零線、地線原理是什麽？

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

圖1中還未出現零線，隻有三條相線（xiàn）L1/L2/L3，以及三條相線的中性線N。三條相線對N線的電壓均（jun1）為220V，相線之間的電壓則為380V。
交流電壓的表達（dá）式為：

交流電流（liú）的表達式為：

請注（zhù）意，當三（sān）相（xiàng）平衡時，中性線總線上的（de）電壓和電流有如（rú）下特性：

在圖1中（zhōng），具有（yǒu）此特性的隻有標（biāo）注了N字樣的中性線（xiàn）總線，而中性線支線是不（bú）具有此特性（xìng）的。
對於中性線支線來說，流過中性線（xiàn）的電（diàn）流與相線電流大小相等方向（xiàng）相反（fǎn）。
我們再來看圖1。圖1中的中性線發生了斷裂，於（yú）是在斷裂點的前方，中性線的電壓依舊為零，但（dàn）斷裂點的後方若三相平衡時，它的電（diàn）壓為零；但（dàn）若三相不平衡，則斷裂點後方的中性線電壓會上升，最高會升到相電（diàn）壓。
事實上，隻要三相不平衡，盡管中性線並未斷裂，中（zhōng）性線的電壓（yā）也會上升。

我們看圖2和圖3：

在圖2中，變壓（yā）器的（de）中性點做了（le）接地，此接地在國家標準和規範中，被稱為係統（tǒng）接地。注意，這裏的接（jiē）地符號是接大地的意思。
係統接地的（de）意（yì）義（yì）有兩個：
第一個（gè）意義：係統接地使得變壓器的中性線的電位被（bèi）強製性地鉗製在大地的零點（diǎn）位。
第二個意義：給係統的（de）接地電流提供了（le）一條通道。
值得注意的是：圖2中的（de）N線（xiàn）因為有（yǒu）了（le）工作接地，所以它的符號也變了，變（biàn）成（chéng）PEN，也就是通常所說的零（líng）線。
零線，它的準確名稱是保護中性線。在這裏，保護優先於中性線功能。
通過前麵的論述我們已經（jīng）知（zhī）道，若零線斷裂，由於零線（xiàn）具（jù）有中性線（xiàn）功能，所（suǒ）以（yǐ）斷裂點後部的零線電壓可能會上（shàng）升。
事實上，零線斷裂點後部的由電壓*由下式決定：

可以看出，如果（guǒ）、和 各不（bú）相同，則三相（xiàng）電壓（yā）就不平衡，零線電壓當然也不等於零。
同理（lǐ），我們可以（yǐ）看到零線斷裂點後部的電流也（yě）與三相不平衡（héng）有關。
再看圖3，我們發現零線PEN中（zhōng）采取多點接地的方法，以避免出現零線斷裂點後（hòu）部電壓上（shàng）升的情況。
注意，圖（tú）2對應（yīng）的接地係統叫做TN-C，而圖3對應的接地係（xì）統（tǒng）叫做TN-C-S。

我們來看圖4：

圖4中，變壓器中性點接地，而用電設（shè）備的外殼（ké）直接接地。
正常運（yùn）行時，我們看到，用電（diàn）設備的外殼根本就不會有（yǒu）任（rèn）何電流流（liú）過。
現在（zài），我們來分析（xī）L3相對用電設備的外殼發生碰殼（ké）事故（gù）的情況。
我們首先遇見的是外殼接地電阻有多大這個基礎參數（shù）。在國家標準GB50054《低（dī）壓配電設計規範》中，把外殼接地後的電阻以及地網電阻（zǔ）合並叫做接地極電阻，並規定它的值不得大於4歐。但（dàn）在工程上，一般（bān）認為接地極電阻為（wéi）0.8歐。
其次，我們需要知道零線（xiàn）電纜的電阻是多少。這個值可以根據具體線路參數來（lái）考慮。方便起見（jiàn），不（bú）妨先規定這條零線電纜的長度是100米（mǐ），電纜芯線截麵是16平方毫米，它的工作溫度是30攝氏度，則它的電阻為：

有了這兩個數據，我們就（jiù）可以來進行實際計算了。
我們看圖4的下圖，我們發現（xiàn）當L3相對用電設備的外殼短路時，零線中有電（diàn）流流過，地網中也有電流流過。
注意到（dào）零線電阻（zǔ）和地網電阻其實是並聯的，按照中學的（de）電學物理知識，我們知道並聯電路（lù）的（de）電流與（yǔ）電阻的阻值（zhí）成反比，

也即：

由此推得：

由上麵的公式可以看到（dào），地網電流與零線電阻和地（dì）網電阻的（de）比值有關。我們把接地極電阻按4歐取值，把具體參數代入（rù），得到地網電流為：

即便我們按工程慣例接地極電阻取（qǔ）為0.8歐，得到地網電流為：

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

現在，我來提個問題：
用電設備的外殼發生碰殼故障後，地網電流如（rú）此之小，與零線電流相比（bǐ），幾乎可以忽略不計，那麽用電設備的外（wài）殼帶電將（jiāng）長期存（cún）在。如此一來，必然（rán）會出現人身傷害（hài）事故。
那麽，在實際接線中，我們是如何來保護（hù）人身（shēn）安全的？
下麵給大家普及一些基本（běn）概念：
什麽叫做係統接地或者工作接地？
係統接地（工作接地））指（zhǐ）的是電力變壓器中（zhōng）性點接地，用T來（lái）表示，沒有就用I來表示。
什麽叫做保護（hù）接地？
保護接地指的是用電設備的（de）外殼直接接地，用（yòng）T表示。若外殼接到來自電源的零線或者地線（xiàn），則用N表示。
什麽叫做接地形式？
接地形式有（yǒu）三種（zhǒng），分別是TN、TT和IT。TN下又分為TN-C、TN-S和TN-C-S。

第一幅圖：TN-C接地（dì）係統和TN-S係統

由於電（diàn）路中有係統接地，但負載外殼沒有直接（jiē）接地，而是通（tōng）過零線PEN間接接地，所（suǒ）以該接地係統叫做TN-C。
圖中（zhōng）左上角就是（shì）變壓器低壓側繞組，我們看到它引出了三條相線L1/L2/L3和一條PEN零線。注意到零線的左側有兩次接地，第一次在變壓器的中（zhōng）性（xìng）點，這叫做係統接地，第（dì）二次在中間（jiān）某處，叫做重複接地。重複接地的（de）意義就是防止零線斷裂後其後部零線的電壓上升（shēng）。
值得注意的是負載。我們看到中間的負載PEN首先引到外殼，然後再引到零線接線端子。這說明，零線PEN是保護優先的。也因此，零（líng）線的準確名稱是保護中性線。
下圖是TN-S係統：

第二幅圖（tú）：TN-C-S接地係統

TN-C-S區別於TN-C，就在（zài）於PEN在重複接地後分開為N中性線和PE保護線（xiàn）。
注意到（dào）TN-C-S的-S側負（fù）載的外殼是接在PE線上（shàng）的，而（ér）TN-C-S的-C側則是接在（zài）PEN線（xiàn）上，因此前者是保護接地（dì），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（tǒng）和學校、企事業單位配電係統中，TN-C-S非常普（pǔ）遍。
第三幅圖（tú）：TT接地係統（tǒng）
從符號代碼看，TT接地係統有係統接地，但它的（de）保護接地采取（qǔ）直接接地的方式實現的。

TT接地係統變壓器的中性點直接接地，而用電負（fù）載的（de）外（wài）殼也獨立直接接地。構成保護接（jiē）地。
值得注意（yì）的是：我們在前麵已經描述過了（le），當發生單相（xiàng）接地故障時，流（liú）經地網的電流實際（jì）上隻有N線電流的6%左右（yòu）。因此，TT係統下發生的單（dān）相接地故障電流相對TN要小得多。
現在我們來對比（bǐ）TN係統（tǒng）和TT係統的異（yì）同點：
1.對於TN係統和TT係統來（lái）說，由於首字母都是T，說明這兩個係統都有係統接地；
2.由於TN係統（tǒng）的N線與PE線在係（xì）統接地處或者重複接地處是連在一起的，PEN則*合並在一起，而用電設備的外殼直接與（yǔ）PE或者PEN連在一起，因此發生（shēng）單相接（jiē）地故障時，故障電流會比較大，近似於相線（xiàn）對（duì）N線的短路。所（suǒ）以，TN係統又叫做大電流接地係統；
TT的係統接地與保（bǎo）護（hù）接地（dì）*獨立，單相接（jiē）地故障電流要返回電源，必須通過地網，並且電流較小。所以，TT係統又叫做小電流接地（dì）係（xì）統。

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

圖5中，我們（men）看（kàn）到變壓器的中性點直接接地，然後分開為N和PE，並且PE一直延伸（shēn）到負載側並接到用電（diàn）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線的電阻當然小於地網電阻，並且（qiě）PE的最前端還與（yǔ）N線相連，接地電流被放大到（dào）接近相對（duì）N的短路電流，則距離用電設備（bèi）最近的上遊斷路器會執行過（guò）電（diàn）流跳閘（zhá）保護。
圖5中，我們還看（kàn）到（dào）從二（èr）級配電用四芯（xīn）電纜引了三條相線和N線到負載側，PE線被（bèi）切斷了，而（ér）用電（diàn）設備的外殼直接接地。於是當用電設備發生碰殼事故（gù）後，接地電流隻能通過地網返回電源。此接地方式屬於TN-S下的TT接地（dì）係統。
由於TT下通過地網的（de）接地電流很小，所以IEC和國家標準都規定了必須安裝漏電保護裝置（zhì）RCD。
RCD的原理如下：

未發生單相接地故障時，三相電流合並N線電流後（hòu）的相量和為零。當發生漏電（diàn）後，某相電流會增加，並且漏電流經過地網返（fǎn）回電源，則（zé）N線電（diàn）流依然（rán）與先前一致。於是，零序電流互感器的磁路中會出（chū）現磁通，其測量（liàng）繞組（zǔ）中當然會出現電（diàn）流，並驅動檢測（cè）和控製部件使得（dé）前接斷路器執行漏電保護動作。
RCD的動作電流可以在30毫安以下，有效地保（bǎo）護了人身安全。