【實作實驗室】電箱配置怎麼接?搞懂 110 V 與 220 V

作者:實作派 Lab

大家都知道,台灣的家用電力系統是 110 V,冷氣是 220 V,但你知道電箱裡面哪一條線才是 220 V 嗎?答案可能會出乎你意料之外。其實台電拉進電箱的電線都是 110 V,怎麼會呢?那冷氣的 220 V 是怎麼來的?

電箱裡面的 110 V 有正反之分

台電拉進住家電箱的進戶線共有三條,分別是:

  • +110 V 火線/Line/Live
  • -110 V 火線/Line/Live
  • 0 V 中性線/水線/零線/Neutral

家裡的 110 V 插座,只要拉一條火線配一條中性線就可以用了,而像冷氣需要 220 V 的插座,則需要拉兩條火線一正一反,如此一來兩條線之間的電位差就會是 220 V,所以冷氣的三孔電源是沒有中性線的,而是 +110V / -110V / 地線。

所以自家的電箱整體規劃起來,應該就要像下面這樣:

電箱內完整的迴路配置(圖片來源:實作派提供)

至於各房間的電源線到底是要拉 +110 V 還是 -110 V 呢?基本上把插座與燈座的數量盡量平均分配給這兩種電壓迴路就行,這個目的是為了要達到負載平衡,才能讓台電端的中性線電流為最小,供電系統才會相對穩定。

這有點像團體旅遊時安排遊覽車,總不能所有人都擠在某幾輛車上,人與車要平均分配才好。負載不平衡的後果是台電的變壓器會長期處於壓力之下,溫度升高,線圈就會提早陣亡。仔細點的作法是先預估家中各區域的用電容量,然後盡量把容量分散在兩個電壓迴路,除非社區所有用戶不約而同的在同一時刻全用了某個同相位的 110 V(不過這機會應該很小)。

兩種火線的負載最好能盡量相同,否則台電端中性線的電流可能會非常大。台電端的中性線理論上電流要為零,但實務上不可能,只能在規劃上做到盡量為零,才能維持電力系統的穩定,詳情請看這篇

打開你家的電箱

接下來該是打開你家電箱的時候了,理論上兩條火線應該都要有顏色,不過下圖中的火線卻是白色的,與原本就是白色的中性線容易搞混;綠色的是地線,這家電箱內的地線與中性線是分開的。

堪用的電箱配置,火線是白色的容易混淆(圖片來源:實作派提供)

我測量了該戶中性線與地線之間的電阻大約為 1.5 Ohm,加上該戶位於高樓層,而這棟大樓大約有 90 戶,我推測大樓的總電盤上的中性線與地線是有相接的(會說推測是因為我沒看到總電盤)。

不過若 90 戶當初的 N、G 都沒有在屋內短路,那我應該也不會特別建議他自行短路,否則其他人的漏電流可能都會往這裡衝,這樣也不太好。

接下來看看另一位朋友的電箱,這回兩條火線有顏色了,一藍一白很好分辨。通常白色是中性線、綠色是地線,在實務面上中性線顏色百百種,但白色還是大家比較會遵循的作法。這個電箱的地線一進來就直接鎖在金屬外箱上面,沒有地線銅排;另外,在此例中只有漏電斷路器有接地線,理論上較安全的作法是每個迴路都要配一組地線。

較正確的電箱配置,火線有顏色、有漏電斷路器(圖片來源:實作派提供)

接下來這個是豪華型的電箱,它的兩條火線與中性線全部都是黑色,它的中性線也是黑色,顯然白色中性線的觀念並沒有深植人心,它只纏上白色膠帶做區分。這裡比較特別的是,它的兩條火線銅軌是露在外面的,而且有紅藍兩種顏色區分,讓你清楚知道它如何佈線,而且它還附有自動切換電源的 ATS 系統,也就是右上角的黃色裝置,可以在停電時將備用電源切入電箱。

豪華型的電箱,以銅排為幹線且外加 ATS 系統(圖片來源:實作派提供)

它的中性線銅排有一條綠色線,用來與地線銅排短路。這部分不能這樣接,在用戶端電箱 G、N 不能短接,畢竟 N 相上有全部的回流電流,那是個非常大的電流,若 N、G 短接又不巧碰上 N 相意外斷路,則所有的電流會全部透過地線 G 流回電源處,如果不巧的連地線 G 也斷掉,那表示你的家電不須漏電就會電人了。

有些朋友拿屋內線路裝置規則第 24 條來告訴我,他說法規並不是這麼說的,法規說 N、G 要短接,關於這個問題,簡單來說,那是一個過時的法規,當然它有它的歷史背景,為節省篇幅我另外寫在這篇

一定有人會問,是真有這麼巧遇上 N 相與地線 G 剛好都斷掉?老實講這機會還真小,但我不能講沒有,只是所謂安全就是想辦法把風險降到最低,我們已經不能再用「電器只要能運作就好」來評斷施工好壞,而更要以地線接線的方式來評斷施工的品質與接地規劃的完整性,當然這牽涉到業主的預算與遠見。這就好像沒戴安全帽騎車幾十年都沒事,為什麼今天我要帶安全帽上路?因為安全考量呀!如果發生一次意外,精彩的生命就將化為烏有。

講接地就會講不完,我會放在另外一篇來講,下圖是 TN-C-S 的接地方式(從 N 相分出來當接地線),若想從 TN-C-S 改為 TT 形式的接地(直接打地棒接上來),以下圖來說只要改總電箱就好,但若社區大樓的每戶都將 G、N 短接,那就沒辦法達到 TT 形式的接地了。關於 TN 與 TT 的介紹請看這篇

電箱的中性線與接地線只在總電箱相接(圖片來源:實作派提供)

住戶端的 N、G 為何不能短接?因為這會讓總電箱 B 與住戶電箱 C 之間的地線變成第二條中性線,也就是說 B、C 之間的地線會變成有電流,這樣就與地線的定義不同,正常的工作的地線不能有電流。將來若在總電箱要查總漏電流,在 N、G 短接的情況下,就會看到地線竟然有電流通過,若路徑上有阻抗造成壓差,就變成地線會電人。

之前曾有人提到在大樓內,總電盤 N、G 短接一次,在住戶電盤又 N、G 短接一次,這樣豈不是造成了地迴路(Ground loop)?沒錯,這樣接確實會造成地迴路,所謂地迴路就是一群裝置除了機殼接地之外,訊號的地線彼此相接形成的網狀結構。這個網狀結構若有電磁場通過,會形成感應電流,通常這個電場會是台電布建的電力線來的,因此這個磁場的頻率會是 60 Hz,若是在中國或歐洲這個頻率會變成 50 Hz。

地迴路最惱人的就是 60 Hz 的哼聲(Humming),這通常是音響玩家最討厭的事情,因為在高度開發的地區,普遍會有電力線產生的 60 Hz 磁場,這很容易會在地迴路中產生感應電流,這種電流通常很小,不會有致命危險,但是經由放大器層層放大之後,聽在人的耳裡卻非常的不舒服。

因此無論是在電路設計與設備接線上,都要避免地迴路的影響。現在無線設備很發達,與射頻相關的電路都索性直接蓋上鐵殼,避免外界電磁波干擾;而家中發生的地迴路,只是會有點惱人,卻是不會有安全疑慮的。

我這裡找到一篇關於地迴路的文章 Ground Loop Basic,大家可以參考看看。

測量 110 V/220 V

接下來,我們實際來測量 110 V 與 220 V 的電壓到底在哪裡。我們隨意挑一個斷路開關,把電表的黑色線插在中性線上,來觀察上方的火線相對於中性線的電壓,測得 114 V。

單相對中性線的電壓測量(圖片來源:實作派提供)

接著測量第二條火線對中性線的電壓,也是接近 110 V,實際測得 115 V。若您也想自己量看看,可以參考這篇文章 ,幾百元的電表讓自己也能做初步的故障排除,挺不錯的。

另一相火線對中性線的電壓測量(圖片來源:實作派提供)

相信一定有人會問為何不是 -115 V?沒有量到負電壓是因為台電提供的是交流電,所以這裡顯示的是交流電的振幅。我在上面的圖寫 -110 V 是用來表示兩條火線在某時間點的電壓是彼此相反,如下圖只要經過半個週期 110 V 與 -110 V 彼此會對調。

說到這裡可能有人會問那三孔插座又是怎麼回事,這說來話長,所以我寫在另一篇

兩條火線的波形為反向(圖片來源:實作派提供)

若我們測量兩條火線之間的電壓,那等於是在同一時間測量一正一反的電壓,你就會得到 230 V,這就是冷氣 220 V 的電壓來源,這樣大家有清楚了嗎。有人又要問了,說好的 220 V 怎麼變成 230 V 了,這是因為從台電到你家中間會經過很多種設備,這些設備的誤差累積起來可能就是這個值,所以家電的耐壓一定要設計成比 220 V 還多一些,目的是用來預防外在因素的的升壓發生。

兩條火線之間的電壓是 220 左右(圖片來源:實作派提供)

小結

有沒有開始想看看你家的電箱了呢?請記住,看看可以,但如果要變更設計施工,務必要找專業的水電人員,因為他們才有大量的施工經驗與適當的工具。

這篇文章只是讓大家更清楚如何與施工或設計人員溝通,畢竟您才是用電的人,你才知道自己的用電習慣,尤其是高耗電的電器擺放位置,一定要讓規劃者知道,良好的溝通才能保障雙方權益。

(本文轉載自實作派電子實驗室原文連結;責任編輯:賴佩萱)

 

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實作派電子實驗室(StrongPiLab)是一個著重知識與經驗的實作交流媒體,提供工程師們理論外的實務經驗,主要傳達電子產品與家電用品的正確操作概念與生活小常識、解說各種測試手法的技巧。
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