为什么零线不带电?

作者: 金新喜

来源: 《科学世界》

发布日期: 2018-11-08 17:46:43

本文解释了为什么在家用电路中,零线不带电的原因,涉及了发电、输电和用电系统的基本原理,以及三相四线制的应用。

既然我们用电时,交流电同样要构成电路,为什么只有火线带电而零线不带电?要解释这个问题,需要了解一些家庭电路电源的知识。

家用电路的电是从发电厂送过来的,发电厂把发电机中三个线圈各自独立地与外电路连接,便可得到三个交流电路,这样做需用六根输电线。实际上,总是把每个线圈的末端连接在一起,从它们的公共点引出一根导线,再从三个线圈的始端各引出一根导线,共用四根导线向外输电,即一根中线(也称零线)和三根火线。采用这种接法向外送电叫做三相四线制。

由于各线圈送出的电流的最大值相等,频率相等,但相位都差了1/3个周期,因此通过简单的三角函数运算,就能得出各相电流的瞬时值之和恒等于零,那么中性线的电流也就等于零。

简单的输电线路,较粗且与电线杆有绝缘子连接的是三相火线,电线杆顶部较细的为中线。

发电站发出电后,为降低输电损失,需进行升压处理后输出,再在用户端的变电站进行降压处理,送到千家万户。细心观察高压输电铁塔,可以发现有四根电线,有三根比较粗,而且与铁架之间串联的绝缘子的个数也较多,它们就是火线;有一根比较细,绝缘子的数目也较少,它就是中线。当三相负载平衡时,中线上的总电流为零。在家用电路中,用户被分为三组,分别接入某一相。

这就导致各相负载不尽相同,而且经常变化,中线中的电流很难正好等于零,因此不能取消中线。这个中线最终连接到变电站的“地”,就是地球上。由于地球实在是太大了,电荷无论流入大地或从大地流出,对地球的电学状态几乎没有影响。因此,地球的电势十分稳定,这也是科学家把地球的电势定为零电势的原因。

因此,每一相家用电路的火线永远与大地之间有220V的电势差,但与大地相连的零线,在理想情况下与大地的电势差为零,也即不带电。

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