我們來看下圖: 圖中我們看到了一級配電系統,還有二級配電系統,其中二級配電系統就是我們家裡的配電箱。確實,從圖中看,所有的負荷都是並聯的。但請注意到一個事實:供電的電源是來自於電力變壓器。為此,我們來分析一下電力變壓器的供電能力問題。我們看下圖: 第一張圖就是初中物理課的圖。圖中:r是電源內阻,負載電阻R1=R2=RN=R,於是負載電阻等於R/N 圖中的路端電壓U等於: 我們知道,對於無限大容量配電網,當發生系統短路時,電源阻抗(其實就是線路電阻)小於負載阻抗的1/50,而系統執行電流與短路保護動作電流之比在10到15倍之間,我們不妨取為15倍,於是當系統正常執行時,對於無限大容量配電網來說,負載阻抗大於或等於線路阻抗的50X15=750倍,也即r與R/N之比為1/750。代入上式後,得到: 設負載的電阻數量N=100,也即有100個使用者在同時使用電源,於是上式變為: 計算表明,當100個使用者按滿負載同時消耗電能時,電力變壓器低壓側的電壓約為額定電壓的88.2%。說明一下:這裡的計算用初中物理知識來推導的,它與實際計算有一定的偏差。實際計算可參考《電工計算手冊》,或者《工業與民用配電設計手冊 》第三版。在實際使用時,變壓器的負載率為75%時,電壓基本不變。因此電力變壓器的負載率往往不會超過75%。當然,這只是平常用電的情況,未考慮各種衝擊電流的影響。第二張圖說明了系統電壓U與時間t的變化情況,我們當然期望如圖所示,電源電壓與時間t無關,這樣的系統電壓就是穩定而且可靠的。第三張圖說明了系統電壓與電流的變化情況。我們看到,隨著電流增加,系統電壓就不斷地下降。第三張圖與第一張圖的說明有一定的關係。在國家標準GB156-2003《標準電壓》中規定,系統電壓的偏差不能超過%。另外,在GB50054中有更為嚴格的規定。現在就可以回答題主的問題了: (1)系統的額定標稱電壓是固定的,它不能超過規範中所規定的偏差值。具體的規定可參加國家標準GB 156-2003《標準電壓》。(2)許多電器的額定電壓與國家標準規定的標稱用電電壓直接掛鉤,例如220V交流電壓。也因此,供電電壓不允許任意提高或者降低。特別指出,我們知道變頻器調頻時,其頻率與電壓要成比例一起調節。當從低頻往高頻調節時,若電壓到達了額定電壓,則必須採取固定電壓調高頻率的方式,電壓不允許超過額定電壓值。電器的最高使用電壓為額定絕緣電壓,電器的額定工作電壓在任何情況下絕對不允許超過額定絕緣電壓。具體可參加相關的某型用電電器的國家標準和規範。對於低壓開關電器來說,對應的國家標準是GB14048.1-2012《低壓開關裝置和控制裝置 第1部分:總則》;對於家用開關電器來說,例如漏電開關,它對應的國家標準是GB 16916系列標準。(3)電網上負載越多,供電電壓下降的可能性就越大。當負載超過一定的值後,供電電壓會明顯下降。因此,變壓器存在負載率的問題。一般來說,負載率不會超過75%。有關變壓器負載率的規定,可參見國家標準GB 50054-2011《低壓配電設計規範》。最後說一下: 我們發現,在供配電和用電方面,是存在許多對應的國家標準的。對於供配電質量,包括供電電壓、諧波含量、湧流和電壓凹陷程度,都有許多規定。其中,有關電壓凹陷對策,是國家相關核心期刊中每期必有的重點內容。雖然這些名詞背後的知識已經遠遠超過了學生們能夠理解的極限,但閱讀和了解國家標準,卻能避開繁瑣的理論知識和大量的技術規範。也因此,瞭解這些標準對於我們工作和生活都很有好處。
我們來看下圖: 圖中我們看到了一級配電系統,還有二級配電系統,其中二級配電系統就是我們家裡的配電箱。確實,從圖中看,所有的負荷都是並聯的。但請注意到一個事實:供電的電源是來自於電力變壓器。為此,我們來分析一下電力變壓器的供電能力問題。我們看下圖: 第一張圖就是初中物理課的圖。圖中:r是電源內阻,負載電阻R1=R2=RN=R,於是負載電阻等於R/N 圖中的路端電壓U等於: 我們知道,對於無限大容量配電網,當發生系統短路時,電源阻抗(其實就是線路電阻)小於負載阻抗的1/50,而系統執行電流與短路保護動作電流之比在10到15倍之間,我們不妨取為15倍,於是當系統正常執行時,對於無限大容量配電網來說,負載阻抗大於或等於線路阻抗的50X15=750倍,也即r與R/N之比為1/750。代入上式後,得到: 設負載的電阻數量N=100,也即有100個使用者在同時使用電源,於是上式變為: 計算表明,當100個使用者按滿負載同時消耗電能時,電力變壓器低壓側的電壓約為額定電壓的88.2%。說明一下:這裡的計算用初中物理知識來推導的,它與實際計算有一定的偏差。實際計算可參考《電工計算手冊》,或者《工業與民用配電設計手冊 》第三版。在實際使用時,變壓器的負載率為75%時,電壓基本不變。因此電力變壓器的負載率往往不會超過75%。當然,這只是平常用電的情況,未考慮各種衝擊電流的影響。第二張圖說明了系統電壓U與時間t的變化情況,我們當然期望如圖所示,電源電壓與時間t無關,這樣的系統電壓就是穩定而且可靠的。第三張圖說明了系統電壓與電流的變化情況。我們看到,隨著電流增加,系統電壓就不斷地下降。第三張圖與第一張圖的說明有一定的關係。在國家標準GB156-2003《標準電壓》中規定,系統電壓的偏差不能超過%。另外,在GB50054中有更為嚴格的規定。現在就可以回答題主的問題了: (1)系統的額定標稱電壓是固定的,它不能超過規範中所規定的偏差值。具體的規定可參加國家標準GB 156-2003《標準電壓》。(2)許多電器的額定電壓與國家標準規定的標稱用電電壓直接掛鉤,例如220V交流電壓。也因此,供電電壓不允許任意提高或者降低。特別指出,我們知道變頻器調頻時,其頻率與電壓要成比例一起調節。當從低頻往高頻調節時,若電壓到達了額定電壓,則必須採取固定電壓調高頻率的方式,電壓不允許超過額定電壓值。電器的最高使用電壓為額定絕緣電壓,電器的額定工作電壓在任何情況下絕對不允許超過額定絕緣電壓。具體可參加相關的某型用電電器的國家標準和規範。對於低壓開關電器來說,對應的國家標準是GB14048.1-2012《低壓開關裝置和控制裝置 第1部分:總則》;對於家用開關電器來說,例如漏電開關,它對應的國家標準是GB 16916系列標準。(3)電網上負載越多,供電電壓下降的可能性就越大。當負載超過一定的值後,供電電壓會明顯下降。因此,變壓器存在負載率的問題。一般來說,負載率不會超過75%。有關變壓器負載率的規定,可參見國家標準GB 50054-2011《低壓配電設計規範》。最後說一下: 我們發現,在供配電和用電方面,是存在許多對應的國家標準的。對於供配電質量,包括供電電壓、諧波含量、湧流和電壓凹陷程度,都有許多規定。其中,有關電壓凹陷對策,是國家相關核心期刊中每期必有的重點內容。雖然這些名詞背後的知識已經遠遠超過了學生們能夠理解的極限,但閱讀和了解國家標準,卻能避開繁瑣的理論知識和大量的技術規範。也因此,瞭解這些標準對於我們工作和生活都很有好處。