新聞主題	柴油發電機的三相四線與五線制原理

 

摘要：在低壓柴油發電機組供電系統中，輸電線路一般采用三相四線制，其中，三條線路分別代表A,B,C三相，另一條是中性線N。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），因此，區別為三相五線制比三相四線制多一根地線。五線制主要用于安全要求較高，設備要求統一接地的場所。

 

一、電力系統的組成及其基本參數

 

1．電力系統的組成

電力系統是由發電、輸電和配電系統組成。

（1）發電

所使用的電能多是由發電廠提供的，發電是將水力、火力、原子能、風力和沼氣等自然資源(非電能)轉換成電能的過程。我國以水力和火力發電為主，近幾年也在發展原子能發電。水力發電廠是利用水流的能量，火力發電廠是利用煤炭或油燃燒的熱能量，原子能發電廠是利用核裂變產生的能量來進行發電。發電機組發出的電壓一般為6kV、10kV或13．8kV。大型發電廠一般都建于能源的蘊藏地，距離用電戶幾十到幾百公里，甚至幾千公里以上。

（2）輸電

輸電是將發電廠發出的電能經鐵塔上的高壓線輸送到各個地方或直接輸送到大型用電戶。

當輸送的電功率P和功率因數COS一定時，電網電壓U越高，則輸送的電流，越小，使輸電線路的能量損耗下降，而且可以通過減小輸電線的截面積，節省造價。這就需要將發電機組發出的10kV電壓經升壓發電機變為35～500kV的高壓。所以，輸電網是由35kV及以上的輸電線路和與其相連接的變電所組成，它是電力系統的主要網絡。

輸電是聯系發電廠與用電戶的中間環節。可通過高壓輸電線遠距離地將電能送到各個地方。在進入市區或大型用電戶前，再利用降壓發電機將35～500kV高壓變為3kV、6kV、10kV高壓，又稱為區域變電所。

（3）配電

配電是由10kV及以下的配電線路和配電(降壓)發電機所組成。它的作用是將3～10kV高壓降為380／220V低壓，又稱為用戶變(配)電所。再通過低壓輸電線分配到各個用戶(工廠及民用建筑)的用電設備。

電力網的電壓在1kV及以上的電壓稱為高壓，有1kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV及500kV等。1kV以下的電壓稱低壓，有220V、380V和安全電壓6V、12V、24V、36V、42V等。

為了保證供電的可靠性和安全連續性，電力系統是將各個地區、各種類型的發電機、發電機、輸配電線、配電裝置和用電設備等連成一個環形的整體，對電能進行不問斷地生產、傳輸、分配和使用的聯合系統。

2．系統基本參數

（1）電流種類（電制）：直流或交流。

（2）額定電壓等級：我國低壓配電系統額定電壓為380V；照明電壓220V：電源額定電壓約比電網電壓高5％。

（3）額定頻率等級：我國為50Hz。

 

圖1  高低壓配電系統示意圖

 

 

二、自發電電網的組成與線制

 

1．電網的組成

由電纜、導線和配電裝置并以一定的聯接方式組成的整體，稱為電網。發電機產生的電能通過電網分配給各處的用電設備。

通常把總配電板與分配電板之間的網絡稱為一次配電網絡，而分配電板到各用電設備之間的網絡稱為二次配電網絡。

2．自發電電網的線制

（1）三相四線制

自發電交流電網為中性點接地的三相四線制系統，如圖1所示。在三相四線制制供電系統中，把零線的兩個作用分開，即一根線做工作零線(N)，另外用一根線專做保護零線(PE)，這樣的供電結線方式稱為三相五線制供電方式。三相五線制包括三根相線、一根工作零線、一根保護零線。

如果發電機的Y形的中性點不接地，用電設備的金屬外殼要接地保護，要用一根接地保護線PE；

如果發電機的Y形的中性點接地，用電設備的金屬外殼要接零保護，這時零線既是保護線PE，有是工作零線N，此時零線叫做PEN ；

三相四線制中性點接地供電，用電時，在總配電箱處將零線重復接地后在拉出兩根零線，一根做保護零線PE，一根做工作零線N。

① 特點

負載電流不對稱，但各相獨立，互不影響。負載電壓、電流不對稱，各相牽制，彼此影響。無中線時，負載中點發生較大偏移，造成各相負載端電壓嚴重不平衡，且各相牽制，彼此影響。三相四線制供電，可以獲得線電壓和相電壓兩種電壓。

② 原理

我國目前大多采用三相四線制低壓供電系統，即380V/220V中性點直接接地低壓供電系統，該供電系統具有三條相線（火線）A、B、C，一條零線。這條零線之所以稱之為零線，就是因為它是由變壓器二次側中性點引出的，而二次側中性點又直接接地與大地零電位連接，因此稱之為零線。在三相四線制低壓供電系統中它既是工作零線，又是保護零線，現在稱為PEN線，其中PE是保護零線，N是工作零線，合起來就是PEN線，PEN線表示工作零線兼做保護零線，俗稱“零地合一”。

三相四線制除了三根火線之外，第四根叫中線，中線起到保證負載相電壓時稱不變的作用。如果三相電路中的每一根所接的負載都相同，每一時刻流過中線的電流之和為零，把中線去掉，用三相三線制供電是可以的，但實際上多個單相負載接到三相電路中構成的三相負載不可能完全對稱，在這種情況下中線顯得特別重要，若是在負載不對稱的情況下又沒有中線，就形成不對稱負載的三相三線制供電，由于負載阻抗的不對稱，相電流也不對稱，負載相電壓也自然不能對稱，有的相電壓可能超過負載的額定電壓，負載可能被損壞；有的相電壓可能低些，負載不能正常工作。所以必須有中線，也就是三相四線制。

 

圖2 柴油發電機三相四線的星形接法

圖3  柴油發電機組三相五線接線圖

（2）三相五線制

工作零線N與保護零線PE除在發電機中性點共同接地外，兩線不再有任何的電氣連接。由于該種接線能用于單相負載、沒有中性點引出的三相負載和有中性點引出的三相負載，因而得到廣泛的應用。在三相負載不完全平衡的運行情況下，工作零線N是有電流通過且是帶電的，而保護零線PE不帶電，因而該供電方式的接地系統完全具備安全和可靠的基準電位。

① 特點

 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）。

中性線(N線)就是零線。三相負載對稱時，三相線路流入中性線的電流矢量和為零，但對于單獨的一相來講，電流不為零。三相負載不對稱時，中性線的電流矢量和不為零，會產生對地電壓。

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）。電設備外殼上電位始終處在"地"電位，從而 消除了設備產生危險電壓的隱患。

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線淡藍色，PE線黃綠色

② 原理

在三相四線制供電中由于三相負載不平衡時和低壓電網的零線過 長且阻抗過大時，零線將有零序電流通過，過長的低壓電網，由于環境惡化，導 線老化，受潮等因素，導線的漏電電流通過零線形成閉合回路，致使零線也帶一 定的電位，這對安全運行十分不利。在零干線斷線的特殊情況下，斷線以后的單相設備和所有保護接零的設備產生危險的電壓，這是不允許的.如采用三相五線制供電方式，用電設備上所連接的工作零線 N 和保護零線 PE 是分別敷設的，工 作零線上的電位不能傳遞到用電設備的外殼上， 這樣就能有效隔離了三相四線制 供電方式所造成的危險電壓，使用電設備外殼上電位始終處在"地"電位，從而 消除了設備產生危險電壓的隱患。

 

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