保护线PE俗称“地线”,那么它是怎么来的呢?如果电力变压器安装在室外,有单独配电房一般住宅、商业写字楼、小区等都采用TN-C-S供电系统,室内变配电多采用TN-S供电系统(蓝线所示)。TN-C-S供电系统如下所示:

地线从哪里来(地线的来源)(1)

电力变压器安装在室内或箱变

地线从哪里来(地线的来源)(2)

电力变压器安装在室外

从上图可以看出,变压器低压侧一共引出四条线,分别是L1、L2、L3、PEN。其中,L1、L2、L3为三相火线;保护线PE和中性线N合在一起为PEN,即零线。

地线从哪里来(地线的来源)(3)

四条线通过电缆沟或者架空线路等送至用电区域的总配电箱

四条线通过电缆沟或者架空线路等送至用电区域的总配电箱,并在总配电箱里把PEN线重复接地,然后分出PE线。从这里开始,中性线N和保护线PE分开,不得混用。(注意:由于PEN线兼有保护功能,不允许切断,所以配电箱总开关必须用3P断路器。当PEN线接地以后一分为二,中性线N和保护线PE分开,此后所有的断路器都采用4P断路器。)

假设某设备发生漏电,那么火线电流会通过漏电点流向设备外壳。外壳接有保护线PE,那么漏电电流会流向PE线,并在N线和PE线分开处分成两路流。其中一路是通过PEN线回到变压器,另外一路是通过接地点和大地回到变压器。如图:

地线从哪里来(地线的来源)(4)

漏电电流走向示意图

我们再来分析一下两个回路电流大小。一般保护接地(地线接地)和工作接地(零线接地)要求接地电阻都在4Ω以下,零线电阻都比较小,在0.5欧姆以下。

那么整个电路如下图所示:

地线从哪里来(地线的来源)(5)

漏电电流走向示意图

通过上面分析可知:

零线回路的电阻为0.5Ω,而大地回路的电阻为8Ω,大地回路的电阻远大于零线回路的电阻。根据并联关系可知:并联电路电流的分配和阻值成反比。电阻越大,分得的电流越小。所以大部分漏电电流通过PEN线回到了变压器,只有极少部分流向大地,再回到变压器。I1=U/R=220/0.5=440A I2=U/R=220/8=27.5A I总=440A 27.5A=467.5A

当设备漏电时,整个电流回路为:火线--漏电点--外壳--PE线--零线--变压器;简化一下就是:漏电的时候,电流会从火线触发直接回到零线,相当于短路。那么装在漏电设备上的断路器会跳闸、保险丝会烧断,从而迫使漏电设备快速断电。

总结:

接地线的作用:当设备发生漏电时,由于有接地线的作用,它可以加速空开跳闸或保险丝烧掉,从而快速切断漏电设备的电源。

我们再来看这个图,漏电时电流的大小取决于漏电回路的电阻。当漏电电流小于空开的跳闸电流,那么空开就不会跳闸,设备就不会断电。

假设由于某种原因,PEN线断裂,那么又会怎么样呢?

地线从哪里来(地线的来源)(6)

PEN断裂示意图

当零线意外断开时,变成TT系统(两个接地必须是相互独立),漏电电流只有一条回路:火线--外壳--PE线--大地--变压器。整个回路电阻非常大,故障电流不足以让空开跳闸或者保险丝烧断。所以在TN-C-S供电系统中,PEN线不允许断开,并且要采用机械强度高的导线。 I2=U/R=220/8=27.5A 如果有了漏电开关又不一样了,当通过PE线流向大地的电流超过漏电动作值(一般为30mA),漏电开关就会跳闸。

家里安装漏电开关的原则:

1. 凡是人能够直接摸到的电器一定要装漏电开关。这些电器系统包括:厨房电器、热水器、全部插座回路。

2. 若总开关配套了漏电保护器,则分开关可不装;反之,若总开关未装漏电保护器,则分开关必须装。

3. 照明线路可以不装漏电开关。(注:照明回路不要求安装漏电保护断路器,主要考验火灾时保证照明回路正常工作,方便逃生;但这几年照明回路触电事故直线上升,个人认为分设几个互不关联的漏电保护断路器比较合适)

如变压器无地线或人为剪断,变成无接地的IT系统

地线从哪里来(地线的来源)(7)

上图是随街拍的户外变压器,低压供电端的接地线人为剪断,原供电系统变为IT系统

中性点不接地而当一相接地后,由于每相导线对地有绝缘电阻R和对地电容C,组成了感抗Z,因此接地的一相通过R和C与另外两相可以构成回路。采取保护接地措施后,可以降低人体触电危险性。这是因为人体和接地装置为并联关系,由于人体电阻Rb远大于接地电阻Ra,故通过人体的电流Ib非常小,如供电线路比较短,安全系数高。

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