题主这个问题与接地系统密切相关,与什么是“带电”也密切相关。为此,我们首先把接地系统和“带电”弄清楚。
我在知乎上写了大量有关接地系统的帖子和文章,以下是其中一篇,供参考。
什么是接地?接地的原理是什么? - Patrick Zhang 的回答 - 知乎
知道了接地系统,我们就明白,原来火线是 TN-C 接地系统中的相线 L1\L2 或者 L3,而零线是 TN-C 接地系统中的保护中性线 PEN。
特别要提醒的是:TN-C 接地系统当下并不多见,因此零线也十分罕见。题主所谓的零线,更大的可能性是 TN-S 和 TN-C-S 接地系统中的中性线 N 罢了。
“带电”这个词汇,应用十分广泛。我们往光电鼠标中加入 1.5V 的干电池,并打开开关投入使用,我们说鼠标内部电路已经带电。同理,我们把笔记本电脑的电源线插入插座,把 220V 的电压加载到笔记本的电源模块中,我们说这电源模块也已经带电。
可见,不管是 1.5V 直流电压还是 220V 交流电压,只要线路中通了电,我们就说线路带电。
题主所谓的带电,应当是指零线中出现了能够点燃测电笔的电压,这个电压范围是 60V 到 500V 之间。
我们定义:带电是指线路中出现了高于 50V 的电压。
50V 电击安全电压是 GB16895 这部关于接地的系列国家标准中规定的。注意与 36V 安全供电电压不要混淆,36V 安全供电电压是国家标准 GB/T 156-2011 规定的,它与 50V 电压毫无共同之处。
有了上述这些铺垫,我们就开始讨论。
==================
(1)我们先来看 TN-C 接地系统
图 1 中变压器 T 的低压侧绕组中性线直接接地,然后以 PEN 的形式引出,它就是零线。
需要注意的是:接地极是有电阻的,在 GB50054《低压配电设计规范》中规定了接地极电阻不得超过 4 欧,并说明实际电阻为 0.8 欧左右。
当图 1 中的 C 相火线接地后,由于零线是多点接地的,于是火线的电压就通过地网加载到最近的零线接地点处,使得零线带电。我们用电笔测量此时的零线,会发现电笔微微发红。
需要指出的是,零线带电的电压与零线重复接地的距离有关。如果距离很近,而且零线的重复接地措施良好,则零线所带电压很低,甚至测量不出来。可见,零线的重复接地何等重要。
在 TN-C 接地系统中,用电负载的金属外壳往往直接接零线,以实现人身安全防护,我们把它叫做保护接零。
对于零线来说,如果它断裂,则断裂点后部的零线电压由于三相不平衡的原因会升高,最高可以达到 220V 相电压,超过 50V 安全电压。在这种情况下,由于保护接零的原因,零线断裂对人体伤害和安全用电构成极大的威胁,其危害远超火线接地带来的影响。因此,TN-C 接地系统中的零线绝不能断裂,也不能送入开关造成人为断点。
这就是 TN-C 接地系统目前十分罕见的原因。国家标准规定,在油库、港口、仓库和煤矿,严禁使用 TN-C 接地系统。办公室和居家配电,一般是 TN-C-S 接地系统,其中用电末端并没有零线,也因此零线是十分罕见的。
可见,题主在这里存在认识误区。
当火线对地短路后,短路电流近似等于火线对零线的短路电流,因此 TN-C 系统中的开关会执行过电流保护操作,迅速切断故障线路,实现线路保护。
(2)我们再来看看 TN-S 接地系统
图 2 中,变压器的中性点接地后分开为中性线 N 和地线 PE,和三条相线一起引入到供用电的末端。由于它有五条线,在我国它的俗称叫做三相五线制。虽然这个线制称呼是错误的,考虑到它和零线这个称呼一样,有广泛的使用基础,此处就违心地引用一下吧。
其实,三相五线制是不存在的。所有 TN 接地系统包括 TN-C、TN-C-S 和 TN-S 都是三相四线制。因为 GB16895 中规定,所谓的线指的是在正常运行条件下有电流流过的线路。地线在正常运行条件下是没有电流的,所以地线不是“线”。
图 2 中,我们看到右侧相线 L3 对地 PE 短路,我们把它叫做单相接地故障。那么中性线 N(注意,这里没有零线的任何影子)是否会带电?同样要看距离,以及地线重复接地点的设置。一般来说,中性线因为单相接地故障的原因而“带电”的可能性不大。
当中性线 N 因为单相接地故障而发生漏电现象时,系统中的漏电保护开关会迅速执行线路保护,所以,中性线 N“带电”的时间是十分短暂的。
(3)TN-C-S 接地系统
图 3 是我们运用最多的接地系统。事实上,在办公室,在学校,在我们家,绝大多数的配电系统都是它。
我们看到,在户外零线 PEN 重复接地,然后分开为中性线 N 和地线 PE,随同相线 L 一同入户。在户内,用电设备的外壳接 PE。注意到户内配电箱的主开关 QF1 是两极的(2P,P 是英文 POLE(极)的首字母),可见中性线 N 可以断开,也毫不影响供用电。
当图 3 的左下方发生单相接地故障(漏电)时,户内的地线 PE 会带电。由于户外地线和中性线是连接在一起的,又因为有接地极电阻存在,并且单相故障发生点距离户外重复接地点的距离较远,则中性线电压会上升,也即题主所谓的“带电”。一旦发生了漏电,系统的漏电保护器和开关自身都会迅速执行开断保护,所以中性线“带电”也是十分短暂的。
============
至此,我已经解释了 TN 系统下的“零线带电”情况,限于篇幅,TT 接地系统和 IT 接地系统就不再讲解了。
最后,给题主提个问题:
我们已经知道零线的电压接近于零,可是零线中的电流却很大,对于单相系统,零线与火线中的电流基本相同。如此说来,零线的电流不符合欧姆定律。那么零线的电压遵循的是何种电路定律?
这个问题很重要。理解了它,我们才能知道零线的实质是什么。