為什么回路電流走零線不走地線而漏電流走地線不走零線?

發(fā)布時(shí)間:2024-03-17
能不能形成電流,取決于兩個(gè)條件,一個(gè)是存在電壓,另外一個(gè)是有回路。至于線路流過電流的大小,則取決于線路的阻抗大小。所以只要條件滿足,并沒有”回路電流走零線不走電線,漏電電流走地線不走零線“的說法。零線pen本身就是地線(pe)+中性線(n)的合體,零線里邊含有地線,零線是變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)引出的線路。與相線構(gòu)成回路對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行供電,通常情況下,零線在變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)處與地線重復(fù)接地,起到雙重保護(hù)作用。下邊從零線地線的概念來分析
注意到圖1中還未出現(xiàn)零線,只有三條相線l1/l2/l3,以及三條相線的中性線n。三條相線對(duì)n線的電壓均為220v,相線之間的電壓則為380v。
我們知道,交流電壓的表達(dá)式為: u=sqrt 2 usin(wt) ,而交流電流的表達(dá)式為: i=sqrt 2 isin(wt) 。
注意到一個(gè)事實(shí),當(dāng)三相平衡時(shí),中性線總線上的電壓和電流有如下特性:
u_n=sqrt 2 u_asin(wt)+sqrt 2 u_bsin(wt+120)+sqrt 2 u_csin(wt+240)=0
在圖1中,具有此特性的只有標(biāo)注了n字樣的中性線總線,而中性線支線是不具有此特性的。
對(duì)于中性線支線來說,流過中性線的電流與相線電流大小相等方向相反。
我們?cè)賮砜磮D1。圖1中的中性線發(fā)生了斷裂,于是在斷裂點(diǎn)的前方,中性線的電壓依舊為零,但斷裂點(diǎn)的后方若三相平衡時(shí),它的電壓為零;但若三相不平衡,則斷裂點(diǎn)后方的中性線電壓會(huì)上升,最高會(huì)升到相電壓。
事實(shí)上,我們發(fā)現(xiàn),只要三相不平衡,盡管中性線并未斷裂,但中性線的電壓也會(huì)上升。
我們看圖2和圖3:
圖2中,在變壓器的中性點(diǎn)做了接地,此接地在國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中,被稱為系統(tǒng)接地。注意,這里的接地符號(hào)是接大地的意思。
系統(tǒng)接地的意義有兩個(gè):
第一個(gè)意義:系統(tǒng)接地使得變壓器的中性線的電位被強(qiáng)制性地鉗制在大地的零點(diǎn)位;
第二個(gè)意義:給系統(tǒng)的接地電流提供了一條通道;
值得注意的是:圖2中的n線因?yàn)橛辛斯ぷ鹘拥兀运姆?hào)也變了,變成pen,也就是題主主題中的零線。
零線,它的準(zhǔn)確名稱是保護(hù)中性線。在這里,保護(hù)優(yōu)先于中性線功能。
通過前面的論述我們已經(jīng)知道,若零線斷裂,由于零線具有中性線功能,所以斷裂點(diǎn)后部的零線電壓可能會(huì)上升。
事實(shí)上,零線斷裂點(diǎn)后部的由電壓完全由下式?jīng)Q定:
u_n=sqrt 2 u_asin(wt)+sqrt 2 u_bsin(wt+120)+sqrt 2 u_csin(wt+240)
可以看出,如果u_a、u_b和 u_c各不相同,則三相電壓就不平衡,零線電壓u_n當(dāng)然也不等于零。
同理,我們可以看到零線斷裂點(diǎn)后部的電流也與三相不平衡有關(guān)。
再看圖3,我們發(fā)現(xiàn)零線pen中采取多點(diǎn)接地的方法,以避免出現(xiàn)零線斷裂點(diǎn)后部電壓上升的情況。
注意哦,圖2對(duì)應(yīng)的接地系統(tǒng)叫做tn-c,而圖3對(duì)應(yīng)的接地系統(tǒng)叫做tn-c-s。
我們來看圖4:
圖4中,變壓器中性點(diǎn)接地,而用電設(shè)備的外殼直接接地。
正常運(yùn)行時(shí),我們看到,用電設(shè)備的外殼根本就不會(huì)有任何電流流過。
現(xiàn)在,我們來分析l3相對(duì)用電設(shè)備的外殼發(fā)生碰殼事故的情況。
我們首先遇見的是外殼接地電阻有多大這個(gè)基礎(chǔ)參數(shù)。在國家標(biāo)準(zhǔn)gb50054《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中,把外殼接地后的電阻以及地網(wǎng)電阻合并叫做接地極電阻,并規(guī)定它的值不得大于4歐。但在工程上,一般認(rèn)為接地極電阻為0.8歐。
其次,我們需要知道零線電纜的電阻是多少。這個(gè)值可以根據(jù)具體線路參數(shù)來考慮。方便起見,不妨先規(guī)定這條零線電纜的長度是100米,電纜芯線截面是16平方毫米,它的工作溫度是30攝氏度,則它的電阻為:
有了這兩個(gè)數(shù)據(jù),我們就可以來進(jìn)行實(shí)際計(jì)算了。
我們看圖4的下圖,我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)l3相對(duì)用電設(shè)備的外殼短路時(shí),零線中有電流流過,地網(wǎng)中也有電流流過。
注意到零線電阻和地網(wǎng)電阻其實(shí)是并聯(lián)的,按照中學(xué)的電學(xué)物理知識(shí),我們知道并聯(lián)電路的
電流與電阻的阻值成反比,也即:由此推得:
由式1我們看到,地網(wǎng)電流與零線電阻和地網(wǎng)電阻的比值有關(guān)。我們把接地極電阻按4歐取值,把具體參數(shù)代入,得到地網(wǎng)電流為:
也就是說,地網(wǎng)電流只相當(dāng)于零線電流的3%~15%而已!我們?nèi)橹虚g值,則地網(wǎng)電流只有零線電流的6%。
所以三相平衡時(shí)候,無論零線,地線都沒有電流的,當(dāng)有漏電產(chǎn)生時(shí)候,零線流過的電流遠(yuǎn)大于負(fù)載這邊所謂接地線的電流。
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