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什么是中性线?三相四线制中线的作用

什么是中性线

什么是中性线?中性线就是从星形接法的三相绕组的中性点N引出的导线。三相四线制电源对于三相对称负载可以接成三相三线制不需要中性线,可在现实中,由于照明、动力等混合负荷供电,三相负荷往往不能平衡,便不能接成三相三线制,而必需接成三相四线制,且还应尽量使中性线阻抗等于或接近零。

三相四线,其中三条线路分别代表A,B,C三相,不分裂,另一条是中性线N(区别于零线,在进入用户的单相输电线路中,有两条线,一条我们称为火线,另一条我们称为零线,零线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路,而三相系统中,三相自成回路,正常情况下中性线是无电流的),故称三相四线制。

由单相负载组成的三相电路,一般是不对称的,这时,应该采用三相四线制供电。中线的作用在于当负载不对称时,保证各相电压仍然对称,都能正常工作;如果一相发生断线,也只影响本相负载,而不影响其它两相负载。但如果中线因故断开,当各相负载不对称时,势必引起各相电压的畸变,破坏各相负载的正常工作,所以在三相四线制供电系统中,中线是不允许断路的。

三相四线制中线的作用是流过三相负载的不平衡电流,来保持中性点的零点位,使负载电压保持不变。如果中线断了,不平衡的三相负载使得中性点转移,使负载最少的那一相电压最高负载因过电压损坏,而负载多的那一相电压过低无法工作。此外当采用保护接零的电气设备绝缘损坏发生碰壳时,短路电流将通过零线构成回路,由于零线阻抗较小,所以短路电流将很大,它促使保护装置迅速动作以断开电源,从而起到保护作用; 中线线还是单相220V电气设备的电源回路。

在低压供电系统中,大多数采用三相四线制方式供电,因为这种方式能够提供两种不同的电压——线电压(380V)和相电压(220V),可以适应用户不同的需要。在三相四线制系统中,如果三相负载是完全对称的(阻抗的性质和大小完全相同,即阻抗三角形是全等三角形),则零线可有可无,例如三相异步电动机,三相绕组完全对称,连接成星形后,即使没有零线,三相绕组也能得到三相对称的电压,电动机能照常工作。但是对于宅楼、学校、机关和商场等以单相负荷为主的用户来说,零线就起着举足轻重的作用了。尽管这些地方在设计、安装供电线路时都尽可能使二相负荷接近平衡,但是这种平衡只是相对的,不平衡则是绝对的,而且每时每刻都在变化。

在这种情况下,如果零线中断了,三相负荷中性点电位就要发生位移了。中性点电位位移的直接后果就是三相电压不平衡了,有的相电压可能大大超过电器的额定电压(在极端情况下会接近380V),轻则烧毁电器,重则引起火灾等重大事故;而有的相电压大大低于电器的额定电压(在极端情况下会接近 0V),轻则使电器无法工作,重则也会烧毁电器(因为电压过低,空调、冰箱和洗衣机等设备中的电动机无法起动,时间长了也会烧毁)。由于三相负荷是随机变化的,所以电压不平衡的情况也是随机变化的。

对于没有零线时中性点电位发生位移这个问题,很多人甚至一些电工无法理解,而理论计算又涉及到较深的电工基础知识(如电动势和阻抗的复数表示法以及复数的四则运算等),特别是当负载不是纯电阻时,计算相当繁琐,学生也难以弄懂,在大多数情况下也没有必要去计算。下面仅举个特例来帮助同学们理解没有零线时各相负载两端电压的变化。另外如果某些电器采用接零保护(外壳接在零线上),零线中断后,就失去了接零保护,还有可能发生触电事故。

三相四线行星接法

在三相四线制供电时,三相交流电源的三个线圈采用星形(Y形)接法,三相负载星形接法,对称时,有中线和没有中线是一样的 当负载不对称也没有中线时,会使阻抗大的负载的实际相电压高于额定电压而变亮或烧毁,使阻抗小的负载相电压低于额定电压而变暗。均不能正常工作。中线的作用是:在三相不对称时,中线可以让三相负载仍获得对称的相电压而正常工作。即把三个线圈的末端X、Y、Z连接在一起,成为三个线圈的公用点,通常称它为中点或零 点,并用字母O表示。供电时,引出四根线:从中点O引出的导线称为中线或零线;从三个线圈的首端引出的三根导线称为A线、B线、C线,统称为相线或火线。 在星形接线中,如果中点与大地相连,中线也称为地线。

我们常见的三相四线制供电设备中引出的四根线,就是三根火线一根地线。每根火线与地线间的电压叫相电压,其有效值用UA、UB、UC表示;火线间的电压叫线电压,其有效值用UAB、UBC,UCA表示,如图7-2。因为 三相交流电源的三个线圈产生的交流电压位相相差120°,三个线圈作星形连接时,线电压等于相电压的 倍。我们通常讲的电压是220伏,380伏,就是三相四线制供电时的相电压和线电压。但三相四级制供电时,也有下表所示的几种电压,用电时应予注意。

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