地线是埋在大地里面的吗?
当然不是。
地线有两重意思,第一重意思就是从电路零电位参考点引出的线,第二重意思就是从大地接地极引出的线。显然,地线不是埋在大地里的线。
1.关于零电位参考点以及地线GND
我们看下图:
我们看到图1左侧的1图中,电源电动势是6V,三个电阻的阻值分别是1Ω、2Ω和3Ω。如果我们忽略电源的内阻,则电流I为: ,于是电阻R1的压降是1V,电阻R2的压降是2V,电阻R3的压降是3V。
现在我的问题是:图1中的A节点、B节点、C节点和D节点的电位是多少?显然,我们不能把电阻的电压降来作为节点电位的电压值。
怎么办?电气理论的著名人物基尔霍夫告诉我们,我们必须设置电路的零电位参考点。这样就能解决上述问题。
对于图1的1图,我们设电池的负极也即D节点为零电位参考点,其电位是0V,我们把此点叫做零电位参考点,其符号就是图中所示的一条竖线再加一条横线。于是,A点的电位就6V,B点的电位是5V,C点的电位是3V。
对于图1的2图,我们设电池的正极为零电位参考点,其电位为0V,则B点的电位为-1V,C点的电位为-3V,D点的电位为-6V。
不管是图1的1图还是2图,从零电位参考点引出的线就是地线,用GND表示。
我们看下图:
我们从图2中看到了GND以及参考地的符号,与GND相关联的线就是地线,并且GND的电位就是零电位。
GND与大地有关吗?我们是否看到手拿收音机或者手机听音乐的人拖着一条地线在行走?答案是肯定的,我们从来都没见过。可见,电路的零电位参考点与大地无关,地线也无需埋入地下。
2.关于人身安全防护的保护接地零电位和地线
我们看下图:
家里的电冰箱内部发生漏电使得电冰箱外壳带电,并且电冰箱金属外壳未接地,图3中的女生繁星接触冰箱外壳后就会被电击。
注意到人体站立在地板上,而电冰箱当然也放在地板上,如果我们让电冰箱的金属外壳与大地的电位相同,一旦发生漏电,电冰箱外壳的电位不会比大地电位上升太多,显然对人体的电击程度也会下降很多。
我们有两种办法让电冰箱外壳接大地,其一是在电源(电力变压器)处提供一条接了地的保护线引至电冰箱处,并接着电冰箱外壳上,实现保护接地;其二就是让电冰箱的外壳就地直接接地,以实现保护接地。
同时,我们把电源(电力变压器)的中性点也直接接地并引出,这条线就是保护中性线,其俗称就是零线。我们在入户前的电度表箱处把零线再次重复接地,以确保零线具有大地的零电位,然后分开为中性线N和地线PE,随同相线(就是原先的火线)一起入户。在户内,我们把电冰箱外壳接地线。当电冰箱正常运行时地线的电位始终为零,一旦电冰箱发生漏电,漏电电流从相线经过电冰箱内部故障点再流到电冰箱外壳,由于电冰箱外壳接近大地的零电位,故漏电电流近似为短路电流,于是空气开关就能实现跳闸保护。
由于空气开关在人体尚未接触到电冰箱之前就切断了电源,我们把这种保护叫做人体电击间接防护。
通过这段描述,我们看到地线之所以叫地线,就是它通过零线重复接地极实现了自身电位保持为大地的零电位,继而保护了人体免受电击。
注意,电力变压器中性点接地极和零线重复接地极的符号与参考地不尽相同,由一条竖直线和三条横线构成。
3.结论
通过以上描述,我们看到低压配电网中地线的“地”字,并不表示它是埋在大地里的,而是表示地线的电位与大地相同。
通过以上描述,我们看到地线是零电位参考点的延续,更与埋大地一点关系也没有。真正埋大地的是配电网地线的源头——接地极,而不是地线。
就写到这里吧。