第二章供电与用电

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第2章供电与用电2.1 发电、输电和配电2.1.1 发电和电力系统发电——将其他形式的能量转化为电能的过程。

发电方式

火力水力核能(火力)风力、潮汐、太阳能、地热

我国的电能生产以火力发电、水力发电为主

——核能发电在我国有很大发展——由各种电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用

电的整体称为电力系统。

我国国家标准规定的电力网的额定电压有3kV、6kV、10kV、110kV、220kV、330kV、500kV等。

——各种不同电压的输电线和变电所所组成的电力系统的一部分称为电力网。

电力网车间、一般车间图2.1.1 发电、输电、配电系统图

~~~发电厂电厂变电所区域变电所工厂变电所

38.5kV 35kV 11kV 10kV 6kV

高压配电10.5kV 121kV输电线火力发电站水力发电站发电机组控制中心变电所输电线车间一般车间电动机MMM动力或照明配电箱电弧炉电阻炉

220V/380V6kV~10kV

图2.1.2 放射式低压配电网图2.1.3 树干式低压配电网2.2.1 配电系统6kV~10kV

220V/380V2.2三相电路

优点

1.省材料在输电电压等级相同,输电距离、输送功率和输电线路损耗功率相等的情况下,三相输电线路导线材料的用量仅为单相输电线路导线材料用量的3/4。

2.损耗少由于使用的输电线少,因此减少了电线电阻上的损耗。

3.用途广三相四线制配电系统既可为三相负载、也可为单相负载供电。

4.效率高由于三相电源容易产生旋转磁场,所以适合为三相交流电动机供电。而三相交流电动机的特性比单相交流电动机好,效率高,是工业用电的主要设备之一。2.2.1 三相电源当前各类发电厂都是利用三相同步发电机发电

主要组成部分电枢(定子)——固定的磁极(转子)——转动的

SN+

-AX

_e+

e_+

(a)三相交流发电机的原理图(b)电枢绕组及其中的电动势S

N+

A

XBYCZU=Em sinωt= Esinωt

√2

eW=Em sin(ωt+240 ◦) = Esin (ωt+120 ◦)√2

ev=Em sin(ωt-120 ◦) = Esin (ωt-120 ◦)√2(2.2.1)

图2.2.2 三相对称电动势★对称:频率相同、幅值相等、初相互差120°U = E0 ◦•

EV = E-120 ◦•

EW = E120 ◦•(2.2.2)

图2.2.3 三相对称电动势(b) 相量图120◦

120◦

120◦

●E

W

●E

U

●E

V

• • •EU +EV+EW = 0

eU +eV+eW = 0(2.2.3)

∠∠∠★注意相序:eU→ eV→ eW依次滞后120°.2.2对称三相电源的联接星形联接(Y接)三角形联接(∆接)对称三相电源的星接

联接方式

星形联接法——以首端引出作为输出端的接法

VNUWU

NVW•

UVW

•UUV

•UWU

•UW

•UU

•UV++

+--

-

图2.2.4对称三相电源的相电压和线电压(a) 电路图

三相四线制三相三线制——三根端线都引出的供电方式(无中线)。相线、端线(火线)——三个绕组U

1、V1、W1首端引出的三

根供电线称为相线或端线。

三相四线制——三根端线和中线都引出的供电方式。

(N) ——星形连接时,三个绕组U2、V2、

W2末端的联结点N称为中性点,由中性点N引出的供电线称为中线或零线。

中线零线

相电压——端线与零线间的电压

三相四线制

引出两种电压:

线电压——端线与端线间的电压N30 ◦

30 ◦

30 ◦

UW

•UUV

UWU

UVW

-UW

-UV

•-U

U

UU

UV

p

(b) 相量图UV•UU

•UUV

•=-

UW•UV

•UVW

•=-

UV•UU

•UUV

•=-

(2.2.4)

线电压与相电压的关系:UU•UUV

•=30

◦√3

UV•UVW

•=√330

UW

•UWV

•=√330 ◦

√3U1=U

p

在相位上,线电压超前对应相电压30゜。我国低压供电都采用三相四线制供电,此时,电源可向负载提供线电压(380V)和相电压(220V)两种电压。

(2.2.6)∠∠∠三相负载及其联接

1. 对称负载星形联接

UU

•+

UV

UW

IV

IU

IW

IN

NN’

W

U

VZZZ-

++-

图2.2.5 三相负载的星形接法及相量图(b) 相量图

(a) 电路图

φUU

UV

UW

IU•IV

IW

φφY接)

——每相负载的末端连成一点

N’,而将始端接在三根相线上。

三相四线制——将电源中点与负载中点联

接起来。Z= │Z│φ对称三相负载

对称三相电路——负载和电源均对称的三相电路。

UU

•= Up 0 。

设电源U相电压为参考相量,即UU

∠IU

•=Up 0 。——ZUU•—Z=

Up 120 。———Z==I

V

•UV

—Z

UW

—ZUp 120 。———Z=I

W

•=

(2.2.7)

∠∠

∠,3lPlpUUII星接负载特点:lU0

30PU超前中线既然没有电流,中线便可以省去。即对称负载星形联接可采用三相三线制供电。去掉中线后,对称负载的中点N'与电源的中点仍然等电位,即UN'N = 0各相负载的电压仍为电

源的对称三相电压。低压照明设备都要采用三相四线制,且不能将熔断器和其他开关设备装在中线上,以免误操作引起中线断开。