新聞主題	柴油發(fā)電機的三相四線與五線制原理

 

摘要：在低壓柴油發(fā)電機組供電系統(tǒng)中，輸電線路一般采用三相四線制，其中，三條線路分別代表A,B,C三相，另一條是中性線N。三相五線制包括三相電的三個相線（A、B、C線）、中性線（N線）以及地線（PE線），因此，區(qū)別為三相五線制比三相四線制多一根地線。五線制主要用于安全要求較高，設(shè)備要求統(tǒng)一接地的場所。

 

一、電力系統(tǒng)的組成及其基本參數(shù)

 

1．電力系統(tǒng)的組成

電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電和配電系統(tǒng)組成。

（1）發(fā)電

所使用的電能多是由發(fā)電廠提供的，發(fā)電是將水力、火力、原子能、風(fēng)力和沼氣等自然資源(非電能)轉(zhuǎn)換成電能的過程。我國以水力和火力發(fā)電為主，近幾年也在發(fā)展原子能發(fā)電。水力發(fā)電廠是利用水流的能量，火力發(fā)電廠是利用煤炭或油燃燒的熱能量，原子能發(fā)電廠是利用核裂變產(chǎn)生的能量來進行發(fā)電。發(fā)電機組發(fā)出的電壓一般為6kV、10kV或13．8kV。大型發(fā)電廠一般都建于能源的蘊藏地，距離用電戶幾十到幾百公里，甚至幾千公里以上。

（2）輸電

輸電是將發(fā)電廠發(fā)出的電能經(jīng)鐵塔上的高壓線輸送到各個地方或直接輸送到大型用電戶。

當(dāng)輸送的電功率P和功率因數(shù)COS一定時，電網(wǎng)電壓U越高，則輸送的電流，越小，使輸電線路的能量損耗下降，而且可以通過減小輸電線的截面積，節(jié)省造價。這就需要將發(fā)電機組發(fā)出的10kV電壓經(jīng)升壓發(fā)電機變?yōu)?5～500kV的高壓。所以，輸電網(wǎng)是由35kV及以上的輸電線路和與其相連接的變電所組成，它是電力系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡(luò)。

輸電是聯(lián)系發(fā)電廠與用電戶的中間環(huán)節(jié)?？赏ㄟ^高壓輸電線遠距離地將電能送到各個地方。在進入市區(qū)或大型用電戶前，再利用降壓發(fā)電機將35～500kV高壓變?yōu)?kV、6kV、10kV高壓，又稱為區(qū)域變電所。

（3）配電

配電是由10kV及以下的配電線路和配電(降壓)發(fā)電機所組成。它的作用是將3～10kV高壓降為380／220V低壓，又稱為用戶變(配)電所。再通過低壓輸電線分配到各個用戶(工廠及民用建筑)的用電設(shè)備。

電力網(wǎng)的電壓在1kV及以上的電壓稱為高壓，有1kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV及500kV等。1kV以下的電壓稱低壓，有220V、380V和安全電壓6V、12V、24V、36V、42V等。

為了保證供電的可靠性和安全連續(xù)性，電力系統(tǒng)是將各個地區(qū)、各種類型的發(fā)電機、發(fā)電機、輸配電線、配電裝置和用電設(shè)備等連成一個環(huán)形的整體，對電能進行不問斷地生產(chǎn)、傳輸、分配和使用的聯(lián)合系統(tǒng)。

2．系統(tǒng)基本參數(shù)

（1）電流種類（電制）：直流或交流。

（2）額定電壓等級：我國低壓配電系統(tǒng)額定電壓為380V；照明電壓220V：電源額定電壓約比電網(wǎng)電壓高5％。

（3）額定頻率等級：我國為50Hz。

 

圖1  高低壓配電系統(tǒng)示意圖

 

 

二、自發(fā)電電網(wǎng)的組成與線制

 

1．電網(wǎng)的組成

由電纜、導(dǎo)線和配電裝置并以一定的聯(lián)接方式組成的整體，稱為電網(wǎng)。發(fā)電機產(chǎn)生的電能通過電網(wǎng)分配給各處的用電設(shè)備。

通常把總配電板與分配電板之間的網(wǎng)絡(luò)稱為一次配電網(wǎng)絡(luò)，而分配電板到各用電設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)稱為二次配電網(wǎng)絡(luò)。

2．自發(fā)電電網(wǎng)的線制

（1）三相四線制

自發(fā)電交流電網(wǎng)為中性點接地的三相四線制系統(tǒng)，如圖1所示。在三相四線制制供電系統(tǒng)中，把零線的兩個作用分開，即一根線做工作零線(N)，另外用一根線專做保護零線(PE)，這樣的供電結(jié)線方式稱為三相五線制供電方式。三相五線制包括三根相線、一根工作零線、一根保護零線。

如果發(fā)電機的Y形的中性點不接地，用電設(shè)備的金屬外殼要接地保護，要用一根接地保護線PE；

如果發(fā)電機的Y形的中性點接地，用電設(shè)備的金屬外殼要接零保護，這時零線既是保護線PE，有是工作零線N，此時零線叫做PEN ；

三相四線制中性點接地供電，用電時，在總配電箱處將零線重復(fù)接地后在拉出兩根零線，一根做保護零線PE，一根做工作零線N。

① 特點

負(fù)載電流不對稱，但各相獨立，互不影響。負(fù)載電壓、電流不對稱，各相牽制，彼此影響。無中線時，負(fù)載中點發(fā)生較大偏移，造成各相負(fù)載端電壓嚴(yán)重不平衡，且各相牽制，彼此影響。三相四線制供電，可以獲得線電壓和相電壓兩種電壓。

② 原理

我國目前大多采用三相四線制低壓供電系統(tǒng)，即380V/220V中性點直接接地低壓供電系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)具有三條相線（火線）A、B、C，一條零線。這條零線之所以稱之為零線，就是因為它是由變壓器二次側(cè)中性點引出的，而二次側(cè)中性點又直接接地與大地零電位連接，因此稱之為零線。在三相四線制低壓供電系統(tǒng)中它既是工作零線，又是保護零線，現(xiàn)在稱為PEN線，其中PE是保護零線，N是工作零線，合起來就是PEN線，PEN線表示工作零線兼做保護零線，俗稱“零地合一”。

三相四線制除了三根火線之外，第四根叫中線，中線起到保證負(fù)載相電壓時稱不變的作用。如果三相電路中的每一根所接的負(fù)載都相同，每一時刻流過中線的電流之和為零，把中線去掉，用三相三線制供電是可以的，但實際上多個單相負(fù)載接到三相電路中構(gòu)成的三相負(fù)載不可能完全對稱，在這種情況下中線顯得特別重要，若是在負(fù)載不對稱的情況下又沒有中線，就形成不對稱負(fù)載的三相三線制供電，由于負(fù)載阻抗的不對稱，相電流也不對稱，負(fù)載相電壓也自然不能對稱，有的相電壓可能超過負(fù)載的額定電壓，負(fù)載可能被損壞；有的相電壓可能低些，負(fù)載不能正常工作。所以必須有中線，也就是三相四線制。

 

圖2 柴油發(fā)電機三相四線的星形接法

圖3  柴油發(fā)電機組三相五線接線圖

（2）三相五線制

工作零線N與保護零線PE除在發(fā)電機中性點共同接地外，兩線不再有任何的電氣連接。由于該種接線能用于單相負(fù)載、沒有中性點引出的三相負(fù)載和有中性點引出的三相負(fù)載，因而得到廣泛的應(yīng)用。在三相負(fù)載不完全平衡的運行情況下，工作零線N是有電流通過且是帶電的，而保護零線PE不帶電，因而該供電方式的接地系統(tǒng)完全具備安全和可靠的基準(zhǔn)電位。

① 特點

 三相五線制包括三相電的三個相線（A、B、C線）、中性線（N線）；以及地線（PE線）。

中性線(N線)就是零線。三相負(fù)載對稱時，三相線路流入中性線的電流矢量和為零，但對于單獨的一相來講，電流不為零。三相負(fù)載不對稱時，中性線的電流矢量和不為零，會產(chǎn)生對地電壓。

三相五線制包括三相電的三個相線（A、B、C線）、中性線（N線）；以及地線（PE線）。電設(shè)備外殼上電位始終處在"地"電位，從而 消除了設(shè)備產(chǎn)生危險電壓的隱患。

三相五線制標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線顏色為：A線黃色，B線綠色，C線紅色，N線淡藍色，PE線黃綠色

② 原理

在三相四線制供電中由于三相負(fù)載不平衡時和低壓電網(wǎng)的零線過 長且阻抗過大時，零線將有零序電流通過，過長的低壓電網(wǎng)，由于環(huán)境惡化，導(dǎo) 線老化，受潮等因素，導(dǎo)線的漏電電流通過零線形成閉合回路，致使零線也帶一 定的電位，這對安全運行十分不利。在零干線斷線的特殊情況下，斷線以后的單相設(shè)備和所有保護接零的設(shè)備產(chǎn)生危險的電壓，這是不允許的.如采用三相五線制供電方式，用電設(shè)備上所連接的工作零線 N 和保護零線 PE 是分別敷設(shè)的，工 作零線上的電位不能傳遞到用電設(shè)備的外殼上， 這樣就能有效隔離了三相四線制 供電方式所造成的危險電壓，使用電設(shè)備外殼上電位始終處在"地"電位，從而 消除了設(shè)備產(chǎn)生危險電壓的隱患。

 

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