相線與相線之間電壓的概念

相線與相線之間的電壓稱為線電壓。在三相交流電路中，存在A相、B相、C相三根相線。例如，A相與B相之間的電壓、A相與C相之間的電壓、B相與C相之間的電壓都是線電壓。這是多相供電系統(tǒng)兩線之間的電壓，以三相為例，就是A、B、C三相引出線相互之間的電壓，也可稱為相間電壓。  

在三相四線制的電網(wǎng)中是比較常見的情況，這里還有零線（或中性線）。相電壓是指三相電源或三相負(fù)載每一相兩端的電壓，也就是相線（火線）與零線之間的電壓。例如日常低壓供電三相四線系統(tǒng)中，線電壓為380V，相電壓為220V，他們之間存在一定的關(guān)系，即線電壓等于根號3倍的相電壓，380V=√3×220V。

還需要注意不同的連接方式下，線電壓和相電壓的關(guān)系有所不同。比如在星形連接（Y型接法）的電源或負(fù)載中，線電壓是相電壓的根號3倍；而在三角形接法中，線電壓等于相電壓。這是因?yàn)樵谛切谓臃ㄖ校€電壓是兩個相電壓的矢量和；在三角形接法中，繞組直接連接在兩相間，承受線電壓，所以相電壓等于線電壓。  

相線間電壓的計(jì)算方法  

1.基于相電壓計(jì)算線電壓（適用于常見的三相四線制且已知相電壓時）  

在三相交流電路中，如果已知相電壓（Uφ），那么線電壓（UL）為相電壓的根號3倍。計(jì)算公式表示為：UL=√3×Uφ。例如，在常見的三相四線制低壓供電系統(tǒng)中，相電壓為220V，那么按照公式計(jì)算線電壓UL=√3×220V≈380V7。這一計(jì)算源于三相電的矢量合成關(guān)系，由于三相電的相位角相差120度，通過矢量分析得出線電壓和相電壓在這種情況下的關(guān)系。  

如果是三相三線制供電，在負(fù)載對稱Y接（星形連接）時，電源三相線電壓同樣是負(fù)載相電壓的1.414倍（即根號3倍），這里的相電壓是指每相負(fù)載承受的電壓，不過這個相電壓可能不是或者可能不等于三相電源的相電壓。雖然三相三線制沒有專門的零線，但這種對稱負(fù)載連接下也遵循這樣的電壓關(guān)系規(guī)律。  

2.特定連接方式下的特殊計(jì)算  

對于三角形（Δ）連接的三相電源或負(fù)載，線電壓等于相電壓。這是因?yàn)槿切谓臃ㄖ欣@組是直接跨接在兩根相線上，所以加在繞組上的電壓就是相線間電壓（即線電壓等于相電壓）。例如，有一個三角形接法的三相電機(jī)，如果電機(jī)的繞組額定電壓是380V，那么相線間電壓（線電壓）必然是380V，這個380V既是線電壓也是相電壓。  

在一些復(fù)雜的三相不平衡的情況下，或者當(dāng)需要精確計(jì)算包含非線性負(fù)載等情況時，計(jì)算會涉及到向量分析等更復(fù)雜的電學(xué)理論。比如當(dāng)有三相不平衡的感性負(fù)載或者電容性負(fù)載時，計(jì)算相線間電壓可能需要根據(jù)每個相的實(shí)際電壓（考慮相位和幅值）通過向量相加來得到準(zhǔn)確的線電壓，但這種計(jì)算往往要建立在對電路詳細(xì)參數(shù)分析以及相量圖繪制的基礎(chǔ)上。  

相線間電壓在不同電路中的差異  

1.在三相四線制電路中的情況  

在三相四線制電路（星形接法且有一根零線）這種非常常見的電路中，線電壓（相線間電壓）與相電壓具有明確的關(guān)系，如前面所述，線電壓是380V，相電壓是220V，線電壓等于根號3倍相電壓。例如，常見的工業(yè)用電中，三根相線為A、B、C相，再加上零線N。三相電提供了兩種電壓等級，方便不同類型的電氣設(shè)備使用。對于三相負(fù)載設(shè)備（如某些三相電機(jī)）可以直接使用380V的線電壓；而對于普通的單相民用設(shè)備（如照明燈泡、電視機(jī)等），可以采用任一相線與零線之間的220V相電壓。  

如果在三相四線制電路中的負(fù)載不平衡時，會對零線電位產(chǎn)生影響。當(dāng)負(fù)載不平衡程度較大時，零線電流會增大，這可能導(dǎo)致各相的相電壓發(fā)生變化，進(jìn)而也可能影響線電壓的穩(wěn)定性。但是，線電壓和相電壓之間根號3倍的關(guān)系在理想的三相電源假設(shè)下仍然是成立的，只是實(shí)際的電壓數(shù)值會因?yàn)椴黄胶庳?fù)載產(chǎn)生的電壓降等因素而發(fā)生偏移。  

2.在三相三線制電路中的情況  

三相三線制電路中沒有獨(dú)立的零線。在星形連接的負(fù)載（三相三線制）且負(fù)載對稱的情況下，線電壓是相電壓的根號3倍，和三相四線制中的星形接法相似。但是由于沒有零線來穩(wěn)定中性點(diǎn)電位，當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載不平衡時，各相電壓的變化情況更為復(fù)雜。負(fù)載中點(diǎn)電壓（等效中性點(diǎn)電壓）會發(fā)生偏移，線電流和相電流的關(guān)系也變得復(fù)雜，不再是簡單的相等關(guān)系，相電壓也會偏離正常數(shù)值且三相不再對稱。  

在三角形接法（三相三線制）的電源或負(fù)載中，線電壓等于相電壓。而這種接法下，如果負(fù)載不平衡，可能導(dǎo)致線電流不平衡，雖然線電壓仍保持不變且等于相電壓，但各相的電流不再遵循平衡時的固定比例關(guān)系，并且會對整個電路的功率傳輸及其它電學(xué)性能產(chǎn)生影響。  

3.在高壓輸電線路中的情況  

在高壓輸電中，例如10kV、35kV等電壓等級的輸電線路，也存在相線間電壓（即線電壓）。為了減少輸電線路中的電流從而降低輸電過程中的電能損耗，采用了高壓輸電的方式。這里的相線間距離較大，以滿足絕緣要求。例如10千伏高壓線路的相線間的距離應(yīng)保持在0.4米以上，35千伏線路的相間距離應(yīng)不小于3.5米。對于線電壓的考慮在高壓輸電線路設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行維護(hù)等方面都是至關(guān)重要的安全參數(shù)。根據(jù)不同的電壓等級、地理環(huán)境（如普通平原地區(qū)、潮濕地區(qū)、高海拔山區(qū)等）和其他外部因素（如有無電磁干擾源等），相線間電壓的穩(wěn)定以及相線間絕緣設(shè)計(jì)都是需要重點(diǎn)研究和設(shè)置的方面。  

影響相線與相線之間電壓的因素  

1.電源因素  

發(fā)電機(jī)是三相電的源頭。發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能對相線間電壓有影響。如果發(fā)電機(jī)的三相繞組存在制造工藝的偏差，例如繞組匝數(shù)不完全相同、繞組分布不均勻等情況，那么各相輸出的感應(yīng)電動勢就可能不完全相同。即使在空載情況下，相線間的電壓也可能會有波動或者無法達(dá)到理想的電壓數(shù)值。例如有的小型發(fā)電機(jī)，由于生產(chǎn)工藝有限，三相繞組的均勻性不好，輸出的三相電壓不平衡，直接影響到相線間的電壓關(guān)系。  

另外，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會影響電壓輸出。按照電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)速相關(guān)。如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，那么三相輸出電壓的頻率和幅值都會發(fā)生變化，這也就影響到相線間電壓。例如當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)的調(diào)速器出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定時，相線間的電壓就會隨著轉(zhuǎn)速波動，并且相位差也可能不再穩(wěn)定地保持120度，導(dǎo)致線電壓不穩(wěn)定。  

2.負(fù)載因素  

在三相電路中，負(fù)載的平衡性對相線間電壓有很大影響。在三相四線制或者三相三線制（星形接法負(fù)載）且負(fù)載平衡時，前文所述的線電壓和相電壓關(guān)系成立。但是一旦負(fù)載不平衡，如某一相負(fù)載過重或者過輕，將會導(dǎo)致中性線（在三相四線制中）電流增大或者產(chǎn)生中性點(diǎn)位移（在三相三線制類似中性點(diǎn)的概念處）。這種情況會造成相電壓變化，從而也影響到線電壓。例如一個三相四線制的混合負(fù)載電路，其中一相連接了大量的大功率單相設(shè)備，而其他兩相負(fù)載較少，就會導(dǎo)致零線電流增加，這個相的相電壓可能降低，而其他相的相電壓可能升高，同時相線間電壓（線電壓）也不穩(wěn)定并且偏離正常數(shù)值。  

負(fù)載的類型也會影響相線間電壓。如果負(fù)載是純電阻性的（如電阻發(fā)熱設(shè)備），在正弦交流電路中，電流和電壓相位相同，電壓的穩(wěn)定比較容易維持。而如果是感性負(fù)載（如電動機(jī)、電磁鐵等）或者容性負(fù)載（如電容器組），由于會產(chǎn)生相位差，尤其是在含有多個不同類型負(fù)載的電路中，會對整個電路的電壓產(chǎn)生復(fù)雜的影響。比如在含有大量電動機(jī)（感性負(fù)載）和電容補(bǔ)償裝置（容性負(fù)載）的工業(yè)電路中，電動機(jī)啟動時，線性間電壓會隨著電流的變化而波動，并且在電容補(bǔ)償裝置投入或者切除時，由于電路整體的無功功率發(fā)生變化，相線間電壓也會出現(xiàn)波動現(xiàn)象。  

3.線路因素  

零線異常是一個重要影響因素，在三相四線制電路中，如果零線斷開或者接觸不良，整個電路的電壓關(guān)系就會被破壞。如前所述，當(dāng)零線出現(xiàn)問題時，三相負(fù)載的不平衡會導(dǎo)致相電壓的嚴(yán)重不平衡，進(jìn)而影響線電壓。例如在一些老舊的建筑電氣線路中，如果零線接頭由于生銹等原因連接不好，一旦三相負(fù)載不平衡，就會出現(xiàn)部分單相設(shè)備因電壓過高燒壞，而部分設(shè)備因電壓過低無法正常工作的情況，這里的電冰箱、電視機(jī)等設(shè)備連接到相線和零線之間，由于零線故障影響了相電壓，從而也影響了相線間的線電壓。  

相線本身的電阻和電抗會對相線間電壓產(chǎn)生影響。線路越長、線徑越小、材質(zhì)導(dǎo)電性差（如非標(biāo)準(zhǔn)的低質(zhì)量電線），則電阻和電抗越大。當(dāng)電流通過時，會產(chǎn)生較大的電壓降。例如在長距離傳輸?shù)娜嗟蛪汗╇娋€路中，如果采用了較細(xì)的鋁線（相對于標(biāo)準(zhǔn)供電線徑而言），由于線路電阻大，在較大負(fù)載電流下，相線間電壓在電源端和負(fù)載端會有明顯的差異，并且隨著負(fù)載電流的變化而波動，不再保持理想的380V（假設(shè)是三相四線制的380V供電）。  

互感器和變壓器等設(shè)備包含在電路中時，它們的變比誤差、相角誤差、損耗等因素都會影響相線間電壓。比如一個變比有偏差的電力變壓器，其輸出側(cè)的三相電壓比例關(guān)系會偏離理想數(shù)值，直接影響相線間電壓。特別是當(dāng)存在多個變壓器級聯(lián)或者在復(fù)雜的變電站環(huán)境下，這些變壓器的累積誤差可能導(dǎo)致相線間電壓超出正常的波動范圍。  

4.環(huán)境因素  

溫度對線路電阻有影響。一般材料的電阻會隨著溫度升高而增大，當(dāng)線路處于高溫環(huán)境時（如在夏天高溫的室外輸電線路或者在散熱不良且內(nèi)部溫度較高的電氣設(shè)備內(nèi)部線路中），相線電阻增大，導(dǎo)致電壓降增大，相線間電壓發(fā)生變化。例如一個長期在高溫車間運(yùn)行的電氣設(shè)備的供電線路，由于溫度影響，相線間電壓在設(shè)備端會比在配電柜端有所降低。  

濕度是另一個重要的環(huán)境因素，在高濕度環(huán)境中，絕緣材料的絕緣性能可能下降。如果三相電線的絕緣降低，可能會造成相線之間的漏電現(xiàn)象，進(jìn)而影響相線間電壓。尤其在潮濕的南方地區(qū)，或是一些經(jīng)常有水霧、水汽的工業(yè)環(huán)境中，如果電氣設(shè)備的防護(hù)等級不夠，隨著運(yùn)行時間增長，三相電線的絕緣性能下降，相線間漏電電流增加，相線間的電壓可能降低而且不穩(wěn)定。  

電磁干擾環(huán)境也會影響相線間電壓。如果送電線路附近存在高壓線路、大型變頻器、高頻發(fā)射設(shè)備等強(qiáng)磁場或電場源，會在三相線路上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。例如，一些大型工廠內(nèi)，當(dāng)高壓變頻器運(yùn)行時，如果與三相供電線路距離過近，變頻器產(chǎn)生的高頻磁場會在三相相線上感應(yīng)出額外的電壓，從而干擾相線間電壓的正常數(shù)值，破壞三相電壓的對稱關(guān)系。