问题

电器的金属外壳为什么不能接在零线上?如果能,那地线的存在有什么意义?

回答
说起电器的金属外壳为什么不能直接接零线,这背后涉及到一个非常重要的安全问题,而且也揭示了地线存在的必要性。咱们就来好好聊聊这个事儿,把它讲得明白透彻。

首先,咱们得先弄清楚“零线”和“地线”到底是什么。在中国,我们家用电通常是单相三线制,这三根线分别是火线、零线和地线。火线就好比是能源的“源头”,电压很高,是我们获取电能的途径。零线呢,理论上说,是连接到发电厂中性点(可以理解为零电位点)的,它的正常工作状态下电压非常低,接近于零。它和火线一起,构成了一个完整的电流回路,让电器能够正常工作。

现在回到电器金属外壳的问题。很多电器,比如洗衣机、冰箱、微波炉这类功率较大、或者工作环境可能潮湿的电器,它的外壳都是金属的。这层金属外壳,不仅仅是为了好看或者结构支撑,更重要的是一个潜在的安全屏障。

想象一下,如果某个电器在生产或使用过程中,内部的电线因为绝缘层老化、破损,或者其他意外情况,导致一根带电的火线碰到了金属外壳。这个时候,如果这个电器本身的外壳没有做好任何连接,那么这层金属外壳就会变成一个“带电体”。

如果我们把这个金属外壳直接接到零线上,会发生什么呢?理论上,零线是低电位,火线是高电位,两者之间会有个电位差。电流会顺着导电性最好的路径流动。一旦火线碰到了零线上连接的金属外壳,电流就会试图通过这层金属外壳流向零线。

但问题就在这里了:零线的设计,是为了构成回路,而不是为了承受电器发生漏电时流过来的全部电流。而且,零线在某些情况下,比如线路老化、接头松动,或者在三相电系统中,零线也可能带一定的电位,甚至在某些极端情况下,会因为零线断开而出现危险的电压。如果电器金属外壳接了零线,一旦零线出现问题,这个金属外壳的电位就变得不稳定,甚至可能升高到危险的程度。

更重要的是,当电流流向零线时,它会构成一个正常的回路。虽然可能造成短路,跳闸断电,但在这个过程中,金属外壳上的电位并不能保证始终是零。也就是说,你触摸它的时候,仍然有可能感受到电击。而且,这种“正常回路”的发生,本身就说明电器内部已经发生了严重的漏电,这是需要立即停止使用的。

那么,地线的作用又是什么呢?地线,顾名思义,它是连接到大地的。它并不参与电器的正常工作回路。地线的作用,就像是一个“保险丝”或者“泄洪渠”,专门用来处理电器发生故障时出现的危险情况。

当电器内部的火线不小心碰到了金属外壳,而这个金属外壳又牢固地连接到地线上时,情况就大不一样了。由于地线通常是一个非常粗壮、电阻极小的导线,而且直接连接到大地这个巨大的“电容”上,当漏电电流产生时,它会以极快的速度、通过电阻最小的路径——也就是地线——流向大地。

为什么说流向大地就安全了呢?因为大地是一个巨大的、电位恒定为零的参考点。流到大地上的电流,会被迅速分散开来,不会让金属外壳的电位升高到危险的水平。更重要的是,这种巨大的漏电电流,会瞬间超过电器所在电路的保护装置(比如空气开关或漏电保护器)的额定电流值。一旦电流值达到一定程度,这些保护装置就会在极短的时间内动作,比如空气开关就会“跳闸”,切断整个电路的电源。这样一来,就避免了人员触摸带电外壳而触电的危险。

所以,地线的存在,是为了在电器发生漏电时,提供一个安全可靠的电流释放通道,并且迅速触发保护装置,将电源切断,从而确保使用者的安全。如果没有地线,即使电器内部漏电,金属外壳也可能长期带电,等到有人不小心触摸它时,才会引发触电事故。

简单来说,把电器金属外壳接零线,就像是把一个可能会漏水的管道,直接接到了一个普通的下水道。如果漏水量不大,下水道还能勉强承受;但如果漏水量突然变大,下水道就可能被淹了,甚至反涌上来,造成更糟的局面。而把金属外壳接“地线”,就好比是在漏水管道旁边挖了一个专门的排水沟,一旦漏水,水会立刻通过这个排水沟排走,并且能迅速触发警报系统(保护装置)来关闭水源。

零线和地线虽然在正常情况下,零线是低电位的,但它们的“职责”和“设计理念”是完全不同的。零线是工作回路的一部分,地线是安全防护网的一部分。把外壳接到零线上,等于把本应属于安全防护范畴的故障问题,强行纳入了正常工作回路,这会带来极大的不确定性和安全隐患。所以,电器金属外壳绝对不能接零线,必须接接地线,这才是保证我们用电安全的基本原则。

网友意见

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网上关于这个问题的解释确实不少,但绝大多数都是语焉不详,甚至漏洞百出。我在这里斗胆做一下补充和总结。

请先看这个回答补一下基础知识:

交流电的传输?

如果不了解接地、电压、电位这些概念,理解下文可能存在困难。

火线和零线是电网的一部分,直接驱动用电器,但是用电器可能由于内部的各种原因,部分电荷会导通到外壳上,此时就需要地线将这些“不期而至”的电荷导走。另一方面,由于上文所述的三相负载不均衡,此时零线上就会有一定的电压。如果此时电器内部故障导致零线接触外壳,就会发生触电的危险,而地线则可保证机器外壳的电位等于大地的零电位,保障用电安全。因此,大功率用电器一定要连接地线


万不可把零线直接连接到地线
。如果不发生意外情况,所有线路都正常当然没有问题。但如果地线意外断开(在国内由于施工方偷工减料,地线非常不可靠,甚至根本没有),那人就必死无疑了。由于电器一般都将地线连接至外壳,如果零线与地线共用一根线的话,就相当于零线也连在外壳上了。一旦地线断开,电器外壳将直接带电!请看图:

如果地线发生断路,那么绿色的外壳将与零线一样,相对于大地为220V的电压。此时用手去触摸外壳,后果不堪设想。

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