零线上一点电流都没有吗？ 第1页

一年前的帖子，问题不错，我来回答。

零线中是否有电流，许多人都非常疑惑。按照欧姆定律，零线如果有电流则零线上必然有电压，但零线的电压却等于零，显然这与欧姆定律矛盾。

零线的电流问题与几个子问题有关，这些子问题是：1）零线的定义；2）三相不平衡电流与零线电流的关系；3）居家和办公配电系统中到底有没有零线？零线有没有电流？我们按子问题的顺序探讨一番。

1.TN-C接地系统中是如何构建和定义零线的

我们看下图：

图1左图中，我们看到电源负极标注了参考地的符号，说明此节点的电位是零。我们看到电流I从电阻R中流出后，经过参考地所在线路返回电源。我的问题是：参考地所在节点的电位是零，而流经此节点的电流不等于零，这是否违背了欧姆定律？

由此可见，欧姆定律不能用来描述电路的总体规律，只能用于描述某个具体元器件两端的电压与流经的电流之间的关系。描述电路的总体规律必须采用基尔霍夫第二定律，也即基尔霍夫电压定律KVL。

图1左图直流回路对应的电路方程是： ，其中r是电源内阻，U=IR，这里的U就是负载两端的电压，同时它也是电路的路端电压，并且有： 。

我们再看图1的右图，电力变压器引出三条相线，标注为L1、L2和L3。三相绕组的中性点N直接接地然后引出，标记为PEN，这就是零线。

注意1：三相绕组的中性点直接接地，目的在于构建系统的零电位参考点。与图1左图电池负极的参考地意义相同。这也是中性点直接接地被叫做工作接地的原因。

我们再看图1右图的负载侧，注意到三条相线引入到负载中，负载电流分别为ia、ib和ic。负载电流在零线迭加形成零线电流ipen。

注意2：负载的金属外壳与零线相接，这叫做保护接零，目的是使得金属外壳保持与零线一致的零电位。

在国际电工委员会IEC的标准IEC60364中，把图1右图的接地形式用TN-C来表示。

我们看下图：

图2就是IEC60364定义的TN-C接地系统的原图。我们把图2与图1右图对照，会发现零线采取了多点重复接地的措施，以此确保零线的零电位。

注意3：由此我们认识到，零线的电流不能用欧姆定律来解释，必须用基尔霍夫第二定律KVL来构建它的规律性。

注意4：在TN-C接地系统中，把相线叫做火线，把PEN保护中性线叫做零线。

现在，我们来分析零线的电流规律。

2.零线的电流规律

我们已经知道，三条火线的电流分别是ia、ib和ic，零线的电流则是ipen。三条火线的电流表达式为：

、 、

零线电流ipen等于ia、ib和ic之和，即： 。

当三相电流的有效值Ia=Ib=Ic相等时，我们用I来代表Ia、Ib和Ic，则有：

根据中学学过的三角函数，我们知道：

故知，当三相平衡时，有：

这就是零线电流等于零的由来。

注意5：当三相平衡时零线电流等于零，这是指零线的总线，不是零线的支线。零线的支线，特别是单相回路中的零线，除非它的线路断开，否则它的电流不可能等于零。一般地，单相回路中的零线电流与火线电流大小相等方向相反。

当三相不平衡时，零线电流当然不等于零，即：

。

注意6：这里的零线电流是因为三相的幅值不同引起的，而不是三相的相位差发生改变。这个概念一定要弄清楚。

3.居家配电系统中的零线有电流吗？

我们看下图：

我们注意看图3，我们发现图3的左侧零线引至户外时重复接地，然后分开为中性线N和地线PE入户。户内已经没有零线，而用电设备的金属外壳接在地线PE上。

这种接地系统叫做TN-C-S，它是我们居家和办公室内最常见的接地系统。

注意7：题主极大可能把户内的中性线当成零线了。零线和中性线不是一回事！

在户外，我们看到了零线的总线和零线支线。在零线支线中，零线电流不可能等于零。在零线总线中，零线电流是否等于零取决于三相是否平衡。如前所述，当三相平衡时，零线电流等于零；当三相不平衡时，零线电流不等于零。

4.当有3K次谐波存在时，即使三相平衡，但零线总线上的电流也不等于零

3K次谐波最典型的就是3次谐波，3次谐波的三相电流在零线上按代数和迭加，所以即使三相平衡，但零线上的电流也不等于零。

这就是影视中心存在大量单相照明调光回路因而成为3次谐波重灾区，零线导线必须与火线导线等截面，并且配套能抑制三次谐波的无功补偿装置的原因。

5.结论

当且仅当三相平衡时，零线总线上的电流等于零。

对于零线的单相支线，不管三相是否平衡，单相支路上的零线电流不等于零。

对于三相支路上的零线，由于线路敷设的原因，绝对的三相平衡是不可能的，因此三相支路上的零线电流一般来说也不等于零。

注意8：不能把中性线当成零线。

零线不但具有中心线的功能，同时还具有保护的功能，保护功能优先于中性线功能。零线可以接到用电设备的外壳上实施保护接零，但中性线不可以。

中性线可以断开，但零线绝对不允许断开；中性线不得再次重复接地，零线需要多点重复接地。

注意9：中性线一旦重复接地，则系统由TN-C-S变成TN-C，或者由TN-S变成TN-C。系统中的用电设备外壳接地变成保护接零，若某设备发生漏电，则系统中所有用电设备的外壳均带电，这会发生严重人身安全事故。所以，国家标准和技术规范中规定：中性线严禁与地线混用，也严禁与地线合并！具体见GB 50054《低压配电设计规范》强制性国家标准。

下图是IEC60364中的TN-S接地系统原图：

我们从图4中看到，若中性线N与地线PE再次合并，则合并点前方事实上成为TN-C接地系统，而用电设备的外壳接地方式变成保护接零。一旦某用电设备发生漏电，则全部的用电设备外壳均带电。

注意10：TN-S接地系统中没有零线。

在有零线的配电系统中，三相回路不得使用四极开关；在单相系统中，不得使用两极开关。

注意11：零线断线后，若三相不平衡，则断点后部的零线电位会上升，最高可达相电压。又因为用电负荷的外壳是保护接零的，故对人身安全造成极大的危害。因此，零线必须多点重复接地，确保人身安全。

TN-C接地系统目前很少见。规范规定在油库、矿山、机场和化工企业等易燃易爆的场所，严禁使用TN-C。事实上，居家配电系统中很少见到纯粹的TN-C接地系统，只有农村和城市老小区能见到。由此可见，零线是十分稀罕的。