【交流电为何有零线火线之分】 电线如何防止氧化

　　【摘要】电流的大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，交流电为何有火线零线之分？笔者经过反复思考，并查阅一些书籍后，认为交流电有零线火线之分可用如本文解释。
　　【关键词】交流电 零线 火线 地线
　　
　　中学物理课本对交流电的定义为：电流的大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。其实，只要电流的方向随时间发生变化的电流就叫交流。课本上也介绍了交流电的产生和变化规律，介绍了交流发电机的原理。
　　因此很多人就会提出疑问：家用“220V”插孔，用电笔检查，一孔接电笔氖泡会发光为火线，另一孔氖泡不发光为零线。电流方向随时间变化的交流电为何在日常生活中会有零线和火线之分？如下简化电路图流过AB段用电器的电流方向，半个周期A到B，另半个周期B到A，则AD线和BC线地位上对等，何谈零线火线？而中学课本上又以阅读的形式给出了三相交流电的产生以及负载的两种接法（星形连接和三角形连接），介绍了星形连接中负载对称时有一条为零线或中性线，如图。因此一些人就用三相交流电负载三角形连法且负载对称解释交流电的零线。但又有一些细心观察的学生会指出高压输电线上通常只有三根电线吗？少哪一根呢？并且负载怎么会那么恰好对称呢？
　　笔者经过反复思考，并查阅一些书籍后，认为交流电有零线火线之分可用如下解释：其实交流发电机的一条线接地，发电机只不过把电荷从D（地）搬运到B或从B搬运到D（地），从而使B和地之间有电势差（可能 也可能 ），用户端A、C中C接地，则AC间就有电势差 （忽略发电机和导线电阻），AC间用电器就可工作。现用电笔测A孔和C孔，因人站在地上，又有电笔工作原理，地、人、F等电势，当E与A接触，EA等电势，则EF间有电势差U＝E，氖泡即亮，我们认为A为火线（因A与地间有电势差，可以提供工作电压）；当E与C接触，则E、F、人、地等电势，氖泡不亮，我们认为C为零线（因C与地等电势，不能提供工作电压）。可以推想：若F、人本身比大地电势还低，则CF、AF都会有电压，氖泡都会亮，人们就会认为A、C都为火线。
　　正是上述零线接地原因，所以高压线不需要零线，只用三根火线（相线）输电即可。可想若零线火线同时输电，会很浪费导线，更重要的是火线零线之间的高压很容易使零线和火线放电短路。
　　最后我们再思考一个问题：既然零线接地，“则零线与地线等同”，为什么还在有三孔插座和三孔插头用电器？我们知道，很多用电器为防止外壳带上电而对人造成危险，使壳接地，壳地间等电势。注意：三孔插头结构和三孔插座内部结构。
　　原因之一，因实际情况中插座中的零线火线可能接反，但此设计依旧能保证地（壳）悬空，同时工作电路正常工作。若把地线零线合在一起简化为二孔插头、二孔插座，则因插座中零、火接头接反与插头应该的零、火接头不对应，就会恰好使壳带电。为通用安全，所以人们发明了三孔插座且地线悬空。一般情况，红线接火线、蓝线接零线、黑线接地线。
　　原因之二，零线和地线其实有区别。结构区别：零线（N）――从变压器中性点接地后引出的主干线，零线最近的接地点在变电所或变压器。地线（PE）――从变压器中性点接地后引出的主干线，每隔20、30米重复接地。原理区别：零线（N）主要用于工作回路，零线所产生的电压等于电流乘以线阻。由于长距离的传输，零线所产生的电压就不可忽略。作为保护人生安全的措施就变得不可靠。地线（PE）不用于工作电路，只作为保护线，利用大地的绝对零电压。当用电器外壳发生漏电时，电流会迅速地从附近接地线流入大地。电工把零线叫“工作地”，把地线叫“保护地”。在实际生活中，为了让地线更好的接地，通常机房中会有专门的金属架埋在地上，称为“地排”。
　　另外，有时发现，在高压输电的电杆上（好几节很高的那种，或是铁架的），除了三根是输电线路外，在电杆的最顶端连接着一根较细的线，这是什么线？起什么作用呢？
　　我们称为架空地线，也称为地线、避雷线（请不要错误理解避雷的概念，这里应该理解为了减少雷电直击导线的概率而引导雷电击中自己，并通过传导释放到大地，避免线路发生雷击故障）。主要作用：(1)减少了雷电直击导线的机会，降低了线路绝缘承受的雷电过电压幅值。当雷击于塔顶或地线上时，塔身电位很高，加在绝缘子串上的电压等于塔身电位与导线电位之差，这个电压一般远比雷直接击中导线时绝缘子串上的电压低，不会导致闪络放电。但是，如果接地电阻很大，则塔身电位将会很高，这时就会发生逆闪络，也就是通常说的“反击”。 (2)对导线有耦合作用。当雷击塔顶或地线时，由于耦合，导线电位将抬高，所以耦合可使绝缘子串上的电压降低。因此，为了减少“反击”，在接地电阻很难降低时，可以利用架空地线的分流、耦合性质，在导线下面再增加一条耦合地线。 (3)由于架空地线一般是通过杆塔与大地连接的，所以它可以屏蔽感应雷对导线的作用，降低感应雷过电压。
　　参考文献
　　［1］ 赵凯华，陈熙谋.《电磁学》高等教育出版社.
　　［2］ 梁灿彬 ,梁竹健.《电磁学》高等教育出版社.
　　［3］ 秦曾煌.《电工学简明教程》第七版 高等教育出版社.