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接地系统详解,值得收藏!
2017-09-13 09:07:54  作者:  来源:电气工程师  
  •   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?
    关键字: 接地系统

  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?

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  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:

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  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。

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  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:

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  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:

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  可以看出,如果UA、UB和UC各不相同,则三相电压就不平衡,保护性中性线电压UN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:

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  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:

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  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:

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  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%。

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  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。

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