如何詳細解釋零線的工作原理？

為什麼零線在三相平衡時不帶電，不平衡時帶電，零線的粗細選擇是依據什麼條件

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發現知乎上總有類似問題，可見對於如此基礎的知識，確實很多人不甚了了。猜想，是因為大多數知友們都非本專業人士所致。既然如此，我來給大家科普一下。

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第一，粗略地了解一下直流電與交流電的不同之處

我們來看下圖：

圖1的是直流電。我們看到圖1中有電池電動勢E1，有電源內阻r，有外電阻也即負載電阻R，當然還有路端電壓U。

對於圖1而言，有如下關係：

，

現在我們再來看圖2。圖2的電路基本上和圖1類似，只是它的電源換成交流電源E2。那麼上述關係是否存在？答案是肯定的。圖2電路中有如下關係：

不過，這裡的U和E2都要用交流電的有效值來表徵。

上式中，我在符號的右上方加上了波浪形標記，用以表示它是交流電壓或者電流的有效值。下同。

第二，關於電壓波形圖

我們來看下圖：

此圖是電池供電的直流電壓波形圖和交流供電的波形圖。所謂波形圖，它的橫坐標是時間，縱坐標是電壓或者電流。

從圖中看到，電池供電的電壓是穩定的，它的電壓波形不會出現大幅度的波動。

當然，隨著時間的推移，電壓值由原先的Up慢慢地降低，其原因是電池內阻會加大。

再看單相交流線路的電壓波形圖。我們看到，此圖的電壓波形是正弦波，與電池供電的波形圖完全不同了。電壓波形會有規律地上下波動，有正半周和負半周。電壓的大小和方向時刻在變。

設電壓波形的最大值是Um，於是電壓波形的表達式是：。

上式中，Um是電壓的最大值，是角頻率，而t是時間。

注意：

從負載電阻R看電源，我們發現電源電壓的大小和方向時時刻刻都在變，但供電的兩條線是平權的，除了電壓波形相反以外，沒有什麼不同。

這也是許多知友們無法理解零線和相線的原因。那麼到底問題出在哪兒？我們繼續往下看。

第三，配電網和安全用電帶來的問題

（1）我們知道發電機和電力變壓器都是三相的，它們內部有三個獨立繞組，且每個繞組的空間角度相差120度。如果我們把這三個獨立繞組所發的電能單獨對用戶供電，那麼就需要6根線。

（2）現在我們把三個繞組的末端都連接在一起，構成中性點，並且從中性點引出一條單獨的線，這樣一來就能節省了兩根線，降低了成本。

這根從中性點引出的線叫做中性線。注意，中性線的符號是N，也即N線，但它不是零線！！！

那麼中性線上是否有電壓或者電流？

要解答這個問題，我們要用到中學裡的三角學知識。如下：

因為：，

並且：

所以有：

同時，我們還可以推出，當三相電流平衡時，

原來，當三相平衡時，中性線上的電壓為零，電流為零。

第四：零線的定義

中性線既然有這個好處，如果我們把負載的外殼接到中性線上，當負載外殼一旦碰到相線或者發生漏電時，因為中性線電壓為零，所以負載的外殼電壓亦為零，這樣就能保護人身安全了？

答案是否定的。問題有三：

其一：當三相不平衡時，中性線電壓不為零，電流也不為零。

其二：當中性線斷開後，斷點後部的電壓瞬時會發生改變。

其三：如果把負載的外殼接在中性線上，當發生上述第一條和第二條時，有可能會危及人身安全。

怎麼辦？

這下國際標準和國家標準出現了。在標準中做了如下兩條重要規定：

第一條，把發電機或者變壓器的中性點直接接地，然後再引出。這樣一來，中性線的電壓被強制性地箝位到大地的零電位，確保中性線的零電位不會因為三相不平衡而發生改變。

這條在始端接了地的中性線有了一個名字，叫做保護中性線，也就是本文討論的主角——零線。

現在，我們的零線終於有了自己的大名和定義了。笑！

第二條，把用電設備的外殼也即外露導電部分接到零線上，確保了用電時的人身安全。

國際標準IEC60364（對應的國家標準是GB16895）中，把這種接地形式稱為TN-C接地系統。

我們來瞻仰一下IEC60364中有關TN-C的標準圖：

常看我寫的帖子的知友們，對此圖必不陌生，因為我常常引用。不過在這裡，我還是來解釋一下：

我們先看左上角。我們看到了三個繞組，這是變壓器低壓側的三相繞組，它們引出的線被分別定義為L1、L2和L3。

我們看到，三相繞組的中性點首次接地（在最左邊）。這裡的接地叫做中性點接地，它的用途就是上述第一條。

由於中性點已經接地，因此從中性點引出的線叫做保護中性線PEN，也即零線。

接著，我們看到PEN線在接到負載前再次重複接地。這裡的重複接地目的也很明確：由於電源到用電設備中間隔著配電線路，重複接地可以避免零線斷裂而出現高電壓，避免因為零線電流較大而出現零線電位改變。重複接地可以確保零線具有零電位。

在負載側，我們看到PEN線首先引至設備的外殼，然後再引至設備的電源輸入端子。這也充分說明了PEN線保護優先的性質。見上述第二條。

第五：線路圖分析

我們來看下圖，此圖是百度上下載的：

我們看到，這張圖繪製的是居家配電系統。這張圖繪製得正確嗎？

答案是：此圖存在錯誤。

我們從上圖的左上角看起：

我們看到，左上角引入了兩根線，分別是零線和火線。

根據定義，我們已經知道，零線是絕對不允許斷路的。但圖中把零線輸入給一個兩極的斷路器，可不就是把零線給開斷了嗎？因此，這裡肯定有某種規範在起作用。

我們來看下圖：

這張圖還是摘自於IEC60364標準。注意看PEN線在引入第二個用電設備時，它分開了，一條是PE線，也即保護線，而另一條是N線，也即中性線。同時，注意到PEN線在分開前，它做了重複接地。

這張圖當然與上面的TN-C接地系統不一樣，所以這張圖對應的接地叫做TN-C-S接地系統。

在TN-C-S接地系統下，入戶後零線PEN已經不復存在，而是變成了N和PE。這樣做有什麼好處？

好處之一：儘管N線中存在不平衡電流，或者它出現斷裂，但N線上的電壓改變不會影響到負載的外殼接地，因為負載的外殼是接在PE線上的。

好處之二：在戶外零線再次接地，確保零線上的電位為零電位。入戶後分開為N和PE，PE線上的電壓為零。

上面的那張圖，錯誤的地方有：

從入戶零線進雙極開關來看，接地系統是TN-C-S無疑，否則零線就不得進開關。

入戶後，就必須分開為PE和N。我們看到，入戶後仍然是零線，說明繪圖者連零線的基本概念都沒有弄清。

其次，我們在圖中未見到任何PE線的影子。天知道繪圖者打算如何保護人身安全。

因此這張圖對於行家來說讓人十分疑惑，對於外行來說又等效於誤導，是一張很不好的圖。

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有了這些知識儲備，我們就可以討論一些有趣的問題了。

問題1：零線是什麼線？它的功能是什麼？

回答：

零線是保護中性線。它的功能首要是保護人身和設備安全，其次才是履行中性線功能。

問題2：零線中有電流流過，它怎麼會沒有電壓呢？

回答：

零線是有電壓的，但它的電壓非常接近於地電位。

問題3：戶內到底有沒有零線？

回答：

如果是按TN-C-S接線，那麼戶內就沒有零線，只有N線和PE線；如果是按TN-C接線，那麼戶內就有零線。

問題4：零線可以被切斷嗎？可以經過開關嗎？

回答：

對於TN-C，必須確保零線未被切斷，並且要確保零線不經過開關

問題5：只有TN-C系統才有零線嗎？

回答：

是的，只有TN-C系統下才有零線。

問題6：三相五線制下有零線嗎？

回答：

X相X線叫做線制，其中的線指的是在正常運行狀態下有電流流過的線路。相線當然是線，N線也是線，PEN線也是線，但PE不是線。

所以，三相五線制是不存在的，只有三相四線制。TN系統一般都是三相四線制，也有單相兩線制。

我們已經知道，TN-C是三相四線制，它有零線，也只有它才有零線。

問題7：零線中的電壓波形和電流波形是什麼樣的？

回答：

和相線中一致，也是正弦波。見本帖的第二條說明。只是，零線的電壓幅值極低，而電流幅值就高多了。

問題8：零線電流與電網電流頻率有關嗎？

我們知道，在配電網中不存在偶次諧波。

對於奇數次諧波，比較特殊的是3K次諧波，其中K等於1,3,5,7,9，……等等。3K次諧波的特點是，三相之間的相位差為零，所以零線中的3K次諧波電流等於各相電流的代數和。這樣一來，零線中的3K次諧波電流就很大。

凡是有調光設備的場所，也就是3次諧波的重災區。在這裡，零線（包括N線）會劇烈發熱。例如影視中心，演播大廳等等。在此情況下，系統中必須配套3次諧波的濾波器，同時零線（包括N線）的線徑必須與相線等截面。

問題9：零線可以摸嗎？不會觸電嗎？

回答：

零線如果做好了重複接地，當然可以去摸它。

對於TN-C-S，我們已經知道在入戶前零線需要再次重複接地。入戶後，它分開為N線和PE線，而用電設備的外殼均接到PE線上。因此，用電設備的外殼通過PE線在入戶源頭與零線相接，當然與MEB地線也直接相接。

換句話說，我們天天都在摸零線，似乎也不會有什麼異常感覺。笑！

問題10：居家配電中保護線PE和漏電斷路器RCD的保護措施有何異同？

回答：

這個問題很基本。

從以上描述中，我們已經知道低壓配電網的兩類接地，其一是工作接地，其二是保護接地。

我們看到，PE線其實是把電源側的工作接地延伸到用電設備附近，只要把用電設備的外殼也即外露導電部分與PE線相接，就此實現了保護接地。

考慮到線路壓降，因此工作接地提倡多點重複接地。有時，還配套等電位聯結技術，以便在用電設備周圍構建一個電位為零的空間環境，使得人體不至於發生觸摸性電擊。

當出現碰殼事故時，由於接地極的電阻很小，標註中規定是4歐，實際上只有0.2歐，於是接地電流在接地極電阻上產生了接地電壓。標準規定，接地電壓的最大值不得超過50V。這裡的50V電壓又被稱為安全電壓。

相信知友們一定聽說過36V的安全電壓，不過，36V安全電壓是蘇聯的遺產。IEC規定的安全電壓是50V。

線路中涉及到人身安全的過電流保護，就是以50V安全電壓來考慮的。

那麼RCD又是怎麼回事？

我們來看下圖：

我們看到，圖中從電源引出了L3相和零線到住家附近。在入戶前，電冰箱1接在TN-C接地系統線路中，並且漏電開關RCD的零序電流互感器測量的是相線電流與零線電流之和。由前面的有關TN-C接地形式的IEC圖可知，電冰箱的外殼是接在PEN線也即零線上的。

現在電冰箱1發生了碰殼事故，那麼零序電流互感器的測量值等於多少呢？測量值為零！！！

換句話說，在具有零線的系統中，漏電斷路器是一個擺設，什麼用處也沒有。

再看右邊的電冰箱2。我們看到入戶前PEN接地，然後分開為N和PE，PE接在電冰箱2的外殼上。當電冰箱2發生了碰殼事故，此時相線電流由兩部分構成：其一是流經N線的電流，其二是流經PE線的接地電流，於是零序電流互感器的測量值不為零，RCD能夠實現漏電保護。

一般地，漏電動作值為30毫安，小於人體能夠接受的最大電流值。

結論是：只有在TN-C-S的TN-S系統中，漏電開關才能起作用。

現在，我們可以得出結論了：PE線的目的是實現人體的觸摸性防護，它會將發生漏電後的用電設備外殼電壓限制在50V安全電壓的範圍之內；漏電斷路器RCD的目的是實現漏電電流防護，防止人體承受過長時間的電擊電流。

最後，我們再來看看那張錯誤圖：在錯誤圖的戶內，我們看到的是零線，根本就沒有PE線的影子。可想而知，圖中的漏電開關能否起作用。

因此，這張圖的錯誤屬於致命性的嚴重錯誤。

您看懂了嗎？

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這個帖子到這裡應當結束了。我相信，只要知友們認真地看過一遍，對零線到底是什麼會有很深刻的認識的，同時對RCD的安裝條件也會清楚得多。

如果知友們能真正地學到這些知識，我會很開心。笑！

這個帖子中的內容很粗淺，想了解相對深入的知識，請閱讀我的新版書籍《老帕講低壓電器——低壓電器的設計和應用》。此書將由機械工業出版社出版。不過，此書正在編輯狀態，敬請期待！

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什麼叫沒有零線只有N線啊。中央要求不能用外文字母不記得了啦？

工作零:N，保護零:PE，變壓器接地:DE，重複接地:RE。看到啦，所有外文都可以不用。不存在沒有零線只有N線的說法。

發電機到變壓器是三相三線傳輸，中性點引線為大地。

以下懶得再單獨切換大小寫，手機碼字不易，請腦補成大寫:

變壓器到配電室，中性點引線就要單獨拉一根線了，這根線叫工作零線(n);也許要從中性點再單獨拉一根線，這根線叫保護零線(pe)。如果沒單獨拉pe，叫tn-s。拉了那叫tn-c。

如果變壓器到配電室沒單獨拉pe，但是從配電室到家庭有單獨一根pe線，這叫tn-c-s，大多數小區都是這樣。但是如果沒有pe進戶，需要用戶自己找接地點，那叫tt，農村破舊供電還有。衛生間是觸電重災區，所以具有tn-c-s和tt兩種保護加持。所以各位，千萬不要隨意拆除衛生間等電位聯結端子箱。

在家庭，零地分開、零線也不給摸，是因為正常情況零線有電流所以零線可能燒毀，燒毀後的零線斷口，有一端電壓是等於220v減去設備壓降，一般仍為220v，摸了必死，死的時候可能電視機收音機什麼的會開始工作，放個今天是個好日子之類的音樂。。。

而地線正常情況下是沒有電流的也不允許燒毀(標準里地線線徑必須大於等於相線線徑)所以家庭零線不要摸很危險。地線可以摸，摸到沒感覺噠。如果有感覺或者能點亮電筆，速招電工來修。

在配電室的零線最好也不要摸。比較危險。

在變壓器的零線你隨便摸，怎麼開心怎麼摸。基本不可能有危險。

其實零線 地線從開始三根線和大地，變成四根和大地，變成五根和大地，各種保護系統糾結來糾結去，是為了取得安全和材料費之間的平衡。要安全，就要多用銅線。所以最注重安全的家庭部分使用了五根線(L1 L2 L3 N PE)外加混凝土內的鋼筋(TT)共六根加持，外加漏電保護過流保護雷擊保護器，不惜血本一切為了安全。

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題主問題：

問 為什麼零線在三相平衡時不帶電，不平衡時帶電。

答 三相互為120度角，和為零。不平衡時和不為零。

問 零線的粗細選擇是依據什麼條件

答 看帶什麼負載，帶三相電動機零線粗細可以為0。帶可能不平衡的負載一般選擇3*100+1*50電纜。帶極為可能不平衡的負載，零線要等於相線直徑。

帶單相負載零線等於相線線徑。

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你們寫的太複雜了。 簡單講。

家用電在進小區的變壓器那裡，是接地的。 有三根火線，一根接地線，

其中接地線是和三對火零線中的每一根零線是互通的，所以零線電壓為零等於大地電壓。

三相電壓實際上是按正弦波變化的矢量電壓。

由於是交流，理論上應該三根的電壓矢量和是零。 那麼零線不該有電流，這是理論上，如果三相負載不平衡怎麼辦？

比如三相四線的電動機內部的銅絲電阻不一樣怎麼辦？ 那麼電流的矢量和必然不是零，電流不一樣那麼電動機轉會產生對大地的電壓，電壓矢量和相對於大地電壓必然不相等。

電壓不等會放電，電動機的中軸帶電壓了。 理論上可以直接用電動機的中軸直接接地，這樣只要三根火線就可以從變壓器那裡接過來。

實際上家用電是三相火線中的一根火線和一根零線做一對，用戶這裡的零線有電流但是對於大地沒有電壓。 其中零線在變壓器那裡接地，相對大地電壓為零。

工廠用的是三相四線。

那麼中性線是什麼意思？中性線是接到電器外殼的，另一端直接在用戶家裡接地，實際上都要通到地面。 中性線在零線斷了的時候可以當零線用，。

這是防止外殼和火線通了你摸了外殼就有電流通過你。

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三項電是交流電吧，有正負吧，有相位差吧，頻率又一樣，這就表示，任意時刻三項中既有正電壓也有負電壓。那這樣的話不就產生迴路了嗎？ 這樣就會在三根線上產生電流，如果剛好正負的量一樣，相互抵消，那不就不用走中性線（零線）了嘛，這就叫負載平衡

關於零線的選擇，不是太了解，估計要算最大電流吧

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題主，三相平衡的時候零線不是「不帶電」，而是近乎無電流。

三相平衡意味著三相的負載阻抗完全相同，由於三相電壓幅值完全相同，相位依次差120度，則三相電流幅度相同，相位依次差120度。這個時候A、B、C三相電流作為三個平面當中的向量（三個2維向量）（此處不是相量），是線性相關的。即其中一個是另外2個的線性組合。也可以說是三相電流的零序分量為0。所以零線就沒有電流。

但這是一個非常理想的狀態。

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