零線是否帶電?
小弟最近一個強電小問題總是在內心糾結著,關於零線是否帶電的:
實際中單相交流電的零線是不帶電的,用電筆很容易進行判斷,但是如下圖,電燈工作中零火線組成一個閉合迴路,即電流從a點流向b點,然後經過零線------流向大地(理解的對嗎?),如果按照我的理解的話,那麼零線上是有電流的,那麼也就是說那是帶電的,可是現實生活中零線是不帶電的,我鬱悶了....悔恨自己中學物理沒學好啊,請大家幫幫,謝謝哈!
我們先來看看題主的問題:實際中單相交流電的零線是不帶電的,用電筆很容易進行判斷,但是如圖中,電燈工作中零火線組成一個閉合迴路,即電流從a點流向b點,然後經過零線------流向大地(理解的對嗎?),如果按照我的理解的話,那麼零線上是有電流的,那麼也就是說那是帶電的,可是現實生活中零線是不帶電的。
現在,我們一起來分析題主的問題。
==========================1)什麼叫做帶電?我們知道,電筆其實就是一隻帶有限流電阻的氖泡而已。要讓電筆明顯地點亮,則電壓必須要100V以上。因此,電筆的用途只是判斷電路某處的對地電壓高於100V而已。那麼按照題主的定義,只要電路中某處的電壓高於100V,那麼此處就是帶電,否則就是不帶電。我們來看下圖:圖1中,我們看到了兩隻24V的電池,分別帶了兩隻燈HL1和HL2。當然,這兩隻燈的規格是24V的。圖2中,我們看到這個電路與圖1基本類似,不同的只是電池電壓為220V,兩隻燈HL1和HL2的電壓也是220V。
那麼,我們可不可以按照題主的定義說圖1不帶電,圖2帶電?笑!答案當然是否定的:兩個電路都帶電,只不過電壓等級不相同而已。2)關於零電位的電壓參考點題主還有一個誤區,他認為電壓為零就表示此處不帶電。我們來看圖1。圖中兩隻電池中間的線路有一個接參考地的符號。什麼意思呢?表示此處的參考電壓為零。這樣一來,HL1燈的上側電壓為+24V,下側電壓為0V;HL2燈的上側電壓為0V,下側為-24V。同理,圖2中HL1燈的上側電壓為+220V,下側電壓為0V;HL2燈上側電壓為0V,而下側電壓為-220V。這說明一個道理:電壓是相對的,我們可以定義某點為電壓的基準點,由此可以判斷某處的電壓比它處的電壓更高、更低或者相等。至於零電位點,則可根據需求來確定。例如圖1和圖2中我們就把兩個電池的中間定義為零電位的參考點,也可以把上方的24V電源的正極處定義為零電位。在後一種情況下,兩個24V電源的中間處電壓為-24V,而線路的最下端則為-48V。由此可以得出結論:對於零電位點,並不見得流經它的電流一定也等於零!例如圖1和圖2中,如果兩隻燈HL1和HL2的功率不相等,也即它們的電阻不相等,則零電位線中就一定有電流流過。儘管如此,零電位線中的電流並不妨礙它具有零電位參考點的功能。
3)關於配電線路中的工作接地和零線的功能我們來看下圖:在這張圖的左上角,我們看到了電力變壓器的三相低壓側繞組,以及三個繞組的公共點。我們當然知道各相繞組對公共點的電壓是230Vac,而各相繞組之間的電壓則為400Vac。問題是:我們怎麼知道有這樣的電壓關係?回答是:這是因為我們把公共點的電位定義為零電位,也即電壓參考點。同時,我們還把參考點接地,也即和大地接在一起。由此我們得知,原來電力變壓器的公共點接地的目的是:讓三相繞組的公共點也即中性點具有零電位。並且,按照國家標準和規範,我們把變壓器中性點接地叫做工作接地。從中性點引出的線被稱為保護中性線,又叫做零線。我們再看這張圖的中下部和右下部,我們看到有三台電冰箱。如果這三台電冰箱的工作電流完全相等,則零線中的電流為零。知道為什麼?這是一道中學的數學題,如下:
在這裡,三相電流Ia=Ib=Ic,也即三台電冰箱的電流完全相等,Ipen是零線電流。我們看到系統處於平衡態。如此一來,三個電流可以作為公因子提出,裡面就剩下三個相差120度的正弦之和。用三角函數可以證明,它們的和等於零。也就是說,三相不平衡電流與零線電流大小相等,方向相反。當三相電流平衡時,零線電流為零。如果三台電冰箱的電流不相等,也即它們的功率不相等,那麼零線中就會出現零線電流。那麼零線的零電位電壓,也即零線的工作接地的性質,會發生改變嗎?答案是:不會,零線工作接地與零線電流沒有什麼關係。這就是題主第二個問題的答案:零線雖然有電流流過,但用題主的話說:它不帶電。笑!我們已經知道這裡的所謂不帶電的說法是錯誤的。4)零線的第三個功能——保護接地功能假定電冰箱的外殼發生了對相線的碰殼事故,也就是說,電冰箱的外殼帶電。但如果我們把電冰箱的外殼與零線相接,這樣一來,外殼的電壓為零線電壓,雖然零線中將會流過近似等於相線與零線的短路電流!其原因見第2條。這種把用電設備外殼與大地相連接的方法叫做保護接地。由此我們看出,變壓器中性點的接地具有兩種功能,其一是工作接地,其二是保護接地。
這裡有兩個知識點需要注意:第一個知識點:用電設備發生碰殼後,這時的電流被稱為接地故障電流。對於上述這個例子來說,接地故障電流近似等於相對零線的短路電流。凡具有這種特性的接地系統被稱為大電流接地系統。在標準和規範中,TN系統(包括TN-S、TN-C和TN-C-S)都屬於大電流接地系統。第二個知識點:大電流接地系統的線路保護裝置是過電流保護裝置,也即斷路器和熔斷器。5)零線電流是流向大地嗎?這是題主的最後一個問題。從上圖中我們看到,零線中的電流並不是流向大地,而是流向變壓器!也即零線電流是朝著返回電源的方向流動。即使發生了單相接地故障,漏電流流到了地網中,但最後還是要回到電源變壓器中。=================回答完題主的問題後,我給點進一步的知識:
第一,具有零線的配電系統接地形式被稱為TN-C接地系統。它表示變壓器中性點接地,然後把保護中性線引至負載側,再與負載的外露導電部分連接起來。IEC60364《接地系統》的圖如下:仔細看看,此圖和我繪製的圖何其相似。只是要注意到,PEN線在引至負載時,要先接外殼,再引至N線輸入端子。第二,零線千萬不能斷知道為什麼?若PEN線斷了,則斷點的後續部分會因為三相不平衡造成電壓上升,嚴重時甚至會等於相電壓。因此,標準和規範中要求,TN-C接地系統的PEN線要多點接地,防止出現此類事故。對於TN-C-S系統(見下條),例如我們家的總配電箱,我們發現N線是經過開關的,這與零線不能斷似乎有矛盾。其實不然,由於零線在戶外已經再次重複接地,然後分開為N線和PE線,而N線是可以切斷的。所以,我們又得到一個結論:我們絕大多數城市居民家裡的配電系統,一般都是TN-C-S。第三,在實際使用中,TN-C往往在引入最終配電系統時,PEN線再次接地,然後分開為PE線和N線再引入。這樣一來,接地系統就變成TN-C-S
看標準中的圖,如下:=================最後,給題主提個建議:請最好把零線改稱為PEN線,並且要明確:PEN線是否流過電流,與它的工作接地和保護接地性能無關。然後,再給題主出兩道題:第一道題:什麼叫做線路帶電或者用電設備帶電?第二道題:零線的線路阻抗是否會引起電壓降?此電壓降會改變零線的電壓嗎?如果會,應當採取何種措施?若題主回答不出來,沒關係。等評論區有一定數量後,我來修改帖子回答。能說出強電兩個字的人應該把中學物理電學的全部內容都忘記才對,強電的基礎課程是《電路》,不是《中學物理-電》。
用中學的思維看電流的流動方向,那都是直流電,而且是恆壓直流電。火線、零線是交流電想必不用說了,那火線怎麼來的,零線怎麼來的有沒有搞清楚,這些不搞明白說再多,都還是只會把你腦袋搞短路,而且是交流短路,來來回回的燒腦。
帶電,什麼是帶電,這個名詞不解釋清楚,問題永遠答不清楚,如果是帶工頻交流電電壓的話,零線是不會帶的,但如果是形成電流迴路的話,零線就是電力系統的一部分,而且是參考電位,所以,不帶電是因為你也站在這個參考電位上,你的手手腳腳都是零線的電位,當然沒有觸電的情況,所以,有電流就有電壓,但這個電壓和你等電位時,對於你來說就是沒電壓的。通常的末端配電迴路,零線在三相變壓器中性線引出後接地,三相變壓器出線就是三根火線(對地的相電壓220V,三相間的線電壓380V),居民用戶一般用單相,工業用戶用三相。理論上零線對地沒電壓,零線有電流,線路電阻很小,分到的電壓非常小,可以忽略。實際考慮變壓器帶的負載不一定均衡,如果不均衡電流比較大,加上中性線接地電阻,中性點電壓有偏移,零線還是能測到一點很小的電壓的。如果零線斷線,那麼斷點到負載的一側對地是有電壓的,這種情況就比較危險了,所以即使零線一般不帶電壓也不能隨便摸,負載開關也必須裝在火線上。
有電流沒電壓【這個沒電壓意思是基本等於零】電壓加在電器上,零線和大地相連,所以可以看做是零電位
圖中零線和火線流過的是同一個電流,大小也一樣。帶電是一種通俗說法,一般意思是說那個東西上有一定的電壓(相對於人體而言的大於36伏的電壓),帶電說的不是電流。電筆測量的是接觸點的對地電壓,而不是測量其中流過的電流,在負載之後,電壓已經為零,所以測電筆是不會亮的,人接觸負載之後的點也是不會觸電的。因為負載之後的所有線路可以看成與中性點直接連接了,而中性點電壓為零。
火線和零線都連的是變壓器,地線才是連大地。零線的電勢和大地相等,不是連接大地。火線的電勢比零線高220V。零線不是沒有電流,但是你作為一個和大地等勢的物體,你接上去沒有電流。(都是粗略的說法,實際上交流電會比較複雜。)
沒有電勢差(不記得有沒有這個詞了)電流從何談起?因為是零線與地線等勢的,所以零線對站在地上的你來說沒有電(等勢)。如果你站在火線上(不與其它接觸)。用電筆測火線。火線也沒電。如果零線與地線不等勢。你摸零線就是有電的(這種情況經常有,零點漂移)。如果你與大地不等勢。結果就是被自身的靜電電到(乾燥季節指尖放電)。
這樣是不是就理解了,帶電,但你摸上去不會觸電。
有電流與帶電並不是一種概念。
通常說的帶電指的是物體是否帶有電荷。
而接觸帶有電荷的物體會產生電流,所以很多人誤以為存在電流是為帶電。
那可能有人過來打臉
有電是什麼意思?這裡指的是存在高於人體安全限度的電壓~雖然零線接到大地,但題主的理解是不對的,沒有發電那有用電?A、B點都聯到電源點才能形成迴路的,這樣才能點得亮燈泡,零線接地只不過是人為將零線的地電位防為零而已,供電系統中也有很多不接地的。
還有不要以為零線接地的就不帶電了,零線由於有電流的流動,線路一定的電阻,還是存在一定的不平衡電壓,故障時電壓更高也會造成觸電事故的。所以零線也按帶電線路來處理。高考物理老師:同學,這是道送分題啊。【捂臉】
先明確:什麼是「帶電」。題主描述中的「帶電」,應該是用手摸上去,會有電流通過人體。為什麼會有電流流過人體呢?手指和摸的東西之間有「電勢差」。如果電勢差(電壓)很小,那麼就不會「觸電」了。實際上,零線上流動的電流或許很大,但是零線的電勢和大地(人體)差不多,和人體之間不會有太大電壓。
「帶電」指的是帶有電荷。然而電線是不帶有電荷的。對於理想的導線來說只有電流和電勢。零線帶有電流卻對地沒有電勢。
分清電壓和電流很重要
帶沒帶電的本質是,測試物體(電筆、人)和目標物體(各種電線)之間的電勢差,有電勢差才會有電流,才能有「帶電」的表象。一般電勢差的參考點是大地,很多隻說一端電壓的都默認是和大地間的電勢差,這個要搞清楚。總結:帶電是相對的,不是絕對的。
這個可以去看看電路原理關於電力系統三相系統中性點的問題,零線就是裡面的中性線,會有電流流過的情況。
所有你看到的電路圖都是假設的。。。明白嗎樓主
零線是帶電的,這個用高中知識就可以分析出來。火線、零線之間電壓220V,這個電壓將按照電阻比分配到火線、零線以及燈泡上,因為燈泡電阻最大,所以它分的電壓降最大,而零線和火線電阻很小,所以分配的電壓降很小。而零線末端是接在變壓器中性點上,通常中性點是接地的,也就是零線上的電壓相對於地很小,但這個很小要小於50V才是對人安全的。所以具體零線電壓是多少要看燈泡、火線、零線三者電阻比來確定,用電筆測量的話要用電子式的,那個顯示精確,氖泡式的小於一定電壓就測不出來了。現實生活中,因為3相符合不平衡,可能導致零線電壓偏移,這個樓上已經有人分析過了。我見過零線把人電到的,只是疼,沒到危及生病的程度。
精確的表達咱不會。大概說一下「業餘電工」的理解吧。
家庭用電中,比如一個燈泡,會配一個開關,那麼開關應該裝在哪裡呢?火線上。哪根是火線呢?火線就是用電筆一碰會亮的那條。零線正常情況下不會亮。為什麼呢?因為這樣在切斷開關後,對燈泡進行操作是安全的。如果你把開關接在零線上,那麼即使關閉開關後燈泡不亮了,但燈泡仍將隨時保持高電位,很容易一碰就觸電了。所以零線在接通火線的時候是有電流經過的,這時候你去碰它就可能會觸電(因為你所在點和電廠零線電勢未必相同,因此家庭用電還需要有地線)。但切斷和火線的連接後,零線是安全的,而火線依舊危險。電壓基準的不同 零線電壓不一定為0
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