为什么回路电流走零线不走地线,零线地线原理是什么?
wux7788_6569
2020年08月07日 13:50:37
只看楼主

为什么回路电流走零线不走地线,而漏电流走地线不走零线,零线地线原理是什么? 如图所示, 一直搞不清楚地线和零线的原理, 地线的两端分别是什么,保护中性线的两端是什么。漏电流为什么走的地线而回线的电流不走地线。快搞晕了……图中都是我自己标注的,可能有错误。 这个问题挺好,好在两处:第一,标题好,直接切入主题;第二,对保护中性线错误的认识表述很到位,的确是许多人的认知盲区。零线的准确名称是保护中性线。


为什么回路电流走零线不走地线,而漏电流走地线不走零线,零线地线原理是什么?

如图所示, 一直搞不清楚地线和零线的原理, 地线的两端分别是什么,保护中性线的两端是什么。漏电流为什么走的地线而回线的电流不走地线。快搞晕了……图中都是我自己标注的,可能有错误。


这个问题挺好,好在两处:第一,标题好,直接切入主题;第二,对保护中性线错误的认识表述很到位,的确是许多人的认知盲区。零线的准确名称是保护中性线。


先说答案:题主的主题本身就是错的。要知道,保护中性线是中性线与地线的合并线,保护中性线包括了地线功能在内。

现在,我来回答问题。


我们看图1:

QQ截图20200807144109.png


注意到图1中还未出现保护中性线,只有三条相线L1/L2/L3,以及三条相线的中性线N。三条相线对N线的电压均为220V,相线之间的电压则为380V。


我们知道,交流电压的表达式为: 

而交流电流的表达式为: 

注意到一个事实,当三相平衡时,中性线总线上的电压和电流有如下特性:


在图1中,具有此特性的只有标注了N字样的中性线总线,而中性线支线是不具有此特性的。


对于中性线支线来说,流过中性线的电流与相线电流大小相等方向相反。


我们再来看图1。图1中的中性线发生了断裂,于是在断裂点的前方,中性线的电压依旧为零,但断裂点的后方若三相平衡时,它的电压为零;但若三相不平衡,则断裂点后方的中性线电压会上升,最高会升到相电压。


事实上,我们发现,只要三相不平衡,尽管中性线并未断裂,但中性线的电压也会上升。


我们看图2和图3:

QQ截图20200807144142.png


图2中,在变压器的中性点做了接地,此接地在国家标准和规范中,被称为系统接地。注意,这里的接地符号是接大地的意思。


系统接地的意义有两个:

第一个意义:系统接地使得变压器的中性线的电位被强制性地钳制在大地的零点位;


第二个意义:给系统的接地电流提供了一条通道;

值得注意的是:图2中的N线因为有了工作接地,所以它的符号也变了,变成PEN,也就是题主主题中的保护中性线。

保护中性线在这里,保护优先于中性线功能。


通过前面的论述我们已经知道,若保护中性线断裂,由于保护性中性线具有中性线功能,所以断裂点后部的保护性中性线电压可能会上升。


事实上,保护性中性线断裂点后部的由电压完全由下式决定:

可以看出,如果  
和  各不相同,则三相电压就不平衡,保护性中性线电压

当然也不等于零。


同理,我们可以看到保护性中性线断裂点后部的电流也与三相不平衡有关。

再看图3,我们发现保护性中性线PEN中采取多点接地的方法,以避免出现保护性中性线断裂点后部电压上升的情况。


注意哦,图2对应的接地系统叫做TN-C,而图3对应的接地系统叫做TN-C-S。

现在,我们可以回答题主的问题了。


我们来看图4:

QQ截图20200807144203.png

零线的准确名称是保护中性线


图4中,变压器中性点接地,而用电设备的外壳直接接地。

正常运行时,我们看到,用电设备的外壳根本就不会有任何电流流过。

现在,我们来分析L3相对用电设备的外壳发生碰壳事故的情况。


我们首先遇见的是外壳接地电阻有多大这个基础参数。在国家标准GB50054《低压配电设计规范》中,把外壳接地后的电阻以及地网电阻合并叫做接地极电阻,并规定它的值不得大于4欧。但在工程上,一般认为接地极电阻为0.8欧。


其次,我们需要知道保护性中性线电缆的电阻是多少。这个值可以根据具体线路参数来考虑。方便起见,不妨先规定这条保护性中性线电缆的长度是100米,电缆芯线截面是16平方毫米,它的工作温度是30摄氏度,则它的电阻为:


有了这两个数据,我们就可以来进行实际计算了。


我们看图4的下图,我们发现当L3相对用电设备的外壳短路时,保护性中性线中有电流流过,地网中也有电流流过。


注意到保护性中性线电阻和地网电阻其实是并联的,按照中学的电学物理知识,我们知道并联电路的电流与电阻的阻值成反比,也即:


 由此推得:

----------------式1


由式1我们看到,地网电流与保护性中性线电阻和地网电阻的比值有关。我们把接地极电阻按4欧取值,把具体参数代入,得到地网电流为:


即便我们按工程惯例接地极电阻取为0.8欧,得到地网电流为: 


也就是说,地网电流只相当于保护性中性线电流的3%~15%而已!我们取为中间值,则地网电流只有保护性中性线电流的6%。


零线的准确名称是保护中性线

至此,我们已经回答了题主的问题。


现在,我来提个问题:

用电设备的外壳发生碰壳故障后,地网电流如此之小,与保护性中性线电流相比,几乎可以忽略不计,那么用电设备的外壳带电将长期存在。如此一来,必然会出现人身伤害事故。


那么,在实际接线中,我们是如何来保护人身安全的?

提示:这个问题的涉及面有点广,与低压配电网的接地形式有关,与用电设备的保护接零及保护接地有关,与TN-C系统下到底采用断路器保护还是采用漏电开关保护也有关。

解答:从以上描述中我们看到,当发生单相接地故障时,地网电流很小,根本不足以推动断路器或者熔断器执行保护。怎么办呢?

国际电工委员会IEC提出了解决方案,这就是接地系统。


在具体描述之前,我们先明确几个概念:

第一个概念,什么叫做系统接地或者工作接地?

系统接地(工作接地))指的是电力变压器中性点接地,用T来表示,没有就用I来表示。


第二个概念,什么叫做保护接地?

保护接地指的是用电设备的外壳直接接地,用T表示。若外壳接到来自电源的保护性中性线或者地线,则用N表示。


第三个概念,什么叫做接地形式?

接地形式有三种,分别是TN、TT和IT。TN下又分为TN-C、TN-S和TN-C-S。

知晓这几个概念后,我们来看看IEC给出的有关TN-C和TT系统的原图。注意,这两幅图是不容置疑的,是有关接地系统的权威解释。


第一幅图:TN-C接地系统和TN-S系统

零线的准确名称是保护中性线


由于电路中有系统接地,但负载外壳没有直接接地,而是通过保护性中性线PEN间接接地,所以该接地系统叫做TN-C。


图中左上角就是变压器低压侧绕组,我们看到它引出了三条相线L1/L2/L3和一条PEN保护性中性线。注意到保护性中性线的左侧有两次接地,第一次在变压器的中性点,这叫做系统接地,第二次在中间某处,叫做重复接地。重复接地的意义就是防止保护性中性线断裂后其后部保护性中性线的电压上升。


值得注意的是负载。我们看到中间的负载PEN首先引到外壳,然后再引到保护性中性线接线端子。这说明,保护性中性线PEN是保护优先的。也因此,


下图是TN-S系统,我就不解释了:


第二幅图:TN-C-S接地系统


TN-C-S区别于TN-C,就在于PEN在重复接地后分开为N中性线和PE保护线。

注意到TN-C-S的-S侧负载的外壳是接在PE线上的,而TN-C-S的-C侧则是接在PEN线上,因此前者是保护接地,后者是保护接零。两者相比,保护性中性线不能中断,而PE线同样也不能中断。


在居家配电系统和学校、企事业单位配电系统中,TN-C-S非常普遍。


第三幅图:TT接地系统

从符号代码看,TT接地系统有系统接地,但它的保护接地采取直接接地的方式实现的。



TT接地系统变压器的中性点直接接地,而用电负载的外壳也独立直接接地。构成保护接地。


值得注意的是:我们在前面已经描述过了,当发生单相接地故障时,流经地网的电流实际上只有N线电流的6%左右。因此,TT系统下发生的单相接地故障电流相对TN要小得多。


现在我们来对比TN系统和TT系统的异同点:

1.对于TN系统和TT系统来说,由于首字母都是T,说明这两个系统都有系统接地;


2.由于TN系统的N线与PE线在系统接地处或者重复接地处是连在一起的,PEN则完全合并在一起,而用电设备的外壳直接与PE或者PEN连在一起,因此发生单相接地故障时,故障电流会比较大,近似于相线对N线的短路。所以,TN系统又叫做大电流接地系统;

TT的系统接地与保护接地完全独立,单相接地故障电流要返回电源,必须通过地网,并且电流较小。所以,TT系统又叫做小电流接地系统。


有了接地系统的解释,我们就可以回答问题了。

1.需要适当地放大接地电流

适当地放大接地电流,使得用电设备的前接断路器可以执行过电流保护操作,这就是具有大接地电流的TN系统。


2.加装漏电保护装置RCD。


我们来看图5:


图5中,我们看到变压器的中性点直接接地,然后分开为N和PE,并且PE一直延伸到负载侧并接到用电设备的外壳上。所以,此接地方式属于TN-S接地系统。

当用电设备发生碰壳事故后,PE线的电阻当然小于地网电阻,并且PE的最前端还与N线相连,接地电流被放大到接近相对N的短路电流,则距离用电设备最近的上游断路器会执行过电流跳闸保护。


图5中,我们还看到从二级配电用四芯电缆引了三条相线和N线到负载侧,PE线被切断了,而用电设备的外壳直接接地。于是当用电设备发生碰壳事故后,接地电流只能通过地网返回电源。此接地方式属于TN-S下的TT接地系统。

由于TT下通过地网的接地电流很小,所以IEC和国家标准都规定了必须安装漏电保护装置RCD。


RCD的原理如下:


未发生单相接地故障时,三相电流合并N线电流后的相量和为零。当发生漏电后,某相电流会增加,并且漏电流经过地网返回电源,则N线电流依然与先前一致。于是,零序电流互感器的磁路中会出现磁通,其测量绕组中当然会出现电流,并驱动检测和控制部件使得前接断路器执行漏电保护动作。

RCD的动作电流可以在30毫安以下,有效地保护了人身安全。

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wang171468177
2020年08月07日 20:51:40
2楼

楼主分享的资料图文并茂分析的透彻,是学习的好资料。值得收藏学习!零地线很容易搞混,作为电工应当熟知运用。

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jj-yy
2020年08月08日 15:58:31
3楼

说得很详细,也易懂,钦佩!

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加倍努力
2020年08月08日 18:17:40
4楼

很好的学习资料,学习了零线的原理,

即:未发生单相接地故障时,三相电流合并N线电流后的相量和为零。当发生漏电后,某相电流会增加,并且漏电流经过地网返回电源,则N线电流依然与先前一致。于是,零序电流互感器的磁路中会出现磁通,其测量绕组中当然会出现电流,并驱动检测和控制部件使得前接断路器执行漏电保护动作。

RCD的动作电流可以在30毫安以下,有效地保护了人身安全。

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风平浪静02
2020年08月08日 22:06:03
5楼

建议学习一下基础知识,什么是零线;

b06e868684868762caaed523 (3).jpg

建议学习一下三相交流电基础知识,看看和帖子有什么不同。

b06e868684868762caaed523.jpg

保护中性线1.jpg

第一,电力系统运行和大地没有关系。第二,你要钳制在零电位,也钳制不了。因为电力系统不以大地为参考点。上述图片已经很明确告诉你了。

第三,就是这个“ 给系统接地提供了一条通道  ”使得千千万万人命丧黄泉。

千万不要再误导了呀!请收下留情,不要擅自删除别人的回帖。你怕沉底,捞一下不就又浮上来了吗。

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lw010
2020年08月09日 03:35:46
6楼

学习的好资料。值得收藏学习!零地线很容易搞混。

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风平浪静02
2020年08月09日 11:39:45
7楼

建议很好地学习电工基础,先不要胡乱说错。

图片3.jpeg

对于TN  系统,过流保护装置安装在相线上,相线与电气设备外露可导电部分相接触,及产生相短路现象,过流保护动作。与对地电流大小有什么关系?相对地有电流只能增加相电流是不是?只能提高保护灵敏度是不是?何来“错在它没有考虑地线,也没有考虑零线电阻;”一说呢?

对于TT  系统,你认为系统接地可以替代电气设备外露可导电部分接地啊?规范里明明写着独立于系统接地的接地。人站在电气设备旁边,脚踩接地导线,手碰触电气设备外露可导电部分,人体不是被导体短接了吗?还能有电流通过人体?这叫法拉第笼子效应。何来 “  对于接地的概念模糊,不知道系统接地和保护接地的区别和意义,”一说呢?

PEN线.jpg

为什么 N 线接地以后就变成保护中性线 PEN呢 ,有根据吗? TN 系统保护功能在于它与变压器中性点连接,它是一种接零保护。这种保护功能即使不接地也存在。怎么就接地以后才变成保护中性线了呢?PEN线接地只是为了减少保护线对地电位差,不是起保护作用滴,保护作用主要靠增大相线电流,使得过流保护装置自动切断电源。希望搞搞清楚。难怪你N线接地以后才变成零线,根本不了解系统接地型式。

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风平浪静02
2020年08月14日 16:10:30
8楼


PEN2.jpg

       错。任何企图用大地替代零线回路,都是很危险的。包括:中性线断裂后其后部保护中性线的电压上升。第一,一线一地可能导致人身电击事故发生,此方法早在上世纪60年代,已经被禁止。第二,现时规定,保护导线(PE)可以多次接地,保护中性线 PEN 是不可以重复接地的。因为PEN 重复接地,导致大地与 PEN 分流。土壤中的微小间隙,产生空气击穿电弧,也就是产生杂散电流。引燃引爆地下易燃易爆气体。微小电火花加速地下金属构件氧化、腐蚀。微小电火花发射电磁波对信息通讯产生干扰。

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风平浪静02
2020年08月20日 16:51:09
9楼

小电流接地1.jpg


       错!小电流接地系统,大电流接地系统,是专门指变压器中性点接地的一种方式,是系统正序阻抗和零序阻抗之比值,符合一定的规定。岂能和电气设备外露可导电部分接地,TT系统有关。不要再误导了。

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cof1599167030603
2020年09月04日 05:08:04
10楼
求教!工业用电和民用电设计在线路零线上有区别吗!漏电保护器有必要几级保护吗?

风平浪静02:工业用电安全与民建用电安全侧重面有所不同。漏电保护是专门为防人-地电击事故而运生的,保护必然具有局限性。主要问题是,漏电保护大大降低了供电可靠性。因为工厂用电有专门的懂电气的管理人员,有必要的防护措施。供电可靠性缺失,会给企业带来不必要的经济损失,甚至造成严重的事故。建议不安装漏电保护。

更不建议采用分级保护理念。因为漏电电流可能很大,根本谈不上保护的选择性,保护的可靠性。尽管漏电保护有什么,不动作电流,不启动时间,这都很小很小,是漏电保护制造上一种免责条款,对于保护的选择性和可靠性没用。在间接接触防护上,漏电流可能是几个安培,甚至几十,几百安培,在这样的漏电流情况下,谈分级保护,谈选择性,更本不可能的事情。

在民建防火作用上也缺乏完整的理论和论证。一说300毫安可能形成火灾,一说500毫安可能引发火灾。其实都缺乏实际根据。如果电弧能引发火灾,一个小火星就能引发,比如加油站的衣服静电放电。如果不能引发火灾,就是电焊电弧也不引发火灾。潮湿容易产生漏电、爬电,但不容易引发火灾。干燥减少漏电,却可能引发火灾。随着用电安全管理水平提高,系统漏电电弧,是可以通过加强防直接接触的主保护得以完善的。

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风平浪静02
2020年09月08日 10:11:40
11楼

工业用电安全与民建用电安全侧重面有所不同。漏电保护是专门为防人-地电击事故而运生的,保护必然具有局限性。主要问题是,漏电保护大大降低了供电可靠性。因为工厂用电有专门的懂电气的管理人员,有必要的防护措施。供电可靠性缺失,会给企业带来不必要的经济损失,甚至造成严重的事故。建议不安装漏电保护。

更不建议采用分级保护理念。因为漏电电流可能很大,根本谈不上保护的选择性,保护的可靠性。尽管漏电保护有什么,不动作电流,不启动时间,这都很小很小,是漏电保护制造上一种免责条款,对于保护的选择性和可靠性没用。在间接接触防护上,漏电流可能是几个安培,甚至几十,几百安培,在这样的漏电流情况下,谈分级保护,谈选择性,更本不可能的事情。

在民建防火作用上也缺乏完整的理论和论证。一说300毫安可能形成火灾,一说500毫安可能引发火灾。其实都缺乏实际根据。如果电弧能引发火灾,一个小火星就能引发,比如加油站的衣服静电放电。如果不能引发火灾,就是电焊电弧也不引发火灾。潮湿容易产生漏电、爬电,但不容易引发火灾。干燥减少漏电,却可能引发火灾。随着用电安全管理水平提高,系统漏电电弧,是可以通过加强防直接接触的主保护得以完善的。

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