漏电的电流,是流向了大地,还是经过大地流向了电源?

发布时间:
2024-09-10 22:08
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要回答题主的问题,我们必须先弄懂两件事:第一,我们从配电网末端看到的电源是什么?第二,漏电电流是如何流动的。

以下我们来解答这两个问题。


1.从配电网末端看到的电源就是配电电力变压器

我们看下图:

图1:发电、输送电和配电系统

图1中我们看到下部的发电厂,看到了升压变压器和高压输配电线路,看到了地区变电站以及降压变压器,降压变电站把高压电变成中压6~10kV电压,以及中压电网。在右下侧我们看到配电变压器把6~10kV的电压变成低压380V/220V电压,供我们使用。

所以,不管是我们日常所见的运行电流,以及短路故障的短路电流还有漏电故障的漏电电流,均在低压配电网的范畴之内。

由此可见,不管是企事业单位的配电变压器,或者是我们生活小区的配电变压器,再或者是农村的配电变压器,它们才是低压配电网真正的电源。

2.低压配电网的接地系统与漏电电流路径的关系

漏电电流的路径与低压配电网的接地系统密切相关。

(1)低压配电网的接地系统

所谓接地系统,它包括两类接地,也即系统接地(工作接地)和保护接地。系统接地用于构建低压配电网的零电位参考点,而保护接地则把用电电器的外壳接地线或者零线,一旦发生漏电时,用电电器的外壳电压不会超过人体的电击电压规定值50V,而电路中的保护电器则采取相应的开断措施,以保护人身安全和电气设备安全。

关于接地系统,我回答过N多的帖子,以下是相应链接:

工作接地和保护接地用字母怎么表示呢?如何详细解释零线的工作原理?

(2)在TN-C接地系统下漏电电流的路径

我们先把TN-C接地系统搞清楚,请看如下链接:

如图所示,TN-C系统为什么零线N要和保护零线PE合并在一起使用,这样PE线如何起作用?

在我国的农村,以及城市老旧小区,供配电系统都是TN-C。

我们看下图:

图2:在TN-C接地系统下发生漏电,漏电电流的路径

图2的左上侧是配电电力变压器的低压侧绕组,我们看到了A相、B相和C相火线,还有PEN零线。注意到三条火线和零线被引入用电设备的同时,用电设备的外壳接零线,我们把这种措施叫做保护接零。

图2的下部我们看到左侧的用电设备内部发生了漏电,漏电电流经过用电设备的外壳和零线返回到配电电力变压求中。由此可知,漏电电流的路径就是零线。

由于漏电电流近似等于火线对零线的短路电流,故线路中的保护电器(断路器或者熔断器)会启动线路开断保护,以保护人身安全。

再次强调,在TN-C接地系统中,漏电电流的路径就是零线。

(3)TN-S接地系统下漏电电流的路径

我们看下图:

图3:TN-S接地系统中发生漏电时漏电电流的路径

图3就是TN-S接地系统,它是我国许多企事业单位和居民小区低压配电网的主要供配电系统。

图3左上侧是配电电力变压器,它的低压侧引出了三条相线L1、L2和L3,还有中性线N和地线PE,注意到中性线N和地线PE在配电电力变压器处是接在一起的,并直接接地。此接地叫做系统接地或者工作接地,其目的是为全低压配电网构建零电位参考点。

图3右下侧我们看到了用电设备(电冰箱)的外壳通过插座接地线PE,我们把这种操作叫做保护接地。当电冰箱发生漏电时,漏电电流沿着电冰箱外壳、插座中部接线来到地线PE,再经由地线PE返回到配电电力变压器,这就是TN-S接地系统下漏电电流的路径。

由于地线PE与中性线N在电力变压器处是接在一起的,故在TN-S接地系统下漏电电流近似等于相线对中性线的短路电流,故线路中的开关和熔断器会执行短路保护开断线路。

再次强调:在TN-S接地系统下,漏电电流的路径就是地线PE。

(4)TT接地系统下漏电电流的路径

我们看下图:

图4:TT接地系统

图4的左上角是配电电力变压器的低压侧绕组,我们看到它引出了三条相线L1、L2和L3,还有中性线N,我们注意到中性线N直接接地,也即系统接地。

我们看到用电设备的外壳直接就地接地。

当用电设备内部发生漏电时,漏电电流经由用电设备的外壳到直接接地的接地极,再经过建筑物的钢筋网,再到系统接地的接地极,最有返回到配电电力变压器。由于钢筋地网的电阻或者阻抗较大,故TT接地系统下漏电电流较小,国际电工委员会IEC和国家标准都规定必须接漏电保护器,以切断故障线路。

再次强调:TT系统下,漏电电流经过建筑物的地网返回电源,或者经过总配电室与最终用电设备直接的地网阻抗返回电源,故漏电电流较小。

3.结论:对于绝大多数的低压配电网,漏电电流直接经由零线或者地线返回到配电电力变压器中,而不是千里迢迢返回到发电厂

由此可见,低压配电网中的漏电电流就地返回到配电电力变压器中,不可能千里迢迢地返回到发电厂。

图5:漏电电流返回电源的路径一般就是零线或者地线,有时会经过一段地网

题主对配电网的接地系统很陌生,故有此提问。相信,若题主仔细看完我这篇帖子,疑问就不存在了。

不过,提醒题主:知道什么是漏电电流吗?漏电电流又叫做剩余电流,这是什么意思?另外,单相接地故障电流与漏电流有何关系?如果题主不知道请说明,我给出标准答案。

4.人体的电击电流是如何返回电源的

题主只问了漏电电流,没有问及人体的电击电流。由于人体可能站立在地面上被电击,电击电流经过地面和地下返回到配电电力变压器的系统接地接地极,继而返回电源。我们看到,人体电击电流也是从本地返回到本地电源——配电电力变压器中,亦不可能千里迢迢地返回到发电厂。

既然题主未问及,我就简单说明吧。


回答完毕。

END