漏电保护器与地线有什么关系？

来源：机械工业出版社E视界

作者：张白帆

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首先，先给出结论：漏电保护器与地线是从属关系。有了地线，才具有安装漏电保护器的可能；反过来，若没有地线，安装了漏电保护器毫无用处。

为了能够明确其中的道理，我们从最简单的直流电路开始谈起。

图1是直流电路，它有电源E，也有电源内阻r，还有外接的电阻箱R。 注意到外接电阻箱R有一个金属外壳。

设从电源E的正端流向电阻R的电流是I+，流出电阻R并返回电源的电流是I-。 由于电路属于串联电路，因此这两个电流大小相等，方向相反。 令两者之和为Id，于是有：

例如，电池电压为6V，它的内阻r=0.1欧，外电阻R=10欧，
于是有：

我们令I+的方向为正方向，
则有：

我们来看图2，它依然是直流电路。 图中把电阻箱的金属外壳通过接地电阻Rg接到电源负极，也即接地。

当电源的正极未与电阻箱的外壳相接时，什么也不会发生。

现在，我们让电源正极引线与电阻箱外壳相接（以下简称碰壳事故）。 仔细看图，我们会发现接地电阻Rg其实是与负载电阻R并联的。

于是我们发现了一个关键现象：

也就是说，此时的I+和I-虽然方向依然相反，但已经不再是大小相等了。 （提示： 从现在开始，漏电电流就用它的标准符号Ig来描述了）。

由于Rg的值往往很小，因此Ig的值很大，近似于电源正负极之间的短路电流，因此在电路中需要配备熔断器来保护。

注意1： 由于图2中的接地电流很大，近似等于电源短路电流，所以我们把这种接地系统叫做大电流接地系统。

注意2： 大电流接地系统的线路保护依靠过电流保护装置，即熔断器或者断路器。

我们来看图3： 图3其实就是把图1中的直流电源（电池）换成交流电源。 与图1一样，我们也可以做出结论： IL与IN大小相等方向相反。

和图2的结论一致，尽管是交流电流。

我们来看图4： 我们发现图4与图2类似，
我们也可以推出完全类似的结论：

由于正常状态下，IL与IN大小相等方向相反，故Ig=0； 一旦发生电阻箱碰壳事故，则Ig不等于零，说明发生了漏电。

国家标准规定，Rg的值不得大于4欧，而一般状态下Rg的值在0.2欧到0.8欧之间，因而接地电流很大，接近电源相线对零线的短路电流。 也因此，它被称为大电流接地系统。

前面说过，对于大电流接地系统，一般依靠电路前端的断路器或者熔断器来保护线路。

这种交流电路中的接地属于TN-C、TN-S和TN-C-S接地系统。 下图是国际电工委员会IEC给出来的TN-C接地系统标准图：

看，和我给出来的图4何其相似。

不过，到目前为止，我们还没有谈到漏电保护器。 我们马上就要讲到它了。

图5中，我们看到用电设备的外壳直接接地，碰壳事故的接地电流并没有通过电源提供的N线返回电源，而是走地网再返回电源。

我们当然知道，地网的电阻Rg远远大于PEN线或者PE线的电阻。 这是第一个问题。

其次，我们发现不知道该如何同时测量IL与IN。 若不同时测量这两个电流，我们就没法得知两个电流之差。 这是第二个问题。

如何解决这两个问题？

对于第二个问题，我们采用零序电流互感器来同时测量IL与IN。

将图6与图5对照着看，立刻就明白了。

由于Ig=IL-IN，且当IL与IN的值相等而方向相反时，两者平衡，零序电流互感器没有输出； 当IL与IN的值不相等时，Ig不等于零，于是零序电流互感器输出到操动机构中，产生脱扣力驱动前端的断路器执行跳闸操作。

这个装置就叫做RCD，器件名称是： 漏电保护器或者剩余电流保护器。

对于第一个问题，在IEC60364《接地系统》中规定，若电力变压器的中性点直接接地，而用电设备的外壳也直接接地，两者之间没有导线连接，这种接地系统叫做TT。

图中我们看到了电力变压器（左上侧）的中性点直接接地，用电设备（中下）的外壳直接接地（PE线），两个接地极依靠地网连接。

IEC规定，TT接地系统必须使用RCD。

至此，我们应当明白了：

（1）用电设备的外露导电部分（外壳）直接接地线PE；

（2）在上条得到满足的条件下，使用RCD漏电保护器，就能在发生单相接地故障（用电设备的碰壳事故）时，RCD将驱动断路器跳闸，以保护人身安全；

（3）对于TT系统，IEC和国家标准强制性地要求必须使用RCD。

最后的结论就是开头的那句话：

漏电保护器与地线是从属的关系： 地线是安装漏电保护器的充分条件。 也就是说，安装了漏电保护器，可以推断系统中一定有地线； 但反过来，若仅有地线，未安装漏电保护器也行。 事实上，在大电流接地系统TN下，可由普通开关的过电流保护装置来执行线路的漏电保护。

知道原因是什么？ 大电流接地系统下，漏电流已经被放大为相对N或者相对零的短路电流，故可以用过电流保护装置来执行保护操作。

至于TT小电流接地的系统，必须安装RCD，这是IEC和国标强制要求的！

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