第三章 三相交流电路和安全用电(环)

1、4-1,第三章 三相交流电路和安全用电,4-2,第三章 三相交流电路和安全用电,3-1 三相交流电源 3-2 三相负载的星形联结 3-3 三相负载的三角形联结 3-4 三相负载的功率 3-6 安全用电,4-3,3-1 三相交流电源 一、三相电动势的产生 二、三相电动势的表示 三、三相交流电源的联结,4-4,概述,目前世界上电力系统的供电方式，绝大多数采用的是三相供电制。,所谓三相制，是由三个幅值相等、频率相同、相位互差120o的单相交流电源作为电源的供电体系，简称三相电源。由三相电源构成的电路，称为三相交流电路。,满足以上关系的三相电源为对称电源。,4-5,一、三相交流电动势的产生,三线圈空间

2、位置 各差120o,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。,右手定则:当导体在磁场中切割磁感线的运动时,其产生的感应电流的磁感线垂直穿过掌心,大拇指指向导体的运动方向,四指指向为感应电流的方向.,4-6,二、三相电动势的表示式,三相电动势的特征：大小相等，频率相同，相位互差120。,1. 三角函数式,相序：三相交流电动势出现最大值的先后顺序称为三相电源的相序。 上述三相电源的相序是：123,4-7,2. 相量表示式及相互关系,4-8,三相四线 制供电,火线（相线、端线）:,中线（零线、地线）：N,三、三相交流电源的星形联结,1. 联结方式,4-9,2. 三相电源星形接

3、法的两组电压,相电压：火线对零线间的电压。 有效值：UP,UP=E,4-10,线电压：火线间的电压有效值：,4-11,4-12,线电压与相电压的通用关系表达式：,-为相电压 -为线电压,当相电压对称时， 线电压也是对称的。,4-13,线电压与相电压的关系,从相位上看：,线电压是相电压的 倍，线电压超前所对应的相电压30o 。,4-14,在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为,4-15,第三章 三相交流电路和安全用电,3-1 三相交流电源 3-2 三相负载的星形联结 3-3 三相负载的三角形联结 3-4 三相负载的功率 3-6 安全用电,4-16,三相电源的负载包括,单相负载（如家用电器

4、、实验仪器、电灯等）。,4-17,三相负载（如三相交流电动机、三相变压器等）。,* 工农业生产与生活用电多为三相四线制电 源提供。负载接入电源的原则，应视其额定电压而定。,4-18,如：额定电压220V的单相灯负载，应接在相线与中性线之间；额定电压380V的三相电动机负载，应接在三根相线上。,通常三相负载的连接方式有两种：星形联结和三角形联结。,4-19,3-2 三相负载的星形联结,三相负载的两种接法:,4-20,一、星形接法,相电流:流经负载的电流 有效值：IP,线电流：流经相线上的电流 有效值：,4-21,中线电流,4-22,二、负载星形接法时的一般计算方法,4-23,4-24,负载对称时

5、,问题及讨论,答：三相完全对称时，中线可以取消。称为 三相三线制。,4-25,照明电路能否采用三相三线制 供电方式？,L1,L3,L2,.,.,.,一层楼,二层楼,三层楼,N,4-26,设线电压为380V。 L1相断开后，L2、L3 两相串连，电压U23 （380V）加在L2、L3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?,分析：,结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。,4-27,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

6、泡被烧毁；三楼的灯不亮。,分析,4-28,照明电路的一般画法,4-29,关于中线的结论,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。比如，照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三线制供电，而且必须保证中线可靠。,中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相电压。为了确保中线在运行中不断开，其上不允许接保险丝也不允许接刀闸。,4-30,3. 三相三线制供电时各相电流的计算,计算时与对称负载三相四线制的运算一样。负载的中性点N电位也等于零。此时，负载的相电压仍然等于电源相电压,4-31,三个相等的阻

7、抗 Z=(4+j3)。星形联结,接在 UL380V的对称三相电源上。设传输线的电压降可以不计.电源中性点和负载中性点通过阻抗ZN连接起来.试问 1)负载电流与ZN有无关系? 2)如ZN=(1+j0.5),求负载的电流? 3)如ZN=0,求负载的电流?,例,4-32,L1、L2两相电流由对称关系直接写出：,Z8j6=10 36.9,4-33,第三章 三相交流电路和安全用电,3-1 三相交流电源 3-2 三相负载的星形联结 3-3 三相负载的三角形联结 3-4 三相负载的功率 3-6 安全用电,4-34,负载相电压=线电压,相电流：I12，I23，I31,线电流：I1L，I2L，I3L,特点：,3

8、-3 三相负载的三角形联结,4-35,各电流的计算,相电流,线电流,4-36,（2）负载对称时（Z12=Z23=Z31=Z ），各相电流有 效值相等，相位互差120 。有效值为：,（1）负载不对称时，先算出各相电流，然后计算线电流。,4-37,同理：,负载对称时，三角形接法线、相电流的相位关系,4-38,负载对称时三角形接法的特点,线电流滞后所对应的相电流30o,4-39,三相负载中各电压和电流和关系,线电流滞后所对应的相电流30o,线电压超前所对应的相电压30o,4-40,三角形联结的对称阻抗,每相为 Z=(30+j40)。 1)接在UL380V的对称三相电源上。计算相电 流和线电流? 2)

9、接在UL220V的对称三相电源上。计算相电流和线电流?,例,4-41,第三章 三相交流电路和安全用电,3-1 三相交流电源 3-2 三相负载的星形联结 3-3 三相负载的三角形联结 3-4 三相负载的功率 3-6 安全用电,4-42,负载对称时：,3-4 三相负载的功率,三相总有功功率：,4-43,在三相负载对称的条件下，三相电路的功率：,4-44,三相交流电路的小结 (1)-三相电源,三相三线制,三相四线制,4-45,三相交流电路的小结 (2)-三相负载,星形负载,三角形负载,4-46,三相交流电路的小结(3)-三相电路计算,4-47,三相交流电路的小结(4)-三相功率计算,负载对称时：,4

10、-48,例：三相电阻炉每相电阻：R8.68， （1）R作连接，接在380V的对称电源上，求P ； （2）R作Y连接，仍接在380V对称电源上，求：PY,解 (1),1,（2）,可见：U不变、R不变、,连接方法：Y,功率：PPY,线 电 流：,4-49,练习,（1）设电源电压不变，当开关S断开时，三只电流表的读数各是多少？,如图所示电路，当闭合开关S时，三只电流表的读数都是3.8A。,4-50,三相负载为三角形联结， 已知UL220V，IL17.3A，三相负载消耗功率P4.5kW。,练习,1）设阻抗Z是由电阻R和感抗XL组成，求R和XL,2）电源线L3断线，求电流I1和I2。,4-51,第三章

11、三相交流电路和安全用电,3-1 三相交流电源 3-2 三相负载的星形联结 3-3 三相负载的三角形联结 3-4 三相负载的功率 3-6 安全用电,4-52,3-6 安全用电,一、安全用电概述,二、触电事故的种类,三、电流对人体的作用和伤害程度,四、保护接地和保护接零,七、防火与防爆,五、静电防护,六、触电急救,4-53,电在造福于人类的同时，也会给人类带来灾难。 统计资料表明：在工伤事故中，电气事故占有不少的比例。例如：触电死亡人数占全部事故死亡人数的5%左右。,一、安全用电概述,4-54,二、触电事故的种类,1.电击,直接接触电击,间接接触电击,单相触电、两相触电,跨步电压触电,：触及正常状

12、态下带电的带电体。,：触及正常状态下不带电、而在故障 下意外带电的带电体。,人体电阻：干燥环境下：约1000 潮湿环境下：约500 ,4-55,相电压,线电压,两相触电：人与地面隔离，两手各触一线。（可以 是直接或间接；可以是两相，也可以是单相）,单相触电：人站在地面上，与一线接触。（可以 是直接或间接）,4-56,跨步电压触电：当带电休接地有电流流入地下时，电流在接地点周围土壤中产生电压降。人在接地点周围，两脚之间出现的电压叫跨步电压。由此引起的触电事故叫跨步电压触电。高压故障接地处，或有大电流流地的接地装置附近都可能出现较高的跨步电压。,4-57,跨步电压触电的预防：当发现设备出现接地故障

13、或导线断线落地时，要远离断线落地区；一旦不小心已步入断线落地区且感觉到有跨步电压时，应赶快把双脚并在一起或用一条腿跳着离开断线落地区；当必须进入断线落地区救人或排除故障时，应穿绝缘靴。,4-58,电弧烧伤、电流灼伤、皮肤金属化、电气机械性伤害等。,2.电伤,4-59,人本身就是一种电气设备，这是因为： 人的整个神经系统是以电信号和电化学反应为基础的。 上述电信号和电化学反应所涉及的能量是非常小的。 人只要求正常功能所必要的电能，由于这个能量非常小，因此，系统功能很容易被破坏。,三、电流对人体的作用和伤害程度,电流通过人体后，能使肌肉收缩产生运动，造成机械性损伤；电流产生的热效应和化学效应可引起

14、一系列急骤的病理变化，使肌体遭受严重的损害,特别是电流流经心脏,对心脏损害极为严重。极小的电流可引起心室纤维性颤动，导致死亡。,1.电流对人体的影响：,4-61,电击致命原因, 电休克（昏迷） 由于中枢神经反射造成体内功能障碍，昏迷时间长后的死亡。, 心室颤动 数秒数分钟（68 min）死亡, 窒息 窒息缺氧或中枢神经反射室颤. 特点:致命时间较长。1020 min。,4-62,2.通过人体的电流越大，对人体的影响也越大，接触的电压越高，对人体的损伤也就越大。一般将36V以下的电压作为安全电压。但在特别潮湿的环境中即便接触36V的电源也有生命危险，所以在这种场所，要用24V或12V安全电压（特

15、低电压） 。,3.交流电对人体的损害作用比直流电大，人体对工频交流电要比直流电敏感得多，接触直流电时，其强度达250mA有时也不引起特殊的损伤，而接触50Hz交流电时只要有50 mA的电流通过人体，如持续数十秒，便可引起心脏心室纤维性颤动，导致死亡。,4-63,4.不同频率的交流电对人体影响也不同。交流电中28-300Hz的电流对人体损害最大，极易引起心室纤维性颤动，20kHz以上的交流电对人体影响较小，故可用来作为理疗之用。我们平时采用的工频交流电源为50Hz，从设计电气设备角度考虑是比较合理的，然而50Hz的电流对人体损害是较严重的。,5.电流持续时间与损伤程度有密切关系。通电时间短，对肌

16、体的影响小；通电时间长，对肌体损伤就大，危险性也增大，特别是电流持续流过人体的时间超过人的心脏博动周期时对心脏的威胁很大，极易产生心室纤维性颤动。,4-64,6.通过人体的电流途径不同时，对人体的伤害情况也不同。通过心脏、肺和中枢神经系统的电流越大，其后果也就越严重。由于身体的不同部位触及带电 体时通过人体的电流途径不相同，因此流经身体各部位的电流也不同，对人体的损害程序也就不一样。所以通过人体的总电流，大小虽然相等，但电流途径不同，其后果也不相同。,7. 电流对心脏影响最大。,从手到手，从手到脚都是危险的电流途径。,4-65,4-66,对于工频交流电，实验资料表明，人体对触电电流的反应可划分

17、为三级： (1)感知电流：引起人感觉的最小电流，约为1mA左右。 (2)摆脱电流：触电后人体能主动摆脱的电流，约10mA左右。有疼痛感，但尚可忍受和自主摆脱； (3)室颤电流：能造成人死亡的心室颤动、引起窒息的电流，一般认为是50mA以上。 达到50mA，持续数秒，就会引起昏迷和心室颤动，有生命危险。,4-67,8.人体的对触电的耐受程度与人体状况有关。一般男性对电流的耐受程能力比女性高30%左右，如：成年男性一般感知电流为. ，女性则为. ；儿童的耐受能力最低，伤害最重。情绪及精神状态好、健康情况好时耐受能力高，有疾病、身体疲劳、情绪差时耐受能力低。,4-68,基本防护原则应使危险的带电体不

18、会被有意或无意地触及。,直接接触电击防护,基本防护措施绝缘、屏护和间距,4-69,保护接地（基本技术措施） 保护接零（基本技术措施） 加强绝缘 电气隔离 不导电环境 等电位联结 特低电压 漏电保护器,间接接触电击防护,防止间接接触电击的技术措施：,4-70,四、保护接地和保护接零 为防止电器设备的金属外壳因内部绝缘损坏 而意外带电和避免因此造成触电事故，可采取保 护性的接地和接零措施。,4-71,保护接地 该保护接地系统叫做I（电源不接地）T（负载外露 可导电部分直接接地）系统。,Re为接地电阻（4）；r1=r2=r3=r为供电线路与大地间的绝缘电阻（一般数百千欧）,4-72,（1）电动机未装

19、有保护接地时,若电气设备绝缘损坏使机壳和L1相连，机壳带电对电压亦为UP，即 此时人若接触机壳，人体电阻Rh 和L1相供电线对地绝缘电阻r1是并联关系，如下图所示星形联结不对称负载电路,4-73,（2）机壳有接地保护后，在绝缘损坏时，接地电路Re 和r1 是并联关系，1相的等效负载电阻为,使L1线和漏电机壳的电位V1与作为负载中性点N的大地电位VN非常接近，即U1N数值很小，消除了人接触机壳时触电的危险。,4-74,危险性减小，但不绝对安全,4-75,用于电源中性点N有工作接地的三相四线制供电线路中,2. 保护接零,这种保护接零系统，叫做T（电源中性点接地）N（用电设备外露可导电部分与电源中性

20、线可靠连接）系统。,4-76,工作零线N 三相四线制供电线路工作时，中性线供给单相负载电流，中性线干线不接开关和熔断器，但对单相负载用户供电的中性线也接有开关和熔断器，这种中性线称为N线（工作零线）。,保护零线PE 有的系统还从电源中性点引出PE线（保护零线），N线和PE线是分开的。这就是三相五线制供电线路。,4-77,对于民用设施和办公场所的照明支线，通常采用双极开关，在火线和地线上都装有熔断器，以增加过电流时的熔断机会，在这种情况下必须配置保护零线。 金属灯具，洗衣机和电冰箱等电路的金属外壳，以及单相三眼插座中的PE端子都要接在保护零线上。,4-78,3. 保护切断,由于电气短路使电源侧的熔断器熔断，或自动开关跳开，从而切断电源，这是建立在发生大电流基础上的保护切断。除此之外，近期国内外作为保护切断的防护方法，是根据家用电器不带电金属外壳出现高于安全电压