零線、地線原理是什麽？

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

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

交流電流（liú）的表達式為：

請（qǐng）注意，當（dāng）三相（xiàng）平（píng）衡時，中性線總線上（shàng）的電壓和電流有如（rú）下特性：

在圖1中（zhōng），具有此特性的隻有標注了N字樣的中性線總線，而中性線支線（xiàn）是不具有此特性的（de）。
對於中性（xìng）線支線（xiàn）來說，流過中性線（xiàn）的電（diàn）流（liú）與相線電流大（dà）小相等方向相反。
我們（men）再來看圖1。圖1中的中性線發生了斷裂（liè），於是在斷裂點的前方，中性（xìng）線的電（diàn）壓依舊為（wéi）零，但（dàn）斷裂點的後（hòu）方若三相平衡時，它的電壓為零（líng）；但若三相不平衡，則斷裂（liè）點後方的（de）中性線電壓會上升，最高會升到相電壓。
事實上，隻要三相不（bú）平（píng）衡，盡管中性線並未斷裂，中性線的電（diàn）壓（yā）也會上升。

我們看圖2和圖3：

在圖2中，變壓器的中性點（diǎn）做了接（jiē）地，此接地（dì）在（zài）國家標準和規範中，被稱為係統（tǒng）接地。注意，這裏的接地（dì）符號是接大地的意思。
係統接地的意義有兩（liǎng）個：
第一個（gè）意義：係統接地使（shǐ）得變壓器的中性線的電（diàn）位被（bèi）強製性地鉗製在大地的零點位。
第二個意義：給係統的接地電（diàn）流提供了一條通道。
值得注意（yì）的是：圖2中的N線（xiàn）因為有了工作接地，所以它（tā）的符號也變了，變成PEN，也就是通常（cháng）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（xiàn）功（gōng）能。
通過（guò）前麵（miàn）的論述我（wǒ）們已經（jīng）知（zhī）道，若零（líng）線（xiàn）斷裂（liè），由於零線具有中性線（xiàn）功能，所以斷裂點後部的零線電壓（yā）可能會（huì）上升。
事實上，零線斷裂（liè）點後部的由電壓（yā）*由下式決定（dìng）：

可以看出，如果、和（hé） 各不相同，則三相電壓就不平衡，零線電壓當然也不等於零。
同理，我（wǒ）們可以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（xiàn）零線PEN中采取（qǔ）多點接地（dì）的方法，以避免出（chū）現零線斷裂點後部（bù）電壓上升的情況。
注意（yì），圖2對應的接地係統（tǒng）叫做（zuò）TN-C，而圖（tú）3對應的接地係統叫做TN-C-S。

我（wǒ）們來看圖4：

圖4中，變壓器中（zhōng）性點接地，而用電設備的外殼直接接地。
正常運行（háng）時，我們看到，用電（diàn）設備的外殼根本就不會有（yǒu）任何電流流過。
現（xiàn）在，我們來分析L3相對用電設備的外殼發生碰殼事故的情況。
我們首（shǒu）先遇見的是外殼接（jiē）地電阻有多大這個基礎參數。在國家標準GB50054《低壓配電設計規範（fàn）》中，把外殼接（jiē）地後的（de）電阻以及地網電阻合（hé）並叫做接地極電阻，並規定它的值不（bú）得大於4歐。但在工程上，一般認為接地極電阻為0.8歐。
其次，我們（men）需要知道零線電（diàn）纜的電阻是多（duō）少。這個值可以根據（jù）具體線路參數來考慮。方（fāng）便（biàn）起見，不（bú）妨先規定這條零線電纜（lǎn）的長度是（shì）100米，電纜芯線截麵是16平方（fāng）毫米，它的（de）工作溫度是30攝氏度，則它的電阻為：

有了這兩個數據，我們（men）就可以來進行實際計算了。
我們看圖4的下圖，我們發現當L3相對（duì）用電設備的外殼（ké）短路時，零線中有電流流過，地網中（zhōng）也有（yǒu）電流流過。
注意到零線電阻和地網電阻其實是（shì）並聯的，按（àn）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（jí）：

由（yóu）此推得：

由上麵的公式（shì）可以看（kàn）到，地網電流與（yǔ）零（líng）線電阻和地網電阻的比值有關。我們把（bǎ）接（jiē）地（dì）極（jí）電阻按4歐取（qǔ）值，把具體參數代入，得到地網電流為（wéi）：

即便我們按工程慣例接地極電阻取為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（wǒ）們取為中間值，則地網電（diàn）流隻（zhī）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（zhàng）後，地網電流如（rú）此之小（xiǎo），與零線電流相比，幾乎可以忽略（luè）不計，那麽用電設備的外殼帶電將長期（qī）存在（zài）。如此一來（lái），必（bì）然會（huì）出現（xiàn）人身（shēn）傷害事故。
那麽，在實際接線中，我們是如何來保護人（rén）身安（ān）全的？
下麵給大家（jiā）普及一些基本概念：
什麽（me）叫做係統接（jiē）地或者工作接地？
係統接地（工作接地））指的是電力變壓器中性點接地，用T來表示，沒有就（jiù）用I來表示。
什麽叫做保（bǎo）護接地？
保護接地指的是（shì）用電設備的外殼直接接地，用T表示。若（ruò）外殼接到來自電源的零線或者地線，則用N表示。
什（shí）麽叫做接地形式？
接地形式有（yǒu）三種，分別是（shì）TN、TT和IT。TN下又分為TN-C、TN-S和TN-C-S。

第（dì）一幅圖：TN-C接地係統和TN-S係統

由（yóu）於電路中有係統接地，但負載外殼沒有直接（jiē）接地，而是通過零線PEN間接接地，所以（yǐ）該接地係統叫做TN-C。
圖中左上角（jiǎo）就是變壓器低壓側繞組，我們看（kàn）到它引出了三條相線（xiàn）L1/L2/L3和一條PEN零線。注意到零線的左側（cè）有兩次接地，第一（yī）次在變壓器的中（zhōng）性點，這叫做係統接地，第二次在（zài）中間某處（chù），叫做重複接地。重複（fù）接（jiē）地的意義就是（shì）防止零線斷裂後其後部（bù）零線的電壓上升。
值得注意的是負載。我們看（kàn）到中間的負載（zǎi）PEN首先引到外殼，然後再引到（dào）零線接線端子。這說明，零（líng）線PEN是保護優先（xiān）的。也因此，零線的準確（què）名稱是（shì）保護中性線。
下圖是TN-S係統：

第二幅圖：TN-C-S接地係統

TN-C-S區（qū）別（bié）於TN-C，就在於PEN在重複接地後分開為（wéi）N中（zhōng）性線和PE保（bǎo）護線。
注意到TN-C-S的-S側負載的外（wài）殼是接在PE線上的，而TN-C-S的-C側（cè）則是接在PEN線上，因此前者是保護（hù）接地，後（hòu）者是保護接零。兩者相比，零線不能（néng）中斷，而PE線同樣也不能中斷。
在（zài）居家（jiā）配電係統和學校（xiào）、企事業單位配電係統中，TN-C-S非常普（pǔ）遍（biàn）。
第三幅圖：TT接地係統
從符號代碼看，TT接地係統有係統接地，但它的保（bǎo）護接地采取直接接（jiē）地的方（fāng）式實現的。

TT接地係統變壓器的中性點直接接地，而用電負載的外殼也獨立直接接地（dì）。構成保護接地。
值得注意（yì）的是：我們在前麵已經描述過了，當發生單相接地故障時，流經地網的（de）電流實際上隻有N線電流的6%左右。因（yīn）此，TT係統下發生（shēng）的（de）單相接地（dì）故障（zhàng）電流相對TN要小得多。
現在我們來對比TN係統和TT係統的異同點：
1.對於TN係統和TT係統來說，由於首字母都是T，說明這兩個係統都有係統接地；
2.由（yóu）於TN係（xì）統的N線與PE線在係統接地處或（huò）者重複（fù）接地（dì）處（chù）是連在一起（qǐ）的，PEN則*合（hé）並在一（yī）起，而用電設備的外殼直接與PE或者PEN連在（zài）一起，因此（cǐ）發（fā）生單相接地故障時（shí），故障（zhàng）電流會比較大，近似於相線對N線的短路。所以，TN係統又叫做大電流接地係統；
TT的係統接地（dì）與保護接地*獨立，單相接地故障（zhàng）電流要返回電源，必須通過地網，並且電流（liú）較小。所以，TT係統又叫做小電流接地係統。

有了接地係統（tǒng）的解釋，我們就可以回答問題了。
1.適當地放（fàng）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（lù）器可以執行過（guò）電流（liú）保護操作，這就是具（jù）有大接（jiē）地電流的TN係統。
2.加裝漏電保護（hù）裝置RCD
我們來（lái）看圖5：

圖5中，我們看到變（biàn）壓器（qì）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（liú）被放大到接近（jìn）相對N的短路電流，則（zé）距離（lí）用（yòng）電（diàn）設備最近的上（shàng）遊斷路器會執行過電流跳閘保護。
圖5中，我們還看到從（cóng）二級配（pèi）電用（yòng）四芯電纜引了三（sān）條相線和N線到負載側，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（néng）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（yú）TT下通過地網的接地電流很小，所以IEC和國家標（biāo）準都規定了必須安裝漏電保護裝置RCD。
RCD的（de）原理如下（xià）：

未發生單相接地故障時，三（sān）相電流合並N線電（diàn）流後的相量和為零。當發（fā）生漏電（diàn）後，某相（xiàng）電流會增加，並且漏電流經過地網返回（huí）電源，則N線電流依然與先前一致。於是，零序電流互感（gǎn）器的磁路中會出現磁通，其測（cè）量繞組（zǔ）中當然會出現電流（liú），並驅動檢測和控製部件使得前（qián）接斷路器執行漏電保護動作。
RCD的動（dòng）作電（diàn）流可以（yǐ）在30毫安以（yǐ）下，有效地保護了（le）人身安全。