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配電與接地

冷氣為什麼走 220 V?

台灣住宅拿到的是兩條火線

單相三線:變壓器二次側中間抽頭接出中性線, 兩條火線對中性線各 110 V,彼此之間 220 V。

所以一戶住宅實際上有三種接法可選:

接法電壓典型用途
第一路火線+中性線110 V照明、一般插座
第二路火線+中性線110 V照明、一般插座
兩條火線220 V冷氣、電熱水器、電磁爐

220 V 的分路沒有用到中性線。它跨在兩條火線之間, 只需要兩條火線加一條設備接地導線

電壓加倍,損耗變成四分之一

一台 3000 W 的冷氣,配電箱到室內機 20 米, 用 3.5 平方毫米的導線。同一台機器接在兩種電壓下:

電壓電流導線上的電壓降佔標稱電壓導線上的損耗
110 V27.3 A5.37 V4.9 %147 W
220 V13.6 A2.69 V1.2 %37 W

功率固定時電流與電壓成反比,所以電壓加倍、電流減半。 導線上的電壓降是電流乘以電阻,跟著減半; 損耗是電流平方乘以電阻,變成四分之一—— 上表裡 147 W 掉到 37 W, 那些瓦數全部變成導線的熱。

規定要求低壓幹線與分路的電壓降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 。 110 V 那一列已經是 4.9 %,分路自己就超標了; 220 V 那一列是 1.2 %,還有餘裕。

同一條線路、同一台機器,換一個接法就從不合格變成合格。 這是 220 V 最直接的理由。

規定管的是對地電壓

住宅場所供電給照明燈具、用電器具與插座的電路,對地電壓應為 150 V 以下 用戶用電設備裝置規則 第 35 條第一款、第三款 。這一條常被誤讀成「住宅不能用 220 V」。

關鍵在名詞。對地電壓的定義是非接地導線與電路接地點 (或與被接地導線)之間的電壓 用戶用電設備裝置規則 第 6 條 。 220 V 的分路由兩條火線組成,每一條對地都是 110 V, 所以這條電路的對地電壓是 110 V,遠低於 150 V 的限制。

被限制的是「單條導線對地有多少電壓」,因為人碰到的是其中一條, 而人站在地上。線間電壓 220 V 的危險只有在同時碰到兩條火線時才成立, 那是很不一樣的情境。

規則還留了一條路:加裝漏電斷路器或漏電啟斷裝置的用電器具分路與插座分路, 對地電壓得超過 150 V 且在 300 V 以下 用戶用電設備裝置規則 第 35 條第一款、第三款 。 換句話說,對地電壓拉高之後要用漏電保護補回來—— 這個交換條件本身就說明了那條限制在保護什麼。

中性線斷掉時,220 V 的電器反而沒事

前一篇談過中性線斷線:兩路 110 V 負載變成串聯在 220 V 之間, 中性點浮動,輕載那一側被推向線間電壓。

220 V 的負載跨在兩條火線之間,本來就不經過中性點。 所以中性線斷掉時,它承受的電壓完全不變。 同一次故障裡,冷氣照常運轉,而 110 V 的燈泡與電器可能燒毀。

這個對比常常讓人誤判故障的位置——「冷氣是好的,所以電沒問題」。 下面的模型把中性線斷線切開來看,兩路 110 V 的電壓會分別往兩個方向跑。

單獨開啟這個模型

兩路要盡量平衡

中性線只承擔兩路的差額。兩路各 10.0 A 時中性線是 0.00 A, 一路 15.0 A 另一路 3.00 A 時中性線是 12.0 A。

所以配電箱裡把負載平均分到兩條火線上有實際好處: 中性線電流小、電壓降小、中性線斷掉時的偏移也小。 把整層樓的插座全部掛在同一條火線上,另一條只接一台冷氣, 是一種可以運轉但不健康的配置。

插座不通用是刻意的

220 V 的插座刀片配置與 110 V 不同,插頭插不進去。 這是防呆,因為 110 V 的電器接到 220 V 上會立刻損壞。

規定也要求,同一個用戶配線系統中有一種以上標稱電壓時, 每一條非接地導線應在分路配電箱標示其相、線與標稱電壓, 並以色碼、標示帶或標籤識別 用戶用電設備裝置規則 第 43 條 。 配電箱裡那些標籤有它的用處。

該問的其實是這三題

  1. 這台機器的銘牌寫的是幾伏特?220 V 的機器接到 110 V 上不會動,反過來會燒掉。
  2. 這條分路是專用的嗎?冷氣與電熱水器通常要獨立分路,跟它的電流與連續運轉時間有關。
  3. 兩條火線上的負載差多少?差額全部由中性線承擔。

這篇的範圍

電壓降與損耗由 R = ρL/A 與歐姆定律算出來,只計導線電阻, 沒有計入功率因數與電抗——住宅的短距離配線裡電抗的影響很小, 但長距離或大電流的線路要另外計算。 3000 W、20 米、3.5 平方毫米是為了讓比例看得出來而設的例子,不是量測結果。

單相三線對地電壓電壓降專用分路

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