三相电路及用电安全

时间：2024-11-10 百科知识版权反馈

【摘要】：则称该三相电路为三相对称的电路。当电路接有中线时，各单相负载依然能够获得额定的相电压，可以保证负载正常工作。大多数的用电设备均采用三相电源供电，正常情况下，用电设备外壳是不带电的，但是，一旦它们出现漏电问题，就会存在安全隐患，当使用者触及漏电设备的外壳时，发生触电事故。为此，必须采取安全防范措施。需要注意的是，三相四线供电系统下，不允许进行保护接地。

7.2.15　三相电路及用电安全

三相电路是一种特殊的正弦交流电路，其特殊性表现在电源以及负载和电源的连接上。

1.三相电源

三相电源是由三个频率相同、大小相同、相位相差120°的单相电源按照星形或三角形连接后形成的，如图7.2-42所示。图中的A、B、C称为端线或火线，N称为中线，端线与中线之间的电压为相电压、端线与端线之间的电压为线电压。

图7.2-42　三相电源

设三个频率相同、大小相同、相位相差120°的单相电源时域表达式分别为

则它们的相量域形式为:

对于星形接法的三相电源，无论是有中线的星形接法(Y₀)或三相四线制接法，还是无中线的星形接法(Y)，利用KVL和三相相电压推出线电压的描述式为

且线电压有效值和相电压有效值的关系为

我国低压供电系统中，三相电源相电压有效值U_p=220V，U_l=380V。

由于三相电源的所有输出电压具有严格的对应关系，所以已知其一，必可推出其他5个电压。

【例7.2-14】已知某三相四线制电路的线电压=380∠15°V，则相电压=(　)。

(A)220∠－135°V　(B)380∠－15°V　(C)220∠－15°V　(D)380∠－135°V

解:答案为选项(A)。为线电压，其有效值U_AB=U_l=×220=380V;因为线电压的初相位φ_AB=15°，所以的初相位φ_A=15°－30°=－15°，线电压的初相位φ_B=φ_A－120°=－135°，可见，选项(A)是正确的。

【例7.2-14】已知某三相电源的相电压=220∠15°V，当t=12s时，三个线电压之和为(　)。

(A)380V　(B)0V　(C)380　(D)无法计算

解:由于三相电源为外界提供的三个相电压是对称的，所以该电源为外界提供的三个线电压也是对称的，所以任意时刻三个对称电源之和均为0。

答案选(B)。

2.三相对称负载及电路分析

由三相电源为三相负载供电的电路称为三相电路。三相负载有星形连接和三角形连接两种。

(1)对称负载星形连接

负载星形连接的电路如图7.2-43所示，如果

Z_A=Z_B=Z_C=Z=|Z|∠φ

则称该三相电路为三相对称的电路。在此情况下，负载中的电流(称为相电流)为对称的电流，各相电流与相应的线电流相等，它们的有效值为

I_p=U_p/|Z|

根据KCL可得

图7.2-43　三相负载的星形连接

可见，“对称负载星形连接电路的中线可以去掉”。

(2)对称负载三角形连接

图7.2-44　三相负载的三角形连接

负载三角形连接的电路如图7.2-44所示，如果

Z_AB=Z_BC=Z_CA=Z=|Z|∠φ

则三相对称的电路负载中的电流(相电流)也是对称的，相电流与线电流的有效值关系为

(3)对称三相电路的功率

三相总功率等于各项功率之和，对于对称负载电路(无论是星形连接还是三角形连接)的总功率S、P、Q与电路的线电压U_l、线电流I_l之间关系:

值得注意的是:式(7.2-43)中的φ是单相负载的阻抗角，或相电压和相电流的相位差。

【例7.2-16】有一星形连接的对称负载接于线电压为380V的三相四线制电源上，如图7.2-45所示。当在M点断开时，U₁为(　)。

(A)190V　(B)220V

图7.2-45　例7.2-16图

解:由于负载是对称的，中线存在与否对每相负载所承受的电压没有影响，始终等于电源的相电压。根据式(7.2-41)可得:U_P==220V，答案为(B)选项。

3.不对称三相电路中的中线作用

三相不对称星接电路中，构成三相负载的各单相负载不再相同，即Z_A≠Z_B≠Z_C。当电路接有中线时，各单相负载依然能够获得额定的相电压，可以保证负载正常工作。但是，如果去掉中线，电源中点N与负载中点N'间会出现电压(可通过节点电压法推出)，根据基尔霍夫电压定律，可以推知，此时各单相负载上的电压有效值会大于或小于电源相电压有效值，从而造成负载因超压或欠压而不能正常工作，甚至造成负载的损坏。

4.安全用电

大多数的用电设备均采用三相电源供电，正常情况下，用电设备外壳(导电材料制成)是不带电的，但是，一旦它们出现漏电问题，就会存在安全隐患，当使用者触及漏电设备的外壳时，发生触电事故。为此，必须采取安全防范措施。根据电源接线模式的不同，采取不同的保护措施。

(1)三相三线制下的保护接地

保护接地是将电气设备外壳(正常情况下时不带电的)通过良好的接地体与地相接，如图7.2-46，这种保护措施用于三相三线制中点不接地系统中。当设备外壳出现带电现象时，可通过良好接地体将电流及时引入大地，避免接触者触电。

(2)三相四线制下的保护接中(或保护接零)

保护接中就是将电气设备的金属外壳接到中线(或零线)，适用于三相四线制系统中，如图7.2-47。当设备外壳出现带电现象时，可通过A相熔断器短路熔断切断电流通路，起到保护作用。