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在日常用电中,有时会遇到一些令人费解的现象,比如家用的 220V 交流电,出现了零线和火线都带电,然而灯和电器却还能正常使用的情况,这究竟是什么原因呢?
首先需要明确的是,家用交流电 220V 并没有两相电,实际是两根线。这种两根导线零线、火线都带电的情况,通常是由于三相负载严重不平衡,进而造成中性点(零线)电位漂移。我们用试电笔检查时能发现零线带电,但具体的电压值还需要使用仪器测量。人们利用氖气制作的氖泡,被广泛应用于各种霓虹灯、试电笔以及电器中的指示灯等。一般情况下,氖泡自身的起辉电压为 60 - 90V,但这并不等同于万用表测量出的零线带电具体值。
虽然此时灯和电器还能正常使用,但这其实已经为安全用电埋下了隐患。一旦出现突发情况,可能会引发严重的电气事故,所以必须找电力人员进行负载调整,直至试电笔试验时零线不再发亮。
我国的低压配电系统一般采用三相四线制或者三相五线制。三相交流电的三根火线之间存在一个相电流相位差 120° 的关系。所谓三相四线制,就是将相线(火线)接成星形接法(Y 型),并从它们的中性点 O 引出一根零线,形成 Y?,这根零线用 N 表示。同时,零线(中性线)要求在变压器旁边与敷设合格的接地网连接。在三相四线制的配电系统中,可以配出相电压和线电压。三相交流电源每根相线(火线)与中性点出来的零线之间的电压称为相电压,而三相电源中任意两相间(火线与火线)的电压则被称为线电压。一般三相四线制交流电源中用 L1、L2、L3 表示三根相线,用 N 表示中性线零线。三相交流电源中流过每条相线的电流被称为线电流,流过每一相负载的电流被称为相电流。
家用电器的额定电压一般都是 220V,无法使用提问者所说的 “两相电 380V”。而零线从中性点接出,就很好地解决了这个问题,因为线电压与相电压存在一个根号√3 的关系,即 220V×√3 = 380V。
如果三相四线制供电时三相负载平衡,理论上零线电流几乎可以忽略不计,但在实际情况中,这种理想状态是很难达到的。下面通过一个例子,来计算零线电流说明问题。值得注意的是,三相四线制交流电路中的零线上的电流不可能比任意一根相线上的电流大。因为在负载星形连接时,零线电流为各相电流的向量和。在三相对称电路中,流过各相负载的电流应该相等,而且每相电流间的相位差为 120°。
例如:三相四线制三相负载的 A 相电流为 150A、B 相负载电流为 120A、C 相负载电流为 100A,试求零线 N 上的电流是多少?计算零线电流并非简单的三相交流电流有效值相加,因为三相交流的三相存在 120° 的相位差。计算零线电流可以用公式 I = A + B + C - AxB - BxC - CxA 导出。代入上述三相负载电流值,I = 150 + 120 + 100 - 150x120 - 120x100 - 100x150 = 1900,那么 I = √1900 = 43.58A。这么大的零线电流会与变压器的中性点形成闭合回路,虽然零线有电阻值,在一定距离中有电位差,但到达接地网后,它的电压都流入大地,电压也就等于 0 了。