04 第四章 供电与用电.pptx

第1页：第4章供电与用电

本页为第4章目录页，列出本章各节标题：

• 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 电气防火和防爆

第2页：三相交流电的优点

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。

第3页：三相交流电动势的产生

4.1 三相电源　一、三相交流电的产生

三相交流发电机由三个对称的绕组组成，在空间上彼此相差 120°，它们的始端记为 L1、L2、L3，末端记为 L1′、L2′、L3′。

图中分别给出发电机结构、三相绕组与三相电动势的波形。

第4页：三相电动势的产生原理与特点

分类：磁极放在转子上，转子由原动机拖动作匀速转动，定子三相绕组切割转子磁场而感应出三相交流电动势。

• 1. 三相交流电动势产生原理；
• 2. 三相交流电动势的特点：幅值相等、频率相同、相位差 = 120°。

第5页：三相电动势的表达式

3. 三相交流电动势的表达式：

• e₁ = E_m sinωt；
• e₂ = E_m sin(ωt − 120°)；
• e₃ = E_m sin(ωt − 240°) = E_m sin(ωt + 120°)。

相量：E₁ = E∠0°，E₂ = E∠−120°，E₃ = E∠120°。

第6页：三相电源的星形联结

二、三相电源的星形联结

发电机三相绕组通常将三个末端接在一起，三个绕组末端的连接点称为中性点 N；三个首端 L1、L2、L3 称为端点。

• 由中性点 N 引出的供电线称为中性线或零线；
• 由三个首端引出的供电线称为相线或火线。

第7页：星形联结的线值与相值

三相四线制中线电流与相电流、线电压与相电压的有效值关系：

• 1. 线电流与相电流：I_L1 = I₁，I_L2 = I₂，I_L3 = I₃，即 I_L = I_P；
• 2. 线电压与相电压：U₁₂、U₂₃、U₃₁ 与 U₁、U₂、U₃ 不相等。

第8页：星形联结线电压与相电压

由相量图可得星形联结时线电压与相电压的关系：

• U₁₂ = √3 U₁∠30°；
• U₂₃ = √3 U₂∠30°；
• U₃₁ = √3 U₃∠30°。

即 U_L = √3 U_P，线电压超前对应相电压 30°。

第9页：三相电源的三角形联结

三、三相电源的三角形联结

将三相电源中每相绕组的首端依次与另一相绕组的末端连接在一起，形成闭合回路，即三角形联结。

第10页：三角形联结的线值与相值

三相三线制中线电压与相电压、线电流与相电流的有效值关系：

• 1. 线电压与相电压：U₁₂ = U₁，U₂₃ = U₂，U₃₁ = U₃，即 U_L = U_P；
• 2. 线电流与相电流：I_L1 = I₁ − I₃，I_L2 = I₂ − I₁，I_L3 = I₃ − I₂。

第11页：三角形联结线电流与相电流

由相量图可得三角形联结时线电流与相电流的关系：

• I_L1 = √3 I₁∠−30°；
• I_L2 = √3 I₂∠−30°；
• I_L3 = √3 I₃∠−30°。

即 I_L = √3 I_P，线电流滞后对应相电流 30°。

第12页：三相对称与不对称负载

4.2 三相负载

三相对称负载

三相阻抗相等的三相负载。

三相不对称负载

使用时平均分配到三个相上。

三相负载：由三相电源供电的负载。

第13页：三相负载的两种接法

三相负载也有两种接法：星形联结与三角形联结。

具体采用何种接法，应根据电源电压和负载额定电压的大小来决定。原则上应使负载的实际电压等于其额定相电压。

第14页：三相负载的星形联结

一、三相负载的星形联结

三相负载的三个末端连接在一起，接到电源的中性线上；三相负载的三个首端分别接到电源的三根相线上。

第15页：星形联结的相电流计算

各相电流：

• I₁ = U₁/Z₁；
• I₂ = U₂/Z₂；
• I₃ = U₃/Z₃。

中性线电流：I_N = I₁ + I₂ + I₃。

第16页：对称三相电路的中性线电流

如果负载对称，阻抗 Z₁ = Z₂ = Z₃，则为对称三相电路。

此时三相电流对称，中性线电流 I_N = I₁ + I₂ + I₃ = 0，中性线可以省去。

第17页：中性线不允许断开

三相负载不对称而又没有中性线时，三相负载的相电压不会对称，导致有的相电压超过负载的额定相电压、有的低于额定相电压，致使负载不能正常工作，甚至损坏。

因此，在三相四线制电路中，中性线不允许断开，也不允许安装熔断器等短路或过电流保护装置。

第18页：三相负载的三角形联结

二、三相负载的三角形联结

每相负载的首端都依次与另一相负载的末端连在一起，形成闭合回路；将三个连接点分别接到三个电源的三根相线上。

三相负载的三角形联结只能是三相三线制。

第19页：三角形联结的线电流关系

对于三相对称负载 Z₁ = Z₂ = Z₃ = |Z|∠φ：

• I_L1 = √3 I₁∠−30°；
• I_L2 = √3 I₂∠−30°；
• I_L3 = √3 I₃∠−30°。

即 I_L = √3 I_P。

第20页：例4.2.1对称三相电路计算

有一电源为星形联结，而负载为三角形联结的对称三相电路，已知电源相电压 U_PS = 220 V，负载每相阻抗 |Z| = 10 Ω。试求负载的相电流和线电流以及电源的线电流和相电流的有效值。

由于电源为星形联结，故电源线电压 U_LS = √3 × 220 V = 380 V；忽略供电线路的阻抗，则负载线电压 U_LL = U_LS = 380 V。负载为三角形联结。

第21页：例4.2.1电源侧电流

电源只向一组三相负载供电，故电源线电流 I_LL = 66 A；电源为星形联结，故电源相电流 I_LS = I_LL = 66 A，I_PS = I_LS = 66 A。

第22页：三相对称负载功率计算

4.3 三相功率　一、三相功率的计算

• 三相总有功功率：P = P₁ + P₂ + P₃；
• 用相电压、相电流：P = 3U_PI_P cosφ，Q = 3U_PI_P sinφ，S = 3U_PI_P；
• 用线电压、线电流：P = √3 U_LI_L cosφ，Q = √3 U_LI_L sinφ，S = √3 U_LI_L；
• 三相总视在功率：S = √(P² + Q²)。

第23页：例4.3.1两个三相负载

电路中有两个负载，其中负载 2 为感性。负载 1：U_N = 380 V，P₁ = 75 kW，cosφ₁ = 1，Y 形联结；负载 2：U_N = 380 V，P₂ = 36 kW，cosφ₂ = 0.8，Δ 形联结。求电源提供的电流。

P = P₁ + P₂ = 111 kW，Q = Q₁ + Q₂ = P₁ tanφ₁ + P₂ tanφ₂。

第24页：电力系统的组成

4.4 电力系统

• 发电厂：水力发电厂、火力发电厂、原子能发电厂、太阳能发电厂、地热发电厂、潮汐发电厂、生物质发电厂；
• 变电所、输电线、配电设备；
• 用电设备。

第25页：输电方式与电压等级

电压等级：380 V、220 V、6 kV、10 kV、110 kV、220 kV、500 kV。

• 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。

电能经升压变压器升压后远距离输送，再经降压变压器分配给用户。

第26页：低压供电系统的接线方式

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、每个节点的用电量较大，变电所又居于各用电点的中央时。

第27页：电流对人体的危害

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。

第28页：电击伤害程度的影响因素

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；2. 电击——对人体内部器官的伤害。

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：通过心脏的电流达到 50 mA/s 即致人死地；
• 2. 电流通过人体的途径：手—手、手—脚最为危险；
• 3. 触电时间的长短；
• 4. 电流的频率：工频电流对人体的危害最大。

第29页：触电事故的类型

三、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。

第30页：安全电压等级

4.6 触电防护　一、安全电压

通用接触电压极限为 50 V；GB 规定的安全电压额定值为 42 V、36 V、24 V、12 V、6 V，要求由独立的电源供电。

第31页：保护接地IT系统

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。

接地装置的接地电阻一般不超过 4 Ω。

第32页：保护接零TN系统

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。

三相五线制系统分为：TN-C（PE 和 N 共用）、TN-S（PE 和 N 完全分开）、TN-C-S（PE 和 N 部分共用）。

第33页：TT系统与工作接地

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（工作接地 + 保护接地）。

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。

第34页：漏电开关的作用与选择

三、漏电开关

• 1. 作用：主要用于低压供电系统，当被保护的设备出现故障时，故障电流作用于保护开关，若该电流超过预定值，则使开关自动断开，以切断供电电路；
• 2. 选择：若用于保护人，动作电流 30 mA 以下、漏电动作时间 0.1 s 以下；若用于保护线路，动作电流 30 ~ 100 mA、漏电动作时间 0.2 s 以下。

第35页：静电的形成与危害

4.7 静电防护

什么是静电

在宏观范围内暂时失去平衡的相对静止的正、负电荷。

• 二、静电的形成：摩擦起电、破断起电、感应起电；
• 三、静电的应用：静电除尘、静电复印、静电喷漆、静电选矿、静电植绒等；
• 四、静电的危害：影响生产、危及人身安全、引起火灾和爆炸。

第36页：静电的防护措施

五、静电的防护

• 1. 限制静电的产生；
• 2. 防止静电的积累；
• 3. 控制危险的环境。

常用防静电用品：防静电工具箱、防静电鞋、防静电手套、防静电服装。

第37页：电气防火和防爆的原因与预防

4.8 电气防火和防爆

主要原因：1. 电气设备使用不当；2. 电气设备发生故障。

预防措施：

• 1. 合理选用电气设备——防爆电器；
• 2. 保持电气设备正常运行；
• 3. 保持必要的安全距离；
• 4. 保持良好的通风；
• 5. 装备可靠的接地装置；
• 6. 采取完备的组织措施。

第38页：防爆电器示例

防爆电器示例：

• 防爆开关；
• 防爆电机；
• 防爆灯。

第39页：第4章结束

第4章 供电与用电 结束。本章讲解了三相电源与三相负载、三相功率、电力系统、触电事故与防护、静电防护以及电气防火和防爆。