家庭的用电都是交流电，为何会有零线和火线的区别？ 第1页

题主的问题是：家庭的用电都是交流电，为何会有零线和火线的区别？

我们首先看看题主问题的答案与什么有关：

1）题主的问题与配电系统的接地密切相关；

2）题主的问题与电气接线方式密切相关；

3）题主的问题与用电安全密切相关。

现在我们来解答问题。

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1.火线与零线的基本概念

1）我们首先看直流电源供电方式，见图1

图1：直流电源供电方式

在直流电源电路图的图1中我们看到一个电压源E，还有它的内阻，它们共同构成直流电源。

注意到右边的电压输出曲线（纵轴是电压U，横轴是时间），我们看到随着时间推移，电压的大小不变；再看下面的伏安特性曲线（纵轴是电压，横轴是电流），我们发现随着电流加大，电压会降低，原因很简单：电流越大，内阻上的电压也越大，于是输出电压也即路端电压也降低。

直流电源电路图的图2是多种电源组合体，其中有正负15V电压，有5V电压。此电源一般为单片机系统供电。

那么我们如何确定0V呢？我们只需要在线路上画上接地符号，见2图的左侧，表示这一点是电压参考点，也即零电压。

我们再看3图：

在电池的负极绘制的接地符号表示接大地。于是，电池负极的电压就是大地的零电位。

注意：

参考地和大地的零电位不同。参考地对大地来说，可以有一定的电压，但大地的电位一定是零。也因此，把接大地获取零电位的做法又叫做工作接地。

参考地和工作接地可以合并，其符号见3图红线框内的符号。

2）我们再看交流电源，见图2

图2：交流电源供电方式

从交流电源线路图和波形图看，交流电与直流电截然不同，主要的区别在于：

1）电压值会周期性地改变大小和方向。

从外电路看当正半周时电流从接线端子XT1流向电阻R，然后再经过接线端子XT2返回电源；负半周时电流从XT2流向R，再经过XT1返回电源。

我们发现，对于我国的工频交流电来说，在0到10毫秒的时间段内，电压为正，此时电流从XT1流出，从XT2流入；在10毫秒到20毫秒的时间段内，电压为负，此时电流从XT2流出，从XT1流入。

2）我国规定交流电压值的周期为20毫秒。

如果我们就这么用电，则无所谓什么线号定义。但如果我们也将交流电源实施工作接地，则情况就大不一样了。

我们先来看三相交流电源线路图：

这幅图其实就是居家配电的电能源头电力变压器的接线图。我们看到三相交流电绕组的公共段是接在一起的，这一点叫做中性点，它的代号是N；我们还看到A、B、C三相输出的电压波形相差120度，三相的代号是L1、L2和L3。

注意：我们看到变压器的中性点实施了工作接地，因此这条接了地的中性线它的代号是PEN。

定义：L1、L2和L3叫做相线，也叫做火线（以下用标准名称：相线或者L线）；PEN叫做保护中性线，也叫做零线（以下用标准名称：保护中性线或者PEN线）。

2.接地方式的讨论

在GB156-2009《标准电压》中规定，相线对零线的电压是220V，不同相线之间的电压是380V。

我们来看图3：

图3：交流供电方式中中性点接地的讨论

这两张图已经出现过，我们来仔细探讨一番：

先看左图：

此图常用于隔离变压器供电方式，也即开关设备和电动机的控制系统，我们看到变压器次级电压是220V。在这种供电方式下，无所谓什么相线和N线。

因为隔离变压器的二次侧的出线是对称的，因此在负载电阻R的两端都必须配套开关或者熔断器实施线路保护。

另外，当人触及任何一条线时，就会发生电击，也即人身伤害事故。

再看右图：

我们看到变压器的中性点工作接地，于是PEN线的电位被强制地限定为零电位。

于是问题来了，既然PEN线的电压为零，那么它是不是就不能提供电能了？我们看看图1的2图，我们看到-15V的电池的正极是接地的，那么这个电池是不是就不能工作了？答案当然是否定的。

电源是否能工作，与电源的电动势有关，而与电源的某端是否接地无关。

因此，尽管变压器的中性点接了地，但毫不影响变压器输出电压，也不影响输出电压的大小、方向和相位关系。

明白这个道理后，我们再看右图的负载电阻R。我们发现，负载的PEN线电压是0V，若我们将负载的外壳接到PEN线上，这样一旦出现漏电，它的电位被PEN线强制性地拉在0V，因此就不会出现人身电击事故。这种人身安全的保护方式叫做保护接零。

在保护接零方式中，PEN线的首要功能是保护。因此当PEN线也即零线接到负载时，要分为两支，一支作为负载电源，另一支接到负载金属外壳上，以实现人身安全防护。

在IEC标准中，把这种低压配电的接地系统叫做TN-C。

我们来看IEC60364《接地系统》中TN-C接地系统的原图：

注意看，图中变压器的中性点接地，然后引出三条相线，还有PEN线。为了防止PEN线断裂，PEN线重复接地。

另外，主看中间的用电负载，它的PEN线首先接到外壳，然后再接到电源的零线端子。

IEC60364《接地系统》系列标准等同使用的国家标准是GB16895系列标准。

现在，我们来考虑一个问题：若PEN线在中间断了，会怎样呢？

我们发现，在断点靠近电源侧，一切照旧，没有什么问题，但断点后部问题很大。

从图3中我们看到，系统其实是三相的。当三相平衡时，若中性点未接地，但电源也会把它的电压限制在0V。但当三相不平衡时，中性点的电压就会偏离0V，极端情况下中性点的电压会等于相电压220V。

我们已经知道负载的外壳是接在PEN线上的，结果PEN线断了，它后部的电压会上升，一旦超过IEC规定的50V安全电压，则会发生人身伤害事故。

（注意：这里的50V安全电压不是指安全供电的36V电压，不要弄混了）

所以，TN-C供电方式是不可靠的。国家标准中规定，TN-C接地系统严禁使用在爆炸场所中，例如油库、港口、煤矿等等，也不建议使用在居家配电环境中。

若一定要使用TN-C接地系统，则它的PEN线也即零线必须多点接地，以防止PEN线断裂。

TN-C的PEN线也即零线严禁接入开关！严禁在TN-C系统中使用四极开关，这是铁律！

在居家配电环境下，最好使用TN-C-S接地系统。

我们来看看IEC60364《接地系统》的TN-C-S的原图：

我们看到，PEN线离开第1只负载后，分开为N和PE，从此以后，零线就不存在了，变成中性线N和保护线PE。同时，在分开前PEN线必须再次重复接地。这样就彻底地解决了TN-C的不足之处。

事实上，居家配电中绝大所数都是TN-C-S接地系统。许多人以为N线就是零线，这是错误的。

在TN-C-S接地系统中，变压器的中性点是工作接地，而负载的外壳是保护接地，这从上图的负载外壳接到PE线可以看出来。

3.居家配电的范例

我们来看一张实际的TN-C-S居家配电图：

在这张图中，我们在左上方看到了三相电，并且有PEN线（零线），因此该低压配电的接地系统属于TN-C。

我们看到，L3线的电源在入户前经过了电度表，然后以L相线的形式入户。

我们还看到，PEN线在入户前首先通过MEB接地网接地，然后分开为N线和PE线，并且以N线和PE线的形式入户。入户后，N线可以进开关，但PE线则不得进入任何开关，并最终连接在用电设备的外露导电部分（金属外壳）上。

因此，居家配电的接地系统是TN-C-S。系统中既有工作接地，也有保护接地。

居家配电的主干有三条线，即相线L，中性线N和保护线PE。其中相线的俗称就是火线，但N线绝非零线。
由于这方面的内容超过题主的讨论范围，详细解释忽略。

需要说明的是：我估计包括题主在内，都以为N线就是零线。极有可能，这个帖子讨论的主题是N线与相线的区别，而不是零线与相线的区别。

不过，就此说明零线的特征和使用条件也挺好。我深信，题主一定会很惊讶，原来自己讨论的内容并不是主题。

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关于零线火线的话题，其内容极其丰富。由于深入讨论需要有大量的帖子，或者若干篇专栏文章才行，所以这个帖子的讨论就到此结束吧。