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電網的三相電是怎麽轉換到家用電的?

2015-06-26知識

我們來看下圖:

這是一個居民小區,裏面居家很多。因此,在小區內有總配電室和一級配電裝置,還有中間的二級配電裝置,以及居家樓的電度表箱。電能經過這些環節,最後到我們的住家門口,並且與我們居家內的配電箱相連線,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,我們來分部份仔細看看:

圖的左邊是一級配電裝置。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。

註意: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。

一級配電裝置又叫做一級低壓開關櫃,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。

請特別註意:

我們發現,變壓器低壓側三相繞組的中性點接地,然後引到一級配電裝置的母線上。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:

從一級配電裝置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裝置。

為什麽會有二級配電裝置?其原因是:由於居家樓很多,如果全靠一級配電裝置來分配電能,則一級配電裝置會很龐大且復雜,所以用二級配電裝置來進行二級分配電能。

二級配電裝置內有進線開關,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。

註意:

經過一級配電裝置和二級配電裝置,由於有配電路線的壓降,使得二級配電裝置輸出的電壓降低為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,有關於系統電壓和標稱電壓的相關規定。

我們繼續,看下圖:

我們看到,來自於二級配電裝置的居家配電電纜2的電能被送到左下方的計量電度表箱的入口處。

註意,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,於是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,並從電度表中引出到各家的入戶處。

請特別註意:

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相連線,然後分開為N線和PE線。N線的名稱是中性線,而PE線的名稱是保護線。從此以後,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。

註意到PE線的顏色是黃綠色的。黃綠色線只能使用於地線,並且在任何電器的內部,以及配電路線中都是如此,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,最後與相線和PE線一起,被送往各個居家的入戶處。見圖中的右下方。

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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。

相信,題主從此描述中應當得到明確的答案。

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,並且明確了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是和建築物的鋼筋網連線在一起的,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。

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最後,我們來看看居家配電系統。

下圖是我繪制的居家配電系統圖。由於此圖在知乎上已經解釋了N遍,因此忽略釋疑:

最後,說說居家配電系統是如何建立起來的。

對於小區配電系統,它是建築設計院的工程師們設計的,並且由建築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配電系統和配電櫃,低壓400V一級配電系統和配電櫃,二級配電系統和配電櫃,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,建築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路線的組建和安裝配套工作。

居家內部的路線由裝修公司完成。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範是:GB50054-2011【低壓配電設計規範】。此規範系由國家住建部撰寫和規定的。

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看到知友們給我發私信想了解本帖中的圖與IEC定義的TN-C-S之間的關系,我給大家說說吧:

我們來看IEC60364-1中給出的有關TN-C-S的圖:

這張圖大家應當不陌生,因為我已經多次參照了。

在圖的左上方,我們看到了電力變壓器的三個低壓繞組,以及它們的公共線。我們看到,公共線直接接地。這就是系統接地,也即工作接地。中性點接地後,引出一條線,被定義為PEN線。

這條PEN線就是零線。

三條相線L1/L2/L3和PEN一直向右引出,我們看到PEN線第二次接地,圖中的英文標明為重復接地。重復接地點一般安排在一級配電裝置的進線回路中。

在實際使用中,如果變壓器距離一級配電裝置很近,則系統接地和重復接地可以合並,也即取消系統接地,保留重復接地。

在上圖的中間,我們看到零線PEN開始分開,分開點就在我繪制的電度表箱圖中。分開前必須再次重復接地,也即MEB接地點。

事實上,PEN線允許多點接地,而且也要求多點接地。多點接地的好處是防止PEN線斷裂後斷點後部的PEN線會帶上較高的電壓。這是很必要的,因為居家內各個電器的外殼都與PE線相連,若入戶前不再次接地,則一旦入戶處PEN線斷裂,則家裏所有電器的外殼都有可能帶電。

我們看到,當PEN線分開為N線和PE線後,系統共有5根線,這也是國內把TN-S和TN-C-S的-S部份稱呼為三相五線制的原因。

當然,我不建議大家使用三相五線制這個稱呼。因為所謂線指的是正常執行時必須有電流流過的導線,PE線在正常時是沒有電流流過的。因此,TN-S是三相四線制,TN-C和TN-C-S也是三相四線制。

題主問題的答案其實就是圖中右半部份的某條相線與PE線及N線構成的組合而已。

另外,請大家註意到圖中兩個負載的N線的接法:

中間那個負載,我們看到PEN線首先接到負載的外殼接線端子,然後再引到N線接線端子,由此體現出PEN線也即零線的功能中保護優先;右邊的那個負載比較清楚,三條相線、N線和PE線分別接入負載。當然對於單相負載來說,例如家裏的電冰箱和空調,只是取用了三條相線中的一條而已。