電工技術(shù)應(yīng)用 項目8 三相配電箱的安裝與檢修

寧鄉(xiāng)市職業(yè)中專學(xué)校精品系列課程《電工技術(shù)應(yīng)用》項目8三相配電箱的安裝與檢修主講：戴文

配電箱是按電氣接線要求將開關(guān)設(shè)備、測量儀表、保護電器和輔助設(shè)備組裝在封閉或半封閉金屬柜中或屏幅上，構(gòu)成低壓配電裝置。正常運行時可借助手動或自動開關(guān)接通或分斷電路。故障或不正常運行時借助保護電器切斷電路或報警。借測量儀表可顯示運行中的各種參數(shù)，還可對某些電氣參數(shù)進行調(diào)整，對偏離正常工作狀態(tài)進行提示或發(fā)出信號。常用于各發(fā)、配、變電所中。本項目以三相配電箱的設(shè)計和制作為目標，重點介紹三相交流電源、三相負載的連接、三相電路的功率、漏電斷路器、三相電能表和三相配電箱的制作。8.1項目描述8.2知識準備8.2.1三相交流電源任務(wù)導(dǎo)引三相交流電較單相交流電在發(fā)電、輸配電以及電能轉(zhuǎn)換成機械能等方面都有明顯的優(yōu)越性，我國目前大多采用三相四線制低壓供電系統(tǒng)。那么，三相交流電源是如何產(chǎn)生的？三相四線制低壓供電系統(tǒng)有什么特點？8.2知識準備8.2.1三相交流電源一、三相交流電動勢的產(chǎn)生三相交流電動勢是由三相交流發(fā)電機產(chǎn)生的它的主要組成部分是定子和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動的磁極，定子是在鐵心槽上放置三個幾何尺寸與匝數(shù)相同的線圈（稱做定子繞組），它們在空間位置上彼此相差1200，分別用U1－U2、V1－V2、W1－W2表示。8.2知識準備8.2.1三相交流電源當原動機（汽輪機、水輪機）帶動轉(zhuǎn)子順時針以角速度ω勻速旋轉(zhuǎn)，就相當于每相繞組以角速度ω逆時針勻速旋轉(zhuǎn)，作切割磁力線運動，因而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢eU、eV、eW。以eU為參考正弦量，則三相電動勢的瞬時表達式為

8.2知識準備8.2.1三相交流電源

三相電動勢隨時間按正弦規(guī)律變化，它們到達最大值（或零值）的先后順序，叫做相序。從圖中可以看出，eU超前eV達最大值，eV又超前eW達最大值，這種U-V-W-U的順序叫正序，若相序為U-W-V-U，則叫負序。8.2知識準備8.2.1三相交流電源做中學(xué)、做中教用試電筆對三相四線制電源的相線和中線進行判別。用萬用表交流500V電壓檔對三相四線制電源的相線間電壓、相線與中線間電壓進行測量，記錄好讀數(shù)。通過測試，試電筆接觸相線氖泡發(fā)光，接觸中線氖泡不發(fā)光。萬用表測得相線間交流電壓為380V，相線對中線交流電壓為220V。結(jié)果8.2知識準備8.2.1三相交流電源在低壓供電系統(tǒng)中常采用三相四線制供電，把三相繞組的末端U2、V2、W2聯(lián)結(jié)成一個公共端點，叫做中性點（零點），用N表示。從中性點引出的導(dǎo)線叫做中性線（零線），用黑色或白色表示。從線圈的首端U1、V1、W1引出的三根導(dǎo)線又叫做相線（俗稱火線），分別用黃、綠、紅三種顏色表示。這種供電系統(tǒng)稱作三相四線制，用符號“Y”表示。二、三相四線制電源8.2知識準備8.2.1三相交流電源三相四線制供電系統(tǒng)可輸送兩種電壓，即相電壓與線電壓。各相線與中性線之間的電壓叫做相電壓，分別用UU、UV、UW表示其有效值。各相電壓間的相位差是120°，因此三個相電壓也是相互對稱的。相線與相線之間的電壓叫做線電壓，用UUV、UVW、UWU表示其有效值。它們與相電壓之間的關(guān)系為：二、三相四線制電源8.2知識準備8.2.1三相交流電源根據(jù)相量圖可得出：二、三相四線制電源一般線電壓UL用表示，相電壓用UP表示，線電壓與相電壓之間的數(shù)量關(guān)系可以寫成可知：1.對稱三相電動勢有效值相等，頻率相同，各相之間的相位差為1200。2.三相四線制電源的相電壓和線電壓都是對稱的。3.線電壓是相電壓的倍，線電壓的相位超前相應(yīng)的相電壓300。通常所說的380V、220V電壓，就是指三相四制線電源的線電壓和相電壓的有效值。8.2知識準備8.2.1三相交流電源二、三相四線制電源負載分為單相負載和三相負載。單相負載是指只需要單相電源供電的設(shè)備。三相負載是指需要三相電源供電的設(shè)備，三相負載按連接方式不同，可分為星形（Y）和三角形（△）兩種聯(lián)結(jié)方式，這兩種聯(lián)結(jié)方式是如何連接？它們的電壓和電流又如何計算？8.2知識準備8.2.2三相負載的連接任務(wù)導(dǎo)引1.聯(lián)結(jié)方式把各相負載的末端聯(lián)在一起接到三相電源的中線上，把各相負載的首端分別接到三相交流電源的三根相線上，這種連接的方法叫做三相負載有中線的星形接法，用Y表示。8.2知識準備8.2.2三相負載的連接一、三相負載的星形聯(lián)結(jié)負載作星形聯(lián)結(jié)并具有中線時，每相負載兩端的電壓叫做負載的相電壓，用UYP表示2.電路的計算在三相交流電路中，負載作星形聯(lián)結(jié)，流過每一相負載的電流叫做相電流，一般用IYP表示。流過每根相線的電流叫做線電流，分別用IYL來表示。在對稱三相電壓作用下，流過對稱三相負載的各相電流也是對稱的，相位互差1200，大小計算為8.2知識準備8.2.2三相負載的連接由基爾霍夫第一定律可知，流過中線的電流為8.2知識準備8.2.2三相負載的連接作出對稱三相負載的相電流的相量圖。根據(jù)上式求出三個線電流相量的和為對稱三相負載作星形聯(lián)結(jié)時的中線電流為零。在這種情況下去掉中線也不影響三相電路的正常工作，為此常常采用三相三線制電路。應(yīng)當指出，在三相負載的星形聯(lián)結(jié)中，無論有無中線，由于每相的負載都串在相線上，相線和負載通過的是同一個電流，所以各相電流等于各線電流，即8.2知識準備8.2.2三相負載的連接8.2知識準備8.2.2三相負載的連接【例8－1】星形聯(lián)結(jié)的對稱三相負載，每相的電阻R＝24歐，感抗XL＝32歐，接到線電壓UL＝380V的三相電源上。求相電壓UP、相電流IP及線電流IL。解：對稱三相負載作星形聯(lián)結(jié)，每相負載兩端的電壓等于電源的相電壓，即每相負載的阻抗為則相電流為則線電流為8.2知識準備8.2.2三相負載的連接把額定電壓為220V，功率分別為100W、60W和40W的三個燈泡作星形聯(lián)結(jié)然后接到三相四線制的電源上。分下列幾種情況進行實驗：①開關(guān)SN、SU、SV和SW均閉合；②SU、SV和SW中任意一個或兩個開關(guān)斷開；③斷開開關(guān)SW，再斷開中線開關(guān)SN。做中學(xué)、做中教8.2知識準備8.2.2三相負載的連接第①和②情況每個燈泡都能正常發(fā)光。而第③種情況40W的燈泡反比100W的燈泡亮得多。實驗現(xiàn)象：為什么會出現(xiàn)這種情況呢？z8.2知識準備8.2.2三相負載的連接因為第①和②種情況中線沒有斷開，處在通路狀態(tài)下的燈泡兩端的電壓是相電壓，所以燈泡正常發(fā)光。第③種情況是斷開開關(guān)SW，還斷開中線開關(guān)SN，中性線斷開后，兩個燈泡（40W和100W的燈泡）串聯(lián)起來以后接到了兩根相線上。又由于100W的燈泡的電阻比40W的燈泡的電阻小，由串聯(lián)分壓可知100W燈泡兩端電壓約為110V，40W燈泡兩端電壓約為270V。因此，100W的燈泡實際吸收的功率小于40W，反而較暗。40W的燈泡兩端的電壓大于220V，會發(fā)出更強的光，燈泡兩端電壓已經(jīng)超過額定電壓還可能將燈泡燒毀。8.2知識準備8.2.2三相負載的連接可見，對于不對稱星形負載的三相電路，必須采用帶中性線的三相四線制電源供電。若無中性線，可能使某一相電壓過低，該相用電設(shè)備不能正常工作；某一線電壓過高，燒毀該相用電設(shè)備。而三相負載在很多情況下是不對稱的。因此，中性線對于電路的正常工作及安全是非常重要的，它可以保證不對稱三相負載電壓的對稱，防止發(fā)生事故。在三相四線制中規(guī)定，中性線不許安裝熔斷器和開關(guān)。通常還要把中性線接地，使它與大地電位相同，以保障安全。8.2知識準備8.2.2三相負載的連接【例8－2】在如圖8-9所示的三相照明電路中，各相的電阻分別為RU＝30歐，RV＝30歐，RW＝10歐，將它們聯(lián)結(jié)成星形接到線電壓為380V的三相四線制電路中，各燈泡的額定電壓為220V。試求：(1)各相電流、線電流和中性線電流；(2)若中性線因故障斷開，U相燈全部關(guān)閉，V、W兩相燈全部工作，V相和W相電流多大？會出現(xiàn)什么情況？8.2知識準備8.2.2三相負載的連接解：（1）每相負載所承受的相電壓為U相和V相的電阻相等，相電流也相等，相電流為W相的相電流為由于線電流等于相電流，則線電流為由于照明電路是電阻性電路，各相電流與對應(yīng)的相電壓的相位相同，作相量圖，可得8.2知識準備8.2.2三相負載的連接（2）中性線斷開并且斷開U相的電路。V、W兩相流過的電流為V、W兩相的電壓分別為由于V相的燈泡兩端電壓超過了燈泡的額定工作電壓，燈泡將會燒毀。W相燈泡兩端電壓低于燈泡的額定電壓，燈泡不能正常工作。當V相燈泡燒毀后(開路)，W相也處于斷路狀態(tài)。1.聯(lián)結(jié)方式把三相負載分別接到三相交流電源的每兩根相線之間，負載的這種聯(lián)結(jié)方法叫做三角形聯(lián)結(jié)，用符號“△”表示。8.2知識準備8.2.2三相負載的連接二、三相負載的三角形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié)中的各相負載全都接在了兩根相線之間，因此電源的線電壓等于負載兩端的電壓，即負載的相電壓，則2.電路的計算對于負載作三角形聯(lián)結(jié)的三相電路中的每一相負載來說，都是單相交流電路。各相電流和電壓之間的數(shù)量與相位關(guān)系和單相交流電路相同。在對稱三相電源的作用下，流過對稱負載的各相電流也是對稱的。應(yīng)用單相交流電路的計算關(guān)系，可知各相電流有效值為8.2知識準備8.2.2三相負載的連接由基爾霍夫第一定律可知，可以求出線電流與相電流之間的關(guān)系為8.2知識準備8.2.2三相負載的連接根據(jù)相量圖可得同理可求出當對稱三相負載作三角形聯(lián)結(jié)時，線電流的大小為相電流的倍，而且各線電流在相位上比各相應(yīng)的相電流滯后300。8.2知識準備8.2.2三相負載的連接【例8－3】有三個100Ω的電阻，將它們聯(lián)結(jié)成星形或三角形，分別將它們接到線電壓為380V的對稱三相電源上。試求：線電壓、相電壓、線電流和相電流各是多少。解：(1)負載作星形聯(lián)結(jié)，負載的線電壓為負載的相電壓負載的線電流等于相電流8.2知識準備8.2.2三相負載的連接（2）負載作三角形聯(lián)結(jié)，負載的線電壓為負載的相電壓等于線電壓，即負載的相電流為負載的線電流為通過上面的計算可知，在同一個對稱三相電源的作用下，對稱負載作三角形聯(lián)結(jié)的線電流是負載作星形聯(lián)結(jié)時的線電流的3倍。電動系單相有功功率表可以測量單相電路的有功功率，如何用它來測量三相對稱電路的有功功率？三相不對稱電路的有功功率又是如何測量的呢？左圖為三相有功功率表。8.2知識準備8.2.3三相電路的功率任務(wù)導(dǎo)引在三相交流電路中，不論負載采取星形聯(lián)結(jié)的方式，還是采取三角形聯(lián)結(jié)的方式，三相負載消耗的總功率等于各相負載消耗的功率之和。8.2知識準備8.2.3三相電路的功率當三相負載對稱時，各相有功功率相等，則總有功功率為一相有功功率的3倍，即在實際工作中，測量線電壓、線電流比較方便，三相電路的總功率常用線電壓和線電流來表示。對稱負載不論作星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，總有功功率也可表述為使用時，應(yīng)注意：1.負載為星形或三角形聯(lián)結(jié)時，線電壓是相同的，線電流是不相等的。三角形聯(lián)結(jié)時的線電流是星形聯(lián)結(jié)時線電流的3倍。2.仍然是相電壓與相電流的相位差，而不是線電壓與線電流的相位差。也就是說，功率因數(shù)是指每相負載的功率因數(shù)。8.2知識準備8.2.3三相電路的功率應(yīng)用上面的方法，可以推出對稱三相電路的無功功率和視在功率為：三者間的關(guān)系為：8.2知識準備8.2.3三相電路的功率【例8－4】有一個對稱三相負載，每相的電阻R=6歐，電抗X=8歐，UL=380V，試計算負載星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)時的有功功率。解：每相負載的阻抗為各相負載的功率因數(shù)為當負載星形聯(lián)結(jié)時有當負載三角形聯(lián)結(jié)時有觀看三相配電箱圖片，箱內(nèi)有哪些器件？各器件有些什么作用？8.2知識準備8.2.4三相配電箱元器件任務(wù)導(dǎo)引

低壓斷路器(曾稱自動開關(guān))是一種不僅可以接通和分斷正常負荷電流和過負荷電流，還可以接通和分斷短路電流的開關(guān)電器。低壓斷路器在電路中除起控制作用外，還具有一定的保護功能，如過負荷、短路、欠壓和漏電保護等。8.2知識準備8.2.4三相配電箱元器件一、低壓斷路器

1.低壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)（1）主觸點及滅弧裝置主觸點是斷路器的執(zhí)行元件，用來接通和分斷主電路，主觸點上裝有滅弧裝置。8.2知識準備8.2.4三相配電箱元器件（2）脫扣器脫扣器是斷路器的感受元件，當電路出現(xiàn)故障時，脫扣器感測到故障信號后，經(jīng)自由脫扣器使斷路器主觸點分斷。按脫扣器接受故障不同，有如下幾種脫扣器：分勵脫扣器：用于遠距離使斷路器斷開電路的脫扣器。其實質(zhì)是一個電磁鐵，由控制電源供電，可以按照操作人員的命令或繼電保護信號使電磁鐵線圈通電，銜鐵動作，使斷路器切斷電源。

欠電壓、失電壓脫扣器：這是一個具有電壓線圈的電磁機構(gòu)，其線圈并接在主電路中。當主電路電壓消失或降至一定值以下時，電磁吸力不足以繼續(xù)吸持銜鐵，在反力作用下，銜鐵的頂板推動自由脫扣機構(gòu)，斷路器主觸點斷開，實現(xiàn)欠電壓與失電壓保護。8.2知識準備8.2.4三相配電箱元器件過電流脫扣器：其實質(zhì)是一個電流線圈的電磁機構(gòu)。電磁線圈串接在主電路中，當正常電流通過時，產(chǎn)生的電磁吸力不足以克服反力，銜鐵不被吸合。但當電路出現(xiàn)瞬時過電流或短路電流時，吸力大于反力，使銜鐵吸合并帶動自由脫扣機構(gòu)使斷路器主觸點斷開，實現(xiàn)過電流與短路電流保護。

（3）自由脫扣機構(gòu)和操作機構(gòu)自由脫扣機構(gòu)是用來聯(lián)系操作機構(gòu)與主觸點的機構(gòu)，當操作機構(gòu)處于閉合位置時可操作分勵脫扣器進行脫扣，將主觸點斷開。8.2知識準備8.2.4三相配電箱元器件過載脫扣器：該脫扣器由雙金屬片制成，將雙金屬片加熱元件串接在主電路中，電流正常時，雙金屬片溫度正常不彎曲，當電流過大時，雙金屬片溫度升高，受熱彎曲帶動自由脫扣機構(gòu)，使斷路器主觸點斷開，實現(xiàn)長期過載保護。

8.2知識準備8.2.4三相配電箱元器件2.低壓斷路器的工作原理三個主觸點串接于三相電路中，經(jīng)操作機構(gòu)將其閉合。此時傳動桿3由鎖扣4鉤住，保持主觸點的閉合狀態(tài)，同時分閘彈簧1已被拉伸。當主電路出現(xiàn)過電流故障且達到過電流脫扣器的動作電流時，過電流脫扣器6的銜鐵吸合，頂桿向上將鎖扣4頂開，在分閘彈簧1的作用下使主觸點斷開。當主電路出現(xiàn)欠壓、失壓或過載時，則欠壓、失壓脫扣器及過載脫扣器分別將鎖扣頂開，使主觸點斷開。分勵脫扣器9可由主電路或其他控制電源供電，由操作人員發(fā)出指令或斷電保護信號使分勵線圈通電，其銜鐵吸合，使鎖扣頂開，在分閘彈簧作用下使主觸點斷開，同時也使分勵線圈斷電。

漏電斷路器在正常情況下，除了具有與低壓斷路器相同作用外，還有漏電保護的功能。電路中漏電電流超過預(yù)定值時能自動動作的開關(guān)。8.2知識準備8.2.4三相配電箱元器件二、漏電斷路器

常用的漏電斷路器分為電壓型和電流型兩類，而電流型又分為電磁型和電子型兩種，電壓型漏電斷路器用于變壓器中性點不接地的低壓電網(wǎng)。其特點是當人身觸電時，零線對地出現(xiàn)一個比較高的電壓，引起繼電器動作，電源開關(guān)跳閘。電流型漏電斷路器主要用于變壓器中性點接地的低壓配電系統(tǒng)。其特點是當人身觸電時，由零序電流互感器檢測出一個漏電電流，使繼電器動作，電源開關(guān)斷開。8.2知識準備8.2.4三相配電箱元器件電磁式電流動作型漏電脫扣器由銜鐵、線圈、鐵心、永久磁鐵、分磁板、拉力彈簧和鐵軛組成。使用時漏電脫扣器的線圈與零序電流互感器二次繞組相接，用來反映有無漏電電流。

當電網(wǎng)正常運行時，不論三相負載是否平衡，通過零序電流互感器主電路的三相電流的相量和等于零，故其二次繞組中無感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，漏電斷路器的銜鐵被永久磁鐵的磁通所產(chǎn)生的吸力吸住，拉力彈簧被拉緊，漏電斷路器工作于閉合狀態(tài)。當出現(xiàn)漏電或觸電事故時，漏電或觸電電流通過大地回到電源配電變壓器的中性點，使三相電流的相量和不再等于零，零序電流互感器二次繞組中便產(chǎn)生了相對應(yīng)于漏電電流的感應(yīng)電壓，加在漏電脫扣器線