家庭用电都是交流电，为何会有零线和火线的区别？

Posted 2021-09-05 一口Linux

交流电是世界上使用最广泛的一种电流形式，交流电是指电流方向随时间作周期性变化的电流。

直流电我们也很熟悉，直流电的电流在流动过程中电流方向不会发生变化，并且我们知道，电流是从正极流向负极，如果我们用这个形式来理解交流电的话，就相当于交流电的正负极在不停的变化，如果交流电的频率是50HZ的话，按照这个逻辑，那么正负极就会在一秒钟内变化100次，但这样理解又会存在一个问题，就是既然两根线不停地转变电压，那么两根线的性质应该是一样的呀，却为什么又分零线和火线，并且我们触摸火线会触电，触摸零线却不会触电呢？那么我们就来捋一捋家用交流电中零线和火线的关系。

我们先从交流发电机讲起，发电机主要是由磁体和线圈组成，初中我们就学过，当线圈切割磁感线时就能够产生感应电动势，也就是有了电压，当我们接通电路时，就有了电流。

不过连续转动线圈有一个问题，就是线圈是要外接电路的，因此转动线圈这个操作不太方便，我们知道，运动是相对的，所以我们可以让线圈静止，让磁体来运动，磁体在外力的作用下不停转动从而发电，下面这个图就是最简单的模型。对于这种单套线圈产生的交流电来说，的确没有火线和零线之分，这两根线性质完全一样，如果我们用手触摸到任何一条线都会触电。

但这种方式发电没有完全利用好磁铁动力，因为只有当磁体转到竖直方向部分区域时，才会形成一定的电流，在其它角度，没有很好利用到磁铁的动力，那么这个时候就需要改造一下发电机，就是多绕几组线圈，也就是我们现在所使用的三相发电机，利用三组线圈发电，每一组线圈相差120°。模型就类似于下面这个图。

通过这种接法，就可以实现三个线圈同时发电，并且由于这些线圈的相位差为120°，因此各组线圈产生的电压的相位差也是120°。你会发现如果使用三组线圈就要接出6根电线，对于远距离输电来说，将会大大增加线缆的使用量，成本高昂，那么有什么方式可以改变这种状况呢？那就是换一种线圈的接法，我们依旧保持线圈的位置不动，将线圈的一端作为公共接点，并进行接地，我们把这根公共的线称为中性线，而发电处的大地与我们所处的大地是相连的，因此直接输出三根线就可以了，用户这一端的零线实际上就是接入大地的一根线（这是零线不触电的主要原因）。

也就是说，一个发电机可以输出三套供电系统，每一个系统供应不同的用户，并且这三组电路的用电功率通过电网的调配基本保持在平衡状态。所以，按照这个标准，我们可以计算一下我们三组电路的总电流是多少。

假如三组线路中功率一样，我们可以将三组电路等效于接入了三个一样的电阻，所以各线路中电流的关系与电压的关系一样（根据欧姆定律），按照这个方式计算（需要使用三角函数计算）我们会得到接地线的电流为零，所以实际上电流是在三根火线（发电机接出的四根线中，一条为中性线接地，三条为火线）上循环。而零线也就是接地线上基本无电流。所以，这就是火线与零线的差别，实际上零线就是一根接地线，并且在三个供电线路功率基本一致的情况下，零线的公共端是没有电流的。

所以家用交流电实际上是三相交流电，电流基本是在三根火线之间流通，而并不是我们简单想象的单相交流电，如果是那种的话，的确是没有零线和火线的区别。

最后总结一下，首先零线是接地线，所以零点的电势实际上为零（因为大地的电势为零）所以当我们触摸零线时，零线与大地是没有电势差的，所以不会触电，另方面，由于三个供电系统之间电流是相互调和的，所以零线的总端口也就基本不会存在电流，这就是零线与火线的根本区别。