小駿說暖通之三相電轉化單相電
電網的輸電線路是三相交流的,而家用電則是一火一零的單相電,兩者之間是怎么轉換的?具體是什么關系呢?
這是一個居民小區,里面居家很多。因此,在小區內有總配電室和一級配電設備,還有中間的二級配電設備,以及居家樓的電度表箱。電能經過這些環節,最后到我們的住家門口,并且與我們居家內的配電箱相連接,由此完成居家配電工作。
下圖是小區配電系統的示意圖:
這張圖比較大,我們來分部分仔細看看:
圖的左邊是一級配電設備。我們看到有變壓器T,它的任務是把10kV的中壓電壓變為400V/230V的低壓電壓。
注意:我們把變壓器低壓側的電壓400V/230V叫做系統電壓,此電壓是低壓配電系統的最大值。其中400V是三相之間的線電壓,而230V是各相對中性線的相電壓,它們之間相差1.732倍。
一級配電設備又叫做一級低壓開關柜,它有進線回路,有系統母線,有許多饋電回路。進線和饋電一般采用三極斷路器。
請特別注意:
我們發現,變壓器低壓側三相繞組的中性點接地,然后引到一級配電設備的母線上。這種接地被稱為工作接地或者系統接地,其目的是建立地電位或者零電位。
從系統接地點引出的導線被稱為PEN線,也即零線。三條相線有時也被稱為三相火線,三條相線的標記為L1、L2和L3。
根據IEC和國家的相關標準,這樣的接地系統被稱為TN-C。對應的標準號是:IEC60364-1和GB16895.1。
我們繼續看:
從一級配電設備的某饋電回路引出一條四芯電纜,將電能送往中間的二級配電設備。
為什么會有二級配電設備?其原因是:由于居家樓很多,如果全靠一級配電設備來分配電能,則一級配電設備會很龐大且復雜,所以用二級配電設備來進行二級分配電能。
二級配電設備內有進線開關,有母線,還有饋電回路。進線開關采用刀熔開關,饋電回路采用熔斷器或者斷路器。圖示為熔斷器。
我們看到,圖中的右側由三只熔斷器構成饋電回路,將電能輸送到居家配電電纜2上。
注意:
經過一級配電設備和二級配電設備,由于有配電線路的壓降,使得二級配電設備輸出的電壓降低為380V/220V。這個電壓被稱為標稱電壓,是所有居家配電和用電電器的工作電壓。
在GB156-2001(標準電壓)標準中,有關于系統電壓和標稱電壓的相關規定。
我們看到,來自于二級配電設備的居家配電電纜2的電能被送到左下方的計量電度表箱的入口處。
注意,按照國家標準,三條相線的顏色按相序分別是黃綠紅,PEN線是藍色的。
假設居家單元樓有6層,每層有2家,于是1層和2層用L1相(A相),3層和4層用L2相(B相),而5層和6層則使用L3相(C相)。從圖中可以看到,三相被分別送到12只電度表內,并從電度表中引出到各家的入戶處。
請特別注意:
我們看到,從居家配電電纜2引出的PEN零線,被送到上圖的右側,與接地扁鋼MEB相連接,然后分開為N線和PE線。N線的名稱是中性線,而PE線的名稱是保護線。從此以后,零線已經不存在了,只有N線和PE線。
這種接地方式被稱為保護接地,它的目的就是保護人身安全。
在IEC60364和國家標準GB16895-1中被定義為TN-C-S接地系統。
注意到PE線的顏色是黃綠色的。黃綠色線只能使用于地線,并且在任何電器的內部,以及配電線路中都是如此,這是被IEC60364和GB16895中強制規定的。
我們看到,N線被引到電度表中,最后與相線和PE線一起,被送往各個居家的入戶處。見圖中的右下方。
從以上描述我們看到了幾件事:
第一:我們看到了如何從三相電壓變換到單相電壓的過程,也即380V電壓與220V電壓的關系。由此回答了題主的問題:如何從三相電壓變換為家用電壓。
第二:我們看到了系統的接地方式,包括系統接地和保護接地,并且明確了TN-C接地系統的意義和TN-C-S接地系統的意義;
第三:我們看到MEB接地扁鋼。事實上,MEB是和建筑物的鋼筋網連接在一起的,這樣就能確保家用電器的金屬外殼保持為地電位。
第四:我們看到了各級配電系統的分類和定義。
最后,我們來看看居家配電系統。在知乎上已經解釋了N遍,因此忽略釋疑:
最后,說說居家配電系統是如何建立起來的。
對于小區配電系統,它是建筑設計院的工程師們設計的,并且由建筑公司和電業公司組建起來,內容包括:電力變壓器的安裝,中壓10kV配電系統和配電柜,低壓400V一級配電系統和配電柜,二級配電系統和配電柜,各種電纜的敷設,各個居民樓的電度表箱的安裝和接線,還有居家內部的總配電箱的配套和安裝工作。
換句話說,建筑公司和電業公司完成了從變壓器到我們居家入戶處的全部配電線路的組建和安裝配套工作。
居家內部的線路由裝修公司完成。有時,根據居家配電系統的要求,會將居家配電箱更換。
小區配電系統設計和施工規范是:GB50054-2011《低壓配電設計規范》。此規范系由國家住建部撰寫和規定的。
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