2015-03-11科学 交流电流的定义是:电流的大小和方向随着时间周期性地变化。 我们来看下图: 左边就是发电机,我们看到它有三个磁极和三个绕组,这三个绕组就是用于产生A、B、C三相电压的源头。注意到两个事实: 1)三相绕组的线头和线尾的位置是不可变更的。 2)三相绕组的公共端连在一起,构成了公共极,也即三相绕组的中性点,并且还接地。 由第一点我们可以得知:这三个绕组的电压输出点对应的三条火线,以及中性点对应的零线位置不可变更。 由第二点我们可以得知,三条火线相对于零线的电压是220V,但零线电压因为接地的原因,基本上等于0V。 再看右图,我们看到了三个绕组输出的都是正弦波,它们的电压幅值随着三相绕组的旋转,在不断地改变大小和方向。 尽管三相电压在不断地改变幅值和方向,但左图中的绕组头尾关系,也即火线和零线的关系,不会受到任何影响。也就是说:火线和零线与电压是否会改变大小和方向毫无关系。 现在我们来做一些必要的知识扩展: 知识扩展:什么叫做相线(火线)?什么叫做PEN线(零线)?什么叫做PE线和N线? 我们来看下图。此图是国际电工委员会制定的国际标准IEC60364里的图,图中规定了我们居家配电的接地系统: 看不懂吧?我来解释一下: 1)接地系统到底有什么用处呢?它的用途就是保证用电的人身安全! 2)我们看到,图中左侧的三个绕组,它是变压器或者发电机的三相绕组,其输出端定义为L1、L2和L3,分别与三相电压A、B、C对应,也即三条火线。 3)注意到三相绕组具有公共点,且公共点必须先接地,然后以PEN的形式引出。PEN又被称为零线。 这里接地的目的是什么?它的作用是把三相公共点的电压强制性地限定为地电位,也叫做工作接地。这样一来,零线的电压就等于零了。 4)零线的正确名称叫做PEN线,这里的PE表示接地线,而N表示中性线的意思。因为PEN线把保护接地和中性线统一在一起了,所以它的正确名称是保护接地线。 注意看上图中间的第一个负载。它的外露导电部分接到PEN线上,然后从端子上再引一条线到零线端子上。这说明,对于PEN线而言,它的保护功能优先于中性线功能。这也是PEN线被称为保护中性线的原因。 由此可见,把PEN线称为零线很不合适。国家标准GB16895【接地系统】对火线和零线的称呼完全是否定的。 PEN线在使用时不得断线,若断线则其后部的电压最高会上升到相电压。这也是IEC和国家标准要求TN-C系统的PEN线要多点接地的原因。具体见下条说明。 5)当PEN引到我们千家万户的家门口,并且准备入户到家里的配电箱时,PEN必须再次接地,也即图中从左往右我们看到的第二个接地点。图中的文字说明是「重复接地」。 这样做有什么好处呢,好处是确保PEN线即使中间断裂了,但入户后的PEN线(零线)电压为零。 6)PEN线开始入户,它被分开为PE线和N线。我们居家的三角插座上,最上方的插头接PE线,左边的插头接L线,右边的插头接N线。 由此可见,事实上我们家里已经没有零线了,而是保护线PE和中性线N。 注意上图中最右侧的负载,它的外露导电部分直接引到PE线上,而电源则引入三条相线和N线。对于家装来说,电源引入为相线和N线。 注意这两个负载的外露导电部分的接地方式,它们分别代表了TN-C系统下和TN-S系统下用电设备外露导电部分的接地措施和方法。 值得注意的是:TN系统下接地电流比较大,因此被称为大电流接地系统。大电流接地系统中出现单相接地故障时,依靠断路器(空气开关)来保护线路。 7)这种接地方式或者接地系统被国际标准和国家标准命名为TN-C-S。它是我们家装配电系统的主要接地方式。 其中TN-C表示从电源引出的中性线是保护中性线PEN(零线),而后面的S表示入户后PEN分开为保护线PE和中性线N。 下面这张图就好理解了,是我绘制的说明图: 图中我们看到电力变压器,还有总开关,以及L1、L2、L3和PEN线,这些都属于三相四线制的范畴。 注意哦:在IEC60364中,规定配电系统中能被称为「线」的一定是正常运行时有电流流过的导线。PE线是没有电流流过的,而N线和PEN线是有电流流过的,因此前者不算「线」,后者才算「线」。 上图中,我们的居家内是单相两线制,这里的「线」指的是相线和N线,PE线可不是「线」哦。 这个概念在我的帖子中被一再说明了,请知友们务必注意。 我们从L3引相线到我们家的配电箱入户,从PEN线引到居家配电箱外侧时,先重复接地,然后分开为N线和PE线,接着就入户。这样就构成了我们家里的单相交流电配电系统,也即单相两线制。 我们看到,家里的插座上,相线、N线和PE线都已经接到位,我们就可以放心地安全用电了。 看到这里,我们再一次发现,不管是火线、零线也好,是相线、N线和PE线也好,与电压是否周期性地改变大小和方向,真的是一点关系也没有。 =========================== 这个帖子写完后,没想到大家的反映如此热烈。特别是对零线的电压和电流关系,我们的中学生知友们觉得很迷惑。为此,我专门在此文档的后部,添加一些内容给大家解惑。 增加内容之一: 零线是三相绕组的公共点,并且它的电压基本上等于零。 知道为什么要加上「基本上」这三个字?是因为零线在入户前接地,使得入户点的电压被强制性地拉到地电位,也即零电位。但零线是有电阻的,所以距离接地点越远,它的电压也就越高。 当然这里所指的「越高」其幅值很小。以家装为例,零线的电阻应当在数十毫欧以内,若流经零线的电流为40A(家装线路的最大值),零线压降不会超过0.5V.。 入户后,由于零线已经分开为N线和PE线,因此真正意义上的零线已经不存在了,接入插座的是N线,也即中性线。 我们来看下图: 从图中我们看到入户的是L3相(红色),同时入户的还有PEN线也即零线。 入户前,PEN线再次接地。注意,这里的接地其实是接到大楼的接地网扁钢上,也即MEB。 入户后,PEN线分开为N线和PE线。从此以后,零线事实上已经不存在了,只有N线和PE线。 我们看到,电源入户后首先接入2P的主开关,其下为配电箱主母线。从主母线上经由最左边的第一只开关,形成照明回路;中间的带漏电保护器RCD的是插座开关,其下接入四只插座。 我们看右侧最下方的图。 这四只插座从物理位置看,有先后次序。由于导线自身也是有电阻的,因此可以看成是一张网,网上的负载可以理解为是负载电阻R(假定所有负载阻值都相等),而连接导线可以理解为是线路电阻r(假定所有导线电阻均相等),由此构成了一个个的节点。 显见,越往左,电流就越大,导线的负担也越重,越容易发热。 值得注意的是:中性线的左侧是接地的,因此中性线的电位始终为零电位。 我们再看左侧的电压和电流波形图。图中的电压和电流为相线L上的波形。 此图把居家负载看成为阻性负载了,所以电压波形和电流波形同相位。 假定此刻的时间为0。过了5毫秒后,相线的电压相对N线到达最大值,为1.414X220=311V。 同时,对于任何一个节点来说,电流也达到最大值。如果插座上的总电流是10A,则左端上部的第一个节点处,流入与流出的电流均为1.414X10=14.14A。 那么在中性线最左端的第一个节点处,它的电流是多少呢,此处流入和流出的电流也为14.14A。但此节点的电压为零电位。 注意,此时的电流方向为相线指向N线。 再过5毫秒,相线上的电压为零,这时的系统电流亦为零。 其后的5毫秒,相线上的电压为-220V,其最大值为-311V,而电流为-14.14A。说明此时的电流方向为N线指向相线。 再往后5毫秒系统返回初始态。 我们来看下图: 此图就是上图插座电路的等效电路图。输入电压的有效值为220V,我们据此就可以计算出总电流。如果把R的r的具体数值代入,当然就可以得到数值解。 说了一大通,什么意思呢? 1)我们看到相线和N线,或者相线与零线之间的关系是物理性的位置关系,与电压或者电流的方向是否为正、为负、为零毫无关系。 2)居家配电系统一旦入户后,所谓的零线也即PEN已经不存在,存在的只是相线和N线,还有PE线而已。 以上这句话就是给题主的解答吧。 增加内容之二: 问题:对于单相系统的PEN线,当发生断裂了,不是没电了吗?为何有高压? 答: 对于三相系统,PEN线断了,但三相的负载还在,PEN线断裂点后部的电压由三相负载的平衡度来决定。特别地,当发生单相接地故障时,断裂点后部的PEN线将直接接到相线,其电压会升至相电压。 对于单相系统,当PEN线断裂后,与相线相接的负载处于开路状态,PEN线断裂点的电阻为无穷大,于是相电压经过负载电阻直接加载到PEN线断裂点的后部,而PEN线断裂点前部的电压仍然为正常的接地零电位,于是PEN线断裂点两端的电压降又是相电压,尽管此时负载已经停止工作并且工作电流为零。 上图负载r右侧断点的电压与电源电压是一致的,都是220V。 想想电池就知道,我们把一只电阻接在电池正极,电阻另一端悬空,然后用万用表去测量电阻的另一端与电池负极之间的电压,您会发现此电压就是电池电动势,也即1.5V。 在这里,电阻的悬空端与电池负极之间的断点空间关系与PEN线断裂点空间关系是完全一致的。 另外,在家装线路中,有一个原则,就是火线接开关,零线接负载,道理是一样的。如果我们反过来接,零线接开关,火线接负载,则即使开关打开,但负载会带电。 这里的道理和PEN线断裂后断点两端出现高电压原理一致。 不过,上图中的电器其实属于TN-C-S系统。真正的TN-C系统,PEN线首先要接到用电设备的外露导电部分,然后才接到电器的电源零线输入点。由此可见,TN-C系统对于家装电路来说,其安全性较差,也很危险。这也是油库、煤矿等具有爆炸性的场所严禁使用TN-C的原因。 也因此,真的很不希望在我们家的配电系统中出现零线,而希望出现N线和PE线。
交流电流的定义是:电流的大小和方向随着时间周期性地变化。 我们来看下图: 左边就是发电机,我们看到它有三个磁极和三个绕组,这三个绕组就是用于产生A、B、C三相电压的源头。注意到两个事实: 1)三相绕组的线头和线尾的位置是不可变更的。 2)三相绕组的公共端连在一起,构成了公共极,也即三相绕组的中性点,并且还接地。 由第一点我们可以得知:这三个绕组的电压输出点对应的三条火线,以及中性点对应的零线位置不可变更。 由第二点我们可以得知,三条火线相对于零线的电压是220V,但零线电压因为接地的原因,基本上等于0V。 再看右图,我们看到了三个绕组输出的都是正弦波,它们的电压幅值随着三相绕组的旋转,在不断地改变大小和方向。 尽管三相电压在不断地改变幅值和方向,但左图中的绕组头尾关系,也即火线和零线的关系,不会受到任何影响。也就是说:火线和零线与电压是否会改变大小和方向毫无关系。 现在我们来做一些必要的知识扩展: 知识扩展:什么叫做相线(火线)?什么叫做PEN线(零线)?什么叫做PE线和N线? 我们来看下图。此图是国际电工委员会制定的国际标准IEC60364里的图,图中规定了我们居家配电的接地系统: 看不懂吧?我来解释一下: 1)接地系统到底有什么用处呢?它的用途就是保证用电的人身安全! 2)我们看到,图中左侧的三个绕组,它是变压器或者发电机的三相绕组,其输出端定义为L1、L2和L3,分别与三相电压A、B、C对应,也即三条火线。 3)注意到三相绕组具有公共点,且公共点必须先接地,然后以PEN的形式引出。PEN又被称为零线。 这里接地的目的是什么?它的作用是把三相公共点的电压强制性地限定为地电位,也叫做工作接地。这样一来,零线的电压就等于零了。 4)零线的正确名称叫做PEN线,这里的PE表示接地线,而N表示中性线的意思。因为PEN线把保护接地和中性线统一在一起了,所以它的正确名称是保护接地线。 注意看上图中间的第一个负载。它的外露导电部分接到PEN线上,然后从端子上再引一条线到零线端子上。这说明,对于PEN线而言,它的保护功能优先于中性线功能。这也是PEN线被称为保护中性线的原因。 由此可见,把PEN线称为零线很不合适。国家标准GB16895【接地系统】对火线和零线的称呼完全是否定的。 PEN线在使用时不得断线,若断线则其后部的电压最高会上升到相电压。这也是IEC和国家标准要求TN-C系统的PEN线要多点接地的原因。具体见下条说明。 5)当PEN引到我们千家万户的家门口,并且准备入户到家里的配电箱时,PEN必须再次接地,也即图中从左往右我们看到的第二个接地点。图中的文字说明是「重复接地」。 这样做有什么好处呢,好处是确保PEN线即使中间断裂了,但入户后的PEN线(零线)电压为零。 6)PEN线开始入户,它被分开为PE线和N线。我们居家的三角插座上,最上方的插头接PE线,左边的插头接L线,右边的插头接N线。 由此可见,事实上我们家里已经没有零线了,而是保护线PE和中性线N。 注意上图中最右侧的负载,它的外露导电部分直接引到PE线上,而电源则引入三条相线和N线。对于家装来说,电源引入为相线和N线。 注意这两个负载的外露导电部分的接地方式,它们分别代表了TN-C系统下和TN-S系统下用电设备外露导电部分的接地措施和方法。 值得注意的是:TN系统下接地电流比较大,因此被称为大电流接地系统。大电流接地系统中出现单相接地故障时,依靠断路器(空气开关)来保护线路。 7)这种接地方式或者接地系统被国际标准和国家标准命名为TN-C-S。它是我们家装配电系统的主要接地方式。 其中TN-C表示从电源引出的中性线是保护中性线PEN(零线),而后面的S表示入户后PEN分开为保护线PE和中性线N。 下面这张图就好理解了,是我绘制的说明图: 图中我们看到电力变压器,还有总开关,以及L1、L2、L3和PEN线,这些都属于三相四线制的范畴。 注意哦:在IEC60364中,规定配电系统中能被称为「线」的一定是正常运行时有电流流过的导线。PE线是没有电流流过的,而N线和PEN线是有电流流过的,因此前者不算「线」,后者才算「线」。 上图中,我们的居家内是单相两线制,这里的「线」指的是相线和N线,PE线可不是「线」哦。 这个概念在我的帖子中被一再说明了,请知友们务必注意。 我们从L3引相线到我们家的配电箱入户,从PEN线引到居家配电箱外侧时,先重复接地,然后分开为N线和PE线,接着就入户。这样就构成了我们家里的单相交流电配电系统,也即单相两线制。 我们看到,家里的插座上,相线、N线和PE线都已经接到位,我们就可以放心地安全用电了。 看到这里,我们再一次发现,不管是火线、零线也好,是相线、N线和PE线也好,与电压是否周期性地改变大小和方向,真的是一点关系也没有。 =========================== 这个帖子写完后,没想到大家的反映如此热烈。特别是对零线的电压和电流关系,我们的中学生知友们觉得很迷惑。为此,我专门在此文档的后部,添加一些内容给大家解惑。 增加内容之一: 零线是三相绕组的公共点,并且它的电压基本上等于零。 知道为什么要加上「基本上」这三个字?是因为零线在入户前接地,使得入户点的电压被强制性地拉到地电位,也即零电位。但零线是有电阻的,所以距离接地点越远,它的电压也就越高。 当然这里所指的「越高」其幅值很小。以家装为例,零线的电阻应当在数十毫欧以内,若流经零线的电流为40A(家装线路的最大值),零线压降不会超过0.5V.。 入户后,由于零线已经分开为N线和PE线,因此真正意义上的零线已经不存在了,接入插座的是N线,也即中性线。 我们来看下图: 从图中我们看到入户的是L3相(红色),同时入户的还有PEN线也即零线。 入户前,PEN线再次接地。注意,这里的接地其实是接到大楼的接地网扁钢上,也即MEB。 入户后,PEN线分开为N线和PE线。从此以后,零线事实上已经不存在了,只有N线和PE线。 我们看到,电源入户后首先接入2P的主开关,其下为配电箱主母线。从主母线上经由最左边的第一只开关,形成照明回路;中间的带漏电保护器RCD的是插座开关,其下接入四只插座。 我们看右侧最下方的图。 这四只插座从物理位置看,有先后次序。由于导线自身也是有电阻的,因此可以看成是一张网,网上的负载可以理解为是负载电阻R(假定所有负载阻值都相等),而连接导线可以理解为是线路电阻r(假定所有导线电阻均相等),由此构成了一个个的节点。 显见,越往左,电流就越大,导线的负担也越重,越容易发热。 值得注意的是:中性线的左侧是接地的,因此中性线的电位始终为零电位。 我们再看左侧的电压和电流波形图。图中的电压和电流为相线L上的波形。 此图把居家负载看成为阻性负载了,所以电压波形和电流波形同相位。 假定此刻的时间为0。过了5毫秒后,相线的电压相对N线到达最大值,为1.414X220=311V。 同时,对于任何一个节点来说,电流也达到最大值。如果插座上的总电流是10A,则左端上部的第一个节点处,流入与流出的电流均为1.414X10=14.14A。 那么在中性线最左端的第一个节点处,它的电流是多少呢,此处流入和流出的电流也为14.14A。但此节点的电压为零电位。 注意,此时的电流方向为相线指向N线。 再过5毫秒,相线上的电压为零,这时的系统电流亦为零。 其后的5毫秒,相线上的电压为-220V,其最大值为-311V,而电流为-14.14A。说明此时的电流方向为N线指向相线。 再往后5毫秒系统返回初始态。 我们来看下图: 此图就是上图插座电路的等效电路图。输入电压的有效值为220V,我们据此就可以计算出总电流。如果把R的r的具体数值代入,当然就可以得到数值解。 说了一大通,什么意思呢? 1)我们看到相线和N线,或者相线与零线之间的关系是物理性的位置关系,与电压或者电流的方向是否为正、为负、为零毫无关系。 2)居家配电系统一旦入户后,所谓的零线也即PEN已经不存在,存在的只是相线和N线,还有PE线而已。 以上这句话就是给题主的解答吧。 增加内容之二: 问题:对于单相系统的PEN线,当发生断裂了,不是没电了吗?为何有高压? 答: 对于三相系统,PEN线断了,但三相的负载还在,PEN线断裂点后部的电压由三相负载的平衡度来决定。特别地,当发生单相接地故障时,断裂点后部的PEN线将直接接到相线,其电压会升至相电压。 对于单相系统,当PEN线断裂后,与相线相接的负载处于开路状态,PEN线断裂点的电阻为无穷大,于是相电压经过负载电阻直接加载到PEN线断裂点的后部,而PEN线断裂点前部的电压仍然为正常的接地零电位,于是PEN线断裂点两端的电压降又是相电压,尽管此时负载已经停止工作并且工作电流为零。 上图负载r右侧断点的电压与电源电压是一致的,都是220V。 想想电池就知道,我们把一只电阻接在电池正极,电阻另一端悬空,然后用万用表去测量电阻的另一端与电池负极之间的电压,您会发现此电压就是电池电动势,也即1.5V。 在这里,电阻的悬空端与电池负极之间的断点空间关系与PEN线断裂点空间关系是完全一致的。 另外,在家装线路中,有一个原则,就是火线接开关,零线接负载,道理是一样的。如果我们反过来接,零线接开关,火线接负载,则即使开关打开,但负载会带电。 这里的道理和PEN线断裂后断点两端出现高电压原理一致。 不过,上图中的电器其实属于TN-C-S系统。真正的TN-C系统,PEN线首先要接到用电设备的外露导电部分,然后才接到电器的电源零线输入点。由此可见,TN-C系统对于家装电路来说,其安全性较差,也很危险。这也是油库、煤矿等具有爆炸性的场所严禁使用TN-C的原因。 也因此,真的很不希望在我们家的配电系统中出现零线,而希望出现N线和PE线。