三相電

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三相交流電的波形
這個三相電變壓器加拿大一個郊區賣場的唯一輸電點。四根進線是208Y/120的(即星形接法,相電壓120V,線電壓208V),一根中性線,其它三根為A相、B相和C相。

三相電是三組幅值相等、頻率相等、相位互相差120°的交流電,由有三個繞組三相發電機產生,是工業上常用的電源,可提供超過數千瓦或以上功率的電力。

以下是一個理想的三相交流電壓的數學式:

V_1(t) = V_{pk} \sin\left( \omega t \right)
V_2(t) = V_{pk} \sin\left( \omega t + 120^\circ \right)
V_3(t) = V_{pk} \sin\left( \omega t - 120^\circ \right)

其中 Vpk 是電壓的峰值, ω 是交流電的角速度。

形成[編輯]

為保證發電機的穩定運行,發電機至少需要三個繞組,理論上發電的相數可以更高,但三相最經濟,因此世界各國普遍使用三相發電、供電。

特性[編輯]

三相電在電源端和負載端均有星形三角形兩種接法。二種接法都會有三條三相的輸電線及三個電源(或負載),但電源(或負載)的連接方式不同。

日常用電系統中的三相四線制中電壓為380/220V,即線電壓為380V,相電壓則隨接線方式而異;若使用星形接法,相電壓為220V,三角形接法的相電壓則和線電壓都是380V。

星形接法[編輯]

上:星形接法
下:三角形接法
三相電的電流流動

三相電的星形接法是將各相電源或負載的一端都接在一點上,而它們的另一端作為引出線,分別為三相電的三個相線。可以將中點(稱為中性點)引出作為中性線,形成三相四線制。也可不引出,形成三相三線制。當然,無論是否有中性線,都可以添加地線,分別成為三相五線制或三相四線制。

星形接法的三相電,線電壓相電壓\sqrt{3}倍,而線電流等於相電流。當三相負載平衡時,即使連接中性線,其上也沒有電流流過。三相負載不平衡時,應當連接中性線,否則各相負載將分壓不等。

在純電阻電路中,利用Y-Δ變換,星形電路可與三角形電路進行等效變換。

在含有電感電容的電路中,由於可能存在串聯諧振,不一定可以等效變換。

三角形接法[編輯]

三角形接法是在三相電系統中,一種連接電源或負載的方式,是將各相電源或負載依次首尾相連,並將每個相連的點引出,作為三相電的三個相線。三角形接法沒有中性點,也不可引出中性線,因此只有三相三線制。添加地線後,成為三相四線制。

三角形接法的三相電,線電壓等於相電壓,而線電流等於相電流的\sqrt{3}倍。

在純電阻電路中,利用Y-Δ變換,三角形電路可與星形電路進行等效變換。

在含有電感和電容的電路中,由於可能存在串聯諧振,不一定可以等效變換。

電壓和電流[編輯]

三相電的系統,有二種不同的方式描述電壓及電流,一種是由輸電線的觀點,另一種則是由電源或負載的觀點。

  • 三相電的輸電線為三條相線,線上流過的電流稱為線電流,而二條相線之間的電壓則為線電壓。
  • 若考慮三相電源或負載,流過任一相電源或負載的電流稱為相電流,任一相電源或負載二端的電壓則為相電壓。

二種電壓及電流的數學關係,則依其使用三角形或星形接法而有所不同,若三相的電源或負載平衡時:

  • 星形接法的三相電,線電壓是相電壓的\sqrt{3}倍,而線電流等於相電流。
  • 三角形接法的三相電,線電壓等於相電壓,而線電流等於相電流的\sqrt{3}倍。

單相負載[編輯]

單相負載有兩個方法接到三相供電系統,相線及中線,或兩條相線。如果相線及中線間的電壓是220V,使用兩條相線連接獲得的電壓是380V。

V_\text{L-L} = \sqrt{3} V_\text{L-N}
V_\text{L-L} = \sqrt{3} \times 220V = 381V =380V

使用[編輯]

中國民用供電使用三相電作為樓層或小區進線,多用星形接法,線電壓為380V(近似值),需要中性線,一般也都有地線,即為三相四線制。而進戶線為單相線,即三相中的一相,對地或對中性線電壓均為220V(近似值)。一些大功率空調家用電器也使用三相四線制接法,此時進戶線必須是三相線。

工業用電多使用6kV以上高壓三相電進入廠區,經總降壓變電所總配電所車間變電所變壓成為較低電壓後以三相或單相的形式深入各個車間供電。

接線[編輯]

三相三線制[編輯]

三相電傳輸

三相三線制即包括三相電的三個相線(A、B、C線)。由於沒有中性線(N線)和地線(PE線),這種供電方式只能用於三相平衡負載,且沒有外殼接地保護。一般三相供電均採取三相三線制,用戶必須使用三相負載平衡的電器,而工廠車間則往往採用內部負載補償的方法來達到總體三相負載平衡,地線則通過水管避雷針連接至大地;而一般用電設備很少使用三相三線供電的方式,因為即便電器可以保證三相負載平衡,沒有外殼接地保護也將對設備的安全使用造成巨大威脅。

中國大陸三相三線制標準導線顏色為A線黃色,B線綠色,C線紅色,中性線藍色,零線黑色;而在加拿大美國英國香港則為A線紅色,B線黑色,C線藍色。

三相四線制[編輯]

3P+E插頭,沒有中線

三相四線制一般包括提供三個相電壓的三個相線(A、B、C線,U、V、W線或L1、L2、L3)和中性線(零線)(N線),不單獨設地線(PE線),而是中性線(零線)和地線共用一條線路。在一些平衡負載(如大功率空調等電器)中也指由三個相線和地線構成的系統,由於負載平衡不需要中性線。

中國規定,民用供電線路相線之間的電壓(即線電壓)為380V,相線和地線或中性線之間的電壓(即相電壓)均為220V。進戶線一般採用單相三線制,包括三個相線中的一個,另外兩條線路實質上同為中性線和地線共用的一條線路。

三相四線制標準導線顏色為:A/U線黃色,B/V線藍色,C/W線紅色,N線/PE線黃綠色或黑色。

三相五線制[編輯]

符合IP44異物防護等級的室內用插頭,用於戶外的插頭則必須達到IP67

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)。地線在供電變壓器側和中性線接到一起,但進入用戶側後不能當作零線使用,否則發生混亂後就與三相四線制無異了。

中華人民共和國規定,民用供電線路相線之間的電壓(即線電壓)為380V,相線和地線或中性線之間的電壓(即相電壓)均為220V。進戶線一般採用單相三線制,即三個相線中的一個和中性線(作零線)、地線。

中華人民共和國三相五線制標準導線顏色為:A線黃色,B線綠色,C線紅色,N線藍色,PE線黃綠色。

在香港,由2007年7月1日起,固定電力裝置的導體改用新的識別顏色。三相電的導體必須採用:L1棕色,L2黑色,L3灰色,N藍色,保護導體黃綠相間。單相電的相線必須採用棕色,而非舊制下L1/L2/L3中任何一種顏色。[1]採用新的識別顏色後,黑色由不帶電的中線變成帶電的L2。

各國規定的三相電導線顏色[編輯]

A相 B相 C相 零線 地線
美國
(大部分)
黑色 紅色 藍色 白色灰色 綠色黃綠色條紋,或裸露的銅線
美國
(其它地區)
棕色 橙色 黃色 灰色白色 綠色
加拿大(強制性)[2] 紅色 黑色 藍色 白色 綠色(或裸露的銅線)
加拿大(孤立的三相電設施)[3] 橙色 棕色 黃色 白色 綠色
歐洲和其它許多國家,包括英國IEC 60446)及香港[4] 棕色 黑色 灰色 藍色 黃綠色條紋
歐洲過去(IEC 60446,各個國家不同) 棕色黑色 黑色棕色 黑色棕色 藍色 黃綠色條紋
南非馬來西亞 紅色 黃色 藍色 黑色 黃綠色條紋(1970年前的設施上為綠色
印度 紅色 黃色 藍色 黑色 綠色
澳大利亞紐西蘭[5]香港過去 紅色 白色(過去黃色 藍色 黑色 黃綠色條紋(很舊的設施上為綠色
中國 黃色 綠色 紅色 藍色 黃綠色條紋
  • 火線(A相、B相、C相),又稱相線或活線。
  • 零線,又稱中線或中性線,在台灣又稱水線。
  • 接地線在香港稱為水線,因為以往的接地線是直接連到水管

引用[編輯]

  1. ^ 香港機電工程署 EMSD. 新電線顏色代碼. 新電線顏色代碼. 2008 機電工程署. [2014-09-02]. 
  2. ^ Rick Gilmour et. al, editor, Canadian Electrical Code Part I, Nineteenth Edition, C22.1-02 Safety Standard for Electrical Installations, Canadian Standards Association, Toronto, Ontario Canada (2002) ISBN 1-553246-00-X, rule 4-036 (3)
  3. ^ Canadian Electrical Code 19th edition, rule 24-208(c)
  4. ^ 機電工程署-新電線顏色代碼
  5. ^ 根據AS/NZS 3000:2000 3.8.1

參見[編輯]