電氣7問？

1. 為何分布電容沒使相線間成迴路？

2. 為何設接地電阻?非越小越好？

3. TN-S圖虛線意思？為何PE、N相接，N帶電，PE、殼不也帶電？三相不平N同火線嗎？

4. 直流迴路，電源正極到負載負極有電壓；負載負極到電源負極電流強度一樣電壓0，對嗎？

5. 短接負載兩極，短接電阻越小電流越大負載電流越小；短接電阻0電流無窮大負載電流0，對嗎？

6. 超導體電阻0嗎？加220V電壓燒斷或不變僅中和正負電荷？

7. 電容怎麼電人？指觸兩極會否穿洞？

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1. 為何分布電容沒使相線間成迴路？

回答：

翻開《工業與民用配電設計手冊》，在第九章會發現線路分布電容的計算公式，如下：

利用這個式子我們能計算出分布電容的容抗，同時，我們也可以計算出線路的阻抗。

設分布電容的容抗是Zc，而線路電阻是Rx。我們來看下圖：

從等效原理圖中看到，分布電容的容抗是與負載電阻並聯的。設輸入電壓是U，負載上的電壓是Ufz，我們來簡單計算一下：

Zc與Rfz的並聯電阻： ，注意到這裡的 ，於是Ufz為：

我們發現，分布電容越大，負載電阻Rfz上的電壓Ufz就越低。同時，頻率f越高，負載電阻Rfz上的電壓Ufz就越低。

如果這裡的分布電容是固定電容，我們會發現上述電路屬於低通濾波器。也即頻率越低，電流越容易通過。

我們來看一個實例。我們來看下圖：

按道理，我們把控制按鈕S2按下後，繼電器線圈應當得電閉合才對。但由於分布電容存在，我們來看看分布電容會對繼電器的吸合和釋放產生何種影響。

截面積為2.5mm2的雙芯護套線，其絕緣厚度0.7。由於護套線內部芯線並未絞繞，所以λ=1；εr為5；ψ為0.94；D為3.87mm；r為0.80mm；電纜長度是1.8km。我們來計算此線的電容量：

得到C後，我們把它換算為容抗，即：

繼電器線圈的參數：線圈電阻 ，代入計算感抗的計算式 ，得到繼電器線圈感抗 ，吸合電流為13.7mA。

1800米電纜的電阻 。

因為容抗和感抗合併計算時會出現電壓電流相位偏移，所以要用相量法來計算。我們來求流經分布電容和繼電器線圈的電流Ix：

注意到電角度改變數中有負號，所以它的電壓落後於電流0.51度，也即呈現容性。

雖然控制按鈕S2並未按下，但電纜的分布電容產生的漏電流有30毫安，而且呈現弱容性。我們已經知道中間繼電器的吸合電流是13.7毫安，可見分布電容產生的漏電流足以讓中間繼電器吸合動作。

所以，我們取中間繼電器的吸合電流等於線路分布電容漏電流的1.2～2.0倍，則中間繼電器誤動作問題就可以解決。

通過這個例子我們能夠清晰地看出，分布電容對線路的影響關鍵在於負載電阻和負載電流。負載電阻越小，負載電流就越大，分布電容對它的影響就越小。

對於低壓配電系統來說，電流一般都比較大，線路也不是很長，因此無需考慮分布電容的影響。但對於某些特殊的電纜，例如通信電纜，由於電流小，頻率又較高，我們就需要考慮分布電容的影響。

為了消除分布電容的影響，通信電纜一般採取絞繞的方式來製作，我們把它們稱為雙絞線。雙絞線的鉸接長度按頻率來設計。

2. 為何設接地電阻，非越小越好？

3. TN-S圖虛線意思？為何PE、N相接，N帶電，PE、殼不也帶電？三相不平N同火線嗎？

兩個問題一起回答：

我們來看IEC60364中有關TN-S接地系統的原圖，此圖已經多次出現在我的回答貼中：

要看懂此圖，必須知曉幾個概念。為了讓閱讀者又更深的認識，我對TN-S的原圖未加修改說明。

1.在繪製電氣圖時，把本系統的圖用實線繪製，而把非本系統的圖用虛線繪製。由於接地系統的其本意是強調用電設備的保護接地措施及解法，所以原圖中把電源部分用虛線繪製。

2.低壓的接地系統包括2個部分，其一是系統接地，其二是保護接地。在上圖中，最左下角的就是系統接地，它使得變壓器中性線電位強制性地鉗位到0V。之後，從接地極分開為中性線N和保護線PE。

注意：這條中性線N不叫做零線。零線指的是中性線N與保護線PE合併後的PEN線，也即TN-C接地系統。

我們知道，從電力變壓器到低壓開關櫃中間會有一段母線排或者電纜。為了讓地線PE的零電位不至於改變，我們看到，PE線在開關櫃處或者入戶處再次重複接地。

3.圖中的PE線被引到用電設備處，然後接到用電設備的外殼上。如此一來，用電設備的外殼就被PE線給強制性地接了地。

當用電設備的外殼因為某種原因出現碰殼事故時，相線的電壓載入到PE線上，等效於相線對N線短路，其短路電流很大，用電設備上方的過電流保護裝置將會實施短路保護。

注意：這一點是TN系統的特徵，也因此，我們把TN系統叫做大電流接地系統。大電流接地系統的漏電保護元件是斷路器。

這裡所指的TN系統包括TN-S、TN-C和TN-C-S。

我們來看以下範例圖：

圖中藍色的區域就是開關櫃。我們看到了其中安裝了4極的進線斷路器，還有3極的饋電斷路器。注意到從饋電斷路器出口處引出的電纜是5芯的，它包括三條相線、N線和PE線。

這也是TN-S接地系統敷設成本較高的原因之一。

電纜被引到綠色的二級配電系統。我們看到二級配電系統下用電設備處發生單相接地故障，即L1相與照明負荷的外殼碰殼。接地電流沿著PE線返迴路徑到達到變壓器的中性點並形成迴路。由於接地電流很大（近乎為短路電流）的原因，故障點上游處最近的開關將執行短路保護。

有了這些知識，我來回答題主的第三個問題：

所謂三相不平衡，包括三相電壓不平衡和三相電流不平衡。

我們看到，三相電壓不平衡與N線毫無關係，原因就是N線在變壓器的中性點處工作接地（系統接地），它的電壓被強制性地鉗位在零電位。如果沒有工作接地，則N線電壓必然會上升。

這就是TN系統配套系統接地的根本原因。

當出現三相電流不平衡時，中性線N的匯流排上會出現電流。中性線N上的電流大小與三相不平衡電流相等，但方向相反。

值得注意的是，在TN-S下，我們看到N線只是在中間的重複接地處接地，而N線是具有線路電阻的，因此當N線出現較大電流時，N線也會產生壓降，所以在N線的末端，它的電壓會略微上升。

在標準和規範中，強調TN-C接地系統必須多點接地，所以TN-C接地系統具有抵禦三相不平衡電流的能力，而TN-S接地系統在這方面略遜一籌。

下圖是IEC60364中TN-C接地系統的原圖，供閱讀者參考。

注意到圖中的N線和PE線合併為PEN零線，並且在規範和標準中強調PEN線必須多點重複接地，目的是防止零線斷裂。同時，也規定了TN-C接地系統嚴禁使用四極開關。

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多說幾句：

接地的意義在於為電氣裝置的外殼建立零電位，以實現人身安全防護。

記得我還在旺點電氣網站當技術探討版塊的版主時，有一次與某一位旺友討論接地電阻的問題。這位旺友問了一個問題：我們都知道接地電阻越小越好，但我們如何測量接地電阻？事實上，我們只能從兩個接地點來測量它們之間的接地電阻。

接地電阻包括兩個部分，其一是接地極電阻，其二是地網電阻。

所以，我們測量接地電阻只能從兩頭測量，也即從變壓器中性點接地極測量到用電設備的接地極之間的電阻。顯見，此電阻是包括接地極電阻和地網電阻在內的。

低壓配電設計規範規定，此接地電阻不得大於4歐。在實際工程中，一般規定接地極的電阻不得大於0.8歐。

實際做接地時，由於技術條件的原因，接地極的電阻往往大於0.8歐，但不會超過4歐。

當發生單相接地故障時，用電設備外殼的保護接地接地極會流過很大的接地故障電流，併產生電壓。IEC60364規定，此電壓不得超過50V安全電壓的水平。所以，在設計漏電保護器等裝置時，把50V安全電壓作為一個很重要的測量指標。

注意，不要把配電安全電壓36V與這裡的漏電保護安全電壓50V弄混。36V安全電壓的國際標準是IEC60038《標準電壓》所規定的，對應的國家標準是GB156。而接地系統的標準是IEC60364和國家標準GB16895。

注意：由於地網電阻較大，當用電設備處發生單相接地故障時，故障電流可能會較小，不足以讓前接斷路器動作。所以TN系統用一條導線來連接系統接地與保護接地。如此一來，故障電流被放大了，線路中的開關也能夠實現保護操作了。

如果不採用TN系統，則必須採用漏電開關來測量漏電流，且接地系統屬於TT。下圖時TT的標準圖，來自IEC60364：

在TT系統中，我們看到用電設備的外殼就地直接接地，叫做保護接地。接地電流通過地網返回變壓器。

我們再看範例圖。圖中右下角藍色的區塊就屬於TN-S下的TT接地系統，它的外殼直接接地。

當發生單相接地故障時，故障電流經過地網返回變壓器。為了測量故障電流，我們看到系統中配套了漏電保護裝置RCD。當RCD測量出漏電流後，利用操作機構驅動前接斷路器執行保護跳閘操作。

5. 短接負載兩極，短接電阻越小電流越大負載電流越小；短接電阻0電流無窮大負載電流0，對嗎？

回答：

預備知識：

我們來看下圖，此圖是我用MATLAB繪製的有關短路電流的變化過程：

當在時刻零之前，電路一切都正常。在時刻零發生了短路，也即題主所說的把負載兩端強制性地短路在一起。

注意：短路線路是有線路電阻和線路電感的。這裡的線路電阻，指的是從變壓器出口處一直到短路點的線路電阻，而電感則主要是指變壓器繞組的電感量。

設：短路點的電阻為R，電源及變壓器的電阻為r，當發生短路時，兩者是串聯關係。我們再設電源電壓為U，於是短路點的電壓Ux為：

一般地，供電規範中規定，電源的內阻必須小於用戶處短路阻抗的1/50。若我們讓r=R/50，代入上式，得到：

也就是說，當負載側發生了短路後，電源側的電壓基本不變。也因此，我們把此配電系統叫做無限大容量配電系統。

我們日常所見的都是准無限大容量配電系統。這裡用到「准」字，是因為低壓配電網的能量不是非常大，當發生短路時，電壓會有一定程度的下降。一般地，當出現深沉短路（也即任何保護裝置都不動作）時，在電源側電壓會下降到額定電壓的50%，而用電側會下降到額定電壓的15%。

當發生短路後，由於短路點的電阻很小，而電壓基本不變，因此會產生短路電流的交流分量。同時，變壓器電感存儲的能力也會放電，它形成了短路電流的直流分量。兩者在短路後10毫秒達到最大值，就是Ipk，又叫做衝擊短路電流峰值。

此後，直流分量衰減完畢，系統中只剩下短路電流的周期分量Ik。

實用計算時，Ik等於變壓器額定電流與阻抗電壓的比值。

例如變壓器的容量是1000kVA，它的額定電流是1443A，阻抗電壓為0.06，於是短路電流為24kA。

現在回答題主的問題：短接負載兩極，短接電阻越小電流越大負載電流越小；短接電阻0電流無窮大負載電流0？

請題主理解，當發生短路時，極小的短路點電阻與負載電阻是並聯的。

我們知道，2隻並聯電阻的電壓是相等的。由於短路點電阻的阻值很小，一般為負載電阻的10%以下，所以短路點的電壓是由短路點電阻來決定的。

我們設Rfz=10r，短路電流為Ik，我們來看看有無負載電阻時，短路電流在r上產生的電壓有何不同：

沒有負載時，

有負載時，

我們看到，負載的存在與否，對於短路點終端的電壓來說，所起的作用連零頭的零頭都不到。因此，當發生了短路後，負載電阻可以忽略不計。

注意：我們在討論中使用的短路電流是Ik，也即短路電流的穩態值或者最終值。

現在，我們來考慮問題的延伸：

如果導線充分長，也即導線電阻Rx很大。由於Rx的值會影響到短路電流，以至於當導線終端短路後，其短路電流也不會比運行電流增加多少。在這種情況下，配電系統也有定義，它也屬於無限大容量配電系統。但這種系統一般不會出現在正常狀態中。顯見，題主的這個問題對於上述這種無限大容量系統來說，情況也是類似的。

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4. 直流迴路，電源正極到負載負極有電壓；負載負極到電源負極電流強度一樣電壓0，對嗎？

回答：不知何意。是文字遊戲？

6. 超導體電阻0嗎？加220V電壓燒斷或不變僅中和正負電荷？

回答：在我們日常的配電系統中，根本就沒有所謂額超導體。在我們可以看見的未來，估計超導技術要用到日常配電中，應當是不可能的。

因此，這個問題毫無意義。

7. 電容怎麼電人？指觸兩極會否穿洞？

回答：若電容上充入的電壓足夠高，當然會電人。

事實上，我用若干電容和自激多諧振蕩器組成過電容升壓電路。升壓電路的電源就是普通乾電池，結果我被電路末端的高電壓給狠狠電到了。可見，只要電容上的電壓足夠高，是會電人的。只不過它的能量很小，對人只是震撼而已，並不會出現生命危險。

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利用周五的部分時間，再加上周六的清晨時光，這篇回答貼寫到這裡應當結束了。

突然發現，題主應當不是本專業人士，其電學的基礎知識還停留在中學水平。我拿大三以上的專業課基礎知識和電氣工程師的基本技能來和中學生探討問題，估計會遠遠超過題主的理解範疇。

若題主不能理解，當然也包括部分讀者在內，則把此番回答當成領略電氣知識的論證過程吧。我們從各種推導過程中可以看出，數學的推演是十分重要的。

儘管在這裡並沒有多少了不起的數學推演過程，而且完全是初等的，但我們看到了電氣基本概念的表述以及推演過程。相信，題主從這些推演過程中一定會學習到若干知識。

另外，給題主提個醒：在探討物理過程時，我們可以使用類似理想、無窮大、零、超導體等等術語。但在技術領域探討問題時，這些辭彙必須完全拋棄。在工程領域，一切都必須要有指標，要有國際標準和國家標準作為參照，並且配套嚴格的論證過程來闡述問題。

這也是物理專業與電氣專業的學習方法和論證方法本質不同之所在。

最後，拿ABB的一句口號送給大家。這句口號是：知識就是力量！

謝謝大家！

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1. 為何分布電容沒使相線間成迴路？

其實是形成迴路了，只不過電容太小，電流很小

記得張工以前講過，用2000米長的電纜去控制一個繼電器會有什麼現象，結果就是容性電流達到了繼電器的保持電流，開關斷開後繼電器也不釋放

4. 直流迴路，電源正極到負載負極有電壓；負載負極到電源負極電流強度一樣電壓0，對嗎？

不對，線路有電阻，就有電壓降，只不過此電壓很低罷了。

如果設備功率較大、導線較細，負載就很可能因為電壓不足而不能正常工作

工作中也遇到過這種問題，300米2.5平方電線接了一台220V直流焊機，焊機雖然能起弧但無法正常焊接（雖然此處包含了感抗）

7. 電容怎麼電人？指觸兩極會否穿洞？

電容儲能後可以看作直流電源，人體觸摸電容兩極後，電流流過人體導致觸電。

電壓足夠高、電流足夠大，就能夠產生足夠的熱量，燒壞手指不是事兒。。。

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1. 為何分布電容沒使相線間成迴路？

難道沒有構成迴路？會造成一定漏電，極間比較近的時候很顯著。

2. 為何設接地電阻?非越小越好？

有誰存心設置個接地電阻嗎？？

3. TN-S圖虛線意思？為何PE、N相接，N帶電，PE、殼不也帶電？三相不平N同火線嗎？

N和PE在外面連接，N有電流所以在導線上有一定壓降，PE上沒有電流（或極小），所以在零電位（無故障的情況下）。

N同火線是什麼意思？N怎麼能同火線呢？

4. 直流迴路，電源正極到負載負極有電壓；負載負極到電源負極電流強度一樣電壓0，對嗎？

電壓≠0，除非負載負極到電源負極間是超導體，否則有電流就有壓降。

5. 短接負載兩極，短接電阻越小電流越大負載電流越小；短接電阻0電流無窮大負載電流0，對嗎？

對，參考兩電阻並連。

6. 超導體電阻0嗎？加220V電壓燒斷或不變僅中和正負電荷？

印象中看別人說那個是真的0。

7. 電容怎麼電人？指觸兩極會否穿洞？

這NM都什麼問題。。。

人體是電阻咱們稱之為R，電容是C，你能想像到的電壓源接RC串聯，或者C儲存了一些能量並上R，這樣也有電流流過。

以RC並連這種思路去想，C考慮為電壓源，能量足夠的情況下地球都能炸了何況人穿個洞。

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1. 為何分布電容沒使相線間成迴路？

答：誰說沒有形成迴路的，只不過電流非常小。

2. 為何設接地電阻?非越小越好？

答：接地一般分為保護接地與工作接地，保護接地的目的是為了使人可接觸到金屬與大地的電位盡量相等，降低電擊的風險。保護接地的接地電阻不是設出來的，要求接地電阻越小越好，一般設置接地極的時候不可能使接地電阻等於零，一般規範限制接地電阻不大於1歐姆，越小越好。而工作接地目的是要定義一個0電位，有很多場合都不真正接地。比如電子線路中接了外殼就是工作接地了，還有三相線路中性點不接地系統，當發生接地故障時候，系統還能帶故障運行。所以你所問的接地電阻應該是工作接地，保護接地肯定是越小越好，一般工作接地與保護接地聯合設置，也有分開設置，有時候設置一定阻值的工作接地電阻，是為了限制接地故障時短路電流的大小。

3. TN-S圖虛線意思？為何PE、N相接，N帶電，PE、殼不也帶電？三相不平N同火線嗎？

答：抱歉沒有看到你所說的圖。猜測你問N線與PE線的關係，TN-S系統中N線直接接地一般是不帶電的，但是由於三相不平衡或者短路故障，N線上流過較大的電流，因為線路本身存在阻抗，可能會帶對人有一定危害的電（我們這裡所說的帶電，嚴謹的來講是指N線上某一點的電位與大地的零電位存在對人體有危險的電位差，與線路本身流過多大的電流無關。）。PE線就安全很多，因為PE線直接在接地點就與N線分開了，正常情況下沒有電流流過。但是如果發生接地故障，PE有時也會流過較大的電流，但是TN-S系統有個要求，PE線需要重複接地，再加上等電位接地，所以觸電的可能基本消除了。

4. 直流迴路，電源正極到負載負極有電壓；負載負極到電源負極電流強度一樣電壓0，對嗎？

答：如果忽略線路的電阻，可以說是的。

5. 短接負載兩極，短接電阻越小電流越大負載電流越小；短接電阻0電流無窮大負載電流0，對嗎？

答：如果電源沒有內阻，是理想電壓源，可以說是這樣的。但是現實是不會有理想元器件的，不可能發生這樣的情況。

6. 超導體電阻0嗎？加220V電壓燒斷或不變僅中和正負電荷？

答：看不懂問題。。。。超導超出我的知識範圍了。超導體應該就是一段沒有電阻的導體了。我想問下，超導體是真的電阻為零，還是電阻很小很小，但還是有一個值的。請懂這方面的回答我一下吧。。。

7. 電容怎麼電人？指觸兩極會否穿洞？

答：電容里含有能量的，電容的電壓超過人體安全極限，那就電人了呀。電容可以看成電壓隨著電量線性變化的電源的。

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