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 = V_{pk} \sin\left( 2\pi f t \right)
V_2 = V_{pk} \sin\left( 2\pi f t + 120^\circ \right)
V_3 = V_{pk} \sin\left( 2\pi f t - 120^\circ \right)

其中 Vpk 是電壓的峰值, f 是交流電的頻率。

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和三角形兩種接法。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三相四線制

星形接法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\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]

三相電傳輸

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,即為三相五線制。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。

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
(其它情況)
棕色 橙色 黃色 灰色白色 綠色
加拿大(強制性)[1] 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)[2] 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[3] 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[4]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),又稱相線活線
  • 零線,又稱中線中性線,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. ^ 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)
  2. ^ Canadian Electrical Code 19th edition, rule 24-208(c)
  3. ^ 機電工程署-新電線顏色代碼
  4. ^ 根據AS/NZS 3000:2000 3.8.1

參見[編輯]