关于电流的哪些事之二：到底什么是火线、零线和地线？漏电的电流去了哪里？

通过上一期的《关于电流的那些事》讨论我们知道了电流的传播速度并不是导体中自由电荷的定向移动速度，而是在电场力驱动下电场能的传播速度，电流的实质是电场能的传播，也大致讨论了电流的微观计算公式。今天我们接着讨论一下平时经常说的火线，零线，地线到底是什么？零线和地线是通的么？零线上有电流，有电压么？真的有三相五线制电路吗？漏电的电流去哪里了？会把导体中的电荷全部都流走么？假如一根电线落在地上会有电流产生吗？一、火线、零线和地线在规范和标准中存在吗？在我们大部分人的认知里，火线和零线或许是对应我们日常单相电路中除地线外的两根线，但是实际上并不是这样。

图1 照明电路中零线、火线和地线其实火线或零线的说法是早期引用前苏联的一些标准，主要是针对TNC系统来说的。现在更多的存在于我们日常口头语中。目前我们国家的电气标准已经与IEC（国际电工委员会，International Electrotechnical Commission，简称IEC）标准接轨，在正规的的规范、标准或教材中已经基本看不到火线、零线的说法了。取而代之的是相导体（L1、L2、L3或A、B、C）、中性导体（N，neutral point，中性点的首字母）、保护接地导体（PE，protecting earthing，保护接地首字母缩写）、合并的保护和中性导体（PEN）等。这里我们可以看一下《低压电气装置 第1部分：基本原则、一般特性评估和定义》（GB/T 16895.1-2008）里的规定。

图2 GB/T 16895.1-2008标准封面规范的13.2.2明确了各类导体。

图3 标准中对导体的定义下面我们简单说一下标准中的关于交流电路中几个系统接地型式。即TNS系统、TNC系统、TT系统、IT系统。标准312.2条：

图4 标准中对接地型式的描述我们重点介绍目前最常用的TNS系统，即T：电源侧系统在中性点接地，N：负荷侧外露可导电部分与电源侧中性点连接，S：中性导体与保护导体相互分离，在负荷侧是单独的两根导体。其原理图如下。

图5 标准中TNS系统原理图这也就是我们常见的通俗意义上说的三相五线制电路。但实际上按照上述标准的约定，当我们说几相几线制时只有系统正常运行状态下载流导体才能称作线，也就是正常运行时有电流流过的导体才能叫线。实际上上述电路中，正常运行时PE导体上是没有电流的，也就不能叫线。也就是说标准中根本没有三相五线制电路，上述电路只能叫三相四线制。根据早期我国引用前苏联的说法，也只有N线和PE线合并时，即TNC系统（目前不常用，我们不再进行讨论）中，PEN线才叫零线，其他接地系统电路中是不存在零线一说的。但无奈我们大多数人都没有真正搞清楚零线和三相五线制的错误，并带到了日常工作中，后面的讨论，我们也按通俗的说法来讨论。 上图TNS系统中，左侧是电源侧，右侧是负荷侧。L1、L2、L3就是我们交流电的三根相线，即相导体；N是中性线，即中性导体；PE是保护线，即保护导体。我们可以看到系统在电源侧中性点进行了接地，在负荷侧保护线进行了重复接地，负荷侧的外露可导电部分与保护线连接。我们通俗上一般称L1、L2、L3为火线，N为零线，PE为地线。以上是TNS系统的原理图，下面我们看一个更贴近我们生活实际的TNS系统电路示意图，将三相（380V）用电设备和单相（220V）用电设备一起在电路中表达。

图6 更贴近实际的TNS系统示意图我们的电源即变压器低压侧，它的中性点接地，从接地后的中性点单独分出中性线和保护线两根独立的导体。三相用电设备接三个相线L1、L2、L3和保护线PE；单相用电设备接一根相线和中性线、保护线。二、零线和地线相通吗？有没有电流和电压？通过以上的分析，我们基本了解了常见TNS系统的电路情况。在我们日常处理电路的问题中，最多的就是因漏电发生的跳闸问题。规范要求中性线N和保护线PE自接地的中性点分开后就再不能相连，是因为TNS系统中必须安装剩余电流保护装置来保护用电安全。如果在负荷侧零线和地线接通，那么剩余电流保护装置就会因为进出电流不相等做出断电的保护动作，也就是俗称的跳闸。那零线和地线相通吗？有没有电流和电压？其实从原理图上可以看出中性线（通俗上的零线）和保护线（通俗上的地线）是相通的，除非我们在单相电路中选用了2P开关，在三相电路选用了3P开关，在开关连接中把零线断开了。在单相电路中，1P开关只能断开火线，2P开关可以同时断开火线和零线。在三相电路中3P开关只能断开三根火线，不断零线；4P开关可以同时断开三根火线和零线，详见下图。系统正常运行时，中性线在单相用电回路中构成单相电路从电源到负载再到电源的闭合回路，即载有工作电流；在三相负载电路中只有三相不平衡时中性线中才有电流，三相平衡的情况下是没有电流的，对地几乎没有电压。正常运行时，保护线上没有电流，对地也没有电压，只有当发生漏电时才有电流流经保护线。

图7 不同开关的零线通断情况示意三、漏电的电流去哪里了？我们知道在TNS系统中，若用电设备外露可导电的外壳故障带电，电流会通过与外壳相连的PE线（地线）返回到电源侧接地的中性点，漏电电流路径详见下图。同时系统中的电路保护装置会动作，切断电路，以防止在外壳带电的情况下人体误触碰发生触电事故。

图8 L1相漏电电流路径示意图如上图所示，假如左侧用电设备L1相漏电导致其外壳带电，因为PE线的电阻较人体和大地间的电阻要小，所以基本上漏电电流全部会通过PE线返回到电源。也就是说其漏电时的电路等效于L1相与PE线短路，同时系统中的短路保护装置会立即动作切断电路进行保护。那如果我们再假设某相电线直接接地，电流又会流向哪里呢？

图9 高压线直接落地的跨步电压 如上图所示，电线与地直接接触，我们认为大地是一个良好的导体，可以认为是个无穷大的电容，并人为将其电势规定为0。因此电线直接落到地上后电流会流入大地中，并在落地点形成危险的跨步电压。流经大地的电流会增加大地的电势，因为大地相对于漏电电流来说几乎可以忽略不计，因此其电势依然为0，电流最终会在大地中消散掉，从能量转换的角度看，最终转化为大地的热能。这里就要回忆一下我们上期《关于电流的那些事》提到的，电流传播的本质并不是自由电荷的流动，因为产生电流时导体中自由电荷移动的速度是很慢的，可以认为是在10-5m/s的量级，电流的传播实质是电场能的传播。因此也不会发生某相电线接地漏电后导体中的自由电子会大量减少的情况。即使把漏电时间放大到无穷大，自由电子会流向大地，但也同时会在电源中性点的接地处从大地重新流回系统，保持自动平衡。至此，电流的问题我们就讨论完了，还有哪些关于电流或者其他方面的问题欢迎关注并在评论区留言讨论。图片来源于网络，如有侵权请联系删除。往期回顾： 住宅的入户门该开向哪个方向？ 关于质量保修期的那些事 住宅的窗户该怎么开？ 矿物绝缘电缆的真假美猴王 谁用谁知道：扒一扒珍藏的几个常用软件 家里的瓷砖选对了么？一文读懂瓷砖种种 简单扒一扒阿富汗与塔利班的故事 再议质量保修期那些事 石材返碱是怎么回事？ 水性漆和油性漆到底该怎么选？ 关于电流的那些事

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