配電與接地
配電箱的中性線,可以跟接地線接在一起嗎?
這個爭論之所以沒完,是因為雙方講的是不同的箱子
一邊說「中性線跟接地線本來就是接在一起的,我打開箱子就看到」。 另一邊說「分開!接在一起會出人命」。兩邊都親眼看過自己說的那個箱子,所以誰也說服不了誰。
答案是兩句話都對,差別在位置。整個供電系統需要一個電位參考點, 所以中性線要跟接地系統相接——但只接在指定的那一處。 規則把位置寫得很具體: 用戶用電設備裝置規則 第 94 條第一款
內線系統接地之位置,應在受電箱、集中表箱或用戶總開關箱之電源側。
而多線式用戶要接地的就是中性線。 用戶用電設備裝置規則 第 94 條第二款
過了那一處之後,中性線是載流導體,接地線是保護導體, 兩者的工作完全不同,一路分開到最末端——插座端也是分接的: 接地極接設備接地導線,中性極接被接地導線。 用戶用電設備裝置規則 第 94 條第一款、第 31 條 非明文
會吵起來,是因為「接在一起」這四個字沒有把地點講出來。
一個查證上的意外
寫這篇的時候我去查了原文,有兩件事跟預期不同,順帶記在這裡。
第一,這部規則已經改名了。原本叫《屋內線路裝置規則》, 民國 107 年 7 月 17 日修正時改為《用戶用電設備裝置規則》, 最新一次是民國 114 年 5 月 9 日修正發布全文 1014 條。 網路上大量流傳的討論還在引用舊名與舊條號,查的時候要注意。
第二,「系統接地點之後不得再連接」這句話,規則裡沒有明文。 我把全文找過,找不到一條寫「不得」的禁止規定。 那個結論是從「接地位置被指定在特定一處」加上「插座端兩者必須分接」推導出來的。 所以這一篇凡是引用到它的地方,都標了「非明文」——推論是推論,明文是明文, 標示清楚比較誠實。
而且家裡第一個箱子不一定是進屋點
上一段講「進屋點」講得很輕鬆,好像大家都知道那是哪一個箱子。實際上不是。
台灣常見的做法是接地直接做在電錶處。那個位置屬於台電側,通常是封裝好的, 一般人看不到、也打不開。於是打開家裡第一個箱子的時候,看到的其實已經是下游—— 中性線與接地線在那裡就該分開。
但也有接地確實就做在屋內第一個箱子的情況。那個箱子本身就是進屋點, 兩條線接在一起不只是可以,而是必須。
所以同一個動作、同一種箱子的外觀,在兩種情況下一對一錯:
| 家裡第一個箱子 | 兩條線接在一起 | 兩條線分開 |
|---|---|---|
| 是進屋點(電錶處沒做接地) | 正確,這就是系統接地 | 整戶沒有系統接地 |
| 不是進屋點(接地做在電錶處) | 違規,接地線陪著載流 | 正確 |
要判斷自己屬於哪一種,看箱子的外觀沒有用。 決定的是接地線從哪裡來,以及電錶那一側有沒有做接地。 這件事一般人看不出來,所以它是找電氣技術人員檢查的理由,不是自己拆開來看的理由。
兩條線都沒接,比接錯更容易被忽略
如果家裡第一個箱子就是進屋點,卻沒有把兩條線接起來, 等於整戶從頭到尾沒有系統接地。
麻煩的是平常完全看不出來:接地線上是零電流(本來就該是零), 外殼不帶電,漏電斷路器也壓得上去,一切正常。
問題要到外殼漏電那一天才會現形。故障電流找不到金屬回路, 只能經由接地極、土壤、再繞回台電變壓器的接地——這條路的阻抗是幾十歐姆, 電流只有 1.83 A, 遠低於 20 A 的過電流保護額定,斷路器不會動作。 外殼就停在 92 V 等人來碰。
土壤不是導線。系統接地要做、而且只做一次的理由就在這裡。
台灣的住宅是單相三線,這件事改變了後面全部的推論
台電送到住宅的是單相三線 110/220 V:變壓器二次側中間抽頭引出中性線, 兩條火線對中性線各 110 V,兩條火線之間 220 V。冷氣、電熱水器吃 220 V, 其他插座分成兩路,各自掛在一條火線上。
關鍵在於:中性線平常只承擔兩路之間的差額。兩路各用 10 A,中性線上是 0 A; 一路 3 A、另一路 12 A,中性線上就是 9 A。
這個結構帶來一個很多人沒想過的後果——中性線斷掉的時候, 兩路負載會串聯在 220 V 之間,電壓依阻抗分壓。 一般以為那兩路就這樣各自停擺,實際上不會: 負載重的那一路電壓塌下去,負載輕的那一路被推高。
這就是為什麼會出現「跳電之後,有的電器不會動、有的電器冒煙」這種聽起來自相矛盾的現象。 它不是兩個故障,是同一個故障的兩側。
配電箱接在一起,平常會怎樣
先看沒有故障的情況。一路 3 A、一路 12 A,差額 9 A 要回到電源。
如果配電箱把兩條線接在一起,這 9 A 面前就出現兩條並聯的路:中性線與接地線。 電流不會挑安全的走,它依阻抗分配——兩條線徑相近時大約各一半, 所以接地線上會出現 4.50 A。
接地線連著什麼?金屬導線管、配電箱外殼、每一台電器的金屬外殼。 這些金屬現在全部成了回流路徑的一部分,長年載流。它們不是為了持續通電設計的, 接續點一鬆就發熱,而且外殼之間開始有電位差:0.23 V。
數字很小,人碰不出來。而真正麻煩的是第二件事:不會有任何東西把這件事指出來。
台灣的漏電斷路器裝在分路上,不是裝在配電箱的進入點,而且不是每一路都裝。 分路的漏電斷路器只量自己那一路的火線與中性線; 上面說的並聯分流發生在配電箱的匯流排,也就是它的電源側, 那一路的兩條線上電流仍然相等,所以它量不到、不會跳。
過電流保護更不會動作——電流總量沒有變,只是換了一條路走。
於是這個違規接法可以安安靜靜存在好幾年。 它不會跳電、不會發燙到讓人注意、不會有任何異狀, 直到中性線斷掉的那一天。
中性線斷掉,才是真正的分水嶺
而且斷在哪裡,結果完全不同。這是整篇最重要的一段。
斷在配電箱與電錶處之間
兩條線分開的話:這一路失去回流路徑,電壓開始飄移。 輕載側被推到 176 V,重載側掉到 44 V,電器會燒。 但金屬外殼仍然經由接地線回到系統接地點,維持在大地電位——
外殼不帶電,人不會被電。損失是財產,不是人。
兩條線接在一起的話:接地線頂替了斷掉的中性線,電壓一切正常,電器照轉, 沒有任何人會發現有東西壞掉。代價是那 9.00 A 的回流電流 現在全部走在接地系統上。故障被藏起來,可以藏好幾年, 直到接地線也在某處鬆脫的那一天。
把兩條線分開的價值,就是讓故障現形,而不是讓它安靜地累積。
斷在進屋點的電源側
這一種最惡劣,而且家裡的配電箱接得再正確也擋不住。
中性線斷在系統接地點的電源側,整戶的中性線一起浮動。 而系統接地把中性線與接地線綁在一起,所以中性點浮多少, 整戶的接地系統與每一台電器的金屬外殼就跟著浮多少。
接地極能不能救?把它算出來就知道。一路 3 A、一路 12 A 的不平衡下:
| 住宅型態 | 接地阻抗 | 外殼對地電位 | 觸碰時人體電流 | 生理效應 |
|---|---|---|---|---|
| 大樓分戶 | 5 Ω | 27 V | 26.8 mA | 無法放手 |
| 透天或公寓 | 50 Ω | 58 V | 57.6 mA | 心室顫動 |
| 老屋外殼接中性線 | 沒有接地 | 66 V | 66.0 mA | 心室顫動 |
接地極確實把電位拉回了一些——大樓靠鋼筋基礎接地與等電位連接,阻抗低得多, 所以壓得比透天好。但沒有一種壓到安全範圍。
為什麼接地線拉不回來
這是整篇最常被誤解的一點,而且誤解的方向很一致: 「既然外殼接了地,電位不就該是零嗎?」
不會。接地線做的事情是把所有摸得到的金屬綁在同一個電位, 這叫等電位連接,它保證的是外殼與外殼之間、外殼與水管之間沒有電位差。 但中性線斷掉的時候,整套系統是一起浮的—— 接地極只是回流路徑上的一個阻抗,不是一根把電位釘死在大地的釘子。
電位由分壓決定:負載這一側的阻抗越低、接地極的阻抗越高,中性點就飄得越遠。 把接地阻抗掃過一遍就看得很清楚:
| 接地阻抗 | 外殼對地電位 | 觸碰時人體電流 | 生理效應 |
|---|---|---|---|
| 100 Ω | 61 V | 61.5 mA | 心室顫動 |
| 50 Ω | 58 V | 57.6 mA | 心室顫動 |
| 25 Ω | 51 V | 51.0 mA | 心室顫動 |
| 10 Ω | 38 V | 38.1 mA | 呼吸困難 |
| 5 Ω | 27 V | 26.8 mA | 無法放手 |
| 1 Ω | 7.92 V | 7.92 mA | 有感 |
要把外殼壓到 30 V(人體電流剛好 30 mA)以下, 接地阻抗得低到 6.1 Ω。 住宅的接地極實務上落在十歐姆到上百歐姆,這個數字構不到; 而且真的做到了,也代表回流電流長期流過土壤,那本身就是另一個問題。
接地極的工作從來不是承擔回流電流。 它是為了在故障那一瞬間提供一條讓保護裝置動作的路徑, 以及把金屬綁在同一個電位。土壤的阻抗高到推不動任何斷路器。
「多打一根接地棒就安全了」是這個題目裡流傳最廣、也最致命的誤解。
住宅型態不同,正確答案的形狀也不同
台灣的住宅太雜,同一句建議套不到所有房子上。
透天或公寓。 電從電線桿上的變壓器來。系統接地多半做在電錶處, 之後的箱子一律分開;但如前面所說,也有做在屋內第一個箱子的情況, 兩種都存在,不能用「我家看起來像哪一種」來猜。
大樓分戶。 電從地下室的變壓器來,系統接地在大樓的總配電室, 每一戶的配電箱都是下游的箱子——所以每一戶都必須分開。 這一點常被誤會,因為住戶打開自家箱子看不到系統接地, 就以為「那我這裡要補一個」。不必,而且不可以。
老屋。 這是最麻煩的一類。早年的兩線式配線根本沒有接地導線,插座只有兩孔。 在這種房子裡,「中性線與接地線要不要接在一起」這個問題本身就問錯了—— 沒有接地線可以拿來接。
而歷史上常見的做法是把電器外殼接到中性線當作接地。 上面那張表的最後一列就是它的下場:中性線一浮動,外殼直接帶著 66 V 等人來碰。
老屋真正該裝的是漏電斷路器
沒有接地線的房子,外殼漏電時會發生什麼?
故障電流找不到回路,過電流保護完全不動作,外殼就停在 110 V 等著。第一個碰到它的人,就是那條回路。 通過人體的電流是 110 mA, 落在「心室顫動」這一級。
漏電斷路器的價值就在這裡:它不需要接地線也能工作。 它比較的是火線與中性線的電流差,只要有電流從別的地方跑掉—— 包括經由人體——它就在 30 mA 切斷電源。
規則列了十五類應裝設漏電斷路器的場所, 用戶用電設備裝置規則 第 87 條 住宅相關的幾類值得抄下來:陽台的插座分路、浴室的插座分路、 電熱水器分路。注意這些全部是分路,不是總開關—— 這也印證了前面說的:漏電斷路器裝在分路上,而且只保護裝了的那一路。
老屋重新配線很貴,很多人做不到。但加裝漏電斷路器便宜得多, 而且是在沒有接地線的前提下,唯一還能救命的一層保護。
不過有一件事要先講清楚:它只保護裝了的那一路。
台灣的做法是在分路上裝,浴室、廚房、戶外插座這些潮濕場所優先, 其他分路常常沒有。所以「我家有裝漏電斷路器」這句話並不等於全戶有保護—— 要問的是哪幾路有裝。模型裡可以把第二路的漏電斷路器拿掉, 看同一個漏電情境下讀數怎麼變。
自己操作看看
三種住宅型態、兩種接法、四種情境、兩路負載與接地阻抗,都可以自己調。 危險資訊畫在線路圖裡:外殼電位、觸碰時通過人體的電流、每一路電器實際承受的電壓。
該問的其實是這五題
爭論停在「接在一起對不對」是問錯了。真正決定安全的是這幾件事:
- 這個箱子是不是進屋點? 是就該接,不是就該分,整棟只有一處。 而且這件事看箱子的外觀看不出來——很多人以為家裡第一個箱子就是進屋點, 但接地常常已經做在電錶處了。
- 這一戶有沒有設備接地導線? 沒有的話,前面的問題都不適用,先處理漏電保護。
- 哪幾路裝了漏電斷路器? 它裝在分路上,不是裝在配電箱的進入點, 而且通常只有一部分分路有。沒裝的那幾路,漏電時沒有任何東西會動作。
- 兩路負載差多少? 差額越大,中性線一旦斷掉,電壓飄移越劇烈。
- 中性線的接續點多久沒檢查了? 進屋側的中性線接續是這整篇裡唯一 家裡的配電箱接得再正確也擋不住的失效點。
這篇的範圍
模型裡的阻抗都是為了讓比例看得出來而設的示範值,不是量測結果。 真實數字取決於線徑、長度、接續品質與接地極條件, 所以結論要看的是量級與方向,不是小數點。
人體電流的分級依 IEC 60479-1 的量級。實際結果還受接觸面積、 乾濕、鞋子與地面材質影響,個體差異很大。表上的邊界是量級,不是安全門檻。
法規條號還沒有逐條核對,所以標著「待查證」。這個站的規矩是: 拿不到就留空白,不填看起來像真的東西。