电工学少学时第四章

1、第 4 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,电动势的产生,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。,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,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

2、 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,三相电压瞬时表示式,相量表示,: 直流励磁的电磁铁,第4章 供电与用电,对称三相电压的瞬时值之和为 0,三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。,三个正弦交流电压满足以下特征,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,、ul,第4章 供电与用电,(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,第4章 供电与

3、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,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:,相量图:,第4章 供电与用电,结论:,第4章 供电与用电,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,直流电源串接不行， 三相交流电

4、源可以， 为什么？,第4章 供电与用电,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,求uan。,问题讨论,解：,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,1. 三相负载,分类,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。,第4章 供电与用电,一. 负载星形联结的三相电路,线电

5、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。,(1) 联结形式,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,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。,第4章 供电与用电,例1：,第4章

6、供电与用电,中性线电流,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,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

7、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,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,第4章 供电与用电,结论,（1）不对称负载y联结又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。 （2） 中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。 （3）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,1. 联

8、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 、 、,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,相电流：,线电流：,uab=ubc=uca=ul=up,第4章 供电与用电,相量图,负载对称时, 相电流对称，即,(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,负载的额定电压 = 电源线

9、电压,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,a,b,c,r,r,r,n,例:三相对称电源, 三相电阻炉每相,0o,=380,v,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 。,p = uaiancos,= 220 ian0.5,= 1100 w,ian= 10 a,解：,第4章 供电与用电,51.2o,=24 51.2oa,=17.3 150oa,=17.

10、3 +90oa,= 15 j18.66,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 = 3up ipcosp,所以,第4章 供电与用电,正误判断,对称负载 y联结,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 =380 v的三相电源

11、上; (2) 绕组联成三角形接于ul=220 v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220/380 v。 当电源电压为380 v时, 电动机的绕组应联结成星形； 当电源电压为220 v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。,第4章 供电与用电,负载星形联接时，其线电流为,负

12、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,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 = 4.5 kw，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：,第4章 供电与用电,或：p =i 2r p =uicostg =xl / r,解：,(1) 由已知条件可求得,第4章 供电与用电

13、,2) s1闭合、s2断开时, ia=ic =10a ib =17.32 a,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 =1.5 kw,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 = 3 kw,第4章 供电与用电,ib = 0a,3) s1断开、 s2闭合时,变为单相电路,i1 仍为相电流 ip ， i2 变为 1/2 ip 。, ia=ic =10 a+ 5 a= 15a, i2 变为 1/2 ip，所以 ab、 bc 相的功率变为原来的1/4 。

14、,p = 1/4 pab+ 1/4 pbc +pca = 0.375 w+ 0.375 w+ 1.5 w = 2.25 kw,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,第4章 供电与用电,解: (1) 该照明系统与电网连接图,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

15、，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,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 r3 r2 , 所以三楼灯比 二楼灯暗。,解：(1)本系统供电线路图,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

16、4章 供电与用电,发电机组发出的电压一般为 6 10 kv。,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 610kv 电压经升压变压器

17、变为 35500kv 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 610kv 高压。,380 v 220 v,6 kv 10 kv,110kv 、220kv 、500 kv,电能,负荷,升 压 变 压 器,降 压 变 压 器,10 kv,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

18、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。,树干式：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。,某校实验楼树形供电线路示意图,去教学楼,去宿舍 食堂,2层配电箱,11层配电箱,1层配电箱,去报告厅,实验楼,配电变压器,配电柜,电力系统的示意图,升压变电所,220kv,地区枢纽所,10kv,至用户,配电所,10kv,10kv,升压 变电所,220kv,220kv,220kv,输电线路,22

19、0kv,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.

20、 触电时间的长短,通过心脏的电流达到50 ma/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,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,4.6 触电防护,常规环境：交流 50 v、直流 120 v 潮湿环境：交流 25 v、直流 60 v,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：,42 v、36 v、24 v、12 v、6 v 要求：独立的电源供电。,二、保护接地和保护接零

21、,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 。,1. 保护接地,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。,利用接地装置的分流作用来减少

22、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 ,（用于 380v / 220v 三相四线制系统）,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。,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,tn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