1.电工基础知识

第一章 电工基础知识

1.1 电力系统概述

电力是工农业生产、国防及民用建筑中的主要动力，在现代社会中得到了广泛的应用。

对于从事建筑工程的技术人员了解如何安全可靠地获得电力资源，合理、经济地利用国家

的电力资源是十分必要的。

1.1.1 电力系统

在电力系统中，如果每个发电厂孤立地向用户供电，其可靠性不高。如当某个电厂发

生故障或停机检修时，该地区将被迫停电，因此为了提高供电的安全性、可靠性、连续性、

运行的经济性，并提高设备的利用率，减少整个地区的总备用容量，常将许多的发电厂、

电力网和电力用户连成一个整体。这里由发电厂、电力网和电力用户组成的统一整体称为

电力系统。典型电力系统示意图如图1.1.1所示。

图1.1.1　电力系统示意图

1．发电厂

发电厂是将一次能源（如水力、火力、风力、原子能等）转换成二次能源（电能）的

场所。我国目前主要以火力和水力发电为主，近年来在原子能发电能力上也有很大提高，

相继建成了广东大亚湾、浙江秦山等核电站。

2．电力网

电力网是电力系统的有机组成部分，它包括变电所、配电所及各种电压等级的电力线

路。

变电所与配电所是为了实现电能的经济输送和满足用电设备对供电质量的要求，需要

对发电机的端电压进行多次变换。变电所是接受电能、变换电压和分配电能的场所，可分

为升压变电所和降压变电所两大类。配电所不具有电压变换能力。

电力线路是输送电能的通道。由于发电厂与电能用户相距较远，所以要用各种不同电

压等级的电力线路将发电厂、变电所与电能用户之间联系起来，使电能输送到用户。一般

将发电厂生产的电能直接分配给用户或由降压变电所分配给用户的10kV及以下的电力线路

称为配电线路，而把电压在35kV及以上的高压电力线路称为送电线路。

3．电力用户

电力用户也称电力负荷。在电力系统中，一切消费电能的用电设备均称为电力用户。

电力用户按其用途可分为：动力用电设备、工艺用电设备、电热用电设备、照明用电设备

等，它们分别将电能转换为机械能、热能和光能等不同形式，适应生产和生活的需要。

电力网的电压等级比较多，从输电的角度来讲，电压越高则输送的距离就越远，传输

的容量越大，但电压越高，要求绝缘水平也相应提高，因而造价也越高。目前，我国根据

国民经济发展的需要，技术经济上的合理性及电机电器制造工业的水平等因素，由国家颁

布制定了我国电力网的电压等级主要有

0.22、0.38、3、6、10、35、110、220、330、550kV等10级。其中电网电压在1kV及以

上的称为高压，1kV以下的电压称为低压。

1.1.2 常用低压配电系统

本节所描述的低压配电系统是根据国际电工委员会标准IEC664-1的要求来定义的，适

用于海拔至2000m，额定交流电压至1000V，额定频率至30kHz或直流至1500V的系统中。

另外，在通信设备中所说的交流配电，一般是指220/ 380V的供电系统。

IEC 364-3标准中，按照载流导体的配置和接地的方法划分成TN、TT和IT交流配电

系统，在下面的图示中给出了配电系统的一些实例。其中，图中：

在大多数情况下，配电系统适用于单相和三相设备，但为了简化起见，图中仅划出了

单相设备；

供电电源可以是变压器的次级绕组，电动机驱动的发电机或不间断电源系统；

字母代号的含义：第一个字母T或I表示电源对地的关系，第二个字母N或T表示装

置的外露导电部分对地关系，横线后字母S、C或C-S表示保护线与中性线的组合情况。

TN配电系统

TN配电系统中，电源有一点（通常是中性点）直接接地，设备端的外露导电部分通

过保护线（即PE线包括PEN线）与该接地点连接的系统。按照中性线（N）与保护线的

组合情况，TN系统又分为以下三种型式：

●TN-S系统：整个系统中保护线PE与中性线N是分开的，见图1.1.2；

●TN-C-S系统： 系统中有一部分保护线PE与中性线N是分开的，见图1.1.3；

●TN-C系统： 整个系统中保护线PE与中性线N是合一的，见图1.1.4。图1.1.2 TN-S配电系统实例

图1.1.3 TN-C-S配电系统实例

图1.1.4 TN-C配电系统实例

这三种供电类型在我国都有比较广泛的应用。由图1.1.2、1.1.3、1.1.4可以看出，TN-

S系统因为有单独的保护接地线，因此，对设备而言是最可靠的。但是由于增加了一根单

独的PE线，而使供电系统的造价提高。该用电设备金属外壳接到PE线上，PE线正常工

作时不呈现电流，因此外壳不呈现对地电压。出现事故时易切断电源，比较安全。通常该

系统主要应用在用电量大的楼宇中，也适用于环境条件较差的场所。 TN-C系统有一根由

中性线和PE线功能合并的PEN线，相对TN-S系统少了一根线，因此使供电系统成本减

少。但如果出现三相负荷不平衡时（在我国的电网中常有这种情形发生），在PEN线上就

会有较大的电流。为解决这类问题，通常要求从电源端到设备端每隔50m，将PEN线接地

一次。由于TN-C系统的安全措施比较复杂，如果实施不规范容易引发问题，国内一般在

建筑物内部不使用TN-C的供电方式。综合TN-C和TN-S系统的某些优点，又推出了一种

TN-C-S系统，主要应用在用电量较小的建筑物或线路末端环境较差的场合。

TT配电系统

具有一个直接接地点的配电系统，设备上需要接地的零部件在用户建筑物中连接到接

地电极上，该接地电极与配电系统的接地电极无电气连接，如图1.1.5。

TT系统每一设备金属外壳或外露可导电部分采用各自的PE接地线单独接地，故障时

电流较小，往往不足以使保护装置动作，安全性较差。只适合于功率不大的设备，或作为

精密电子设备的屏蔽接地，主要应用在农村低压电力网。这种系统的缺点在于，因为雷击

或相线对地意外短路产生的转移过电压，将对人和设备造成损害。同时，如果因为中性线

折断产生的失零过电压，使相线电压可达到700V。因此，TT系统要求：除变压器低压侧

中性点直接接地外，中性线不得再行接地，且保持与相线同等绝缘水平。为防止中性线机

械断线，截面积不小于表1-1的规定。全网必须实施漏电保护，且中性线不得装设熔断器

或单独的开关装置。

表1-1 按机械强度要求中性线与相线的配合截面相线截面 S mm2中性线截面 S0 mm2S≤16S

16

S>35S/2

注：相线的材质与中性线的材质相同时有效

图1.1.5 三相线加中线的TT配电系统实例

IT配电系统

IT配电系统。电源与地绝缘或通过阻抗连接，而设备的外露导电部分则接地的系统，

如图1.1.6。

图1.1.6 三相线（加中线）的IT配电系统

IT系统在供电端有一点通过阻抗或限压装置接地，发生单相接地故障时，短路电流很

小，保护装置不会动作供电系统还可以继续运行。被PE线接地的设备外壳不会带电，但

其它处的中性线电压会升高。主要应用在对安全有特殊要求的场合，如：矿井、火药库或

纯排灌的动力电力网。

采用IT 配电系统时要求：配电变压器低压侧及各出线回路应装设过流保护，网络内

的带电导体严禁直接接地；各相对地应有良好的绝缘水平，在正常运行情况下，从各相测

得的泄漏电流（交流有效值）应小于30mA。

1.2 安全用电基本知识

随着社会的发展和和技术的进步，电与人们的关系日益密切，但由于使用不当或违反

了电气操作过程造成的电气事故对人们的危害也是相当严重的。除了电气火灾和爆炸危害

还有电对人体的伤害。

1.2.1 电工用电常识

交流电在日常生活和生产中应用极为广泛，因为发电厂发出的电压就是交流电压，大

多数电气设备使用的也是交流电压，如电动机、家用电器、照明等，所以有必要来认识一

下交流电。

如果电路中电流的方向和大小都随时间变化，这种电流称为交流电流。大小和方向随

时间按正弦规律变化的电动势、电流、电压统称为正弦交流电，通常所说的交流电一般均

指正弦交流电，用e、i、u分别表示交流电动势、交流电流和交流电压。为了使交流电有很方便的动力转换功能，通常电力传输是以三相四线的方式。

三相交流电产生在电能的生产和输送过程中，绝大部分是三相交流电，所谓三相交流电是指三个频率

相同、数值相等、相位互差1200的正弦交流电。

三相交流电是由三相交流发电机产生的，三相交流发电机的结构类似于单相交流发电

机，如图1.2.1所示，在一对磁极中放置三个彼此相差1200的线圈作为转子。当三个线圈

在磁场中同时匀速旋转时，线圈两端产生三个频率相同、数值相等、相位相差1200的正弦交流电。

图1.2.1 三相交流发电机模型 图1.2.2 三相四线制供电方式为了降低供电成本，又能发挥三相交流电的许多特性，一般将三个线圈按星形（Y）方

式连接后再向外供电，如图1.2.2所示。

星形联结就是将三个线圈的U2、V2、W2三个末端连接在一起，从中性点引出的一根导

线称为中性线（N），俗称零线；将三个线圈的U1、V1、W1三个首端分别引出的三根导线称

为相线（L1、L2、L3），俗称火线，这就是三相四线制供电方式。如果只引出三根相线，就

是三相三线制供电方式。

在三相四线制供电形式中，任意两根相线之间的电压称为线电压，用UL表示；任意一

根相线和中性线之间的电压称为相电压，用UP表示。其中，

LPU=3U

我国的三相四线制供电系统中，送到低压负载的线电压一般为380V，相电压为220V；

高压输电线路的线电压一般为10KV或35KV。

为了保证用电安全，一般在用户使用区改为用三相五线制供电，这第五根线就是

地线，它的一端是在用户区附近用金属导体深埋于地下，另一端与各用户的地线接点相连，起接地保护的作用。

火线、零线、地线按我国现行标准，GB2681中第3条依导线颜色标志电路时，一般应该是相线

－A相黄色，B相绿色，C相红色。零线（N线）－淡蓝色。地线（PE线）是黄绿相

间。

用电分为动力用电和家用电。

动力用电就是常说的380伏电，多用于工厂。这种电多是三相四线。四线中三

根火线,一根零线。火线是指三相四线电网A B C中的任意一相,零线是指三相四线对

地无电压有电流的那一根电线, 三根火线经过负载如电动机等用电设备后都经过零线

形成回路,设备才能正常工作。零线在发电厂是接地的。一般情况下，三相电路中火

线使用红、黄、蓝三种颜色表示三根火线，零线使用黑色。

家用电是指我们常说的220伏电也叫单相电,有两根线,一根火线,一根零线。火

线经过负载如灯泡等用电器后经零线形成回路,用电器才能正常工作。这里的零线在

发电厂也是接地的.单相照明电路中，一般黄色表示火线、蓝色是零线、黄绿相间的是

地线。也有些地方使用红色表示火线、黑色表示零线、黄绿相间的是地线。一般情况下

红色是火线，蓝色是零线，黑色是地线。