零線、地線原理是什麽？

很多人對零線的認識是錯（cuò）誤的，究竟零線、地線的原理是什麽？且聽（tīng）老師細（xì）細道來。我們（men）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。三條相線對N線（xiàn）的電壓均為220V，相（xiàng）線之（zhī）間的電（diàn）壓則為380V。
交流電壓的表達式為：

交流電（diàn）流的表達式為：

請注意，當三相平衡時，中性線總（zǒng）線上的電壓和電流有如下特性：

在圖1中（zhōng），具有（yǒu）此特性的（de）隻有標注了（le）N字樣的中性線總（zǒng）線，而中性線支線是不具有此特性的。
對於中性線支線來說，流過（guò）中（zhōng）性線的電流（liú）與相線電流（liú）大小相（xiàng）等方向相反。
我們再來看圖1。圖1中的中性線發生了斷裂，於是在斷裂點的前方，中性線的電壓依舊為零，但斷裂點的（de）後方若三（sān）相（xiàng）平衡時，它的電壓為零；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（huì）升到相電壓。
事實上，隻要三相不平衡，盡管中性線並（bìng）未斷裂（liè），中性線的電壓也會上升。

我們看圖2和圖（tú）3：

在圖2中，變壓器的中性點做了接地，此（cǐ）接地在國家標準和規範中，被稱為（wéi）係統接地。注意，這裏的接地符號是接大地的意思。
係統接（jiē）地的意義有（yǒu）兩個：
第一個意義：係（xì）統接地使得變壓器的中性線（xiàn）的（de）電（diàn）位被（bèi）強製性（xìng）地鉗製在大地（dì）的零點位。
第二個意義：給係統的接（jiē）地電流提供了一條通（tōng）道。
值得（dé）注（zhù）意的是（shì）：圖2中的N線因（yīn）為有（yǒu）了（le）工作接地，所以它的符號也（yě）變了，變成PEN，也就（jiù）是通常所說的零（líng）線。
零線，它的準確（què）名稱是保護中性線。在這裏，保護優先於中性線功能。
通過前（qián）麵的論述我們已經知道（dào），若零線斷（duàn）裂，由於零線具有中性（xìng）線功能，所以斷裂點後部（bù）的零線電壓可能（néng）會上升。
事實上，零線斷裂（liè）點後（hòu）部的由電壓*由下式決定：

可以看出，如果、和 各不相同，則三相電壓就不平衡，零線電壓（yā）當然（rán）也不等於零。
同理，我們可以看到零線斷（duàn）裂點後部（bù）的電流也與三相不平衡有關。
再看圖3，我（wǒ）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部電壓（yā）上升的情況。
注意，圖2對應的接地係（xì）統叫做TN-C，而圖3對應的接（jiē）地係統叫做TN-C-S。

我們來看圖（tú）4：

圖4中，變壓器中性點接地，而（ér）用電設備的外殼直接接地。
正常運行時，我們看到，用電（diàn）設（shè）備的外殼根本（běn）就不會有任何電流流過。
現在，我們來分析L3相（xiàng）對用電設（shè）備的（de）外殼發生碰殼事故的情況。
我們首先遇見的是外殼接（jiē）地電（diàn）阻有多大這個基礎參數。在國家標準GB50054《低壓配電設計規範》中，把外殼接地後（hòu）的電阻（zǔ）以及地網電阻（zǔ）合並叫做接（jiē）地極電阻，並規定它的值不得大於4歐。但在工程上，一般認為接地極電阻為0.8歐（ōu）。
其次，我們需要知道零線電纜的電阻是多少。這個值可以根（gēn）據具（jù）體線路參數來考慮。方便起見，不妨先規（guī）定這條零線電纜（lǎn）的長度是100米，電（diàn）纜芯線截麵是16平方毫米，它的工作溫度是30攝氏度（dù），則它的電阻為：

有了這（zhè）兩個數據，我們就可（kě）以來進行實際計算了。
我們看圖4的下圖，我們發現當L3相對用電設備的外殼短路時，零線（xiàn）中有電流流過，地網中也有電流（liú）流過。
注意到零（líng）線電阻和地（dì）網電阻其（qí）實是（shì）並（bìng）聯的，按照中學（xué）的電學物（wù）理知識，我們知道並聯電路（lù）的電流與電（diàn）阻的阻值成反（fǎn）比，

也即：

由此推得：

由上麵（miàn）的公式可以看到，地網電流與零線電阻和地網（wǎng）電阻（zǔ）的比（bǐ）值有關。我們把接地極電阻按（àn）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3%~15%而已！我們取為中間值，則地（dì）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（hòu），地網（wǎng）電流如（rú）此之小，與零線電流相比（bǐ），幾乎可以忽略（luè）不計（jì），那麽用電設備的外殼帶電將長期存在。如此一來，必然會出現人身傷害事故。
那麽，在實際接線中，我們是如何來保護人身安全的？
下麵（miàn）給大家普（pǔ）及一些基（jī）本概念：
什麽叫做係統接地或者工作接地？
係統接地（工作接地））指的是電力變壓（yā）器中性（xìng）點接地（dì），用T來（lái）表示，沒（méi）有就用I來表示。
什麽叫做保（bǎo）護接地？
保護接地指的是用電設備的外殼直接接地，用T表示。若外殼（ké）接到來自電源的零線或者地線，則用N表（biǎo）示。
什麽叫做接地形式？
接地形式有三種，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，但負載外殼沒有直接接地，而（ér）是（shì）通過零（líng）線（xiàn）PEN間接接地，所（suǒ）以該接地係統叫做TN-C。
圖中左上角就是變壓器低壓側繞組，我們看到它引（yǐn）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（qì）的中性點，這叫做係統接地，第（dì）二次在中間某處，叫做（zuò）重複接地。重複接地的意義就是防止零線斷裂後其（qí）後部零線的電壓上升。
值得注意的是負載。我們看（kàn）到中間的負載PEN首先引到外殼，然（rán）後再（zài）引到零線接線端子。這（zhè）說明，零線PEN是保護優先的。也因此，零線的準確名稱是保護中性線（xiàn）。
下圖是TN-S係統：

第二幅圖：TN-C-S接（jiē）地係統

TN-C-S區（qū）別於TN-C，就（jiù）在於PEN在重複接（jiē）地後分開為N中性線和PE保護線（xiàn）。
注意到TN-C-S的-S側負載的外殼是接在PE線上的，而TN-C-S的-C側則是接在PEN線上，因此前者是保護接地，後者是保護接零。兩（liǎng）者相比，零線不能中斷，而PE線（xiàn）同樣也不能中斷。
在居（jū）家配電係統和學校、企事業單（dān）位（wèi）配電係統中，TN-C-S非常普遍。
第三幅圖：TT接（jiē）地（dì）係統
從符（fú）號代碼看，TT接地係統有係統接（jiē）地，但它的保護接地（dì）采取直接接地的方式實現的。

TT接地係統變壓器的中性點（diǎn）直接接地，而用電負載的外殼也獨立直接接地。構成保護接（jiē）地。
值得注意的是：我們在前麵已經描述過了，當發生單相接地故障時，流經地網的電流實際上隻有N線電流的6%左右。因此，TT係統下發生的單相接地故障電流相對（duì）TN要小得多。
現在我們（men）來對比TN係統和TT係統（tǒng）的異（yì）同點：
1.對於TN係統和TT係統（tǒng）來說，由於首字母都是T，說明這兩個係統都有係統（tǒng）接（jiē）地；
2.由於TN係統的N線與PE線在係統接（jiē）地處或者重（chóng）複接地處是連在（zài）一起的（de），PEN則*合並在一起，而用電設備的外殼（ké）直接與PE或者PEN連在一起，因此發生單相接地故障時，故障電流（liú）會比較大，近似於相線對N線（xiàn）的短（duǎn）路。所以，TN係統又叫做大（dà）電流接地係統；
TT的係統接地與保護接地*獨立，單相接地故障電流要返回電源，必須通過地（dì）網，並且電流較小。所以，TT係統又叫做小電流接地係統。

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

圖5中，我們看到變壓器的中性點直接接地，然後分開為N和（hé）PE，並且PE一直延伸到負載側並接到用電設備（bèi）的外殼上。所以，此接地方式屬於TN-S接地係統（tǒng）。
當用電設備發生碰殼事故後，PE線的電阻當然（rán）小於地網電阻，並且PE的最前端還與N線相連，接地（dì）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斷路器會執行過電流跳閘保護。
圖（tú）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線到負載側，PE線被切斷了（le），而用電設備的外殼直接接地。於是當用電設（shè）備發生（shēng）碰殼事故後，接地電流隻（zhī）能通過地（dì）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（dì）電（diàn）流很小，所以IEC和國家標準（zhǔn）都規定了必須（xū）安裝漏電保護裝置RCD。
RCD的（de）原理如（rú）下：

未發生單相（xiàng）接地故障時，三（sān）相電流合並N線電流（liú）後的相量和為零。當發生漏電後，某相電流會增加，並且漏電流經過地網返（fǎn）回電源，則N線電流依然與先（xiān）前一致。於是，零序電流互感器（qì）的磁路中（zhōng）會出現磁通，其測量繞組中當然會出現電流，並驅動檢測和控製部（bù）件使得（dé）前接斷路器執（zhí）行漏電保護動作。
RCD的動作電流可以在（zài）30毫安以（yǐ）下，有效地保護了人身安全。