【實作實驗室】中性線不是地線!別再誤會搞錯了

作者:實作派

家裡的兩孔插座,通常是一個較寬一個較窄,其中較窄的為火線,也就是帶電的;較寬的那個稱為中性線,正常接線下,它是不帶電的。雖說如此,大家還是別輕易把手指放進中性線,因為你不知道施工人員當初有沒有將它與火線接反,或是中性線的地線根本就脫落了,面對安全還是一切小心為上。

電源插座窄的是火線,寬的是中性線(圖片來源:實作派提供)

中性線

當電流由電廠經過負載做功完畢後,由負載流回供電端的回流路徑,稱為中性線(Neutral)也稱為 N 相。如下圖,發電廠產生出來的電流,進入市區之後流進家家戶戶的電器,最後再匯聚起來的回流路徑,就稱為中性線,所以中性線的功能就只有提供迴路。

火線為輸出電流, 中性線為收回電流(圖片來源:實作派提供)

那麼為什麼回流路徑要稱為中性線 Neutral 呢?上圖的單端電源可能看不太出來;如果用雙端電源來看的話,就會比較清楚。

如下圖,變壓器二次側的中間抽頭作為中性線,上下兩個電流迴路分別供應兩個負載,這兩個迴路在藍色中性線的地方,由於電流大小相等、方向相反,彼此互相抵消,因此藍色導線的電流是零,不帶電流的這條線就稱為中性線。

單相三線的中性線(圖片來源:實作派提供)

一樣的道理,如果是發電廠送出的三相電源,經過導線分別供應三個負載,當這三個負載的回流電流匯聚在一起時,中性線藍色部分的電流也會剛好是零,也稱為中性線(這部分的公式導證可以參考維基的Three phase 這篇文章)。

火線為輸出電流, 中性線為收回電流(圖片來源:實作派提供)

供電形式

既然藍色線電流是零,表示沒有電流流動,那麼藍色中性線就跟 open 的狀況是一樣的,也就是說可以把此段藍色的導線移除,因此也就有了所謂的三相四線式(包含中性線)與三相三線式(移除中性線),而雙端電源則有所謂的單相三線式(包含中性線)與單相二線式(移除中性線),但實際上中性線還是會留著,不會移除,原因請繼續看下去。

負載平衡

實際上要讓中性線電流為零,有個很重要的條件,就是所有的負載值都要相同,才能達到電流為零,這就是所謂的「負載平衡」。 如果負載中有些大有些小,那麼此時的中性線就會有電流產生,負載差異越大,中性線上的電流越大,因此負載平衡要在正常工作的三相裝置上才能達到,如果三相裝置的其中一相負載有故障,中性線就會出現電流。

中性線非地線

到目前為止,你一定有發現我一直沒把中性線接地(Grounding),因為中性線純粹是因為電流總和為零而得名,與它是否 Grounding 並無關係。中性線有 Grounding,對使用者來說會比較安全,管理者也方便掌握情況;如果沒有 Grounding,系統還是能運作,只是安全性會有疑慮,因為靜電會累積在系統上,到一定程度時會放電,而放電的位置很隨機不確定,有可能會發生火災。

所以中性線並非地線,兩者是否相接取決於當時的應用。關於中性線與地線如何配接,請看三孔插座-兩孔插座-中性線與地線差在哪裡,關於 Ground 的說明,很基本也很重要,請參考【實作實驗室】0V 與 Ground 的差別

插座正反面怎麼裝?

橫式插座的安裝,在台灣幾乎都是和文章開頭的照片一樣,寬的中性線在下方,窄的火線在上方。原先我以為這東西是全球約定俗成的,沒想到有位讀者告訴我,有一本很讚的電工原文書,裡面的建議是,寬的中性線在上、窄的火線在下,我好奇去翻了一下,還真的有,它的理由是,如果有金屬從上方落下會先碰到中性線。

這個理由確實有說服我,雖然我覺得有點龜毛但合理。各位如果有興趣看看這本書,請自行翻到第 61 頁的圖 2-42,Electric Wiring Residential 17th , RAY C. MULLIN/PHIL SIMMONS,你就可以看到細節了,不過它也只寫建議 Recommend 如此安裝,並沒有寫必須 Must 這樣安裝,一般在規格書內 Recommand 與 Must 是敏感字眼,可用來規範製造商的配合程度。

台灣的用戶用電裝置規則看來還要很久才能達到這個境界,美國是有先定義一系列的安全碼 National Electrical Code(NEC),對應各種觸電、危險的狀況,用電裝置的安裝不能違反 NEC,否則會有潛在風險,以上給各位參考。

(本文經同意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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