第四章(少学时)

第四章：供电与用电第4章:供电与用电4.1三相电源4.2三相负载4.3三相功率4.4电力系统4.5触电事故4.6触电防护4.7静电防护4.8电器防火与防爆第4章供电与用电三相交流电的优点

三相交流发电机体积小、重量轻、成本低。节省输电线金属的消耗量，输电成本较低。应用广泛的三相异步电动机结构简单、价格低廉、性能良好和使用维护方便。三相交流电路由三相交流电源供电的电路。电力系统目前普遍采用三相交流电源供电。电动势的产生NSAXe在两磁极中间，放一个线圈。根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向由AX。让线圈以的速度顺时针旋转。4.1三相电源第4章供电与用电动生电动势合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到单相交流电动势。第4章供电与用电图4.1.1三相交流发电机示意图1.三相电压的产生工作原理：动磁生电(尾端)+u1u2u3XABYCZ(首端)++––

–++__eeAX•图4.1.2三相绕组示意图图4.1.3电枢绕组及其电动势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动势。第4章供电与用电A定子ZXYNSC-+B•••转子对称三相感应电动势的表达式t0e1e2e3XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+••+•+XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+••+•+XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+••+•+XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+••+•+XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+••+•+XAYCBZSN+•++••A相B相C相第4章供电与用电三相感应电动势瞬时表示式相量表示铁心（作为导磁路经）三相绕组匝数相同空间排列互差120:直流励磁的电磁铁定子转子发电机结构第4章供电与用电对称三相电动势的瞬时值之和为0三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。最大值相等频率相同相位互差120°称为对称三相电动势三个正弦交流电动势满足以下特征供电系统三相交流电的相序为A

B

C第4章供电与用电2.三相电源的星形联结(1)联接方式中性线(零线、地线)中性点端线(相线、火线)在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压线电压：端线与端线间的电压、Up–+–++–、UlXYZNBCAe1+–e3+–e2+––+–+–+第4章供电与用电三相四线制:ABC加N

三相三线制:ABC无N

第4章供电与用电XYZNBCAeA+–eC+–eB+–(2)线电压与相电压的关系根据KVL定律由相量图可得相量图30°AXYZNBCe1+–e3+–e2+–+–+–+––+–+–+第4章供电与用电同理线电流：由端点输送出去的电流相电流：每相绕组中的电流(2)线电流与相电流的关系线电流与对应的相电流相位相同。第4章供电与用电3.三相电源的三角形联结–++–+BAC–将三相电源的每相绕组的首尾依次相联，从三个联结点引出三根供电线，这种联结方式——三相电源的三角形联结。线电压与对应的相电压相位相同注意:这种接法只有三相三线制1.相电压与线电压的关系:第4章供电与用电2.相电流与线电流的关系:根据KCL定律:IL1=I1-I3···IL3=I3-I2···IL2=I2-I1···I1·I2·IL2·IL1·

·-I3I3·IL3·相量图:ABC132IL1·IL2·IL3·I1·I2·I3·=I1+(-I3)··第4章供电与用电结论:

IL=√3IPIL滞后于与之对应的IP300相电流和线电流对称注意:⑴一般所说的三相电源电压、电流是指线电压、线电流.⑵电源内部无环流.∵∑U=0·第4章供电与用电I1·I2·IL2·IL1·

·-I3I3·IL3·相量图:短路+–E三个电源串接能否造成短路？直流电源行吗？A•XYZBC••问题讨论•••+++---EEE直流电源串接不行，三相交流电源可以，为什么？第4章供电与用电A•XYZBC••Em三相交流电源中三个电源可以串接的原因在于：

三个电源的电压任何瞬间相加均为零。第4章供电与用电120120120AZBX,Y,C三个相电压是不对称的问题讨论三个相电压是否对称？第4章供电与用电求uAN。问题讨论解：第4章供电与用电U2=220V-1200·U12=380V300·答：4.1.(2).三角形联结的对称三相电源，空载运行时，三相电动势会不会在三相绕组所构成的闭合回路中产生电流？答:不会.因为对称三相电动势的大小相等,相位互差1200,所以它们的相量和恒等于零.故不会在回路中产生电流.4.1.(1).星形联结的对称三相电源,若相电压u1=220√2sinωtV，则U2和U12是多少？··第4章供电与用电4.2三相负载三相负载不对称三相负载：不满足ZA=ZB

=

ZC

如由单相负载组成的三相负载对称三相负载：ZA=ZB=

ZC

如三相电动机1.三相负载分类单相负载：只需一相电源供电

照明负载、家用电器负载三相负载：需三相电源同时供电

三相电动机等三相负载的联接

三相负载也有Y和两种接法，至于采用哪种方法，要根据负载的额定电压和电源电压确定。第4章供电与用电三相负载连接原则

（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。AB电源C保险丝三相四线制380/220伏N

额定相电压为220伏的单相负载

额定线电压为380伏的三相负载第4章供电与用电星形接法L1L3L2

NZZZ三角形接法L1L3L2ZZZ••• 我国供电系统提供三相对称电源采用三相四线制，相电压为220V/线电压为380V，负载接入电路必须满足其电压的额定值。第4章供电与用电一.负载星形联结的三相电路线电流：流过端线的电流相电流：流过每相负载的电流结论：负载Y联结时，线电流等于相电流。Y:三相三线制Y0：三相四线制(1)联结形式+ZBZCZAN'N++–––N电源中性点N´负载中性点第4章供电与用电(2)负载Y联结三相电路的计算1)负载端的线电压＝电源线电压2)负载的相电压＝电源相电压3)线电流＝相电流Y

联结时：4)中线电流负载Y联结带中性线时,可将各相分别看作单相电路计算+ZBZCZAN'N++–––第4章供电与用电负载对称时,中性线无电流,

可省掉中性线。(3)对称负载Y联结三相电路的计算所以负载对称时，三相电流也对称。负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。+ZBZCZAN'N++–––第4章供电与用电例1：N+++–––NRARBRCACB若RA=RB=RC=5，求线电流及中性线电若RA=5,RB=10,RC=20,求线电流及一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压。负载为电灯组，流IN;中性线电流IN。第4章供电与用电中性线电流解：已知：N+++–––NRARBRCACB(1)线电流三相对称第4章供电与用电(2)三相负载不对称（RA=5、RB=10、RC=20）

分别计算各线电流中性线电流第4章供电与用电例2：照明系统故障分析解:

(1)A相短路1)中性线未断

NRARCRBABNC此时A相短路电流很大，将A相熔断丝熔断，而B相和C相未受影响，其相电压仍为220V,正常工作。在上例中，试分析下列情况(1)A相短路:中性线未断时，求各相负载电压；中性线断开时，求各相负载电压。(2)A相断路:中性线未断时，求各相负载电压；中性线断开时，求各相负载电压。第4章供电与用电此情况下，B相和C相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压（220V)，这是不允许的。2)A相短路,中性线断开时,此时负载中性点N´即为A,因此负载各相电压为

ABNCN´iAiCiB+++–––第4章供电与用电(2)A相断路2)中性线断开B、C相灯仍承受220V电压,正常工作。1)中性线未断变为单相电路，如图(b)所示,由图可求得IBCU´BU´C+––+(b)

NRARCRBABNC(a)第4章供电与用电结论

（1）中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。（2）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。第4章供电与用电例3:若电路中性线断开时负载的相电压及相电流解：设N+++–––NRARBRCACB若RA=5,RB=10,RC=20,求线电流。一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压。负载为电灯组，+–+–+–第4章供电与用电可见：1.不对称三相负载做星形联结且无中性线时,三相负载的相电压不对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。2.照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线上不允许接刀闸和熔断器。第4章供电与用电负载对称时问题及讨论零线是否可以取消？答：三相负载完全对称时，零线可以取消。供电方式为三相三线制。ACBZZZ第4章供电与用电应用实例----照明电路ACB.........一层楼二层楼三层楼N

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。第4章供电与用电照明电路的一般画法零线上不能加刀闸和保险ABCN.........一层二层三层第4章供电与用电讨论照明电路能否采用三相三线制供电方式？ACB.........一层楼二层楼三层楼N不加零线会不会出现问题?第4章供电与用电

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?ACB.........一层楼二层楼三层楼分析：结果：二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。第4章供电与用电

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。ACBR2R3分析第4章供电与用电1.联结形式二、三相负载的三角形联结线电流:

流过端线的电流相电流:

流过每相负载的电流

、、ZABZBCZCAACB+++–––第4章供电与用电线电流不等于相电流(2)相电流(1)负载相电压=电源线电压即:UP

=UL一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称,即2.分析计算ZABZBCZCAACB+++–––相电流：线电流：UAB=UBC=UCA=Ul=UP第4章供电与用电相量图BCABCABCABCA30°负载对称时,相电流对称，即BC(3)线电流由相量图可求得为此线电流也对称，即。

线电流比相应的相电流滞后30。第4章供电与用电三相负载的联接原则负载的额定电压=电源的线电压应作联结负载的额定电压=

电源线电压应作Y联结应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的联接方式无关。三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三角形，而照明负载一般都联结成星形（具有中性线）。第4章供电与用电4.2.(1).三相负载对称是指下列三种情况中的哪一种？(a)|Z1|=|Z2|=|Z3|

(b)1=2=3(c)

Z1=Z2=Z3

√××××4.2.(2).在对称三相电路中,下列两式是否正确?

(a)Il

=(b)Il

=UpZUlZ√Up|Z|(c)IP

=

正确的为:第4章供电与用电4.3三相功率无论负载为Y或△联结，每相有功功率都应为

Pp=Up

Ip

cosp对称负载联结时：同理对称负载Y联结时：相电压与相电流的相位差当负载对称时：P=3UpIpcosp所以第4章供电与用电正误判断对称负载Y联结+ZBZCZAN'N++–––第4章供电与用电对称负载Y联结正误判断第4章供电与用电有一三相电动机,每相的等效电阻R=29,等效感抗XL=21.8,试求下列两种情况下电动机的相电流、线电流以及从电源输入的功率，并比较所得的结果：(1)绕组联成星形接于UL

=380V的三相电源上;(2)绕组联成三角形接于UL=220V的三相电源上。例1:解:(1)第4章供电与用电(2)比较(1),(2)的结果:有的电动机有两种额定电压,如220/380V。当电源电压为380V时,电动机的绕组应联结成星形；当电源电压为220V时,电动机的绕组应联结成三角形。在三角形和星形两种联结法中,相电压、相电流以及功率都未改变，仅三角形联结情况下的线电流比星形联结情况下的线电流增大倍。第4章供电与用电例:三相对称电源

,三相电阻炉每相UAB•0o=380V负载R=38,UN=380V。接在A与N之间的单相负载P=1100W,cos=0.5(感性),试求各相电流和线电流,并画出相量图。

IAB=100oA•IBC=10–120oA•ICA=10120oA•P=UAIANcos=220IAN0.5=1100WIAN=10AABCIB•IC•IBC•IAB•ICA•RRRIA•NIA•IAN•解：第4章供电与用电UBC•UAB•UCA•IA•IAB•ICA•IBC•IAN•IB•IC•IA•51.2o=24–

51.2oA=17.3–

150oAIB•=17.3+90oAIC•

IAN=10

–

90oA•=103–

30oA=103–

150oAIA•=IA•IAN•+=–j10+15–

j53=15

–

j18.6630o30o30o=220UA•V–30ºIC•ICA•IBC•==103+90oA–IAB•ICA•=IA•–IB•IBC•IAB•=–第4章供电与用电例2:各电阻负载的相电流由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相可依据对称性写出。ABC线电压Ul为380V的三相电源上，接有两组对称三相负载：一组是三角形联结的电感性负载，每相阻抗;另一组是星形联结的电阻性负载，每相电阻R=10,如图所示。试求：各组负载的相电流；(2)电路线电流；(3)三相有功功率。设解：第4章供电与用电负载星形联接时，其线电流为负载三角形联解时，其相电流为(2)电路线电流一相电压与电流的相量图如图所示第4章供电与用电一相电压与电流的相量图如图所示(3)三相电路的有功功率-30o-67o-46.7o第4章供电与用电三相对称负载作三角形联结，UL

=220V，当S1、S2均闭合时，各电流表读数均为17.3A，三相功率

P=4.5kW，试求:

1)每相负载的电阻和感抗；

2)S1合、S2断开时,各电流表读数和有功功率P；

3)S

1断、S

2闭合时,各电流表读数和有功功率P。例3：ZCAAAAS1S2ZABZBCCAB第4章供电与用电或：P=I2RP=UIcostg=XL/R解：(1)由已知条件可求得ZCAAAAS1S2ZABZBCCAB第4章供电与用电2)S1闭合、S2断开时

IA=IC=10AIB

=17.32A流过电流表A、C的电流变为相电流IP，流过电流表B的电流仍为线电流IL。因为开关s均闭合时

每相有功功率P=1.5kW

当S1合、S2断时，ZAB、ZBC

的相电压和相电流不变，则PAB、PBC不变。P=PAB+PBC

=3kWS1AAAS2ZABZCAZBCCAB第4章供电与用电IB

=0A3)S1断开、S2闭合时变为单相电路ZABZBCZCAACI1I2

I1仍为相电流

IP

，

I2

变为1/2

IP

。IA=IC

=10A+5A=15A

I2

变为1/2

IP，所以AB、BC

相的功率变为原来的1/4

。P=1/4PAB+1/4PBC+PCA

=0.375W+0.375W+1.5W

=2.25kWAAAS1S2ZABZBCZCAABC第4章供电与用电某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装40瓦日光灯210盏(cos1=0.5)，60瓦白炽灯90盏(cos2=1),它们的额定电压都是220V，由380V/220V的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下,线电流为多少？例4：解:

(1)该照明系统与电网连接图NABC30盏+–70盏第4章供电与用电解:

(1)该照明系统与电网连接图NABC30盏+–70盏V(2)计算线电流U.设=2200°第4章供电与用电例5：

某大楼电灯发生故障，第二层楼和第三层楼所有电灯都突然暗下来，而第一层楼电灯亮度不变，试问这是什么原因？这楼的电灯是如何联接的？同时发现，第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些，这又是什么原因？解:

(1)本系统供电线路图P三层二层ABCN–+一层第4章供电与用电(2)当P处断开时，二、三层楼的灯串联接380V电压，所以亮度变暗，但一层楼的灯仍承受220V电压亮度不变。(3)因为三楼灯多于二楼灯即R3R2

,所以三楼灯比二楼灯暗。解：(1)本系统供电线路图APBCN三层二层一层–+第4章供电与用电4.3.(1).一般情况下,S=S1+S2+S3是否成立?答:不成立4.3.(2).同一三相负载采用三角形连结,接于线电压为220V的三相电源上,以及采用星形连结,接于线电压为380V的三相电源上,试求这两种情况下,三相负载的相电流、线电流和有功功率的比值.答：第4章供电与用电4.3.(3)同一三相负载,采用三角形联结和星形联结,接于线电压相同的三相电源上,试问这两种情况下负载的相电流、线电流和有功功率的比值.答：第4章供电与用电三相电源三相三线制三相四线制ACBNACBACB三相电源一般都是对称的，而且多用三相四线制接法。第4章供电与用电小结--三相负载星形负载三角形负载ACBNZZZACBZZZ第4章供电与用电负载形接法对称负载下：各相电压、电流单独计算负载不对称时：负载对称时：电压对称、电流对称，只需计算一相求电表读数时，可只算有效值，不算相位。三相电路的计算要特别注意相位问题。负载Y形接法电源对称时：三相交流电路的小结第4章供电与用电三相总功率：负载对称时：和接法无关小结--三相功率计算第4章供电与用电本章要求：

1.搞清对称三相负载Y和△联结时相线电压、相线电流关系。2.掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正确联接方法，理解中线的作用。3.掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。第4章供电与用电2作业习题第三版：4.1.14.2.54.3.2发电机组发出的电压一般为6~10KV。4.4电力系统

电力是现代工业的主要动力，在各行各业中都得到了广泛的应用。电力系统是发电厂、输电线、变电所及用电设备的总称。1.发电发电是将水力、火力、风力、核能和沼气等非电能转换成电能的过程。我国以水利和火力发电为主，近几年也在发展核能发电。电力系统由发电、输电和配电系统组成。2.输电

输电就是将电能输送到用电地区或直接输送到大型用电户。输电网是由35KV及以上的输电线路与其相连接的变电所组成，它是电力系统的主要网络。输电是联系发电厂和用户的中间环节。输电过程中,一般将发电机组发出的6~10KV

电压经升压变压器变为35~500KV高压，通过输电线可远距离将电能传送到各用户，再利用降压变压器将35KV高压变为6~10KV高压。380V220V6kV10kV110kV、220kV、500kV电能负荷升压变压器降压变压器10kV输电方式交流输电：输电距离越远，输送功率越大，要求的输电电压就越高。直流输电：输电线路的功率损耗小，电压降小，适用于大功率、长距离输电。3.配电

配电是由10KV级以下的配电线路和配电(降压)变压器所组成。它的作用是将电能降为380/220V低压再分配到各个用户的用电设备。电力网的电压等级高压：1KV及以上的电压称为高压。有3,6,10,35,110,220,330,500KV等。低压：1KV及以下的电压称为低压。有220，380V。低压供电系统的接线方式放射式：供电可靠性高，导线用量大，费用高。适用于用电比较分散，每个节电的用电量较大，变电所又居于各用电点的中央时。树干式：供电可靠性低，导线用量小，投资费用低，接线灵活性大。适用于用电点比较集中，各用电点于变电所同一侧。变电所配电室放射式配电线路变电所配电室树干式配电线路某校实验楼树形供电线路示意图去教学楼去宿舍食堂干线干线干线2#生活区配电柜1#教学区配电柜3#实验区配电柜实验楼总配电箱……X房间配电箱X房间配电箱分支线分支线分支线2层配电箱11层配电箱1层配电箱1#主配电柜10kV去报告厅实验楼配电变压器配电柜电力系统的示意图~水力发电厂升压变电所220kV地区枢纽所10kV至用户配电所10kV10kV升压变电所220kV220kV220kV输电线路220kV35kV35kV负荷变电所35kV~火力发电厂10kV为保证供电的可靠性和安全连续性，电力系统将各地区、各种类型的发电机变压器、输电线、配电和用电设备等连成一个环形整体。4.5触电事故一、电流对人体的危害电流对人体组织的危害作用主要有以下几方面：1.生物性质的作用——引起神经功能和肌肉功能紊乱2.化学性质的作用——电解而破坏人体细胞3.热性质的作用——灼伤、产生电烙印及皮肤金属化等4.机械性质的作用——骨折、组织受伤等按人体所受伤害方式的不同可分为1.电伤——人体外表的局部损伤——对人体内部器官的伤害2.电击二、电击对人体的伤害程度与以下因素有关：1.通过人体电流的大小2.电流通过人体的途径3.触电时间的长短通过心脏的电流达到50mA/s即致人死地4.电流的频率工频电流对人体的危害最大手—手、手—脚最为危险三、触电事故单线触电事故两线触电事故1.直接触电IdId单线触电事故两线触电事故2.间接接触触电人体接触到正常情况下不带电、仅在事故情况下才会带电的部分而发生的触电事故。间接接触触电4.5.(1)单线触电和两线触电那个更危险？为什么？答：两线触电时，作用于人体的电压为线电压，单线触电时,作用于人体的电压为相电压，因为线电压大于相电压，所以两线触点更危险。4.5.(2)照明灯开关是接到灯的相线端安全,还是接到工作零线端安全?为什么?S(a)S(b)√答:开关接到相线端安全,因为当开关断开时,可以使照明灯与相线断开,保证灯体不带电.(如下图)4.6触电防护常规环境：交流50V、直流

120V

潮湿环境：交流25V、直流60V一、安全电压2.GB规定的安全电压额定值为：1.通用接触电压极限：

42V、36V、24V、12V、6V

要求：独立的电源供电。二、保护接地和保护接零1.IT系统保护接地适用于中性点不接地的三相三线制供电系统。将用电设备的金属外壳通过接地装置接地。

IT系统也称为保护接地。接地装置的接地电阻一般不超过4。

Rd1.保护接地R'C'IbIe当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电,当人触及外壳,接地电流Ie

将经过人体入地后,再经其它两相对地绝缘电阻R及分布电容C回到电源。当R值较低、C较大时，Ib

将达到或超过危险值。对地绝缘电阻分布电容电气设备外壳未装保护接地时:电气设备外壳有保护接地时通过人体的电流：

Rb与Ro并联，且Rb

»Ro

通过人体的电流可减小到安全值以内。R'C'R0IbIeI0利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流。保护接地：将电气设备的金属外壳(正常情况下是不带电的)接地。用于中性点不接地的低压系统（TN系统）将电气设备的外壳可靠地接到零线上。当电气设备绝缘损坏造成一相碰壳，该相电源短路，其短路电流使保护设备动作，将故障设备从电源切除，防止人身触电。CABRoN(a)把电源碰壳，变成单相短路，使保护设备能迅速可靠地动作，切断电源。2.保护接零PEL1L2L3NTN－Ｓ系统TN-C(PE和N共用)TN-S(PE和N完全分开共用)TN-C-S(PE和N部分共用)三相五线制系统分为:2.保护接零（TN系统）适用于中性点接地的三相四线制供电系统中的电气设备。工作零线与保护零线为确保设备外壳对地电压为零，专设保护零线。所有的接零设备都要通过三孔插座接到保护零线上。在正常工作时，工作零线中有电流，保护零线中不应有电流。图（a）是正确联接。图（b）、（c）的联接是不正确的。3.

TT系统电源的中性点接地，而用电设备采用保护接地的系统。采用TT系统供电的用电设备应采用漏电电流动作保护装置（漏电开关）同一供电系统中，TN和TT两种系统不宜同时采用。RoRd工作接地保护接地保护接地和保护接零同时使用时当C相绝缘损坏碰壳时，接地电流式中：R0：保护接地电阻4

R0：工作接地电阻4注：中性点接地系统(1)不宜保护接地和保护接零同时使用。此电流不足以使大容量的保护装置动作，而使