张白帆(Patrick Zhang)：ABB公司的资深电气工程师，在知乎网拥有超过18万粉丝的电气领域大神。北京地铁、首都机场T3航站楼、长江三峡永久船闸、上海磁悬浮列车、大亚湾核电站等数百项目中均留下他的足迹！
已出版《低压成套开关设备的原理及其控制技术（第3版）》、《老帕讲低压电器技术》等图书。
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此提问来自知乎。要弄懂问题，首先要把漏电开关的工作原理搞清楚。
1、漏电开关中的零序互感器工作原理
1图是漏电开关的零序电流互感器铁芯，可以看到火线和零线同时穿过铁芯。
2图中的T是变压器，变压器有两个原边绕组，一个副边绕组。其中两个原边绕组线圈的缠绕方向一致，圈数也相等。
当原边绕组1中流过电流I1时，按右手螺旋定则判断出变压器铁芯中的磁力线方向。
请注意，2图中变压器T的原边绕组1和原边绕组2的电流方向是相反的，按右手螺旋定则，如果电流I1与I2大小相等方向相反，则变压器铁芯中没有磁力线，副边绕组当然也不会出现感应电流和感应电压。
再看1图，这里的L火线和PEN零线就相当于两个原边绕组。火线与零线电流大小相等，方向相反。因此当电路正常工作时，零序电流互感器副边绕组中不会出现任何电流。
令Id为火线电流与零线电流之相量和：
Id=IL+IPEN=0
我们看到，电路正常时Id=0。
2、TN-C接地系统和TT接地系统
3图是用电设备的外壳接地，如果发生了火线碰壳事故，则接地电流直接从地网返回电源；4图是用电设备的外壳未接地，但人手去触摸用电设备的外壳，接地电流通过人体流入大地再经过地网返回电源。
在国际电工委员会IEC的标准IEC60364《接地系统》和国家标准GB16895.1《低压电气装置 第1部分：范围、目的和基本原则》中，把用电设备的外壳直接接地叫做保护接地，用字母T表示；如果系统没有保护接地，用电设备的外壳是通过专用的接地线PE或者零线PEN接地，叫做N。同时，把变压器的中性点直接接地叫做系统接地，也用T来表示。
注意到零线的源头就是变压器的中性线接地点，所谓的“农村进户线一火一零”叫做TN-C接地系统。
对于3图，我们看到有火线和零线，所以它是TN-C接地系统。我们还看到用电设备的外壳直接接地，这叫做TN-C接地系统下的TT接地系统。
标准规定：TT接地系统单相接地电流很小，无法启动过电流保护电器进行保护，所以必须安装漏电保护器。
3、户内线路及保护原理
我们知道，地网电阻相对导线来说，是很大的，因此想依靠漏电流来驱动某种开关电器实现保护跳闸，需要采取若干措施。
第一种措施：在入户前将零线再次接地，然后分开为地线PE以及中性线N入户。这种接地系统叫做TN-C-S。
我们来分析此图：
零线在户外再次接地，然后分开为中性线N和保护线PE，连同相线L一同入户。
在户内，已经没有了火线和零线，只有相线L、中性线N和保护线PE。
户内配电箱中有一只两极的进线主开关QF1，还有单极的出线开关QF2，并将电源引至用电设备。在用电设备处，地线PE接到用电设备的金属外壳上。
当用电设备发生L对外壳的接地故障时，用电设备外壳带电，人触及用电设备外壳时会受到电击。
由于在户外PE和N是合并并且接地的，并且导线PE的电阻也很小，因此用电设备处发生的接地故障电流近似等于相线对N线的短路电流，于是QF2会执行保护跳闸。就此实现了人身用电安全的防护。
再看下图：
此图与上图不一样，我们看到在QF2处安装了一只漏电开关。
来分析它的工作原理：
在正常状态下Id=0。如果发生了漏电，设漏电电流为Ig，于是在漏电开关的零序电流互感器的副边绕组中有：
Id=IL+Ig+IN=Ig+（IL+IN）=Ig+0=Ig
一般地，我们设置Id的动作值为30毫安，于是当发生了漏电时系统就会自动跳闸，以此实现人身用电安全防护。
我们看到了两种方案。这两种方案区别在哪里？
1）第一方案其实是利用开关电器的过电流保护来实现单相接地故障保护和漏电保护；第二方案则是利用零序电流互感器采集剩余电流实现漏电保护。
2）两个方案可以相辅相成。
3）第二个方案的漏电开关既可以安装在主进线开关，也可以安装在馈电开关，但不能同时安装。
4）第一个方案中户外的零线可以不重复接地，把火线和零线引入家中的。地线可以直接引入，并接到用电设备的外壳上。这叫做TN-C下的TT接地系统。
由于TT接地系统的接地电流很小，第一方案不能实现接地保护，所以必须要装漏电保护装置。
5）无论是第一个方案还是第二个方案，它们对线路的保护都是主动性的。
当系统发生漏电后，不管是第一个方案也好，或者是第二个方案也好，因为有地线的存在，所以漏电保护都是主动性的，与人体是否接触到带电体无关。
现在，我们可以回答问题了。
可将第一方案和第二方案合并来实现接地保护，最好不要使用TT方案。
至于接地体，可以使用铜排，也可以使用镀锌角钢或者槽钢，但要注意防腐蚀。
如果不接地行不行？也可以。我们可以把零线接到用电设备的外壳上，这叫做保护接零。保护接零的效果同方案一，但无法运用方案二。
看下图：
5图中，我们看到用电设备发生了漏电，火线L与外壳相接。此时的电流关系是：
Id=IL+Ig+IPEN+Igpen=[IL+IPEN]+[Ig+Igpen]=0
可见漏电开关因为没有触发电流，根本就不会动作，成为一个摆设。
如果漏电电流足够大，因为TN系统中把漏电流放大为短路电流，使得上游处最近的开关执行短路保护跳闸，以此实现漏电保护。
由此可见，在TN-C系统中使用漏电开关没有什么意义。
看6图：TN-C系统用电设备处发生了漏电流且漏电流不大，不足以让过电流保护装置动作。若人触及到用电设备的外壳，人体受到电击，流过人体的电流直接下地，零线中不会出现对应的电流，于是漏电开关将启动保护。
注意这里的保护属于被动保护，也就是人体被电击后漏电开关才动作。这与前面的TN-C-S系统主动保护完全不同。
由此可见，TN-C接地系统中引入地线是非常必要的。
另外，系统若采用保护接零，则零线绝对不能断。一旦零线断裂，若家里某处恰好发生漏电，则所有用电设备的外壳都带电，对人体的伤害可想而知。
所以，在TN-C系统中，不管是否采取了保护接零措施，国家标准和规范绝对禁止使用两极开关，绝对禁止切断零线，零线也不得接保险丝。
最后提供一张典型的TN-C-S居家配电系统图供参考：
注意图中的MEB接地扁钢的作用，零线如何分开为N线和PE线，还有电度表kWh，以及安装在配电箱进线断路器下方的漏电开关。
END
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