零線、地線原理是什（shí）麽？

很多人對零線的認識是錯誤的（de），究竟零線、地線的原理是什麽？且聽老師細細道來。我們先來看圖1：

圖1中還未（wèi）出現（xiàn）零線，隻有三條相線L1/L2/L3，以及三條相線的中性線N。三條相線（xiàn）對N線的電壓均為220V，相（xiàng）線之間的電壓則為380V。
交流電壓的表達式為：

交流電流的表達式為：

請注意，當三相平衡時，中性線（xiàn）總線上的（de）電壓和電流有（yǒu）如下特性：

在圖1中，具有此特性的隻有標注了N字樣的中性線總線（xiàn），而中性線支線是（shì）不具有此特性的。
對於中（zhōng）性線（xiàn）支（zhī）線來說，流過中性線（xiàn）的（de）電流與相線電流大小相（xiàng）等方（fāng）向相反。
我們再來看圖1。圖1中的（de）中性線發生了斷裂，於是在斷裂點的前方，中性線的電壓（yā）依舊（jiù）為零，但斷裂點的後方若（ruò）三相平衡時，它的電（diàn）壓為零；但若三相不平衡，則斷裂點後方的中性線電（diàn）壓會上升，最高會升（shēng）到相電壓。
事實上（shàng），隻要三相不（bú）平（píng）衡，盡管中性線並未斷裂（liè），中性線的電（diàn）壓也會上升（shēng）。

我們看圖2和圖3：

在圖2中，變壓器的中性點做了接地，此接地在國家標準和規範中（zhōng），被稱為係（xì）統接地。注意，這裏的接地符號是接大地的意思。
係統接地的意義有兩個：
第一個意義：係統接地使得變壓器的中性線的電位被強製性地鉗製在大地的零點位。
第二個意義：給係統的（de）接地電流提供了一（yī）條通道。
值得注意的是：圖2中的N線因為有了工作接地，所以它的（de）符號也變了，變成PEN，也就（jiù）是通常所說的零線（xiàn）。
零（líng）線，它的準確名稱是保護中（zhōng）性線（xiàn）。在這裏，保護優先（xiān）於中性線功能。
通過（guò）前麵的論述我們已經知道，若零線斷裂，由於零線具有中性線（xiàn）功能，所以斷裂點後部的零線電（diàn）壓可能會（huì）上升。
事實上，零線斷裂點後部的由電壓*由（yóu）下式決定：

可以看（kàn）出，如果、和 各不相同，則（zé）三相電壓就不平衡，零線電壓（yā）當然也不（bú）等於零。
同理，我（wǒ）們可以（yǐ）看到零線斷裂點後部的電流也與三相不平衡有關。
再看（kàn）圖3，我們發現零線PEN中采取（qǔ）多點接地的方法，以避免出現零線斷裂點後部電壓上升的情況。
注意，圖2對應的接地係統叫做TN-C，而圖3對應的接地係統叫做TN-C-S。

我們來看圖4：

圖4中，變壓器中性點接地（dì），而用電設備的外殼直接接地。
正常運行時，我們看到，用電設備的外殼根本就不會有任何電流流過（guò）。
現在，我們來分析L3相對用電設備的外（wài）殼發生碰殼事故（gù）的情況。
我們（men）首先遇見的是外殼（ké）接地電（diàn）阻有多大這個基礎參數。在國家（jiā）標準GB50054《低（dī）壓配電設（shè）計規範》中，把外殼接地後的電阻以及地網電阻合並叫做接地極電阻，並規定它的值不得大於（yú）4歐。但在（zài）工程上，一般認為接地極電阻（zǔ）為0.8歐。
其次，我們需要知道零線（xiàn）電纜（lǎn）的電阻（zǔ）是多少。這個值可以根據具體線路參數來考慮。方便起見，不妨先規定這條零線電纜的長度是100米，電纜芯線截麵是16平方毫米，它的工作溫度（dù）是30攝（shè）氏度，則它的電阻為：

有（yǒu）了這兩個數（shù）據，我（wǒ）們就可以來進（jìn）行實際計算了。
我（wǒ）們看圖4的（de）下圖，我們發現當L3相對用電設備的外（wài）殼（ké）短路時，零線中有電流流（liú）過（guò），地網中也有電流流過（guò）。
注意（yì）到零線電阻和地網電阻其實是並聯的，按照中學的電學物理知識，我們知道並聯電路的電流與電阻的阻值成反比，

也即：

由（yóu）此推（tuī）得：

由上麵的公式可以看到（dào），地網電流與零（líng）線電阻（zǔ）和地網電阻的比值有關。我們把接地極電（diàn）阻按（àn）4歐取值，把具體參數（shù）代入，得到地（dì）網電流為：

即便我們按工程慣例接地極（jí）電阻取為0.8歐，得到地網電流為：

也就是說，地網電流隻相當於零線電流的（de）3%~15%而已！我們取為中（zhōng）間值，則地網電流隻有零線電流的（de）6%。

現在，我來提個問題（tí）：
用電設備的外殼發生碰殼故障後，地網（wǎng）電流如此之小，與零線電流相（xiàng）比，幾乎可以忽略不計，那麽用電設（shè）備的外殼帶電將長期存在。如此一來，必然（rán）會出（chū）現人身傷害事故。
那麽（me），在實際接線中，我們是如何來保護人身安（ān）全的？
下麵給（gěi）大（dà）家普（pǔ）及（jí）一（yī）些基本概念：
什麽叫做（zuò）係統接地或者工作接地？
係統接地（工作（zuò）接地））指（zhǐ）的是電力變壓（yā）器中性點接地，用T來表示，沒有就（jiù）用I來表示。
什麽叫做（zuò）保護接（jiē）地？
保護接地指的是用電設備（bèi）的外殼直接接地，用T表示。若外殼接到來（lái）自電源的零線或者地線，則用N表示。
什麽（me）叫做（zuò）接地形式？
接（jiē）地形式有三種，分別是TN、TT和IT。TN下又分為TN-C、TN-S和TN-C-S。

第（dì）一幅圖：TN-C接地係統（tǒng）和（hé）TN-S係統（tǒng）

由於電路中有係統接地，但負載外殼沒（méi）有直接接地，而是通過零線PEN間接接（jiē）地，所以該接（jiē）地係統叫做TN-C。
圖中左（zuǒ）上角就是變壓器低壓（yā）側繞組，我們看到它引出了三條（tiáo）相線（xiàn）L1/L2/L3和一條PEN零線。注意到零線的左側有兩（liǎng）次接地，第（dì）一次在（zài）變壓器的中（zhōng）性點，這叫做係統接地，第二次在中間某處，叫做重複接地（dì）。重複接地的意義就是防（fáng）止零（líng）線斷裂後其後部零（líng）線的電壓上升。
值得注意的是負載。我們看（kàn）到中間的負（fù）載PEN首先引（yǐn）到外殼（ké），然後再引到零線接線端子。這說明，零線PEN是保護優（yōu）先（xiān）的。也因此，零線的準確名稱是保護中性（xìng）線。
下圖是TN-S係統（tǒng）：

第二幅圖：TN-C-S接地係統

TN-C-S區別於（yú）TN-C，就在於PEN在重複接地後分開為N中性線（xiàn）和PE保（bǎo）護線。
注意到TN-C-S的-S側（cè）負載的（de）外殼是接在PE線上的，而TN-C-S的-C側則是接在PEN線上，因此前者是保護接（jiē）地，後者是保護接零。兩者相比，零線不能中斷，而PE線同樣也不能中斷。
在居家配電係統和學校（xiào）、企事業（yè）單位配電係統中（zhōng），TN-C-S非（fēi）常普遍。
第三幅圖：TT接地係統
從符號代碼看，TT接（jiē）地係統有係統接地，但它的保護接地采（cǎi）取直接接地的方式實現的。

TT接地係統變（biàn）壓器的中性點直接接地，而用電負載（zǎi）的外殼也獨立直接接地。構成保護接地。
值得注意的是：我們在（zài）前麵已經描述過了，當發生單相接地故障時，流經地網的電流實際上隻（zhī）有N線電流的6%左右（yòu）。因此，TT係統下發生的（de）單相接地故障電（diàn）流相（xiàng）對（duì）TN要小得多。
現在我們來對比TN係統和TT係統的（de）異同點：
1.對於TN係（xì）統和TT係統（tǒng）來說，由於首字母（mǔ）都（dōu）是T，說明這兩個係統都有係統接地（dì）；
2.由於TN係統的N線與PE線在係統接地處或者重（chóng）複接地處（chù）是連在一起的，PEN則*合並在一起，而用電設（shè）備的外殼直接與PE或者PEN連在（zài）一起，因此發生（shēng）單相接地（dì）故障時，故障電流會比較大，近似於相線對N線的短路。所以，TN係統又叫做（zuò）大電流接（jiē）地係統；
TT的係統接地與保護（hù）接地*獨立，單相接地（dì）故障電流要返回電源（yuán），必須通過地網，並且（qiě）電（diàn）流較小。所以，TT係統又叫做小電流接地（dì）係統。

有了接地係（xì）統的解釋，我（wǒ）們就可以回答問題了。
1.適當地（dì）放大接地電流
適當地放大接地（dì）電流，使得用電設備的前接斷路器可以執（zhí）行過電流保護操作，這就是具有大接（jiē）地電流的TN係統。
2.加裝漏電保護裝置RCD
我（wǒ）們來看圖5：

圖（tú）5中，我們看（kàn）到變壓器的（de）中性點直接接地，然後分開為N和PE，並且PE一直延伸到負載側並接到用電設備的外殼上。所以，此接地方式屬於TN-S接地係統。
當用電設備發生碰殼事故後，PE線的（de）電阻當然小於地網電阻，並且PE的最前端還與N線相連，接地電流被放大到接近相對N的短路電流，則距離用電設備最近的上遊（yóu）斷路器（qì）會執行過電流跳閘保護。
圖5中，我們還看到從二級配電用四芯電纜引了三條相線和N線到（dào）負（fù）載側，PE線被切斷了，而用電設備的外殼直接接地。於是當用電設備發生碰殼事故後，接地電流隻能通過（guò）地網返（fǎn）回電源。此接地方式屬於TN-S下的TT接地係統。
由於TT下通過地網的接地電流很小（xiǎo），所以IEC和國家標準都規定了必須安裝漏電保護裝（zhuāng）置RCD。
RCD的原理如下：

未發生（shēng）單相（xiàng）接地故障時（shí），三相電流（liú）合並N線電流後的相量和為零。當發生漏電後，某相電（diàn）流會增加，並（bìng）且漏（lòu）電流經過地（dì）網返回電源，則N線電流依（yī）然與先前一致。於是，零序電流互感器的磁路中會出現磁通，其測量繞組（zǔ）中當然會出現（xiàn）電流，並驅動檢（jiǎn）測（cè）和控製部件（jiàn）使得前（qián）接斷路器執行漏電保護動作。
RCD的動作電流可以在30毫（háo）安以下，有效地保護（hù）了人身安全。