在TN-C接地系统中,回路电流(三相不平衡电流和单相回路工作电流)和漏电电流均走零线PEN;在TN-S接地系统中,回路电流走中性线N,而漏电电流走地线PE。

从题主问题的提法可以看出,题主把TN-C接地系统中的零线与TN-S接地系统中的中性线混淆了。

以下来讨论。

1.TN-C接地系统中的零线不但流过回路电流,亦流过漏电电流

在国家标准GB/T 16895.1-2008《低压电气装置 第1部分:范围、目的和基本原则方式》和IEC标准IEC60364中有TN-C接地系统的标准定义图,如下:

回路电流走零线不走地线原理(为什么回路电流走零线)(1)

图1:国家标准GB/T 16895.1-2008定义的TN-C接地系统

图1中,电力变压器低压侧绕组的中性点直接接地,然后以保护中性线PEN的形式引出,它就是零线。当图1中的负载出现三相不平衡时,零线电流就会增加。零线电流与三相不平衡电流大小相等方向相反。对于单相回路,零线电流与火线电流大小相等方向相反。

故知:零线电流属于回路电流。

注意1:线制中的“线”指的是正常运行条件下有电流流过的线。TN-C接地系统中的三条火线当然是“线”,而零线也是“线”。故TN-C接地系统是三相四线制。

图1中的用电设备外壳接零线,我们把它叫做保护接零。当用电设备内部发生漏电时,等电器内部的火线与金属外壳发生碰壳事故,漏电流等效于火线对零线的短路电流,故TN-C属于大电流接地系统。注意到TN-C接地系统中的漏电流经过零线返回电源。

故知:漏电电流亦走零线返回电源。

可见,在TN-C接地系统中,回路电流(三相不平衡电流和单相回路工作电流)和漏电电流均走零线。

注意2:零线PEN仅仅出现在TN-C接地系统中,其它任何接地系统均无零线。

2.TN-S接地系统中的中性线流过回路电流(三相不平衡电流),地线PE流过漏电电流

我们看如下有关TN-S的标准图:

回路电流走零线不走地线原理(为什么回路电流走零线)(2)

图2:TN-S的标准图

注意3:在TN-S接地系统中不存在零线。回路电流(三相不平衡电流和单相回路工作电流)经中性线N返回电源。

图4中用电设备的外壳接地线PE,我们把它叫做保护接地(注意与设备外壳保护直接接地加以区别)。地线PE在正常运行状态下没有电流,发生漏电故障时才有电流。也因此,国家标准和IEC标准定义的线制中认为地线PE不是“线”,TN-S接地系统属于三相四线制。

需要强调指出:我国国内的电气工作者广泛使用的术语三相五线制其实是错误的,只要认真阅读GB/T 16895.1-2008即可明确这一点。

注意4:在TN-S接地系统中,若用电设备出现漏电现象,漏电电流Ig在数值上等于三相不平衡电流与中性线电流的相量差(注意不是矢量差或者向量差,是相量差!电压相量与电流相量的叉乘是无功功率,是标量,而向量的叉乘依然是向量,故相量和向量不是一回事),也叫做剩余电流,且漏电电流沿着地线PE返回电源。

注意5:TN-S接地系统属于三相四线制。

故知:TN-S接地系统中的回路电流(三相不平衡电流和单相回路工作电流)走中性线N,漏电电流走地线PE。

3.TN-C-S接地系统既有零线也有中性线N,还有地线PE,回路电流走零线和中性线,漏电电流走零线和地线

我们看TN-C-S的标准图:

回路电流走零线不走地线原理(为什么回路电流走零线)(3)

图3:TN-C-S的标准图

图3中我们看到电力变压器的中性点在工作接地后以零线PEN的形式引出,在两个用电设备中间分开为中性线N和地线PE,从此以后中性线N与地线PE相互绝缘。可以看出,在零线PEN分开点之前(左侧)属于TN-C接地系统,从零线PEN分开点之后(右侧)属于TN-S接地系统,记为“-S”。TN-C部分的用电设备采取保护接零措施,"-S"部分的用电设备采取保护接地措施(注意不是保护直接接地)。

注意6:TN-C-S亦属于三相四线制。

故知:在TN-C-S系统的TN-C部分,回路电流(三相不平衡电流和单相工作电流)及漏电电流走零线,在"-S"部分,回路电流(三相不平衡电流和单相工作电流)走中性线N,而漏电电流走地线PE。

我们看下图:

回路电流走零线不走地线原理(为什么回路电流走零线)(4)

图4:居家配电的户外部分

回路电流走零线不走地线原理(为什么回路电流走零线)(5)

图5:居家配电的户内部分

通过图4和图5,我们看到居家配电系统从户外电度表箱往供电上游侧属于TN-C接地系统,从电度表箱往后的下游处属于TN-C-S的“-S”接地系统。

注意7:图5中的插座回路是多只插座相继并联,空气开关QF2和QF5是插座回路的总馈电开关。

某位知友在给我的私信(评论)中以为一只空气开关只接一个插座,此处加以澄清。

我们看到,回路电流和单相工作电流,以及漏电电流完全符合TN-C-S的规则。

回答完毕。


值得特别指出:零线与地线是不可能共存的,两者只能取其一。

例如TN-C接地系统中有零线,但没有地线;TN-S接地系统中有地线,但没有零线。其它接地系统(IT和TT)中均没有零线,只有中性线N和地线。可见,零线出现的场合并不多,有点稀罕。仅在农村和城市老旧小区的户内才有可能看到零线。

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