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为什么接地线就不会触电了(装了地线就一定不会触电吗?)

100次浏览     发布时间:2025-03-31 00:40:07    

先说答案:装地线能够防止电器设备漏电引起的电击,但直接触及带电导体的触电与是否存在地线无关。

地线的存在是防止触电的必要条件还是充分条件?

以下我们来展开探讨。


我们知道,人体发生电击(触电)有两种情况,其一是人体直接接触到带电体后被电击,其二是人体接触到已经漏电的用电设备外壳而发生电击。在国家标准GB50054《低压配电设计规范》中把前面一种电击形式叫做直接电击,其防护形式叫做直接防护;把后面一种电击形式叫做间接电击,其防护形式叫做间接防护。

对于直接防护,一般采取隔离和提高IP防护等级等措施;对于间接防护,其主要手段之一就是题主所谓的“装地线”。

间接防护与低压配电网的接地形式密切相关。关于接地系统,我在知乎上写过N篇帖子和文章,以下链接供参考:

如何深入理解低压配电网的接地系统?

什么是接地?接地的原理是什么?

再往下的讨论中,我们把重点内容放在间接防护的讨论上。

1.间接防护措施与低压配电网接地系统的关系

我们都知道一句话,叫做防患于未然。地线对于触电来说,它起的作用就是防触电之患于未然。

我们看国家标准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》中给出的TN-S接地系统图,如下:

图1:TN-S接地系统的标准图

注意看图1:电力变压器三相低压侧绕组的中性点直接接地,叫做工作接地。从工作接地处引出两条线,其一是中性线N,其二是地线PE,它们随同三条相线L1、L2和L3一起引至用电设备处。

我们再看用电负荷处,用电负荷1引入了三条相线和中心线到电能输入端口,用电负荷2则仅引入三条相线到电能输入端口,而两者的外壳均接地线PE。我们把用电设备的金属外壳接地线PE叫做保护接地。

注意1:当用电设备内部发生相线碰壳事故时,接地故障电流近似等于相线对中性线的短路电流,故线路保护装置会执行短路保护切断电源,我们把这种保护叫做单相接地故障保护,用符号G表示。G保护与人体是否接触到发生故障的用电设备外壳并被电击无关,但它可以实现防触电之患于未然。

我们看下图:

图2:TN-S下的五种单相接地故障

图2中的第1和第2种单相接地故障发生在配电室内,我们不予讨论。

图2的下方左侧是第3种单相接地故障形式,它发生在用电负荷的内部。当人体触及单相接地故障的用电负荷时就会被电击。我们看到,用电设备的外壳是接地线PE的,故当发生单相接地故障时由于故障电流近似等于短路电流,其前接断路器会执行保护跳闸。

图2下方右侧是第5种单相接地故障形式,它就发生在我们的家里。我们看到,此时的电源是单相供电,我们看到了相线L、中性线N和地线PE,家里的电冰箱外壳通过插座插头实现接地。当电冰箱发生单相接地故障时,其外壳带电。同样由于此时故障电流近似等于相线对中性线的短路电流,则其前接断路器(空气开关QF6)实施短路跳闸保护,切断电冰箱的电能供应,避免发生人体的间接电击。

注意2:我们看到用电设备内部发生单相接地故障时,TN-S接地系统中的地线PE起到引导开关执行跳闸保护的作用,以此实现人体的电击防护。

对于当前最常见的居家配电接地系统TN-C-S,其户外部分是TN-C,零线PEN在户外重复接地,然后分开为中性线N和地线PE入户,见下图:

图3:居家配电的TN-C-S接地系统

图3中当用电设备发生漏电(单相接地故障)时,用电设备1外壳上的漏电电流经过插座地线返回到户外的重复接地处,再通过外部TN-C接地系统的零线PEN返回电源,故漏电电流(单相接地故障电流)近似等于相线对中性线N的短路电流,图3中的空气开关QF2会执行短路保护,避免人体发生电击。

注意2:凡是有地线PE之处一定没有零线,若有零线就一定没有地线。为何?

我们从图3的用电设备1处看到一个问题:如果人体触及带电体(包括带电导线和带电用电电器在内),电击电流通过人体流到地下,再返回到电力变压器。由于人体的阻抗较大(2000Ω左右),地网的阻抗相对导线(中性线、地线和零线)要大,故流过人体的电击电流较小(一般在30mA左右),此电流强度是不可能让断路器、空气开关执行保护开断线路的。怎么办?

此时就要用到漏电保护器。漏电保护器的动作与地线也有关,我们继续往下看。

2.漏电保护器与地线PE的关系,漏电保护器在TN-C/TN-C-S下对人体电击防护的区别

对于人体免遭电击伤害来说,漏电保护器起到重要作用。漏电保护器的工作原理见下图:

图4:漏电保护器的工作原理

图4中的圆环是漏电保护器RCD的零序电流互感器的磁芯(或者铁芯),工作时相线L和中性线N需要同时穿过零序电流互感器。由于相线电流 IL 与中性线电流 In 大小相等方向相反,磁芯中不会出现磁通。当用电设备发生漏电时,漏电电流经过与用电设备外壳相连的地线PE返回电源,漏电电流Ig为:

Ig=IL−In ,式1

在未发生漏电时,因为 IL=In ,故地线中的漏电电流Ig=0;当发生漏电时,相线电流等于中性线电流In与漏电电流Ig之和,也即 IL≠In ,此时RCD的零序电流互感器磁芯(铁芯)中出现磁通,磁芯的副绕组出现感应电流。如果Ig的值大于30mA且时间长度超过0.1s,经过漏电保护器检测系统处理后输出动作信号使得前接断路器保护跳闸。

由此可见,地线的存在非常重要。如果没有地线PE,即使用电电器的外壳发生漏电后带电,但漏电保护器RCD不会动作。

我们来看TN-C系统下的漏电保护器,由于TN-C系统下没有地线,只有火线和零线,若发生了用电设备漏电会怎样呢?我们看下图:

图5:TN-C下发生了用电设备漏电,漏电保护器会动作吗?

我们注意到用电设备的外壳是接零线PEN的,因此穿过漏电保护器零序电流互感器的火线和零线,即使发生了用电设备的漏电,它们的电流依然是大小相等方向相反,漏电保护器根本就不会动作,只能依靠断路器执行短路保护来开断故障电流(此时故障电流近似等于火线对零线的短路电流)。

我们再看下图:

图6:TN-C下人体直接接触带电体,漏电保护器RCD会动作

图6中,人体直接接触带电体,电击电流经过人体后进入地网再返回电力变压器。此时穿过漏电保护器的火线电流为设备工作电流加人体电击电流,而零线电流为设备工作电流,两者之差就是人体电击电流,只要人体的电击电流超过30mA且电击时间长于0.1s,漏电保护器和空气开关会执行跳闸开断线路的操作。

对比图3和图6,图3是TN-C-S接地系统,户内有地线,而图6是TN-C接地系统,户内有零线而没有地线。我们看到图3中发生设备漏电时漏电保护器RCD和空气开关QF2会执行间接防护而跳闸,发生人体直接接触带电体时亦会执行保护跳闸,对比图6中发生设备漏电时漏电保护器RCD和空气开关不会跳闸,发生人体直接接触带电体时会执行保护跳闸。由此可见,有地线PE的TN-C-S比没有地线只有零线的TN-C要优越得多。

3.结论

通过上述讨论,我们看到地线十分重要:

有地线的TN-S和TN-C-S系统,不但能执行人体直接接触带电体的直接电击防护,也能执行用电设备漏电引起的电击间接防护,而没有地线的TN-C系统,只能执行人体直接接触带电体的直接电击防护。两相对比,前者的优势更大。

由此可见,地线是很重要的,它是我们安全用电的保障。

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