淺談零線的重要性

眾所周知，我國的三相交流發電機及三相電力變壓器副邊，基本上都是星形連接(也稱Y形連接)。所謂星形連接，就是將發電機(或電力變壓器副邊)三相繞組的三個末端X、Y、Z聯接在一起，形成一個公共點“0”，再由三個起始端分別列出三根連接線，叫火線。這種連接方式叫三相電源的星形(Y形)連接，如圖1所示:一般情況下，發電機及變壓器的三相繞組總是對稱的，所以這個公共點的電位為0，故稱為中性點，由中性點引出的線叫中性線。通常情況下，發電機及變壓器的中性點是通過接地極直接接地的(稱工作接點)，這時的中性點就叫做零點，由零點引出的線便是我們所說的零線與中性線是有區別的，零線就是接地的中性線。這樣，供電線路除了A、B、C三根火線外，又添了一根零線，這就是通常所說的三相四線制中性點接地的供電系統。

一、零線的作用

在三相對稱的星形接地電路中，零點電位為零，零線中無電流通過，取消零線也不會影響電路的正常工作。例如，三相交流電動機的供電線就只需三根火線即可。這就是容易給人們一個“零線無關緊要”的假象，殊不知零線在安全保護中起到至關重要的作用。

1.有了中性點接地的零線，可以對整個供電系統中的用電設備進行保護接零，保障人身及設備安全

所謂保護接零，就是將與電氣設備帶電部分絕緣的金屬外殼或金屬構架與中性點直接接地供電系統中的零線緊密相聯接，如圖2所示。這樣，當用電設備(如圖2中的電機D)某相發生碰殼短路事故時，短路相便通過事故設備的外殼與零線相通，形成很大的火線對零線的短路電流，使通過事故設備上的保護裝置(如熔斷器或空氣開關)迅速動作，切斷事故電源，消除可能發生的設備和人身事故。

2.生產或生活眾多單相用電設備的電源(相電壓)的取得離不開零線

例如，220V單相電壓，就是從一根火線和一根零線中取得的。當然，從理論上說，相電壓也可以通過火線和地線取得，但那樣做很危險，安全規程不允許這種接線方式。也可以將線電壓通過一個變壓器換成相電壓值，如加入一個變比為380/220V的變壓器，就可以得到220V的電壓，這樣將大大增加投資，而且也增加了保護系統的復雜性。

3.有了零線，可以使常用的三相星形負載保持穩定的電壓

若三相負載為對稱，如圖3所示，即ZA=ZB=ZC，那么流過每相負載的相電流也是對稱的，即大小相等，其相量和為零，即:，由于零線中沒有電流通過，因此中線可以省去，并不影響三相電路工作，各相負載的相電壓仍為電源的相電壓，電路成為星形連接的三線三相制供電電路。

三相負載不對稱時，各相電流不構成對稱量，零線電流不為零，此時零線不能斷開。因為當有零線時，即使作星形連接的各相負載不對稱，也能使各相負載電壓等于電源相電壓，從而保證了各相負載能正常工作。如果零線斷開，各相負載電壓就不再等于電源電壓，有的負載電壓可能低于其額定電壓，有的負載電壓可能高于其額定電壓，導致負載不能正常工作。所以在三相四線制中，中線不允許安裝開關和保險絲，以免斷開。另一方面，各相應盡量平衡，以減小零線電流。

二、重復接地對零線性能的加強

所謂重復接地，就是將零線上的一處或多處通過接地極與大地再次聯接，如圖4所示，有了重復接地，對零線的性能有以下幾點好處:

1.減少零線斷折時的觸電危險性

在圖5所示的三相四制供電系統中，所有電氣設備(如圖中的D1、D2、D3等)都按規定進行了保護接零，由于某種原因，零線在H電處折斷，使得在折斷點之后的設備(如圖中的D1、D3)都失去了保護作用。如果剛好D2發生了某相繞但對外殼短路，則D2的外殼將帶上相電壓Uφ，而且由于零線在H處折斷，使事故電流無法通過零線構成回路，即形不成大的短路電流，保護電器不會動作，使事故長期存在，設備外殼長期帶電，如果此時有人觸及事故設備D2的外殼，事故電流將通過設備外殼、人體R人、大地、工作接地極R0形成回路，即:

式中，Uφ——事故相電壓，在低壓供電系統中，Uφ=220V。

R人——人體電阻，通常為1kΩ～3kΩ，這里取R人=2kΩ;

R0——變壓器工作接地電阻，按規定，R0≤4Ω。

則流過人體的事故電流Id為:

一般情況下，流過人體的電流達到，就會致人于死命，顯然，一旦零線折斷，觸電的危險性是相當明顯的。而且在零線折斷點H之后的所有設備，只要有一臺外殼帶電(如D2)，就會使后面的所有接零設備(如D3)的外殼都帶上相電壓，只要有人觸及，都將有觸電的危險。

如圖6所示，在零干線上加設備重復接地，情況就完全兩樣了。此時，如果在折斷點H之后某臺設備發生碰殼現象，短路電流Id可通過Rc、大地、工作接地極R0構成回路，但此時事故設備外殼所帶的電壓將大為降低，如果重復接地極的電阻Rc=4Ω，此時事故設備的外殼電壓將為:

只是無重復接地時事故設備外殼電壓的一半，這就大大減少了事故設備的觸電危險性。

2.縮短事故持續時間

從圖4可以看出，重復接地極RC和變壓器中性點接地(工作接地)地極R0構成了零線的并聯分支，使得總的接地電阻大大降低。所以，當發生短路事故時，短路電流將比無重復接地時大得多，從而加速了線路保護裝置的動作，也即縮短了事故的持續時間，減少了觸電危險性。顯然，重復接地數目越多，接地極總電阻就越小，短路電流就越大，縮短事故持續時間的效果就越顯著。

四、安裝零線應注意的事項

從以上分析可知，在供電系統中，零線具有相當重要的作用，甚至比火線的作用更大，因而在選擇及安裝零線時不能應付了事，必須注意下面幾個問題:

1.零線必須具有一定的機械強度，截面不得選得太小

在三相負載對稱時，零線上沒有電流。但是，生產上或生活上的許多用電設備都采用單相供電，如果這些單相設備在三相供電線路中分布不均勻，即三相負載不平衡，每相電流的大小都不一樣，零線中就會出現電流。在正常情況下，零線上的電流總是比火線上的電流要小得多。所以，一般三相四線制供電線路中的零線截面比火線截面要小一點。但是，考慮到零線的特殊作用，即對電氣設備具有保護接零的作用，必須確保零線的完好，不能出現中間斷折現象。為此，零線應該具有較高的機械強度，零線的阻抗也不能太大。所以，零線的截面就不能太小。通常零線截面積約為火線截面積的一半左右。實際上，工程中常按比火線小一個截面等級來選擇零線。在照明供電線路中，考慮到不平衡運行的機遇很多，一般均按相等截面來選擇零線的火線。

2.零線的安裝質量要高

不能認為零線電流小或無電流就隨便用廢舊電線作零線，以防零線斷折而造成用電設備失去保護接零時所出現的人身觸電事故。

3.零干線上不能安裝開關與熔斷器

為了防止由于零線斷折造成用電設備失去保護接零環節，必須注意在零干線上不能裝有開關與熔斷器。

對于零干線需裝熔斷器的某些特殊場合，如有爆炸或火災危險的場所，為了保證保護接零環節的完好性，應在熔斷器安裝之前另外敷設接零干線。電氣設備的金屬支架應直接接到保護接零干線上，不應接于熔斷器后面的工作接零線上。

4.為加強零線的作用，必須裝足夠的重復接地裝置

在下列地點，尤其應進行重復接地，以加強零線的作用:架空線路終端處及分支線長度超過200米處的分支處;沿架空線路每一公里長處;高低壓線路同桿敷設時，共同敷設處的兩端均應在零線上重復接地;電纜及架空線路引入室內的進戶線附近處;車間內除進戶線處重復接地外，其對角線最遠點也應重復接地。而且，如果車間長度超過400米時，每隔200米應有一處重復接地。

(作者單位:廣西壯族自治區桂林高級技工學校)