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一端接相线,另一端用铁棍接地,这样做的问题在于…

电气技术 小编 699次浏览 0个评论 扫描二维码

 

张白帆(Patrick Zhang):ABB公司的资深电气工程师,在知乎网拥有超过16万粉丝的电气领域大神。北京地铁、首都机场T3航站楼、长江三峡永久船闸、上海磁悬浮列车、大亚湾核电站等数百项目中均留下他的足迹!

已出版《低压成套开关设备的原理及其控制技术》第3版《老帕讲低压电器技术》等图书。

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今天给大家带来的是张老师在知乎上的一个互动贴:

问题如下:

一端接火线,另一端直接用铁管子插地里,电器就可以运转了。可这样电路是开路,并没有流回到发电厂,为什么电流可以流动呢?

回答:

首先,我们的住家都属于低压配电网的终端,因此配电网的电源是三相电力变压器,不是发电厂。这一点一定要明确。

我们来看下图:

一端接相线,另一端用铁棍接地,这样做的问题在于...

 

这张图是有关低压配电网接地系统的最权威解释,它出现在IEC60364(低压配电网接地系统系列标准)中。此图经常被引用。我来解释一下:

 

图中左上侧就是电力变压器的三相绕组,最上面的是L1相(A相),下来是L2相(B相),下面的是L3相(C相)。注意到三相绕组的左侧是它们的公共端,公共端就近接地,叫做系统接地,然后以PEN的形式引出。

 

注意,PEN线的PE表示地线,N表示中性线,合并后的PEN线有一个大名鼎鼎的名字,叫做零线。

 

三条相线连同零线一起引向住户,在住家附近的总配电箱(电表箱)处,PEN线再次重复接地。

 

从这里开始有两种方案:

 

第一方案:把零线分开为N线和PE线,连同一条相线入户,这样入户线有三条。此种低压配电接地系统叫做TN-C-S。

 

第二方案:把零线连同一条相线入户,这样入户线有两条。此种低压配电接地系统叫做TN-C。

 

从题主的说明看,所讨论的是第二个方案。

 

我们看下图:

 

一端接相线,另一端用铁棍接地,这样做的问题在于...

 

图中,我们看到了L1、L2、L3和PEN构成的配电线路。

 

我们先看右边的居家配电系统2:

 

配电系统2,我们看到相线L3和零线PEN均引入居家中,并且相线电流Ip等于零线电流Ipen,但方向相反。

 

再看居家配电系统1,它的相线被引入家中,而零线PEN却未引,在自家附近的地上敲入一支铁棍,再把自家的零线接到铁棍上。如此一来,从铁棍开始一直到零线重复接地处,返回的零线电流Ipen必须要走大地,再从最近的重复接地处返回到零线总线,再返回电源变压器中性点。

 

这样会带来两个问题:

 

第一:此时的铁棍叫做接地极。如果接地极的接地效果不好,则等效于在重复接地处与自家之间接了一个较大的电阻。根据基尔霍夫第二定律,我们很容易想到,电源电压分为两部分,其一是居家电器的总电压降,第二就是接地电阻的电压降。也即:

U=Uj+Ud

 

这里的U就是电源电源,Uj是家里的电压,Ud是接地处的电压。

 

注意到居家配电系统2的U=Uj,没有Ud。

 

当零线电流流过接地处时,Ud的值会随着电流变大而变大。电源电压U不变,其结果必然招致家里的电压Uj会偏低。并且耗电量越大,电压Uj就越低。

 

国家标准规定:接地极的电阻不得大于4欧,但一般取值0.8欧。对应地,一条零线导线的电阻应当不会超过0.1欧。可想而知这处接地会带来多大的压降。

 

第二:铁棍接地如果没做好,接地电压Ud会上升。当接地电压超过IEC60364规定的50V接地安全电压后,就会对人体产生伤害。这是很危险的。

 

这条铁棍打入地下,它的表面要涂漆不是,不涂漆也不是,所以这根铁棍因为腐蚀问题一定用不久,到了最后,上述这两个问题同时出现,结果可想而知。

 

由此看来,这样做的目的是为了省一根线,但带来的后果却很不好。

 

正确的做法是:不要省这根线,同时把铁棍作为就近的重复接地体,引三根线入户。如此一来,事实上又回到了第一方案。

 

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