三相電

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三相交流電的波形
這個三相電變壓器是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。

形成[編輯]

三相電的電流流動

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。

接線[編輯]

上:星形接法
下:三角形接法

三相三線制[編輯]

30kV三相電纜

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,因為即使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。

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。

中國大陸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。

中國大陸三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線黃綠相間。

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。

平衡電路[編輯]

在完美平衡的情況下,所有三線分擔相等的負載。檢查電路我們可以推導星形和三角形連接的負載的線電壓和電流,及負載電壓和電流之間的關係。

在平衡系統中,每條線都會產生相同幅值的電壓並彼此間隔相同的相位角。以 V1 為參考,則 V3 滯後於 V2 滯後於 V1,使用角度符號,我們有:[2]

這些電壓送入星形或三角形連接的負載。

星形接法[編輯]

三相交流發電機接成星形電源連接星形負載

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。

所有負載只接受它們各自的相電壓,於是:[2]

其中 Ztotal 為線阻抗和負載阻抗之和(Ztotal = ZLN + ZY),而 θ 是總阻抗(Ztotal)的相位。

各相的電壓和電流之間的相位角之差不一定是 0 且是依賴於負載阻抗 Zy 的類型。感性和容性負載將導致電流滯後或超前於電壓。然而,每對線之間的相對相位角(1 與 2、2 與 3, 及 3 與 1) 仍會是 −120°。

對中性點列KCL方程,三相電流加起來就是中性線上的電流。在平衡的情況:

三角形接法[編輯]

三相交流發電機接成星形電源連接三角形負載

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。

負載跨線連接,加在負載上的是線電壓:[2]

進一步:

其中 θ 是三角形負載的相位(ZΔ)。

相關角度保持不變,所以 I31 滯後 I23 滯後 I12 的角度均為 120°。對三角形各結點運用KCL計算線電流得到:

同樣對於其它每條線路:

其中 θ 為三角形阻抗(ZΔ)的相位。

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。

使用[編輯]

中國大陸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)。一些大功率冷氣機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。

工業用電則多使用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
歐洲和其他許多國家,包括英國 (IEC 60446) 和香港[3] 啡色 黑色 灰色 藍色 黃綠色條紋
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
(其他地區)
啡色 橙色 黃色 灰色白色 綠色
加拿大(強制性)[4] 紅色 黑色 藍色 白色 綠色(或裸露的銅線)
加拿大(獨立的三相電設施)[5] 橙色 棕色 黃色 白色 綠色
澳大利亞紐西蘭[6]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
印度 紅色 黃色 藍色 黑色 綠色
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
馬來西亞南非 紅色 黃色 藍色 黑色 黃綠色條紋(1970年前的設施上為綠色
中國大陸 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,因為以前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. ^ 2.0 2.1 2.2 J. Duncan Glover; Mulukutla S. Sarma; Thomas J. Overbye. Power System Analysis & Design. Cengage Learning. April 2011: 60–68. ISBN 978-1-111-42579-1. 
  3. ^ 機電工程署-新電線顏色代碼
  4. ^ 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)
  5. ^ Canadian Electrical Code 19th edition, rule 24-208(c)
  6. ^ 根據AS/NZS 3000:2000 3.8.1

相關[編輯]