既然交變電流會不斷反向,為什麼家用電還分零火線呢?

高中生初學交流電,盡量說簡單點吧


交流電流的定義是:電流的大小和方向隨著時間周期性地變化。

我們來看下圖:

左邊就是發電機,我們看到它有三個磁極和三個繞組,這三個繞組就是用於產生A、B、C三相電壓的源頭。注意到兩個事實:

1)三相繞組的線頭和線尾的位置是不可變更的。

2)三相繞組的公共端連在一起,構成了公共極,也即三相繞組的中性點,並且還接地。

由第一點我們可以得知:這三個繞組的電壓輸出點對應的三條火線,以及中性點對應的零線位置不可變更。

由第二點我們可以得知,三條火線相對於零線的電壓是220V,但零線電壓因為接地的原因,基本上等於0V。

再看右圖,我們看到了三個繞組輸出的都是正弦波,它們的電壓幅值隨著三相繞組的旋轉,在不斷地改變大小和方向。

儘管三相電壓在不斷地改變幅值和方向,但左圖中的繞組頭尾關係,也即火線和零線的關係,不會受到任何影響。也就是說:火線和零線與電壓是否會改變大小和方向毫無關係。

現在我們來做一些必要的知識擴展:

知識擴展:什麼叫做相線(火線)?什麼叫做PEN線(零線)?什麼叫做PE線和N線?

我們來看下圖。此圖是國際電工委員會制定的國際標準IEC60364里的圖,圖中規定了我們居家配電的接地系統:

看不懂吧?我來解釋一下:

1)接地系統到底有什麼用處呢?它的用途就是保證用電的人身安全!

2)我們看到,圖中左側的三個繞組,它是變壓器或者發電機的三相繞組,其輸出端定義為L1、L2和L3,分別與三相電壓A、B、C對應,也即三條火線。

3)注意到三相繞組具有公共點,且公共點必須先接地,然後以PEN的形式引出。PEN又被稱為零線。

這裡接地的目的是什麼?它的作用是把三相公共點的電壓強制性地限定為地電位,也叫做工作接地。這樣一來,零線的電壓就等於零了。

4)零線的正確名稱叫做PEN線,這裡的PE表示接地線,而N表示中性線的意思。因為PEN線把保護接地和中性線統一在一起了,所以它的正確名稱是保護接地線。

注意看上圖中間的第一個負載。它的外露導電部分接到PEN線上,然後從端子上再引一條線到零線端子上。這說明,對於PEN線而言,它的保護功能優先於中性線功能。這也是PEN線被稱為保護中性線的原因。

由此可見,把PEN線稱為零線很不合適。國家標準GB16895《接地系統》對火線和零線的稱呼完全是否定的。

PEN線在使用時不得斷線,若斷線則其後部的電壓最高會上升到相電壓。這也是IEC和國家標準要求TN-C系統的PEN線要多點接地的原因。具體見下條說明。

5)當PEN引到我們千家萬戶的家門口,並且準備入戶到家裡的配電箱時,PEN必須再次接地,也即圖中從左往右我們看到的第二個接地點。圖中的文字說明是「重複接地」。

這樣做有什麼好處呢,好處是確保PEN線即使中間斷裂了,但入戶後的PEN線(零線)電壓為零。

6)PEN線開始入戶,它被分開為PE線和N線。我們居家的三角插座上,最上方的插頭接PE線,左邊的插頭接L線,右邊的插頭接N線。

由此可見,事實上我們家裡已經沒有零線了,而是保護線PE和中性線N。

注意上圖中最右側的負載,它的外露導電部分直接引到PE線上,而電源則引入三條相線和N線。對於家裝來說,電源引入為相線和N線。

注意這兩個負載的外露導電部分的接地方式,它們分別代表了TN-C系統下和TN-S系統下用電設備外露導電部分的接地措施和方法。

值得注意的是:TN系統下接地電流比較大,因此被稱為大電流接地系統。大電流接地系統中出現單相接地故障時,依靠斷路器(空氣開關)來保護線路。

7)這種接地方式或者接地系統被國際標準和國家標準命名為TN-C-S。它是我們家裝配電系統的主要接地方式。

其中TN-C表示從電源引出的中性線是保護中性線PEN(零線),而後面的S表示入戶後PEN分開為保護線PE和中性線N。

下面這張圖就好理解了,是我繪製的說明圖:

圖中我們看到電力變壓器,還有總開關,以及L1、L2、L3和PEN線,這些都屬於三相四線制的範疇。

注意哦:在IEC60364中,規定配電系統中能被稱為「線」的一定是正常運行時有電流流過的導線。PE線是沒有電流流過的,而N線和PEN線是有電流流過的,因此前者不算「線」,後者才算「線」。

上圖中,我們的居家內是單相兩線制,這裡的「線」指的是相線和N線,PE線可不是「線」哦。

這個概念在我的帖子中被一再說明了,請知友們務必注意。

我們從L3引相線到我們家的配電箱入戶,從PEN線引到居家配電箱外側時,先重複接地,然後分開為N線和PE線,接著就入戶。這樣就構成了我們家裡的單相交流電配電系統,也即單相兩線制。

我們看到,家裡的插座上,相線、N線和PE線都已經接到位,我們就可以放心地安全用電了。

看到這裡,我們再一次發現,不管是火線、零線也好,是相線、N線和PE線也好,與電壓是否周期性地改變大小和方向,真的是一點關係也沒有。

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這個帖子寫完後,沒想到大家的反映如此熱烈。特別是對零線的電壓和電流關係,我們的中學生知友們覺得很迷惑。為此,我專門在此文檔的後部,添加一些內容給大家解惑。

增加內容之一:

零線是三相繞組的公共點,並且它的電壓基本上等於零。

知道為什麼要加上「基本上」這三個字?是因為零線在入戶前接地,使得入戶點的電壓被強制性地拉到地電位,也即零電位。但零線是有電阻的,所以距離接地點越遠,它的電壓也就越高。

當然這裡所指的「越高」其幅值很小。以家裝為例,零線的電阻應當在數十毫歐以內,若流經零線的電流為40A(家裝線路的最大值),零線壓降不會超過0.5V.。

入戶後,由於零線已經分開為N線和PE線,因此真正意義上的零線已經不存在了,接入插座的是N線,也即中性線。

我們來看下圖:

從圖中我們看到入戶的是L3相(紅色),同時入戶的還有PEN線也即零線。

入戶前,PEN線再次接地。注意,這裡的接地其實是接到大樓的接地網扁鋼上,也即MEB。

入戶後,PEN線分開為N線和PE線。從此以後,零線事實上已經不存在了,只有N線和PE線。

我們看到,電源入戶後首先接入2P的主開關,其下為配電箱主母線。從主母線上經由最左邊的第一隻開關,形成照明迴路;中間的帶漏電保護器RCD的是插座開關,其下接入四隻插座。

我們看右側最下方的圖。

這四隻插座從物理位置看,有先後次序。由於導線自身也是有電阻的,因此可以看成是一張網,網上的負載可以理解為是負載電阻R(假定所有負載阻值都相等),而連接導線可以理解為是線路電阻r(假定所有導線電阻均相等),由此構成了一個個的節點。

顯見,越往左,電流就越大,導線的負擔也越重,越容易發熱。

值得注意的是:中性線的左側是接地的,因此中性線的電位始終為零電位。

我們再看左側的電壓和電流波形圖。圖中的電壓和電流為相線L上的波形。

此圖把居家負載看成為阻性負載了,所以電壓波形和電流波形同相位。

假定此刻的時間為0。過了5毫秒後,相線的電壓相對N線到達最大值,為1.414X220=311V。

同時,對於任何一個節點來說,電流也達到最大值。如果插座上的總電流是10A,則左端上部的第一個節點處,流入與流出的電流均為1.414X10=14.14A。

那麼在中性線最左端的第一個節點處,它的電流是多少呢,此處流入和流出的電流也為14.14A。但此節點的電壓為零電位。

注意,此時的電流方向為相線指向N線。

再過5毫秒,相線上的電壓為零,這時的系統電流亦為零。

其後的5毫秒,相線上的電壓為-220V,其最大值為-311V,而電流為-14.14A。說明此時的電流方向為N線指向相線。

再往後5毫秒系統返回初始態。

我們來看下圖:

此圖就是上圖插座電路的等效電路圖。輸入電壓的有效值為220V,我們據此就可以計算出總電流。如果把R的r的具體數值代入,當然就可以得到數值解。

說了一大通,什麼意思呢?

1)我們看到相線和N線,或者相線與零線之間的關係是物理性的位置關係,與電壓或者電流的方向是否為正、為負、為零毫無關係。

2)居家配電系統一旦入戶後,所謂的零線也即PEN已經不存在,存在的只是相線和N線,還有PE線而已。

以上這句話就是給題主的解答吧。

增加內容之二:

問題:對於單相系統的PEN線,當發生斷裂了,不是沒電了嗎?為何有高壓?

答:

對於三相系統,PEN線斷了,但三相的負載還在,PEN線斷裂點後部的電壓由三相負載的平衡度來決定。特別地,當發生單相接地故障時,斷裂點後部的PEN線將直接接到相線,其電壓會升至相電壓。

對於單相系統,當PEN線斷裂後,與相線相接的負載處於開路狀態,PEN線斷裂點的電阻為無窮大,於是相電壓經過負載電阻直接載入到PEN線斷裂點的後部,而PEN線斷裂點前部的電壓仍然為正常的接地零電位,於是PEN線斷裂點兩端的電壓降又是相電壓,儘管此時負載已經停止工作並且工作電流為零。

上圖負載r右側斷點的電壓與電源電壓是一致的,都是220V。

想想電池就知道,我們把一隻電阻接在電池正極,電阻另一端懸空,然後用萬用表去測量電阻的另一端與電池負極之間的電壓,您會發現此電壓就是電池電動勢,也即1.5V。

在這裡,電阻的懸空端與電池負極之間的斷點空間關係與PEN線斷裂點空間關係是完全一致的。

另外,在家裝線路中,有一個原則,就是火線接開關,零線接負載,道理是一樣的。如果我們反過來接,零線接開關,火線接負載,則即使開關打開,但負載會帶電。

這裡的道理和PEN線斷裂後斷點兩端出現高電壓原理一致。

不過,上圖中的電器其實屬於TN-C-S系統。真正的TN-C系統,PEN線首先要接到用電設備的外露導電部分,然後才接到電器的電源零線輸入點。由此可見,TN-C系統對於家裝電路來說,其安全性較差,也很危險。這也是油庫、煤礦等具有爆炸性的場所嚴禁使用TN-C的原因。

也因此,真的很不希望在我們家的配電系統中出現零線,而希望出現N線和PE線。


題主可以這麼理解:好比一個人在跳繩,繩子每次掄到頭頂相當於火線的+220V,掄到腳下相當於火線的-220V,然後問題來了,這兩個220V是相對於哪個高度的呢?顯然是跳繩者的手所在的高度,這個高度就是零線。這麼說其實很不嚴謹,不過也許對理解問題有幫助。


零線電勢始終為零,火線電壓在220V和-220V間變化,電壓又叫做即電勢差,即火線和零線的電勢之差。由於地電壓為零,所以摸零線不會觸電,而火線電壓無論是220V還是-220V摸了都會觸電,因為火線相對於地電壓不為零


就像拉鋸子一樣,鋸子來回動,但動力只有一頭。

火線電壓正時「」電荷,形成正電流;電壓為負時「」電荷,形成負電流


火線的電壓確實時正時負,不斷變化,所以和零線接起有電流,流向也是不斷變化。

零線始終電勢為零,你摸零線始終不會觸電。

摸火線,你就充當了零線,馬上觸電。

打個比方,像飛轉的輪子,輪子外周的點相當於火線,相對圓心的轉圈,位置時上時下,圓心就像零線。你手指摸圓心,沒事,摸外周,馬上擦傷。


火線是變的,零線不變。兩條都變那就是兩條火線,三條都變那就是三條火線(三相電源)。民用的一條變一條不變,所以是一條火線一條零線。


其實分零線,火線和交流電/直流電沒有關係。

所謂分出零線和非零線,就是把地球電勢設為0,並引入到這個電勢系統中去產生出來的。

換句話說,就算你用直流電,它也一定會分出來一根線是零線(被接地的),和火線(不接地)。(當然對直流電,還必須區分正負極,如果把負級規定接地,那麼區分正負極就同時涵蓋了定義零線和火線)

交流輸電線路中,尤其沒有零線的實體線路(架空線上有避雷線,但那個不是用來輸電用的),因為沒必要嗎!(地球就是導體和電路的組成部分)。所以說在交流電送電這個環節中,接地是必須的,以完成迴路。所以零線也就自然而言的在負荷端產生出來了(也就是說零線的另一端是用於插入地球)。

另一個潛在原因是,地球,作為組成系統的部分,通常是繞不開的,尤其我們需要考慮人的安全。那為什麼有的不分零線或者說我們不提零線呢,那是因為電壓太低,對人沒有危險,所以沒必要接地。如果接地不良,就類似於大家對地絕緣,你身上聚集了一定電荷接觸到了其他導體產生的靜電效果,人們很早就發現了產生靜電的現象。


不是反方向,而是電勢高低在改變,零線是基準,貌似


零線為0,火線為+220和-220


主要是因為發電站的原因。

為了讓發電機容易發電,發電站拉出四條線(三條火線+一條零線),把零線接到大地上。

然後把零線和其中一條火線拉到用戶家裡供電

這樣用戶摸零線的時候就不會觸電(即使不觸電也別亂摸)。

如果發電站說:我這隻拉兩條線。。兩條線都不接地。那就真的是「分零火線了。


吶,不能用直流電的角度去理解交流電。

首先明確一點,要有閉合迴路才有電流吧。

對於直流電,如果極性不變,不出意外,當然電流的流向就是「單向」的

但是對於交流電,電流的流動是以正弦波的方式,那我們平常都用有效值去形容交流電的大小。從電廠引出來三相,三根線,經過變電站,到你家樓下的配電箱,可能一相去這個單元,另一相去另外一個單元,再一相去下一個單元。如果負載是平衡的話,損耗相等,那三相是自成迴路的,就不需要中線和零線,也能很好的運行。那你家裡給你一根零線的意義就在於,要是負載不平衡,嚴重一點就是單相接地短路了,說白了就是接入你家的哪一相連到地上了,那另外兩相的電壓會直接變成線電壓值,就是乘了根號3,具體原因你可以不用管,那有了零線之後,可以保證另外兩相的電壓仍然保持原來的相電壓的值。

要是沒有零線,你家家用電器上的電壓突然變成原來的根號3倍。。那後果你可以YY一下~~~~

然後一根地線,地線就是為了保證電器安全啦,你們高中老師估計也有說的,大型帶金屬外殼的家電都有地線,就是為了把外殼的電,用地線導走。

大概是這個意思,估計不太準確。你可以結合前面幾個回答的圖來理解。我就不放圖了。。


火線是三相電路的三條線路,A B C

其次零線是從中心點牽出來的零電勢線路,在三相電路電壓不平衡是起穩定作用。

家用供電是單相供電,由一根火線和零線組成,電壓是220v


額,我以前也疑惑過。題主的意思是不是,為什麼零火線要區分開來,既然是一樣的,直接叫「火一」、「火二」,或著「L1」、「L2」不就好了。

我覺得這應該是考慮到火線是進線,零線是出線,為了接線和檢修方便。你用測線筆測火線是有電的,零線是沒有電的。我們熔斷器也會裝在火線上,有問題把火線斷掉就可以了,一般不會斷零線。

這樣想用「火」、「零」這兩個字眼來表示就比較合理了。


前後沒有因果關係。交流的零火線並不是直流電的正負極。


應該是為了安全考慮吧,雖然說家電接線零火可以隨便對調,但是我們在安裝燈具等開關時為保安全都是將火線接入開關,這樣一來只要開關是保持關閉的,用電器上就沒有電壓,不會發生觸電;如果是將零線接入開關,那麼用電器的電路中就會一直保持電壓(無論開關是開著還是關閉,只要火線有電壓),就有可能出現單向觸電或者漏電等情況。


舉個栗子!

比如從自來水廠接來一個管子(相當於火線)通到你家廁所和廚房(相當於用電設備,當然這裡是用水設備),廢水通過排污管道(相當於零線,應該是N線)排到遠方。你現在要問的問題是管子里的水怎麼運動和污水管的問題。實質上這兩碼事不相干。不管管子里的水怎麼運動(往複運動,跳躍運動),水總是要通過自來水管(火線)經過用水設備(用電器)經下水管道(N線)這麼一個階段!所以你應該是概念不清引起的問題,所幸你提出了問題。


其實我高中那會也有這樣的疑問,後來我終於想通了,原來零線電位是不變的為0,火線的電位一直在變化,一會正一會負,所以才會出現電流方向的變化。

PS:那些說火線電位在-220到+220之間變化的請好好翻翻書,你們真的知道什麼是有效值什麼是最大值嗎


首先請複習一下當年初中的 直流 電壓,電流的定義。

電勢差產生電壓(可沒說只准壓 不準吸),電子的移動產生電流。電子不會憑空產生也不會消失。

分一根零線一根火線幹嗎?

還是用當年高中的思維,經常類比,一般是吧電壓類比成水壓。

直流電是一個負極吐電子,一個正極吸電子。

而家用220v交流電是 火線 以正弦函數的樣子一會兒吐電子一會兒吸電子,而零線配合火線一會兒收一會被發電子。

哪有什麼不同呢?

理論上零線 應該和大地 的電壓差不多,零線是被動的。而火線是主動的,也就是如果你碰火線的話,因為火線 的 電壓而觸電。(摸零線會被麻)

你可能會問火線不是一會正一會負么,(全周期)平均電壓不是0么?那怎麼會觸電?

對這個問題,你看縫衣機針動的時候針的平均位移也是0啊,你把手伸過去試試?


法拉第電磁感應,應該學了吧!導體切割磁感應線,導體兩端產生電勢。教科書上面應該有的。上圖,度娘提供。

圖1

圖2

(圖2標示錯了,沒辦法,手機黨,見諒應該是交流發電機工作原理。)

圖1中,左右擺動AB,電流表指針也會左右擺動,這就是切割磁感應線產生了電流,且是交流電,電流方向在改變,所以電流表指針左右擺動。可以利用右手定律(不知道是不是有這個,反正學的時候是把右手掌平放,讓磁感應線垂直穿過手掌,大拇指指嚮導體運動方向,四指所指方向即為電流方向)確定電流方向。

圖2,最簡單的交流發電機。利用上面的原理可確定電流方向是隨著線圈轉動不斷變化的。

所以交流電是變化的。

家用電有零線和火線,是因為發電站將發電機引出線其中一根稱呼為零線的線直接接在地球上,另外一根稱呼為火線的線就通過輸電線路接到小區附近變電站,變電站再接根線到地球上變成零線後連同火線送入各家各戶。(實際情況不是這樣子的,很複雜。但是地球這個導體是很有用的,可以省掉一根輸電線的。)


沒有接通的時候,零線電勢為0。安全,接通之後,就不安全了,接觸零線是會觸電的


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