如何理解三相四線制和三相五線制？原來我們都錯了~

張白帆(Patrick Zhang)：ABB公司的資深電氣工程師，在知乎網擁有13萬冬粉的電氣領域大神。北京捷運、首都機場T3航站樓、長江三峽永久船閘、上海磁懸浮列車、大亞灣核電站等數百項目中均留下他的足跡！已出版《低壓成套開關設備的原理及其控制技術》第2版、《老帕講低壓電器技術》等圖書。

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首先，要明白什麼叫做線制，也即三相四線制的定義。這個定義可以參見IEC 60364和GB 16895系列標準，標準的統一名稱是「建築物電氣裝置」。注意這裡所指的系列標準，是因為此標準號下有幾十個標準，例如IEC 60364.1、IEC 60364.2、……、等等。

三相，我們很容易理解，就是發電機的三個繞組，它們之間的電角度是120度。

「線」，按GB 16895中規定，指的是三相配電系統中在正常運行中有電流流過的導線叫做「線」。三條相線，在正常運行時是有電流流過的，它們當然屬於線的範疇。中性線，在正常運行狀態下，由於三相不一定平衡，因此中性線也有電流流過，因而也被稱為「線」。

那麼接地線PE呢？它在正常運行時是沒有電流流過的，因此接地線不叫做「線」。

1)如果電力變壓器的中性點直接接地，然後把中性線N和接地線PE合在一起以PEN的型式接入電路，這在IEC 60364和GB 16895中被定義為TN-C系統。注意PEN的稱呼，叫做保護中性線，或者叫做保護接地線。見下圖：

此圖是IEC 60364對TN-C的權威定義。我們看到三條相線L1、L2、L3，還有保護接地線PEN。

注意：TN-C是三相四線制。

請特別注意：PEN線在引入用電設備時，首先接到用電設備的外露導電部分，也即用電設備的金屬外殼，然後才接到用電設備的中性線接入端子。這種接線方法有兩重意義：第一說明PEN線的功能以保護為優先，第二說明PEN線具有中性線的特性。

在討論接地系統時，保障人身安全永遠是第一位的。

因為PEN線是以保護為主要目的，但我們看到，當PEN線引入負載時在某處斷線，則斷點后側的PEN線上的電壓會因為負載不平衡而上升，最高可能會升至相電壓。因此，IEC 60364和GB 16895規定：TN-C系統可用於三相不平衡的系統，但不得用於具有火災隱患的場所。例如油庫、礦山、港口等等。同時，還強制性地要求TN-C系統的PEN必須多點接地。

2)如果電力變壓器的中性點直接接地，然後把中性線N和接地線PE分別引出，這在IEC60364和GB16895中被定義為TN-S接地系統。見下圖：

此圖是IEC 60364對TN-S的權威定義。我們看到三條相線、一條中性線N和一條接地線PE。

注意：TN-S是三相四線制，不是三相五線制！

TN-S接地系統中，N和PE被分開了，兩者的功能也單一化了。

值得注意的是：PE線在負載側是可以再次接地的。IEC 60364並沒有限制PE線的接地次數。但是，PE線和N線不得再次合併，兩者必須相互絕緣。

利用PE線的重複接地，我們可以實現用電設備處的等電位連接技術。所謂等電位連接，是指把相關的若干用電設備的外露導電部分相互連接起來，再一點接地。當然，PE線在這裡也被再次接地。這樣的好處是：若發生了相線的碰殼事故，由於有了等電位連接的保護，人身安全得到了有效的保障。

根據IEC 60364和GB 16895，根本就不存在所謂三相五線制這種說法。這種三相五線制的稱呼是我們人自己發明的。一旦走出國門，甚至只是到了香港或者台灣，若我們對當地的電氣工作者說三相五線制，會被別人恥笑！！！

3)如果低壓配電系統的接地系統是TN-C，但在電源入戶前，把PEN再次接地，然後分開為PE和N，這種接地系統被IEC 60364或者GB 16895稱為TN-C-S。見下圖：

此圖是IEC 60364對TN-C-S的權威定義。這種接線方式也是我們家中配電箱中的最主要接線方法。

值得注意的是：PE和N一旦分開后，不得再次合併。PE和N兩者之間必須絕緣。

我們來看看什麼叫做接地。

接地有兩類，一類叫做工作接地，一類叫做保護接地。

例如TN-S系統下的變壓器，我們看到變壓器的中性點接地，它的用途是為變壓器的中性點建立工作電位，所以叫做工作接地。

又如TN-S系統下的負載側，我們看到它的外露導電部分與PE線接在一起，以此實現對人身的安全防護，所以這種接地叫做保護接地。

低壓配電系統的接地型式有IT、TT、TN等三種，其中TN又分為TN-S、TN-C和TN-C-S。

TN的意思是：變壓器中性點直接接地，負載的外露導電部分通過PE線或者PEN線接地。

幾個概念重複性地總結一下：

第一，關於TN-C

對於TN-C，我們從圖中看到，它的PEN是合併的。這條PEN線的名稱叫做保護中性線，也叫做零線。從零線的功能性來說，它的保護功能是第一位的，中性線功能是第二位的。因此當零線接入負載側時，首先要接入保護端子，然後再引入到中性線端子。這一點，我們從IEC 60364的TN-C的負載側圖中可以明確地看到。

TN-C因為少了一根線，在工程施工是具有很大的成本優勢，因此為很多工程項目所採用。

值得注意的是：若PEN線斷線，則斷點的前方其電位接近於零（要看線路長度），而斷點後方的PEN線，其電位會迅速升高。其原因很簡單，斷點後方的PEN線電壓等於負載側三相電壓的相量和。在極端情況下，斷點後方的電壓會上升到相電壓。

因此，TN-C接地系統的PEN線必須多點接地。同時，TN-C系統不允許用在有爆炸可能的環境中，例如煤礦、油庫、危險品倉庫等等。

第二，關於TN-C-S

對於居家和辦公用電當然可以使用TN-C接地系統。IEC 60364規定，當PEN線引到入戶處時，必須接地，然後分開為PE線和N線。這就是TN-C-S接地系統。

我們再次認真地看看TN-C-S接地系統，如下：

注意第一個負載接在TN-C系統中，所以PEN線首先引到負載的保護端子，然後再引到中性線端子；第二個負載接在TN-C-S系統中，所以PE線引到保護端子，而N線則引到中性線端子。

在TN-C-S接地系統中，一旦PE和N分開，就不得再次合併。

在實際使用時，如果變壓器與低壓一級配電設備（低壓進線和饋電開關櫃）的進線迴路距離比較近，可以取消變壓器中性點的接地。變壓器引三條相線和一條N線到開關櫃中，在開關櫃的進線迴路中統一接地。

由此可以看出：真正的TN-S其實是不存在的。絕大多數低壓配電網的接地系統都是TN-C-S。

第三，關於中性線電流是三相電流的矢量和這種說法

在討論接地系統時，中性線的電流不是等於三相的矢量和，而是相量和。

我們知道，力是典型的矢量，我們把力乘以力臂，再乘以它們夾角的正弦，得到的是力矩。力矩仍然是矢量；我們把電流相量乘以電壓相量，再乘以它們夾角的正弦，得到是無功功率。無功功率是標量，既不是相量也不是矢量。

所以在電學中，我們討論的對象都是相量，不是矢量。

第四，關於三相X線的說法

盡量不要用三相X線這個名詞來描述低壓配電網的接地系統，代之以TN-C、TN-S和TN-C-S。也盡量不要用零線這個稱呼，代之以PEN線。這樣做是與IEC標準靠攏，與國家標準靠攏。事實上，在國家強制性標準中，已經看不見零線這個稱呼。

三相X線的稱呼來自於前蘇聯。早先的國家標註是按蘇聯的，後來全面轉向了IEC標準。蘇聯標準在許多方面確實存在諸多缺陷。由於人們的習慣用語具有慣性，許多人也習慣於三相五線制這種說法，還有零線和火線，並且還代代相傳。

為了與IEC標準靠攏，也為了我們自身的理論水平和工作實踐需要，請糾正這種說法。

如果我們從最終用電設備處的接地形式來推測全系統的接地形式，可能嗎？

從最終用電設備的接地型式，我們只能判斷出全系統的接地型式可能是TT、IT或者TN，對於TN-C我們可以直接判斷，但TN-C-S和TN-S不可能區分出來。

例如，我們發現最終用電設備的外殼（外露導電部分）直接接地，且不與上級系統相接。同時，三相電源中未見N線，我們就可以判斷出這是IT系統；如果見到N線，特別地，最終用電設備還安裝了漏電保護裝置，那麼我們由此可以判斷出是TT；若最終用電設備的外露導電部分與來自上級系統的PEN線相連，同時PEN線先接外露導電部分，然後再接N線端子，則我們馬上就能知道，這是TN-C系統。

如果電源線中有5根線，包括三相，還有N線和PE線，我們不可能知道系統的接地型式是TN-S還是TN-C-S。只能沿著電源線上溯，一直找到N線與PE線分開的源頭所在位置，我們才能知道到底是哪一種接地系統。

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