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地线和零线的区别和作用(分析那它们可以互换使用吗)

我前阵子在一个短视频的评论区,看到有位粉丝问了这样一个问题:既然零线和地线都接地,那它们可以互相替代使用吗? 显然,稍微想一下都知道答案是“不能”。若零线和地线可以替代使用,三角插座(插头)就没有存在的必要、设备金属外壳也无需做额外的接地……

地线和零线的区别和作用(分析那它们可以互换使用吗)(图1)
那么,零线和地线为什么不能互相替代使用?对于这个问题,希望看完这篇文章的你,能给出一份完美的答案。

一个最基本的三相电路,由三相电源、三相负载以及连接电源与负载的三相线路组成,如下图1-1所示。

其中三相电源一般是发电机或变压器的三相绕组,这3个绕组可以对外输出电压,即它们和电池一样都是电压源。

3个电压源正极性端子A、B、C向外引出的导线称为端线,这其实就是前文的“三相线路”,也是我们日常所说的相线,俗称火线。

另外,三相负载可以是一个整体是三相设备,也可以由连接不同相线的单相设备组成。

图1-1

不管是三相电源或是三相负载,它们都有两种联结方式,如图1-1所示的三相电路中,三相电源为星形联结,三相负载为三角形联结。在星形联结中有一个公共点,称为中性点,如变压器中性点,中线点引出的导线,称为中性线(N线),如下图1-2所示。

图1-2

图1-2所示的三相电路为Y—Y连接方式,即电源与负载均为星形联结。也只有在Y—Y连接方式下,才会有两个中性点可以连接中性线。在三根相线的基础上增加一条中性线,称为三相四线制。

知道了中性线,那么,零线和中性线又是怎么回事呢?很简单,当中性点接地时,我们就可以称之为零点,此时的中性线也就是我们日常所说的零线。换言之,中性线(点)是否能称为零线(点)的关键在于接地。若接地,中性线和零线之间可以直接划等号,即两者是同一回事。

另外,在我国,对低压380/220V的三相四线制电网,中性点是直接接地的,所以对于中性线,我们都是以零线称之,显然,这没有任何问题。

零线的作用主要是给单相设备提供回路,即一根火线(即相线)与零线可以形成完整的单相回路,如下图1-3所示,此时的零线是从总零线上引出。火线可以是三相线中的任一相,例如对于同一台配电变压器,甲户家庭接的是A相,乙户接的是B相……

图1-3

显然,单相设备通过火线与零线形成回路而工作,即零线应用于工作回路,在设备正常工作时会流过工作电流。且一个三相四线制电网,不管是零线或相线,都可以引出多根分接线,形成多个单相回路。

虽然零线有电流,但由于零线的出发点(零点)直接接地,所以零线的对地点位保持在0V,或者说,零线没有对地电压,当然,这是基于系统正常运行的情况下。

若系统发生故障,例如零线断线、设备漏电等,零线的电压就不一定为0V了。举一个最简单的例子,如下图1-4所示,当单相回路中的零线断线,负载没有电流流过,其两端也就不会产生电压,此时与负载相连的零线段就会带有220V电压,很危险。另外,在三相四线制电网中,若三相不平衡,总零线也会流过不平衡电流。

图1-4

总而言之,零线是带有一定危险性的,即使它接地,没有对地电压,我们也不能随便触碰。

然而,地线也是接地的,它和零线的区别又在哪里呢?

地线,即保护地线(PE线),区别于零线,作保护用。地线的接地点可以与零线一样,直接从变压器中性点引出,也可以单独接地,甚至可以重复接地。

当地线的接地点直接从变压器中性点引出时,它甚至可以和零线共用,即零线亦是地线,这也就是我们常说的TN-C系统,如下图1-5所示。但要注意的一点是,此时的零线是指总零线,而不是应用于单相回路的分接零线。

图1-5

地线的一端直接接地,另一端一般接在设备的金属外壳上,或者接在可能产生对地电压造成触电事故的金属物上,如电机外壳、配电柜柜体等,将金属外壳的电位“锁死”在0V,或者将漏电电流直接引流到大地。

例如电动机外壳一般为金属,当内部绕组因绝缘损坏或其他原因,导致金属外壳产生对地电压,若此时有人触碰到外壳,外壳就会通过人对大地放电,是人员造成触电事故。若电机外壳接地,那么,即使外壳带电,也可直接通过地线导入大地,避免了人为的触电事故。

综上,零线和地线的区别可以概括为以下内容:

从接线原理上而言,零线一端接地,另一端接设备的导电部分,正常工作时有电流流过;而地线一端接地,另一端接设备金属外壳,正常工作时没有电压与电流。

从导线线径上而言,零线线径一般比地线大,在单相回路中与火线线径一致,在三相回路中可以小于相线。

从导线颜色上而言,零线一般采用蓝色,而地线采用黄绿双色。

从接地性质上而言,零线的接地是为了保证电力系统的正常工作,所以称为工作接地,而地线的接地是为了保护人身安全,所以称为保护接地。

知道了零线和地线后,我们回顾前文的问题:零线和地线是否可以互相替代?

举一个简单的例子,在一些小区的高层楼宇,地线的接地很多是直接接在钢筋上,若某户将地线当零线用,那么地线就会流过负载电流,并通过接地点(钢筋)导向大地,而一栋楼内部的钢筋是相互连通,这就会造成楼层内部大面积带电,其他户的地线也可能会带电,非常危险!

总之,地线和零线绝对不能混用,一定要区分清楚,安全用电,不仅是对自身安全的负责,也是对他人安全的负责!

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