我用中学物理知识来回答题主的问题。所用到的知识有：全电路的电路方程，还有三相交流电的表达方式等等。我们现在开始。==============================预备知识之1：关于直流全电路的讨论我们看图1：![]()
图1：直流全电路的参考地讨论图在图1的1图中，电压U=ER/(r+R)。在这里，r是电源内阻，R是负载电阻，U是路端电压，E是电源电动势。在图1的1图中，B点有接地符号。注意这里的接地是电压参考地，也就是我们人为地认为电压参考点的电位为零，其它电路中各处的电压均以B点电压为零来计算。如果电源电动势是9V，电源内阻r=0.1欧，负载电阻为10欧，于是有：![]()
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这里的路端电压U就是C点的电压Uc。我们可以改变负载电阻R的大小，路端电压U当然会改变，电流I也会改变。例如我们让负载电阻为5欧，于是路端电压为8.8235V，电流为1.7647A，然而，不管我们如何改变负载电阻阻值，但B点的电压依然等于零。也就是说：参考地的电压与负载无关，与流过参考点的电流无关！再看图1的2图。2图中，我们把两个1图中的直流全电路组合在一起，它们的公共点是B点，同时也是参考地零电位。如果r1=r2=0.1欧，R1=R2=10欧，E1=E2=9V，则Ue=8.9109V，Ub=Ue=0V，Ud=-8.9109V。虽然我们可以改变负载电阻，并且Ue和Ub也随之改变，电流I1和I2也改变，但Ub=Ue=0V却不会发生任何变化。现在我们来思考第1个问题：我们当然知道手机中是有电池的，而且手机电路中肯定存在参考地，那么手机电路参考地对大地的电压会是0V吗？答案是否定的。事实上，手机电路的参考地对大地的电压是悬浮的，这个电压处于不确定状态。如果我们把手机电路的参考地接大地，则手机参考地对大地的电位就等于零。我们看图2：![]()
图2：直流电路的参考地接大地，实现了真正的零电位图2其实就是图1的2图，我们看到参考地符号变成接大地符号。这样一来，Ub的电位在任何情况下，它的电位都是零电位。注意：接大地是把接地点的电位强制性地钳位在大地的零电位。犹如一个直接连接到大海的湖泊，湖泊的水位与大海的零高程水位是一致的。在这里，并不需要湖泊与大海之间存在闭合环流，只需要一条直通的河道即可。然而，若河道截面很小，湖水的水位发生变化后，河道无法在短时间内调整湖水水位。例如湖面水位较高，河道无法在短时间内把水排到大海中，湖水当然就会在较长时间内居于高水位。同样的道理，接地线的截面应当足够粗，接地极的电阻也必须足够小，这样才能确保接地极和b、e两点保持零电位。国家标准规定，当主回路的导线截面在16平方及以下时，接地线路的截面与主回路相同；当主回路的导线截面在16平方以上时，接地线路的截面不得小于主回路导线截面的1/4。国家标准还规定，接地电阻不得大于4欧，一般要求在0.8欧左右。现在，我们来思考第2个问题：欧姆定律告诉我们，电路中的电流与电压之间的关系是：I=U/R。因此当电路中的电压等于零时，则电路中的电流应当也等于零。然而我们发现，直流电路某处作为参考地或者接大地，它的电压为零，同时还有电流流过，显然，这不符合欧姆定律。为何？原来，这是基尔霍夫第二定律，也即节点电压定律。预备知识之2：基尔霍夫第二定律KVL欧姆定律，它适用于电阻元件，也即电阻元件两端的电压与流过电阻元件的电流之比，就等于电阻阻值。即：R=U/I。然而，欧姆定律不能用于全电路中某节点的电流计算和节点电压计算。那么KVL是什么意思？它就是任意闭合回路的电压降的代数和等于零，即： ![]()
对于图1的1图，改变参考零电位的位置，但KVL始终成立。见图3：![]()
图3：图1的1图中各点的压降我们看到，节点电压不但与电阻的压降有关，更与零电位参考地的选取密切相关。预备知识之3：三相电力变压器中性点电流与三相不平衡电流的关系我们来看图4：![]()
图4：交流电中的电源、线路电阻、负载电阻和系统接地我们来仔细看图4：1）我们看到图4中标注T字样的是电力变压器的副边绕组，三个线圈的输出电压和电流都是独立的；2）三个绕组的公共点也即中性点做了系统接地。所谓系统接地，其目的就是为了让公共点的中性线电位为零；3）在国家标准中，把三个绕组的输出线分别标记为L1、L2和L3，它们的电压就是三相电压Ua、Ub和Uc；它们的电流就是三相电流Ia、Ib和Ic。与电源中性点连接线叫做保护中性线，用符号PEN来标记。从负载侧看，各相对PEN线的电压有效值是220V，各相之间的电压有效值是380V；从电源侧看，各相对PEN的电压有效值是230V，各相之间的电压有效值是400V。保护中性线PEN还有一个名字，叫做零线。现在，我们来看看三相电流Ia、Ib和Ic与零线电流In之间的关系。设， ![]()
，![]()
, ![]()
，则零线电流当然等于三者之和了： ![]()
。由于电流有效值I是相同的，因此有：![]()
这是因为ra=rb=rc，并且 ![]()
，我们说此时三相的负载是平衡的。但如果 ![]()
，三相负载当然不平衡。我们设 ![]()
，则有：![]()
，也就是说，零线电流与三相不平衡电流大小相等方向相反，它们的相量和等于零。有了这些预备知识，我们就可以解答题主的问题了。题主的问题归纳如下：
问题1：变压器中性点接地后，为何中性点电压为零呢，负载不平衡时也一定为零吗？忽略接地体电阻影响。问题2：按我的中学物理水平理解，电路正常没有发生断路时，接地极到中性点之间并不形成闭合回路，此时如果有零序电流流过中性点，中性点与接地极之间是不是会产生感应电流而放电，使中性点与接地极电势趋于相等，类似雷电那样，这样即使不形成闭合回路也能使中性点电势与接地极相同。问题2的解答：我们回看图2下的说明，很容易弄明白。电路正常没有发生断路时，接地极到中性点之间并不形成闭合回路，尽管两者是直通的。此时如果线路中有电流流过保护中性线（零线），保护中性线中的电流会直接返回变压器绕组，而不会经过接地极而流入大地。注意到地网相当于在负载与变压器中性线接地极直接架设了一条电阻较大的线路，如果负载侧发生漏电，漏电流会流经地网，再通过接地极返回到变压器中性点。在此过程中，保护中性线的电位依然为零。 由此我们可以看出，配电网的接地有两重意思：第一重意思就是为保护中性线的电源端构建零电位，第二重意思就是利用保护中性线中的电流与零电位无关，来实施人身安全防护。第一重意思对应于系统接地或者工作接地，第二重意思对应于保护接地。系统接地（工作接地）和保护接地正是IEC60364和GB16895这两部涉及到接地系统的标准中最基础和最重要的基本概念。问题1的解答：由预备知识之三，我们已经知道负载不平衡与零线接地极的零电位无关。这里要注意到2件事：第一：这里所指的保护中性线是它的总线，对于分支线，它与相线的分支线中的电流大小相等方向相反。第二：变压器中性点直接接地后，大地的特性非常类似一个巨大容量的电容，因此变压器中性点接地极发生了电位变化，都会被大地的巨大容量给抹平了。这也是变压器中性点和保护中性线直接接地的意义所在。 |
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