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新闻主题	柴油发电机的三相四线与五线制原理

 

摘要：在低压柴油发电机组供电系统中，输电线路一般采用三相四线制，其中，三条线路分别代表A,B,C三相，另一条是中性线N。三相五线制包括三相电的三个相线（A、B、C线）、中性线（N线）以及地线（PE线），因此，区别为三相五线制比三相四线制多一根地线。五线制主要用于安全要求较高，设备要求统一接地的场所。

 

一、电力系统的组成及其基本参数

 

1．电力系统的组成

电力系统是由发电、输电和配电系统组成。

（1）发电

所使用的电能多是由发电厂提供的，发电是将水力、火力、原子能、风力和沼气等自然资源(非电能)转换成电能的过程。我国以水力和火力发电为主，近几年也在发展原子能发电。水力发电厂是利用水流的能量，火力发电厂是利用煤炭或油燃烧的热能量，原子能发电厂是利用核裂变产生的能量来进行发电。发电机组发出的电压一般为6kV、10kV或13．8kV。大型发电厂一般都建于能源的蕴藏地，距离用电户几十到几百公里，甚至几千公里以上。

（2）输电

输电是将发电厂发出的电能经铁塔上的高压线输送到各个地方或直接输送到大型用电户。

当输送的电功率P和功率因数COS一定时，电网电压U越高，则输送的电流，越小，使输电线路的能量损耗下降，而且可以通过减小输电线的截面积，节省造价。这就需要将发电机组发出的10kV电压经升压发电机变为35～500kV的高压。所以，输电网是由35kV及以上的输电线路和与其相连接的变电所组成，它是电力系统的主要网络。

输电是联系发电厂与用电户的中间环节。可通过高压输电线远距离地将电能送到各个地方。在进入市区或大型用电户前，再利用降压发电机将35～500kV高压变为3kV、6kV、10kV高压，又称为区域变电所。

（3）配电

配电是由10kV及以下的配电线路和配电(降压)发电机所组成。它的作用是将3～10kV高压降为380／220V低压，又称为用户变(配)电所。再通过低压输电线分配到各个用户(工厂及民用建筑)的用电设备。

电力网的电压在1kV及以上的电压称为高压，有1kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV及500kV等。1kV以下的电压称低压，有220V、380V和安全电压6V、12V、24V、36V、42V等。

为了保证供电的可靠性和安全连续性，电力系统是将各个地区、各种类型的发电机、发电机、输配电线、配电装置和用电设备等连成一个环形的整体，对电能进行不问断地生产、传输、分配和使用的联合系统。

2．系统基本参数

（1）电流种类（电制）：直流或交流。

（2）额定电压等级：我国低压配电系统额定电压为380V；照明电压220V：电源额定电压约比电网电压高5％。

（3）额定频率等级：我国为50Hz。

 

图1  高低压配电系统示意图

 

 

二、自发电电网的组成与线制

 

1．电网的组成

由电缆、导线和配电装置并以一定的联接方式组成的整体，称为电网。发电机产生的电能通过电网分配给各处的用电设备。

通常把总配电板与分配电板之间的网络称为一次配电网络，而分配电板到各用电设备之间的网络称为二次配电网络。

2．自发电电网的线制

（1）三相四线制

自发电交流电网为中性点接地的三相四线制系统，如图1所示。在三相四线制制供电系统中，把零线的两个作用分开，即一根线做工作零线(N)，另外用一根线专做保护零线(PE)，这样的供电结线方式称为三相五线制供电方式。三相五线制包括三根相线、一根工作零线、一根保护零线。

如果发电机的Y形的中性点不接地，用电设备的金属外壳要接地保护，要用一根接地保护线PE；

如果发电机的Y形的中性点接地，用电设备的金属外壳要接零保护，这时零线既是保护线PE，有是工作零线N，此时零线叫做PEN ；

三相四线制中性点接地供电，用电时，在总配电箱处将零线重复接地后在拉出两根零线，一根做保护零线PE，一根做工作零线N。

① 特点

负载电流不对称，但各相独立，互不影响。负载电压、电流不对称，各相牵制，彼此影响。无中线时，负载中点发生较大偏移，造成各相负载端电压严重不平衡，且各相牵制，彼此影响。三相四线制供电，可以获得线电压和相电压两种电压。

② 原理

我国目前大多采用三相四线制低压供电系统，即380V/220V中性点直接接地低压供电系统，该供电系统具有三条相线（火线）A、B、C，一条零线。这条零线之所以称之为零线，就是因为它是由变压器二次侧中性点引出的，而二次侧中性点又直接接地与大地零电位连接，因此称之为零线。在三相四线制低压供电系统中它既是工作零线，又是保护零线，现在称为PEN线，其中PE是保护零线，N是工作零线，合起来就是PEN线，PEN线表示工作零线兼做保护零线，俗称“零地合一”。

三相四线制除了三根火线之外，第四根叫中线，中线起到保证负载相电压时称不变的作用。如果三相电路中的每一根所接的负载都相同，每一时刻流过中线的电流之和为零，把中线去掉，用三相三线制供电是可以的，但实际上多个单相负载接到三相电路中构成的三相负载不可能完全对称，在这种情况下中线显得特别重要，若是在负载不对称的情况下又没有中线，就形成不对称负载的三相三线制供电，由于负载阻抗的不对称，相电流也不对称，负载相电压也自然不能对称，有的相电压可能超过负载的额定电压，负载可能被损坏；有的相电压可能低些，负载不能正常工作。所以必须有中线，也就是三相四线制。

 

图2 柴油发电机三相四线的星形接法

图3  柴油发电机组三相五线接线图

（2）三相五线制

工作零线N与保护零线PE除在发电机中性点共同接地外，两线不再有任何的电气连接。由于该种接线能用于单相负载、没有中性点引出的三相负载和有中性点引出的三相负载，因而得到广泛的应用。在三相负载不完全平衡的运行情况下，工作零线N是有电流通过且是带电的，而保护零线PE不带电，因而该供电方式的接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。

① 特点

 三相五线制包括三相电的三个相线（A、B、C线）、中性线（N线）；以及地线（PE线）。

中性线(N线)就是零线。三相负载对称时，三相线路流入中性线的电流矢量和为零，但对于单独的一相来讲，电流不为零。三相负载不对称时，中性线的电流矢量和不为零，会产生对地电压。

三相五线制包括三相电的三个相线（A、B、C线）、中性线（N线）；以及地线（PE线）。电设备外壳上电位始终处在"地"电位，从而 消除了设备产生危险电压的隐患。

三相五线制标准导线颜色为：A线黄色，B线绿色，C线红色，N线淡蓝色，PE线黄绿色

② 原理

在三相四线制供电中由于三相负载不平衡时和低压电网的零线过 长且阻抗过大时，零线将有零序电流通过，过长的低压电网，由于环境恶化，导 线老化，受潮等因素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使零线也带一 定的电位，这对安全运行十分不利。在零干线断线的特殊情况下，断线以后的单相设备和所有保护接零的设备产生危险的电压，这是不允许的.如采用三相五线制供电方式，用电设备上所连接的工作零线 N 和保护零线 PE 是分别敷设的，工 作零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上， 这样就能有效隔离了三相四线制 供电方式所造成的危险电压，使用电设备外壳上电位始终处在"地"电位，从而 消除了设备产生危险电压的隐患。

 

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