1.3.1 交流供配电系统

弱电机房内供电负荷多、可靠性要求高、电气线路多、供配电系统复杂，既要有三相供电和单相供电电源，还要有UPS不间断供电电源及抗干扰措施等。

三相交流电源与单相交流电源相比有很多优点，在发电、输配电以及电能转换等方面都有明显的优越性。例如：制造相同功率的三相电动机、变压器比制造单相电动机、变压器可以节省很多材料，而且构造简单、性能优良；由同等材料所制造的三相发电机，其容量比单相发电机大50%；在输送同样功率的电能时，三相输电线较单相输电线可节省25%的有色金属，而且电能损耗比单相输电时少。由于三相交流电有上述诸多优点，所以获得了广泛的应用。

（1）三相交流电源的特性：幅值相等、频率相同、相位相差120°的3个正弦波电源称为三相电源，如图1-5所示。特点为:三个正弦电压的矢量和为0。

U_A+U_B+U_C=0

（2）三相交流电源的联结。三相交流电源有星形（即Y）联结和三角形（即△）联结两类：

星形联结：星形联结有一个公共点，称为中性点N,从电源的3个始端引出的三条线称为相线（俗称火线）。任意两根相线之间的电压称为线电压（,,）。每根相线与中性点N（零线）间的电压称为相电压（,,）。3个线电压间的相位差仍为120°，3个线电压比3个相电压各超前30°，如图1-6所示。

根据KVL：

我国规定的民用三相电源的线电压为380V，而星形联结的相电压（即相线与零点N之间的电圧）为线电压的倍。因此星形联结的相电压为。主要用于智能建筑的供配电系统。

三角形联结：各相电源首尾相连，没有中性点，3个相电源形成一个回路，只有三个相电源对称时，电源内部才没有环流。三角形联结时线电压=相电压，为380V。主要用于三相电动机、电梯和电锅炉等设备。

（3）智能建筑中的供电制式。为了保护用电设备的安全，智能建筑根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C和TN-S两种。

1）TN-C供电系统：即星形联结的三相四线制系统。

在星形联结的三相四线制中，中性线的作用是流过三相负载的不平衡电流，以保持中性点N的零点电位，使各相负载电压保持不变。如果中性线断了，不平衡的三相负载会使中性点的电位发生偏移，使负载最少的那一相电压升高，该相负载因过电压而损坏，而负载多的那一相的电压会过低，使负载无法正常工作。

2）TN-S供电系统：即星形联结的三相五线制系统。

TN-S是把工作零线N和专用的保护零（地）线PE严格分开的供电系统。系统正常运行时，专用保护零线PE上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳是连接在专用的保护零线PE上，保证了用电安全。

TN-S供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统，如图1-7所示。

漏电保护器:用于保护接零的电气设备。如果电源线绝缘损坏发生碰壳时，短路电流将通过PE零线构成回路，由于保护零线阻抗较小，所以短路电流将很大，它促使漏电保护装置迅速动作以断开电源，从而起到保护人身和设备安全的作用。

（4）什么是有功功率P、无功功率Q、视在功率S、功率因数cosφ?

在交流电路中，除了电阻性负载外，还有电感性或电容性负载，在电感性和电容性负载中会使电压与电流之间有相位差，通常电流不在同一时间到达，使电源形成了有功功率P和无功功率Q两个部分，而且P和Q是随负载特性的变化而改变的。

1）有功功率P。有功功率P表示在电能交换过程中负载实际吸收的电功率。P=U×I×cosφ，φ为负载的端电压U与电流I之间的相位角，电阻性负载时φ=0°，电容性负载时电流I超前于电压U，电感性负载时电流I滞后于电压U；P的单位用W（瓦）或kW（千瓦）表示。

三相负载对称时：P=3UI×cosφ,单位为W或kW。

2）无功功率Q。无功功率Q表示在电能交换过程中负载没有消耗的电能，Q=UIsinφ。单位为var（乏）。

3）视在功率S。从表面看电压有多大和电流有多大，功率就有多大，所以称为视在功率，意思是电网（或变压器）能输出的最大电功率。S=IU，单位为V·A（伏安）或kV·A（千伏安）。

视在功率通常用于表示电力变压器的功率容量和电网的功率容量。

4）功率因数cosφ。

φ称为功率因数角，是指交流电路中电压与电流间的相位差。功率因数角φ的余弦叫作功率因数，用cosφ表示。功率因数是有功功率P和视在功率S的比值，即cosφ=P/S。

功率因数的大小与电路的负载性质有关，如电阻负载的功率因数为1，一般具有电感性或电容性负载的电路功率因数都小于1。

功率因数是电力系统的一个重要的技术数据，是衡量电气设备用电效率高低的系数。功率因数低，说明在电能转换中的无功功率大，从而降低了供电系统的利用率，增加了线路的供电损失。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准（cosφ≥0.90）要求。