短路？直流电源行吗？,A,X,Y,Z,B,C,问题讨论,三相负载的连接,由三相电源供电的负载称三相负载。三相负载通常有两类，一类是由三个单相负载(电灯、电烙铁等)各自作为一相组成的三相负载,称为单相负载的三相连接；另一类就是三相负载(三相电动机、三相变压器等)。如果每相负载的阻抗都相等ZA=ZB=ZC=Z,则称为对称三相负载。否则为不对称负载。和电源的连接相同，三相负载也有星形（Y）和三角形（）两种连接方式。,三相负载连接原则,1.电源提供的电压=负载的额定电压；2.单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。,三相负载与三相电路,由三相电源、三相负载及连接电源和负载的导线所组成的电路，称三相电路。若三相电源和三相负载都是对称的，则称为对称三相电路。,通常情况下，三相电源对称、三相负载不对称,则称为不对称三相电路。,根据负载和电源的连接方式不同，三相电路的连接方式有：,三相负载与三相电路,负载星形连接的三相电路,A,C,B,N,Z,Z,Z,相电流(负载上的电流)：,负载星形连接的三相电路,A,C,B,N,Z,Z,Z,星形接法特点,:零线电流,负载星形连接的三相电路,负载星形：一般计算方法,A,C,B,N,ZA,ZB,ZC,负载对称时的计算,三个电流成对称关系，这种电路称为三相对称电路。,当负载对称时，只需要计算其中一相，其余两相可直接写出,问题及讨论,负载对称时,零线是否可以取消？,答：三相完全对称时，零线可以取消。称为三相三线制。,计算举例,例1,一星形联接的三相对称负载电路，每相的电阻R=6，感抗XL=8。电源电压对称，设,因负载对称，故只计算一相电路。由题意，相电压有效值UA=220V，其相位比线电压滞后30，即,A相电流,计算举例,根据对称关系，其它两相电流为,由几何关系可求得中线电流为零，本题与无中线情况相同。,所以，得,相电压相量可分别表示为,相电流相量可分别表示为,负载不对称时的计算举例,负载不对称的三相星形联接电路，分有中线和无中线两种情况计算。见下面例题分析。,1.有中线应用实例-照明电路,正确接法:每层楼的灯相互并联,然后分别接至各相电压上。设电源电压为,则每盏灯上都可得到额定的工作电压220V,因为有中线，各相单独计算,负载不对称时的计算举例,讨论,分析：设线电压为380V。A相断开后，B、C两相串连，电压UBC（380V）加在B、C负载上。如果两相负载对称，则每相负载上的电压为190V。,问题1：若一楼全部断开，二、三楼仍然接通,情况如何?,结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。,负载不对称时的计算举例,问题2：若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼灯的数量不等（设二楼灯的数量为三层的1/4）结果如何？,结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压，灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。,负载不对称时的计算举例,问题3：照明电路能否采用三相三线制供电方式？,A,C,B,.,.,.,一层楼,二层楼,三层楼,N,关于零线的结论,1）负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。,2）中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到对称的相电压。,3）为了确保零线在运行中不断开，其上不允许接保险丝也不允许接刀闸。,负载三角形连接的三相电路,特点：线电压=相电压,负载三角形连接的三相电路,各电流的计算,相电流,负载三角形连接的三相电路,负载对称电路分析（ZAB=ZBC=ZCA=Z）,各相电流互为对称，有效值为：,负载三角形连接的三相电路,同理：,线电流与相电流的关系,结论：1）,2）线电流滞后相电流,3）线电流互为对称,三相电路功率的计算,不论负载是星形联接还是三角形联接，三相电路的总的有功功率必定等于各相有功功率之和。,当负载对称时，各相的有功功率都是相等的。因此三相总功率为：,注意：式中的、为负载的相电压和相电流；为仍为相电压与相电流之间的相位差角。,三相电路功率的计算,对于星形对称负载，因为：,对于三角形对称负载,所以：,所以：,三相电路功率的计算,三相对称负载的有功功率,同理可得无功功率和视在功率为,三相电路功率的计算,例,试求：,每相负载的电阻和感抗；当AB相断开时，各安培计的读数和总功率；当A线断开时，求各安培计的读数和总功率。,1.由题意，视在功率,对称负载联成三角形，已知电源电压Ul=220V,安培计读数Il=17.3A,三相功率P=4.5kW。,解,三相电路功率的计算,负载相电流,负载阻抗为,2.AB断开不影响另两相负载，A、B两线的安培计读数等于负载的相电流，C线的安培计读数不变。即,AC和BC间负载功率不变，AB间功率为0，则总功率为,三相电路功率的计算,3.A线断开，其安培计读数为0。此时电路变成一单相电路。总阻抗|Z|=44/3,B和C线上安培计的读数为,则总功率为,解毕,例：输送距离相同，负载上获得的功率和电压相同，试证明：在线路损耗相等的情况下，三相输电系统所用导线材料为单相输电系统的3/4。,设负载两端的电压为U，则线路上的电流为,则线路上的损耗为,则线路用材料的体积为,建筑供配电知识简介,电力系统概述配电网络接线方式电力负荷的分类与分级建筑低压配电系统简介,电力系统概述,概念：由发电、输电和配电组成的输配电系统称为电力系统。,发电：由发电机发出的电压一般为6kV、10kV、13.8kV，而且距能源储藏地近，里用户较远。,输电：将发电厂发出的电能经铁塔上的高压线输送到各个地方或者直接送往电力用户。属于联系用户与电厂的中间环节，是电力系统的主要环节，其电压通常为35500kV。,在进入市区或者大型用电户之前，还需要把传输的高压降低为已与分配和使用的电压的等级：35500kV3、6、10kV。,电力系统概述,配电：由10kV及其以下的配电线路和配电变压器组成，其作用是310kV的高压降为380/220V低压，实际中也称其为用户配变电所。,在现代电力系统中，大型的发电厂往往远离负荷中心，发电厂发出的电能，一般要通过高压或超高压输电网络送到负荷中心，然后在负荷中心由电压等级较低的网络把电能分配到不同电压等级的用户。这种在电力网中与输电网络和用户相连，主要起分配电能作用的网络就称为配电网络。从广义上讲，110kV及以下线路和设备构成的电力网均可称为配电网络。,电力系统概述,电压等级：习惯上，1kV及其以上的电压称为高压，有：1kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV和500kV等；1kV以下的电压称为低压，有：110V、380V和安全电压：6V、12V、24V、36V和42V等。,在我国按电压等级来分，配电系统可分为高压配电网(35110kV)、中压配电网(610kV)和低压配电网(220380V)，如图虚线框内所示。虚线框外部为发电厂及输电网络。10kV及以下的统称中低压配电系统。,电力系统概述,配电网络接线方式,配电网的接线是由高、中、低配电线路和联系它们的变、配电所组成的。不管是农村配电网还是城市配电网，其接线方式根据供电可靠性的要求基本上可分为有备用和无备用两大类型。无备用的接线方式，当任一回线故障就会使该回线用户停电。有备用的接线方式，符合N-1原则的可靠性要求，因线故障不会造成对用户停电。实际网络接线按体系结构可归纳为放射形接线、树状和环网接线三种基本接线方式及它们的改进，如“手拉手”供电接线相双回路T接线。,配电网络接线方式,配电网络接线方式,配电网络接线方式,放射式接线特点是：在某一线路发生故障或检修时不影响对共他线路的供电，供电可靠性高，维修方便，但有色金属消耗较多，导线和开关设备用量大、投资费用较高。该接线方式多用于容量大的单台设备或对供电可靠性要求较高的场所。,树干式接线特点是：采用的开关设备较少，有色金属消耗较少，投资费用较低，但干线发生故障时影响范围大，所以供电可靠件较差。适用于供电容量较小，负荷分布比较均匀且无特殊要求的用电设备。,配电网络接线方式,环形接线特点是：供电可靠性高，网中任一段线路发生故障或检修时，都不会造成供电中断，或只是短暂的停电，一旦联络线切换电源的操作完成，便能恢复供电。该接线方式的缺点是保护装置及其整定配合相当复杂，且易发生误动作，如果发生误动作反而会扩大故障停电范围，所以不常采用。,实际工作中，放射式、树干式和环形式往往是混合使用的，应根据安全可靠、经济合理的原则，进行优化组合。,电力负荷的分类与分级,分类：按照我国现行电力行业标准规定，交流电力系统的额定电压等级分为以下三类：,第一类为l00V以下，如36V、24V、12V和6V等：主要用于安全照明、电器控制、信号控制等电路。第二类为100V以上1000V以下的电压，如220V，380V等，主要用于照明和动力设备、是工矿企业、工业与民用建筑中应用最为广泛的一种等级。第三类为1000V以上的电压，主要用于大型动力设备。,电力负荷的分类与分级,一级负荷：中断供电会造成人身伤亡事故，在政治、经济上将造成重大损失或造成公共秩序严重混乱的这类负荷，称为一级负荷。如矿井、医院的手术室、钢铁厂、重要交通和通讯枢纽，重要宾馆、国际友人活动频繁的场所、飞机场、大型体育馆、多层和高层建筑电梯等，一级负荷中涉及安今报警、消防救灾、信息通讯设施的电力负荷尤为重要。,电力负荷的分级：电力负荷是指用电设备所消耗的电功率或通过的电流。根据用电设备的重要性以及对供电可靠性的要求，将电力负荷分为三个等级。,电力负荷的分类与分级,二级负荷：中断供电在政治、经济上将造成较大损火的这类负荷即为二级负荷。如主要设备损坏、大量产品报废、重点企业大量减产，交通枢纽和通信枢纽不能正常工作等：三级负荷：不属于一级负荷和二级负荷的均为三级负荷。,民用建筑中常见重要设备及部分的电力负荷等级有表可查。某些行业，如钢铁企业、矿山、铁路等，有本行业的负荷等级标准。,建筑低压配电系统简介,（1）建筑低压配电系统属于低压配电系统，它由配电装置（配电柜或配电盘）和配电线路（干线及分支线）组成。,（2）低压配电系统又分为动力配电系统和照明配电系统。其配电方式又分为放射式、树干式和混合式三种。,（3）建筑低压配电系统均采用三相四线制（或三相五线制）供电，按IEC的标准，低压配电系统根据保护接地的形式不同分为：TT系统、TN（TN-S、TN-C-S、TN-C）系统和IT系统三类五种。,低压系统保护接地的方式,其中IT系统和TT系统的设备外露可导电部分经各自的保护线直接接地(保护接地)；TN系统的设备外露可导电部分经公共的保护线与电源中性点直接电气连接(保护接零)。,IEC对系统接地的文字符号的意义规定如下:第一个字母表示电力系统的对地关系：T中点直接接地；I所有带电部分与地绝缘或一点经高阻抗接地。,低压系统保护接地的方式,第二个字母表示装置的外露可导电部分的对地关系：T外露可导电部分对地直接电气连接，与电力系统的任何接地点无关；N外露可导电部分与电力系统的接地点直接电气连接(在交流系统中，接地点通常就是中性点)。若有第三个，这些字母表示中性线与保护线的组合：C中性线和保护线是合一的；S中性线和保护线是分开的；,低压系统保护接地的方式,（1）TT系统电源中性点直接接地，与用电设备接地无关。设备的金属外壳也直接接地，且与电源中性点相接。,工作原理：当发生单相碰壳故障时，接地电流经保护接地装置和电流的工作接地装置所构成的回路流过。,当发生单相碰壳故障时，若有人触摸带电的外壳，则由于保护接地装置的电阻远小于人体的电阻，大部分的接地电流被接地装置分流，从而对人身起到保护作用。,低压系统保护接地的方式,不足之处：在采用的电气设备发生单相碰壳故障时，接地电流并不很大，往往不能使保护装置动作，这将导致线路长期带故障运行。,当TT系统中的用电设备只是由于绝缘不良导致漏电，漏电电流并不很大(仅为毫安级)，不可能使线路的保护装置动作，这也导致漏电设备的外壳长期