220V家用电为什么要接地?

发布时间:
2024-10-21 13:20
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感觉题主没有弄明白什么是火线,什么是零线,对接地也毫无概念,我来说说吧。

1.首先建立火线、零线、工作接地和保护接零以及大电流接地系统的概念

我们看下图:

图1:火线和零线,零线的工作接地和重复接地的意义

我们看图1的1图,变压器的副边两出线侧C端口和D端口均不接地。在这里,根本就不存在什么火线和零线,两条出线端口的特性一致。别看C端口和D端口没有接地,但配电线路对地存在电容效应,因此C端口和D端口对地存在一定的悬浮电位。

我们看到图1的1图中用电设备发生了漏电,它的一侧电源线从电器内部与它的金属外壳相碰,我们叫做碰壳事故。人体是站立在地面上的,若人体触及用电设备的外壳,只要悬浮电位超过人体的最低电击电压值(50Vac),则人体就会被电击。由于用电设备的外壳没有接任何线路,线路中的保护开关当然不会动作,人体触摸到用电设备的外壳后会被电击。同理,人体触及线路输送线路导体时,也会被电击。

我们再看图1的2图,这里的变压器副边D接口直接接地,从D接口引出的线具有大地的零电位,这条线就是零线,对应地C接口引出的线就是火线。

注意1:变压器D接口直接接地,其目的不是用于保护人身安全,而是构建全电路的零电位参考点。

我们看到,零线在用电设备端还重复接地,确保其零电位。

注意到2图的用电设备金属外壳与零线相接,我们把这种措施叫做保护接零。当发生漏电时,由于用电设备的金属外壳配套了保护接零措施,漏电电流被放大为火线对零线的短路电流,线路中的开关K会立即采取线路保护跳闸操作。可见,保护接零措施的用途就是确保人体尚未接触到漏电电器的外壳之前就采取了跳闸保护措施,我们把这种措施叫做间接防护。

注意2:我们把漏电电流被放大近似为短路电流的接地系统叫做大电流接地系统。

注意3:保护接零措施非常重要!

需要注意的是:尽管D接口采取了工作接地措施,但零线中的电流不会流入大地。

2.居家配电系统

我们看下图:

图2:实际的居家配电系统

图2中,我们看到电力变压器的中性点直接接地构成工作接地,其引出线就是零线,符号是PEN。我们还看到了三相火线L1、L2和L3,它们随同零线PEN一起引至用电侧。

在国际电工委员会标准IEC60038和我国国家标准GB/T 16895.1-2008《低压电气装置 第1部分:范围、目的和基本原则》中,把电力变压器中性点直接接地用T表示,把由电源提供保护线的措施用N表示,把保护线与传输电能的中性线N合并传输用-C表示,所以图2从居家配电的入口处往左,叫做TN-C接地系统。

图2中,我们看到C相火线和零线引至居家配电系统的入口处,零线PEN再次重复接地,然后分开为中性线N和地线PE,从此以后,系统中已经没有零线了,只有中性线和地线。在国际和国家标准中,把这种接地系统叫做TN-C-S。

我们再看图2中的插座,其左侧接中性线N,右侧接相线L,中间接地线PE。如果电冰箱内部发生了漏电也即单相接地故障,因为电冰箱的外壳接地线,而地线在户外的零线重复接地处与中性线N是合体的,故漏电电流被放大近似相线对中性线的短路电流,电冰箱上级执行测控的断路器QF2会执行线路开断操作。

至于人体触电,我们看下图:

图3:居家配电的TN-C-S系统中发生的触电事故及保护措施

图3中,我们看到一个人体触及漏电的用电设备,当然就发生了触电。如果此时断路器QF2还未执行单相接地故障保护,则其下接的漏电保护器RCD会执行人体保护操作,并驱动QF2执行开断操作。

注意4:人体的电击电流流经人体,再进入地面并回到户外零线重复接地处返回电源。由于人体阻抗较大(一般在2000Ω上下),故流过人体的电击电流并不大。虽然电流不大,但对人体来说足以致命。一般地,保护人体的漏电保护器动作门限电流是30mA(30毫安)。

家用电器漏电,但是接了地线,人触摸以后,电路里人和地线并联,那么电流经过人体为什么不会触电?

可见,居家配电系统中有了地线PE,非常重要。地线能够防患于未然,一旦电器发生漏电,不等人体触及电器,配电系统就自动地切断线路,确保人身安全。

3.题主所描述的没有工作接地的是IT系统,我们来看它的特性

我们看下图:

图4:IT接地系统

我们看图4,电力变压器的中性点没有工作接地,或者通过高阻接地。这正是题主所描述的系统。

但我们仔细看用电设备,用电设备的外壳采取了就地直接接地措施,并接了地线PE。一旦发生漏电,地线PE能确保用电设备的外壳电位不会上升到50V以上,同时线路中的保护装置会开断线路,执行人身安全防护。

4.结论

从以上描述中我们看到,题主从对火线和地线的认识,再到对地线的认识以及对接地系统的认识全都是错误的,请题主仔细阅读相关的国家标准才好。

最后给题主一篇链接,供参考:

为什么设备外壳接地可以防触电?

就写到这里。

END