電器的金屬外殼為什麼不能接在零線上？如果能，那地線的存在有什麼意義？

居然是近兩年前提出來的問題。大略看了一下，突然產生想回答的衝動，就滿足自己的願望吧。

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這個問題涉及到幾個知識點：電器的金屬外殼、零線、地線，擴充套件的知識點有：兩類接地、TN-C和TN-C-S接地系統、人身安全防護等等。我們來一一解答。

首先，我們來認識一下什麼叫做接地，什麼叫做工作接地，什麼叫做保護接地。

接地

：指的是供電網為了獲得零電位，以及用於保護人身安全，而將電源線的某點或者用電裝置的外殼接大地。

工作接地

：指的是將電力變壓器（方便起見且不討論發電機）的中性線直接接地，使得中性線獲得大地的零電位。

保護接地

：指的是將用電裝置的外露導電部分（也即題主所指的電器的金屬外殼）接地，用於保護人身安全。

我們來看國際標準IEC60364《建築物接地系統》中，有關TN-C的解釋。注意，在這裡T的意思是電源的中性點接地，N是用電裝置的外露導電部分接地。

TN-C接地系統分析

：

我們來仔細看上圖。

圖中的左上角，我們看到了電力變壓器。電力變壓器三個繞組的公共端就是中性點，它引出的線被稱為N線。我們看到N線在圖中的最左下側接地。

很明顯，這裡的接地就是工作接地，也就是TN-C這個名稱中“T”的含義。

從N線接地點開始，往右的中性線被稱為保護中性線，符號是PEN。注意PE放在前面，說明它的任務以保護為優先，中性線的任務次之。

我們再看變壓器的低壓繞組的出口處，引出了四條線，分別是三條相線和PEN線。這四條線的符號是L1、L2、L3和PEN。

注意到PEN線在這裡再次接地，圖中稱為重複接地。

重複接地的位置在低壓配電櫃的進線迴路處，其目的是將變壓器與開關櫃之間的架空線受到雷擊後在PEN線上出現的巨大雷電電流提供洩放通道，同時也為低壓開關櫃的外殼做好接地保護。

在這裡，有許多專門技術。

在配電室內，重複接地的導線其實是一條環繞室內的扁鋼，它的一端接地，而所有的配電裝置的外殼都與這條扁鋼連線。這種措施叫做等電位聯結。

我們看下圖：

注意圖中的右側，黃色的部分就是低壓開關櫃，虛線部分是它的外殼，我們看到外殼與等電位聯結直接相連。同時，我們還看到在圖的右下角有1套所內的用電裝置，它們的外殼也與等電位聯結相連。

用電裝置的外殼，在很多情況下都是用金屬材料製作而成，以增加外殼的強度。這種金屬外殼具有導電性，因此被稱為用電裝置的外露導電部分

。在上圖中，我們看到負載1和負載2的外露導電部分都接地。

建立等電位聯結，這樣做有什麼好處呢？

設想雷電擊中了飛機，假定飛機內一切電子裝置都正常，而且發動機也無恙，飛機仍然能正常飛行，那麼坐在飛機中的乘客會怎樣呢？答案是：什麼感覺也沒有。

原因很簡單：飛機的外殼是良導體，飛機內任何一點的電位被飛機的外殼的等電位作用給拉平了，飛機的外殼實現了等電位聯結。

這就是等電位聯結的意義。顯見，等電位聯結的用途是保護配電室內操作人員的安全。

我們再看TN-C的負載側。我們看到有兩臺用電裝置連線在三相導線上。

請特別注意PEN線，我們看到PEN線首先接到負載用電裝置的外露導電部分上，然後再引至電器的N線端子上，以實現中性線的功能。這再一次說明，PEN線的功能以接地為首要任務。

現在，我們給出一個重要定義：零線就是PEN線，零線的全稱是保護中性線。

TN-C接地系統有一個致命的毛病，就是PEN線不能斷路。一旦斷路，由於後續負載的三相阻抗不一定相等，因此斷點後部的PEN線電壓會上升，嚴重時會上升到相電壓，這足以致命，還會引起電氣火災。

這也是TN-C接地系統嚴禁使用在煤礦、油庫、石化行業等具有爆炸性場所的原因。也因為這個原因，TN-C系統現在已經很少使用了。

為了解決這個問題，IEC60364還給出了另外兩個方案，就是TN-S和TN-C-S。由於TN-S中沒有零線，因而我們以TN-C-S接地系統來討論。以下是IEC60364中的TN-C-S說明：

注意看：

1）我們發現PEN線的中間分開為兩條，一條是N線，一條是PE線。在分開處，需要再次重複接地。

2）從PEN的分開點做一條垂直線，線的左邊符合TN-C接地系統，線的右邊符合TN-S接地系統。這也是它被稱為TN-C-S接地系統的原因。

3）在TN-C側，PEN線首先要引到用電裝置的外露導電部分，然後再引至N線端子。由此體現了PEN線的保護優先；在TN-C-S的TN-S側，PE線和N線各自獨立地引至相應端子，其中PE線直接引至用電裝置的外露導電部分。

4）TN-C-S的TN-C側可滿足三相不平衡負載的用電需求，而TN-C-S的TN-S側則用於三相平衡負載。

5）從TN-C-S的TN-S側用電裝置處往上看電源，我們無法區分全配電網的接地系統是TN-S還是TN-C-S。這一點很重要，它體現了接地系統的完備性。

6）按IEC60364的定義，被稱為“線”的導體指的是正常執行時有電流流過的導電部分。因此，TN-C接地系統和TN-S、TN-C-S均為三相四線制。其中PE線不被稱為線，因為它在正常執行狀態下是沒有電流流過的。

IEC60364不承認我們中國人創造的稱呼TN-S和TN-C-S為三相五線制。

事實上，從前面的討論中我們也看出，零線這個稱謂很不規範，因此在國家標準中，我們已經看不到零線這個名詞。建議網友們從此摒棄零線的說法，代之以PEN，由此實現與國標和IEC標準接軌。

下圖是實際的接線。

圖中建築物沿牆有一圈被稱為MEB的接地體，MEB與建築物的鋼筋相連實現接地。在電源入戶前，PEN線首先與MEB相接（注意入戶前PEN與MEB之間的橫線），然後分開為PE線和N線。

IEC60364規定，從MEB接地之後，PE線和N線不得再次合併。也就是說，PE線與N線之間必須絕緣。

這種接線方法，就是我們千家萬戶居民用電的接線方法。只不過，居家配電是單相電源而已。

這裡只有PEN線被稱為零線，之後的PE線和N線都不是零線。

那麼負載如何接線呢？

以三角插座為例。三角插座的左和右分別是N線和相線（火線），上部就是PE線。所有用電裝置的外殼都與PE線直接相連，以此實現人身安全防護。

需要特別指出：TN-C-S接地系統中，PE線是可以再次重複接地的，而且願意接地多少次都可以。但不得把PE線與N線合併。

有時，我們利用這個特點，在用電裝置處構建一個區域性的等電位聯結，以此實現區域性的人身安全的防護。這在工業現場、建築工地、公用工程和家裝行業，都有很廣泛的應用。

在我們的家裡，浴房的接地就可以理解為等電位聯結，只有這樣，才能確保人身安全防護。具體做法與主題無關，故忽略。

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我們來總結一下：

1）零線就是PEN線，它屬於TN-C接地系統，或者屬於TN-C-S接地系統的TN-C部分。零線這個稱謂很不規範，建議摒棄。2）電源入戶後，PEN線分開為N線和PE線。3）負載的外露導電部分必須接到PE線，以實現保護接地，也即實現人身安全防護。4）對於TN-C接地系統，零線在引入用電裝置之前，先要接到有用電裝置的外露導電部分上，以實現人身安全防護，然後再引至N線，以實現中性線功能。

實際使用時，PEN線直接引導接線端子上。在電器的內部完成PE線和N線的功能區分。

由於目前的電器都是按TN-S或者TN-C-S來配線的，因此上述這種接線方式已經幾乎絕跡。

實際的電器電源線中，我們能看到一條紅色線，一條藍色線，一條黃綠色線。紅色線就是相線，藍色線就是N線，而黃綠色線就是保護PE線。

當用電電器出現碰殼事故，也即相線與外殼直接接觸時，由於電器的外殼直接與PE線相連，而PE線乃至於PEN線的阻抗不大，因此相當於相線對地的短路，其電流與相線對N的短路電流差不多。因此，用電電器上方所接的開關會執行線路保護操作。

也因此，把

TN系統（包括TN-S、TN-C、TN-C-S）稱為大電流接地系統。同時把TT和IT叫做小電流接地系統。

大電流接地系統發生單相接地故障時，一律採用斷路器（也即空氣開關）來執行線路保護，而小電流接地系統，特別是TT接地系統，則採用漏電開關RCD來執行線路和人身安全保護。

注意：TT系統採用漏電開關作為單相接地故障保護，是IEC60364特別推薦的。IEC60364還同時給出了50V安全電壓和人身安全防護的漏電動作電流值不得大於30ｍA。

這裡面有N多的知識，因為與主題無關，故忽略。

對於大電流接地系統，特別是TN-C-S，是否可以使用RCD漏電開關呢？答案是肯定的，其實，在我們家裡，配電箱的進線斷路器旁邊一般都裝有RCD，用於人身安全防護。

最後，要專門指出：討論接地系統，一定要從電源到用電裝置一起討論，切忌把兩者分開討論。若分開討論，則會引出N多的歧義。

5）對於TN-C接地系統，我們已經知道PEN線不能斷開，因此PEN線不得接入開關。

以下是相關的國家標準規範：

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以下是IEC60364系列標準的標準號和標準名稱：

另外，IEC60364對應的國家標準是GB16895。例如GB16895。5：

這些標準很重要，值得電氣工作者們仔細研究。

給張圖，讓大家來認識一下低壓開關櫃內的母線系統。如下：

圖中我們看到了三相銅排L1、L2和L3，還有N線銅排。按照GB7251。1-2013《低壓成套開關裝置和控制裝置 第1部分：總則》的要求，N線的載流量是相排的一半，因此N線的銅排截面比相線要小一半。

圖中母線的載流量是4000A，每組相線母線由四支前後和上下排布的銅排構成。

圖的左下側是低壓進線斷路器，它的進線端就是變壓器了。

從圖中我們並未看見PEN排。很簡單，從變壓器引至低壓開關櫃進線迴路的PEN排在櫃的下部已經接地，然後分開為N排和PE排。PE排在櫃底排布，而N排則接入斷路器的第四極中，與相排一起實現合分操作。

由此我們可以判斷出，此開關櫃對應的接地系統是TN-C-S。

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給題主提個問題，其實就是題主主題的修訂版——用電裝置的金屬外殼可以接到N線上嗎？地線的存在有什麼意義？

由於時間已經有兩年，估計題主不會回答這個陳年問題了。那麼就提給網友們吧。答案自然就從我的上述解答中找。