1、三相交流电路,本节课的主要内容,一、三相电源,二、负载星形联结的三相电路,三、中国的电源建设,一、三相交流电源,1. 三相交流电源的产生,工作原理：动磁生电,三相电动势瞬时表示式,相量表示,波形图,相量图,对称三相电动势的瞬时值之和为 0,2. 三相电源的星形联结,(1) 联接方式,中性线(零线、地线),中性点,端线(相线、火线),在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。,相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压,线电压：端线与端线间的电压,、Up,、Ul,(2) 线电压与相电压的关系,根据KVL定律,由相量图可得,相量图,同理,线电流：流过端线的电流,相电流：流过每相负载的电流,结论
2、： 负载 Y联结时，线电流等于相电流。,N 电源中性点,N负载中性点,负载星形联结形式,星形以三相四线制为主,二、负载星形联结的三相电路,负载星形（Y）联结的一般计算方法,一般计算公式的推导：,1、中线电压：,2、各相电压：,1.负载对称时，只需计算一相,中性线电流,2.负载不对称时，各相需单独计算,(2) 三相负载不对称（RA=5 、RB=10 、RC=20 ） 分别计算各线电流,中性线电流,则节点电压,(2)求例1电路中性线断开时负载的相电压及相电流。,负载电压,可见： 1. 不对称三相负载做星形联结且无中性线时, 三相负载的相电压不对称。 2. 照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电
3、方式，且中性线上不允许接刀闸和熔断器。,例3：照明系统故障分析,1) 中线未断,此时A相短路电流很大，将A相熔断丝熔断，而 B相和C相未受影响，其相电压仍为220V, 正常工作。,在上例中，试分析下列情况 (1) A相短路: 中线未断时，求各相负载电压； 中线断开时，求各相负载电压。 (2) A相断路: 中线未断时，求各相负载电压； 中线断开时，求各相负载电压。,此情况下，B相和C相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压（220V) ，这是不允许的。,2) A相短路, 中线断开时,此时负载中性点N即为A, 因此负载各相电压为,(2) A相断路,2) 中线断开,B、C相灯仍承受220V电
4、压, 正常工作。,1) 中线未断,变为单相电路，如图(b)所示, 由图可求得,结论 （1）不对称负载Y联结又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。 （2） 中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。 （3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。,应用实例-照明电路,正确接法:每层楼的灯相互并联,然后分别接至各相电压上。设电源电压为：,则每盏灯上都可得到额定的工作电压220V。,照明电路的一般画法,照明电路能否采用三相三线制供电方式？,A,C,.,.,.,一层楼,二层楼,N,设线电压为380V。A相
5、断开后，B、C 两相串联，电压UBC （380V）加在B、C负载上。如果两相负载对称，则每相负载上的电压为190V。,问题1：若一楼全部断开，二、三楼仍然接通,情况如何?,分析：,结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。,问题2：若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼灯的数量不等（设二楼灯的数量为三层的 1/4 ）结果如何？,结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压， 灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。,分析,三、中国的电力、电网建设,1、我国的能源概况与水电建设电力需求情况：,需求预测：全面建设小康社会：2020年GDP翻两番，预测电力需求9.2亿kW，估计水电达2.3亿kW，每年需新增近千万kW。,3、受能
6、源资源与技术发展水平的限制，我国发电装机长期以燃煤火电为主。党的十七大以来，电力工业全面落实科学发展观，水电发展加快，核电发展提速，风电快速发展，我国电源结构不断调整，但总体来看，以火电为主的电源结构没有发生本质变化。,2、电源建设1949 年，我国发电装机容量仅为184.9 万千瓦，居世界第二十一位。截至2009 年底，我国发电装机容量达到8.7 亿千瓦，居世界第二位。我国电源建设的稳步发展始于1978 年。2009 年，全国发电装机达到8.7 亿千瓦，比1978 年增长14.3倍。2009 年发电量3.66 万亿千瓦时，比1978 年增长13 倍。,4、电网建设：交流输电的发展2009 年
7、，特高压输电技术取得重大突破。特高压交流试验示范工程自2009年1 月初建成投运，我国电网最高运行电压达到1000 千伏，并持续安全运行，2009 年全年交换电量达到88 亿千瓦时，验证了特高压输电的可行性、安全性、优越性。,发展战略：“大力开发水电，优化发展煤电，积极推进核电，适度发展天然气发电，鼓励新能源发电”（电力工业中长期发展规划）。,三峡水电站,第一步：20012010年水电装机容量达到1.4亿千瓦-1.5亿千瓦，超过美国居世界第一，实现从资源第一大国到生产第一大国的转变；,装机容量1820万kW，年均发电量849亿度。,第二步 2011-2050年基本完成水电的开发、开发率达到90
8、%左右。这时装机约4.3亿千瓦；以3800万kW的墨脱电站为代表的十几座500万kW以上的巨型电站基本开发完毕。西电东送的规模超过1.5亿kW；东中部受电区的抽水蓄能电站将得到大规模发展，大库容的蓄能电站建设、也为沿海风电的大量开发，创造有利条件。中国水电技术随着建设达到世界领先水平。进一步由生产数量上的水电第一大国变为真正的、全面的(包括数量、质量、科技、管理、效益各方面)水电第一大国。,输电电压一般分为高压、超高压和特高压。国际上，高压（HV）通常指35220 千伏的电压，超高压（EHV）通常指330 千伏及以上、1000 千伏以下的电压，特高压（UHV）指1000 千伏交流电压。高压直流
9、（HVDC）通常指的是660 千伏及以下的直流输电电压，660 千伏以上的电压称为特高压直流（UHVDC）。我国高压电网指的是110 千伏和220 千伏电网，超高压电网指的是330 千伏、500 千伏和750 千伏电网，特高压输电指的是1000 千伏交流和800 千伏、1000 千伏直流输电工程和技术。,目前，华北、华中电网通过1000 千伏实现特高压交流联网；华中电网与华东电网通过葛洲坝南桥、龙泉政平和宜都华新直流工程实现联网；华中和南方电网通过三峡广东直流实现联网；西北与华中电网通过灵宝直流背靠背工程实现联网。,一、经济社会发展提出新要求：根据全面建设小康社会的奋斗目标，预计到2020年，
10、我国用电需求将达到7.7 万亿千瓦时，发电装机将在2008 年基础上翻一番，达到16 亿千瓦左右。即使如此，我国2020 年人均用电量也仅相当于经济合作组织国家2007 年水平的一半，电力工业发展的任务还相当艰巨。当前，我国电网发展总体滞后，城市和农村供电水平不高，资源优化配置和抵御严重自然灾害的能力不强。为满足未来快速增长的能源电力消费需求，必须加快各级电网建设，构筑结构合理、能力强大、运行灵活的电网系统，实现安全、可靠和经济高效的电力供应，促进电力行业的协调可持续发展。,三、能源资源分布与清洁能源发展1、能源资源分布的要求：（1）我国能源资源存在两个先天性的不足。一是“富煤缺油少气”，即优
11、质化石能源（石油、天然气）资源相对不足。在我国矿物能源资源探明储量中，96%是煤炭，油气资源仅占总量的4%左右。二是能源资源分布极不均匀，煤炭主要集中在能源需求量相对较小的西北部地区，而对于占世界技术可开发资源量第一位的水能资源，70%集中在远离负荷中心的西南地区。能源资源的这种分布状况使得我国能源供应的成本较高。,我国能源消费主要集中在东中部经济发达地区。随着未来能源开发重心进一步向西部和北部地区转移，这种逆向分布趋势将更加明显。能源资源的分布特点决定了我国基地式的能源开发格局。总体来看，位于西部和北部的大煤电基地、西南大水电基地与东部负荷中心的距离一般为8003000 公里，基地电力外送规
12、模大、距离远。因此，依托先进的特高压输电技术，建设电力“高速公路”，实现大型能源基地的大规模电力外送，已成为构建我国现代化能源运输体系的重要内容。,2、清洁能源发展大规模风电基地主要集中在西北和内蒙古等地区，当地系统规模小、电力需求有限，无法实现就地消纳，必须依托更高电压等级输电网，实行大规模远距离输送。我国风电在发展初期就面临大规模、高集中开发与远距离、高电压输送问题，由此带来的电网技术和经济问题尤为突出，更加复杂。我国西南地区水电资源量巨大，四川、云南、西藏三省区的水电技术可开发量约为3.3 亿千瓦，占全国的61.3%，截至2008 年底的开发率仅为11.5%，是未来我国水电开发的重点地区
13、。西南地区电力消费需求有限，大规模水电开发也要求提高电网输电能力，将生产的电能通过电网输送到中东部负荷中心地区进行消纳。,电网未来发展的一个重要特征就是可以通过创新营销策略实现电网与电力用户的双向互动，引导用户主动参与市场竞争，实现有效的“需求侧响应”。用户可以根据自己的用电习惯、电价水平以及用电环境，给各种用电设备设定参数。如空调和照明等智能用电设备可以根据相关参数，自动优化其用电方式，以期达到最佳的用电效果，进而提高设备的电能利用效率，实现节电。相关资料表明，在芬兰，通过实现用户与电网双向互动，用户的能量使用效率提高了7%。在法国，监管机构CRE 预测，通过安装智能表计，居民可以减少5%的
14、电能消耗。,五、智能电网世界电网发展趋势智能电网建设在欧美国家已逐步上升到国家战略层面，成为国家经济发展和能源政策的重要组成部分。目前，美国、欧洲等国家电网高速发展时期早已过去，电网架构趋于稳定、成熟，具备较为充裕的输配电供应能力。因此，如何进一步提高电网效率，积极应对环境挑战，提高供电可靠性和电能质量，完善电力用户服务，适应更加开放的能源及电力市场化环境需要，成为欧美等发达国家电网发展的主要关注点。,五、智能电网世界电网发展趋势进入21 世纪以后，随着信息技术和互联网技术的广泛应用，尤其是美加大停电和其它停电事故所带来的强大冲击，美国、欧盟等国家对电力供应的安全性、灵活性以及电能质量等问题愈
15、加关注，围绕与用户之间的双向互动、可再生能源和分布式电源发展与管理、电力供应商业模式和技术手段创新等方面，重点着眼于配电和用户环节，陆续启动了一系列相关研究和实践，有关智能电网的建设和应用理念由此逐步形成。,我国能源资源与能源需求呈逆向分布，80%以上的煤炭、水电和风能资源分布在西部、北部地区，而75%以上的能源需求集中在东部、中部地区。未来能源生产中心不断西移和北移，跨区能源调运规模和距离不断加大，能源运输形势更为严峻。一次能源资源与生产力布局不平衡的基本国情，客观上决定了我国能源供应的长期发展格局，促使我国必须在全国范围内实行资源优化配置。,智能电网将融合网络通信、传感器、电力电子和化学储
16、能等高新技术，对于推动通讯信息、能源、新材料等高科技产业，推动新技术革命具有直接的综合效果。建设智能电网，一方面将带动其上下游和周边衍生产业链，推动电力和其他产业结构调整，促进技术和装备升级；另一方面，将为国内电动汽车和智能家电等相关行业提供友好、公平的竞争平台，促进关联产业良性发展和新产业的涌现。加快建设智能电网还将为我国占据世界智能电网技术、相关标准的制高点提供战略机遇。,智能电网是当今世界能源产业发展变革的最新动向，体现了社会的进步，代表着电网未来发展的方向。目前，建设智能电网的必要性已经在世界范围内被广泛接受，但由于各国间国情和发展现状的不同，对智能电网的概念和特征的总结不完全一致。随
17、着智能电网技术研究和实践的推进，世界各国对智能电网的理解也在不断探索、完善的过程中。,负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。比如: 照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。,2、 中线的作用在于，使星形联接的不对称负载得到相等的相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不允许接熔断器、也不允许接开关。,小结,1、在三相交流电路中，负载不对称具有普遍性；,一、重要结论,三相电路是当今社会十分先进的强电技术，我们要充分利用好三相电路的原理，让平时生产生活中对电的使用更高效，更环保。,二、重要意义,
