電的基礎
電線能過多少電流,是誰決定的
定義裡就寫著答案
安培容量的定義是:在使用條件下不超過導線的額定溫度, 導線可連續承載的最大電流 用戶用電設備裝置規則 第 6 條 。
三個限制條件都在這句話裡:使用條件(環境溫度、同管的導線數)、 額定溫度(由絕緣材料決定)、連續(不是瞬間值)。
電流通過導線會發熱,功率是 I²R。熱要散到周圍,散得掉就穩定在某個溫度, 散不掉就一直升。安培容量就是讓穩定溫度剛好等於絕緣容許溫度的那個電流。
絕緣決定上限
| 絕緣材料 | 最高容許溫度 |
|---|---|
| PVC 導線、RB 導線 | 60 °C |
| 耐熱 PVC(HIV)、PE、SBR、聚氯丁二烯橡膠 | 75 °C |
| EP 橡膠、交連 PE(XLPE)、氯磺化聚乙烯橡膠 | 90 °C |
規則把這張表放在安培容量的前面 用戶用電設備裝置規則 表二五~一 ,順序是有意義的: 先有絕緣的耐溫,才有安培容量。住宅最常見的 PVC 絕緣導線是 60 °C 那一級, 所以整張安培容量表都是按「導線本體不超過 60 °C」算出來的。
超過會怎樣?PVC 不會立刻熔化,但會加速老化——變硬、變脆、龜裂。 過熱的線路不會馬上出事,它是慢慢劣化,直到某一天絕緣破了。
同一條線,答案會變
規則的安培容量表依配線方式分兩張:金屬導線管一張、PVC 管一張。 每一張再依同一管內的載流導線數分欄 用戶用電設備裝置規則 第 25 條、表二五~二 。
| 線別 | 線徑 | 3 條以下 | 4 條 | 5 至 6 條 | 7 至 9 條 |
|---|---|---|---|---|---|
| 單線 | 1.6 mm | 13 A | 12 A | 11 A | 9 A |
| 單線 | 2.0 mm | 18 A | 16 A | 14 A | 12 A |
| 單線 | 2.6 mm | 27 A | 25 A | 22 A | 19 A |
| 絞線 | 3.5 mm² | 19 A | 17 A | 15 A | 13 A |
| 絞線 | 5.5 mm² | 28 A | 25 A | 22 A | 20 A |
| 絞線 | 8 mm² | 36 A | 32 A | 29 A | 25 A |
| 絞線 | 14 mm² | 52 A | 47 A | 42 A | 36 A |
| 絞線 | 22 mm² | 65 A | 59 A | 52 A | 46 A |
| 絞線 | 38 mm² | 94 A | 85 A | 75 A | 66 A |
| 絞線 | 60 mm² | 125 A | 113 A | 100 A | 88 A |
看 3.5 平方毫米那一列:3 條以下是 19 A,7 至 9 條掉到 13 A, 少了三分之一。線徑完全沒變,變的只是同一根管子裡有幾條線在發熱。
而且這還不是全部。周圍溫度不是 35 °C 時要再乘一個修正係數; 同一管內超過十條載流導線時,要用「3 條以下」的數值再乘另一個係數 用戶用電設備裝置規則 第 25 條、表二五~二 。計算導線數時,被接地導線與設備接地導線 原則上不計入——但單相三線式電路的被接地導線若有諧波電流存在, 就要視為載流導線並計入。
最後一句很重要。變頻家電、LED 驅動器與開關電源都會在中性線上產生三次諧波, 而三次諧波在單相三線裡不會互相抵消。現代住宅的中性線比二十年前忙得多。
斷路器與線徑的配對
規則另外明列三組上限,直接寫在條文裡 用戶用電設備裝置規則 第 79 條第二項 :
| 導線 | 條文明列的斷路器上限 | 表二五~二(3 條以下) | 哪一個先擋住 |
|---|---|---|---|
| 2.0 mm 單線 | 15 A | 18 A | 條文的 15 A |
| 3.5 mm² 絞線 | 20 A | 19 A | 表的 19 A |
| 5.5 mm² 絞線 | 30 A | 28 A | 表的 28 A |
兩個限制並存,取小的那一個。過電流保護裝置的安培額定不得大於導線的 安培容量 用戶用電設備裝置規則 第 79 條第二項 ,而條文明列的三組又是另一道上限—— 5.5 平方毫米配 30 A 在條文的三組裡是容許的,但如果實際安培容量只有 28 A, 30 A 就超過了。
另一個方向也要注意:分路額定由過電流保護裝置決定, 換上更粗的導線不會讓分路額定變大 用戶用電設備裝置規則 第 40 條第一款 。 導線粗一點的好處在電壓降與溫度餘裕,不在額定。
發熱與電壓降:同一件事的兩面
導線電阻由電阻率、長度與截面積決定:R = ρL/A, 銅在 20 °C 是 1.724×10⁻⁸ Ω·m。以 20 米為例:
| 線徑 | 20 米的電阻 | 安培容量 | 滿載時單條發熱 | 來回的電壓降 | 佔 110 V |
|---|---|---|---|---|---|
| 2.0 mm | 0.11 Ω | 18 A | 35.6 W | 3.95 V | 3.6 % |
| 3.5 mm² | 0.099 Ω | 19 A | 35.6 W | 3.74 V | 3.4 % |
| 5.5 mm² | 0.063 Ω | 28 A | 49.1 W | 3.51 V | 3.2 % |
| 14 mm² | 0.025 Ω | 52 A | 66.6 W | 2.56 V | 2.3 % |
發熱與電壓降是同一個電阻造成的兩個結果,所以它們一起變好或一起變壞。
規則對電壓降的要求是:低壓幹線與分路各不得超過標稱電壓的百分之三, 兩者合計不得超過百分之五 用戶用電設備裝置規則 第 7 條 。 上表最後一欄顯示,在 110 V 下滿載運轉時,這幾個線徑的分路 電壓降都已經逼近或超過百分之三——所以線徑常常是被電壓降決定的, 不是被安培容量決定的。距離越遠越是如此。
規則也把這件事寫進最小線徑的規定裡:照明、插座與電熱分路的導線線徑, 應以安培容量足以承載負載電流且不超過電壓降限制為準, 最小單線直徑 2.0 毫米、絞線截面積 3.5 平方毫米 用戶用電設備裝置規則 第 19 條 。
換成 220 V,同一條線可以帶更多
功率固定時,電壓加倍則電流減半。同一條 5.5 mm² 的線:
| 電壓 | 安培容量 | 可供應的功率 |
|---|---|---|
| 110 V | 28 A | 3.1 kW |
| 220 V | 28 A | 6.2 kW |
安培容量一樣(它管的是電流,跟電壓無關),但同樣的電流在 220 V 下能送出兩倍的功率。而電壓降的比例也減半。 冷氣與電熱水器走 220 V 的理由就在這兩欄。
連續負載要打八折
分路供電給連續負載時不得大於分路額定的百分之八十 用戶用電設備裝置規則 第 38 條第四款、第 39 條第一款 ,而連續負載的定義是 可持續達三小時以上的最大電流負載 用戶用電設備裝置規則 第 6 條 。
夏天的冷氣、電熱水器、除濕機都符合這個定義。 20.0 A 的分路能持續帶的是 16.0 A, 因為安培容量算的是熱平衡,而三小時足夠讓導線達到穩定溫度。
該問的其實是這四題
- 這條線是幾平方毫米?同一根管子裡有幾條線在載流?
- 絕緣是 PVC(60 °C)還是耐熱型(75 °C 以上)?
- 從配電箱到最遠的出線口多少米?以那個距離算,電壓降在百分之三以內嗎?
- 這條分路上有沒有連續運轉三小時以上的負載?
這篇的範圍
安培容量表的數值抄自法規附件表二五~二(金屬導線管配線, 絕緣物最高容許溫度 60 °C、周圍溫度 35 °C),抄錄日期記在引用清單裡。 PVC 管配線的數值略低,另有一張表。 電阻與電壓降由 R = ρL/A 與歐姆定律算出來,只計導線電阻, 未計入電抗與功率因數的影響;導線在滿載時溫度高於室溫,實際電阻會比表列值高。