新聞主題	柴油發(fā)電機的三相四線(xiàn)與五線(xiàn)制原理

 

摘要：在低壓柴油發(fā)電機組供電系統中，輸電線(xiàn)路一般采用三相四線(xiàn)制，其中，三條線(xiàn)路分別代表A,B,C三相，另一條是中性線(xiàn)N。三相五線(xiàn)制包括三相電的三個(gè)相線(xiàn)（A、B、C線(xiàn)）、中性線(xiàn)（N線(xiàn)）以及地線(xiàn)（PE線(xiàn)），因此，區別為三相五線(xiàn)制比三相四線(xiàn)制多一根地線(xiàn)。五線(xiàn)制主要用于安全要求較高，設備要求統一接地的場(chǎng)所。

 

一、電力系統的組成及其基本參數

 

1．電力系統的組成

電力系統是由發(fā)電、輸電和配電系統組成。

（1）發(fā)電

所使用的電能多是由發(fā)電廠(chǎng)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)轉換成電能的過(guò)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(chǎng)是利用水流的能量，火力發(fā)電廠(chǎng)是利用煤炭或油燃燒的熱能量，原子能發(fā)電廠(chǎng)是利用核裂變產(chǎn)生的能量來(lái)進(jìn)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(chǎng)一般都建于能源的蘊藏地，距離用電戶(hù)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(chǎng)發(fā)出的電能經(jīng)鐵塔上的高壓線(xiàn)輸送到各個(gè)地方或直接輸送到大型用電戶(hù)。

當輸送的電功率P和功率因數COS一定時(shí)，電網(wǎng)電壓U越高，則輸送的電流，越小，使輸電線(xiàn)路的能量損耗下降，而且可以通過(guò)減小輸電線(xiàn)的截面積，節省造價(jià)。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(xiàn)路和與其相連接的變電所組成，它是電力系統的主要網(wǎng)絡(luò )。

輸電是聯(lián)系發(fā)電廠(chǎng)與用電戶(hù)的中間環(huán)節?？赏ㄟ^(guò)高壓輸電線(xiàn)遠距離地將電能送到各個(gè)地方。在進(jìn)入市區或大型用電戶(hù)前，再利用降壓發(fā)電機將35～500kV高壓變?yōu)?kV、6kV、10kV高壓，又稱(chēng)為區域變電所。

（3）配電

配電是由10kV及以下的配電線(xiàn)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(chēng)為用戶(hù)變(配)電所。再通過(guò)低壓輸電線(xiàn)分配到各個(gè)用戶(hù)(工廠(chǎng)及民用建筑)的用電設備。

電力網(wǎng)的電壓在1kV及以上的電壓稱(chēng)為高壓，有1kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV及500kV等。1kV以下的電壓稱(chēng)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性，電力系統是將各個(gè)地區、各種類(lèi)型的發(fā)電機、發(fā)電機、輸配電線(xiàn)、配電裝置和用電設備等連成一個(gè)環(huán)形的整體，對電能進(jìn)行不問(wèn)斷地生產(chǎn)、傳輸、分配和使用的聯(lián)合系統。

2．系統基本參數

（1）電流種類(lèi)（電制）：直流或交流。

（2）額定電壓等級：我國低壓配電系統額定電壓為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  高低壓配電系統示意圖

 

 

二、自發(fā)電電網(wǎng)的組成與線(xiàn)制

 

1．電網(wǎng)的組成

由電纜、導線(xiàn)和配電裝置并以一定的聯(lián)接方式組成的整體，稱(chēng)為電網(wǎng)。發(fā)電機產(chǎn)生的電能通過(guò)電網(wǎng)分配給各處的用電設備。

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

2．自發(fā)電電網(wǎng)的線(xiàn)制

（1）三相四線(xiàn)制

自發(fā)電交流電網(wǎng)為中性點(diǎn)接地的三相四線(xiàn)制系統，如圖1所示。在三相四線(xiàn)制制供電系統中，把零線(xiàn)的兩個(gè)作用分開(kāi)，即一根線(xiàn)做工作零線(xiàn)(N)，另外用一根線(xiàn)專(zhuān)做保護零線(xiàn)(PE)，這樣的供電結線(xiàn)方式稱(chēng)為三相五線(xiàn)制供電方式。三相五線(xiàn)制包括三根相線(xiàn)、一根工作零線(xiàn)、一根保護零線(xiàn)。

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

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

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

① 特點(diǎn)

負載電流不對稱(chēng)，但各相獨立，互不影響。負載電壓、電流不對稱(chēng)，各相牽制，彼此影響。無(wú)中線(xiàn)時(shí)，負載中點(diǎn)發(fā)生較大偏移，造成各相負載端電壓嚴重不平衡，且各相牽制，彼此影響。三相四線(xiàn)制供電，可以獲得線(xiàn)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(xiàn)制低壓供電系統，即380V/220V中性點(diǎn)直接接地低壓供電系統，該供電系統具有三條相線(xiàn)（火線(xiàn)）A、B、C，一條零線(xiàn)。這條零線(xiàn)之所以稱(chēng)之為零線(xiàn)，就是因為它是由變壓器二次側中性點(diǎn)引出的，而二次側中性點(diǎn)又直接接地與大地零電位連接，因此稱(chēng)之為零線(xiàn)。在三相四線(xiàn)制低壓供電系統中它既是工作零線(xiàn)，又是保護零線(xiàn)，現在稱(chēng)為PEN線(xiàn)，其中PE是保護零線(xiàn)，N是工作零線(xiàn)，合起來(lái)就是PEN線(xiàn)，PEN線(xiàn)表示工作零線(xiàn)兼做保護零線(xiàn)，俗稱(chēng)“零地合一”。

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

 

圖2 柴油發(fā)電機三相四線(xiàn)的星形接法

圖3  柴油發(fā)電機組三相五線(xiàn)接線(xiàn)圖

（2）三相五線(xiàn)制

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

① 特點(diǎn)

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

中性線(xiàn)(N線(xiàn))就是零線(xiàn)。三相負載對稱(chēng)時(shí)，三相線(xiàn)路流入中性線(xiàn)的電流矢量和為零，但對于單獨的一相來(lái)講，電流不為零。三相負載不對稱(chēng)時(shí)，中性線(xiàn)的電流矢量和不為零，會(huì )產(chǎn)生對地電壓。

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

三相五線(xiàn)制標準導線(xiàn)顏色為：A線(xiàn)黃色，B線(xiàn)綠色，C線(xiàn)紅色，N線(xiàn)淡藍色，PE線(xiàn)黃綠色

② 原理

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

 

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