电工学-第4章供电与用电.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电工技术,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,大连理工大学电气工程系,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,电器防火和防爆,下一章,上一章,返回主页,1,三相交流电的优点,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。,2,大连理工大学电气工程系,4.1,三相电源,一、三相交流电的产生,+,e,1,L,1,L,1,+,e,2,L,2,L,2,+,e,3,L,3,L,3,L,1,L,1,L,2,L,2,L,3,L,3,L,1,L,1,三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,L,1,、,L,2,、,L,3,，末端记为,L,1,、,L,2,、,L,3,。,（,a,）结构,（,b,）绕组,（,c,）三相电动势,3,大连理工大学电气工程系,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。,L,1,L,2,L,3,L,2,L,3,L,1,1.,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,S,N,4,大连理工大学电气工程系,3.,三相交流电动势的表达式,e,2,e,3,e,1,t,e,O,(a),波形图,U,1,U,3,U,2,(b),相量图,120,o,120,o,120,o,e,1,=,E,m,sin,t,e,2,=,E,m,sin(,t,-,120),=,E,m,sin(,t+,120),e,3,=,E,m,sin(,t,-,240),E,1,=,E,0,o,E,2,=E,-120,o,E,2,=,E,120,o,5,大连理工大学电气工程系,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,L,1,、,L,2,、,L,3,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,。,L,1,L,3,L,2,L,1,L,3,+,e,1,+,e,2,L,2,+,e,3,星形联结,L,1,L,2,L,3,L,1,L,2,L,3,6,大连理工大学电气工程系,I,1,I,3,I,2,中性线,(,零线,),线电流,相电压,相线,(,火线,),线电压,相电流,三相四线制,I,1,I,L1,=,I,2,I,L2,=,I,3,I,L3,=,U,12,U,1,U,23,U,2,U,31,U,3,L,1,L,2,L,3,N,I,L2,I,L3,I,L1,I,N,1.,线电流与相电流的有效值关系,2.,线电压与相电压的有效值关系,I,L,=,I,P,U,12,+,U,23,+,U,31,+,U,1,+,U,2,+,U,3,+,7,大连理工大学电气工程系,30,U,23,U,2,U,31,U,3,U,2,U,12,U,1,=3,U,12,U,1,30,o,=3,U,23,U,2,30,o,=3,U,31,U,3,30,o,8,大连理工大学电气工程系,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。,三角,形联结,L,1,L,1,L,2,L,3,L,2,L,3,L,1,L,3,L,2,L,1,L,3,+,e,1,+,e,2,L,2,+,e,3,9,大连理工大学电气工程系,三相三线制,I,1,I,2,I,3,线电流,相电压,相线（火线）,线电压,相电流,U,12,U,1,=,U,23,U,2,=,U,31,U,3,=,1.,线电压与相电压的有效值关系,U,L,=,U,P,I,1,I,L1,=,-,I,3,I,2,I,L2,=,-,I,1,I,3,I,L3,=,-,I,2,2.,线电流与相电流的有效值关系,L,1,L,2,L,3,I,L1,I,L3,I,L2,(,U,1,),U,12,+,U,23,(,U,2,),+,U,31,(,U,3,),+,10,大连理工大学电气工程系,I,1,I,1,30,I,L1,I,2,I,3,I,L2,I,L2,I,3,I,2,=3,I,L1,I,1,30,o,=3,I,L2,I,2,30,o,=3,I,L3,I,3,30,o,11,大连理工大学电气工程系,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。,L,1,L,2,L,3,N,M,3,三相负载,:,由三相电源供电的负载。,Z,2Z,1,Z,3,12,大连理工大学电气工程系,星形联结,三角形联结,三相负载也有两种接法,:,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。,Z,Z,Z,L,1,L,2,L,3,Z,Z,Z,L,1,L,2,L,3,N,13,大连理工大学电气工程系,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。,I,N,I,L3,I,2,I,1,I,L1,I,3,L,2,L,3,L,1,N,Z,1,Z,2,Z,3,+,+,+,U,3,I,L2,U,1,U,2,Z,1,Z,2,Z,3,L,1,L,2,L,3,N,I,L3,I,L1,+,+,U,3,U,1,U,2,I,L1,I,L2,+,14,大连理工大学电气工程系,I,1,=,U,1,Z,1,U,2,U,31,U,3,U,12,U,1,U,2,U,1,U,3,I,1,I,2,I,3,U,23,I,1,=,U,1,Z,1,I,1,=,U,1,Z,1,I,N,I,L3,I,2,I,1,I,L1,I,3,L,2,L,3,L,1,N,Z,1,Z,2,Z,3,+,+,+,U,3,I,L2,U,1,U,2,如果负载对称，阻抗,Z,1,=,Z,2,=,Z,3,。则为,对称三相电路。,I,N,=,I,1,+,I,2,+,I,3I,L1,+,I,L2,+,I,L3,15,大连理工大学电气工程系,I,1,=,U,1,Z,1,I,1,=,U,1,Z,1,I,1,=,U,1,Z,1,如果负载对称，阻抗,Z,1,=,Z,2,=,Z,3,。则为,对,称三相电路。,I,N,=,I,1,+,I,2,+,I,3,=,I,L1,+,I,L2,+,I,L3,U,2,U,31,U,3,U,12,U,1,U,2,U,1,U,3,I,1,I,2,I,3,U,23,I,N,I,L3,I,2,I,1,I,L1,I,3,L,2,L,3,L,1,N,Z,1,Z,2,Z,3,+,+,+,U,3,I,L2,U,1,U,2,16,大连理工大学电气工程系,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，在三相四相制电路中，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。,R,2,R,3,L,1,L,2,L,3,R,1,N,S,17,大连理工大学电气工程系,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。,二、三相负载的三角形联结,U,2,I,3,I,2,I,1,L,2,L,3,L,1,+,+,+,Z,1,Z,2,Z,3,U,1,I,L1,I,L2,I,L3,U,3,三相负载的三角形联结只能是三相三线制。,Z,Z,Z,L,1,L,2,L,3,18,大连理工大学电气工程系,=,3,I,L1,I,1,-30,o,=,3,I,L2,I,2,-30,o,=,3,I,L3,I,3,-30,o,=,3,I,L,I,P,Z,1,=,Z,2,=,Z,3,=,Z,对于三相对称负载,:,I,1,I,L1,I,2,I,3,I,L2,I,L2,U,1,U,2,U,3,I,3,I,2,I,1,19,大连理工大学电气工程系,例,4.2.1,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,。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。,解,由于电源为星形联结，故电源线电压,忽略供电线路的阻抗，则负载线电压,U,LL,=,U,LS,=380V,负载为三角形联结，则负载相电压,U,PL,=,U,LL,=380V,负载相电流,I,PL,=,U,PL,|,Z,|,=,380,10,A=38 A,负载为三角形联结，故负载线电流,U,LS,=,3,U,PS,=1.73,220V,=380V,I,LL,=,3,I,PL,=1.73,38 A,=66 A,20,大连理工大学电气工程系,电源只向一组三相负载供电，故电源线电流,电源为星形联结，故电源相电流,I,LS,=,I,LL,=66 A,IPS,=,I,LS,=66 A,21,大连理工大学电气工程系,4.3,三相功率,三相总有功功率,P,=,P,1,+,P,2,+,P,3,三相总视在功率,S,=,P,2,+,Q,2,P,=3,U,P,I,P,cos,Q,=3,U,P,I,P,sin,S,=,3,U,P,I,P,三相对称负载功率表达式,相电压、相电流：,线电压、线电流：,一、三相功率的计算,Q,=3,U,L,I,L,sin,S,=,3,U,L,I,L,P,=3,U,L,I,L,cos,三相总无功功率,Q,=,Q,1,+,Q,2,+,Q,3,22,大连理工大学电气工程系,例,4.3.1,电路中有两个负载，其中负载,2,为,感性,，负载,1,：,U,N,=380 V,，,P,1,=75 kW,，,cos,1,=1,，,Y,形联结。负载,2,：,U,N,=380 V,，,P,2,=36 kW,，,cos,2,=0.8,，,形联结。求,:,电源提供的电流？,解,P,=P,1,+P,2,=111 kW,Q,=,Q,1,+Q,2,=,P,1,tan,1,+,P,2,tan,2,=27,kvar,S,=,P,2,+,Q,2,I,l,=,=173 A,S,3,U,l,=114,kVA,R,R,R,L,2,L,3,L,1,Z,Z,Z,I,L1,I,L12,I,L11,23,大连理工大学电气工程系,*,4.4,电力系统,水力发电厂,用电设备,变电所,输电线,配电设备,火力发电厂,原子能发电厂,用电设备,太阳能发电厂,地热发电厂,潮汐发电厂,生物质发电厂,24,大连理工大学电气工程系,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。,25,大连理工大学电气工程系,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。,变电所,配电箱,配电箱,配电箱,变电所,配电箱,配电箱,配电箱,配电箱,26,大连理工大学电气工程系,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,27,大连理工大学电气工程系,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,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,28,大连理工大学电气工程系,三、触电事故,单线触电事故,两线触电事故,1.,直接触电,I,d,I,d,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,29,大连理工大学电气工程系,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。,30,大连理工大学电气工程系,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,。,R,d,31,大连理工大学电气工程系,PE,L,1,L,2,L,3,N,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。,32,大连理工大学电气工程系,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。,R,o,R,d,工作接地,保护接地,33,大连理工大学电气工程系,三、漏电开关,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.,漏电开关的选择,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,以下。漏电动作时间,0.2,0.4 s,以下。,34,大连理工大学电气工程系,一、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。,四、静电的危害,影响生产、危及人身安全、引起火灾和爆,炸。,4.7,静电防护,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。,35,大连理工大学电气工程系,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,防静电工具箱,防静电鞋,防静电手套,防静电服装,36,大连理工大学电气工程系,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,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.,装备可靠的基地装置,6.,采取完美的组织措施,上一节,返 回,预防措施,:,37,大连理工大学电气工程系,防爆开关,防爆电机,防爆灯,下一页,上一页,返 回,防爆电器,38,大连理工大学电气工程系,第,4,章,结 束,下一章,上一章,返回主页,