中性線-它不是地線-別再誤會它了

家裡的兩孔插座,有一個較寬一個較窄,其中較窄的為火線,也就是帶電的;較寬的那個稱為中性線,正常接線之下它是不帶電的,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無與火線接反,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
電源插座窄的是火線,寬的是 中性線

中性線

當電流由電廠經過負載做功完畢之後,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。(關於迴路請看這篇避免觸電-電流迴路必須了解)

火線為輸出電流, 中性線 為收回電流
火線為輸出電流, 中性線 為收回電流

那麼為何回流路徑要稱為中性線Neutral呢? 如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
單相三線的 中性線

一樣的道理,若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的時候,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)

三相電源的 中性線
三相電源的 中性線

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,也就是所謂的負載平衡。若負載中有些大有些小,那麼此時的中性線是會有電流產生的,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,若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

到目前為止聰明的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,對於使用者會較安全,管理者也方便掌握情況;若沒有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,但放電的位置很隨機不確定,經常發生火災,管理者很難掌握。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這篇三孔插座-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這篇大地-與零電位的差別-0V與Ground不同

插座正反面怎麼裝

橫式插座的安裝,在台灣幾乎都是像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,我好奇地去翻了一下,還真的有,它的理由是,若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。

各位若有興趣看看這本書,請自行到這個連結翻到第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。

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12 Comments

  1. FIGURE 2-42 Grounded neutral blades on top. A loose metal faceplate could fall onto these grounded neutral blades. No sparks would fly.
    (Delmar/Cengage Learning), CHAPTER 2 Electrical Symbols and Outlets, p61.

  2. 老師, 本文的第1圖, 《電源插座窄的是火線,寬的是 中性線》. 根據一本書的建議, 中性線的那一側最好朝上安裝, 以防有金屬落下時, 造成短路. 這個建議與你的貼圖恰好上下翻轉. 書名: Ray C. Mullin and Phil Simmons, 《Electrical.Wiring.Residential, Base on NEC 2011, 17th Ed.》.

    • 我還沒有資格當老師啦,只是個助教而已,爬山還是靠自己。感謝你的資訊,我會把這個資訊補上,這一點我想很多人都沒想到,包括我自己,台灣99%的師傅應該都會把寬的安裝在下方,我自己也還沒看過那1%。

  3. 老師您好

    我們工廠這幾年歐洲來的設備零件一直壞. 而且零件壞的部分都是220V的控制零件. 同時都非運轉時故障,而是早上設備開機時零件故障. 無一例外.

    設備是三相四線+PE進入設備總開關. 控制的單向電是取內部380的三相四線的各單相來與N相來提供控制模組的220V電源. 感覺他們每相都取,平均用在幾個控制模組. 沒有像台灣一般使用轉單向的變壓器. 台電入廠的大電電控箱內可以看到N相排,與PE相排. 不過兩者沒有相接(這部分也是我想問的重點). 我們也因此一開始就用台電的N相來供應設備的需求. 但是經過好幾次故障後,我們乾脆不用N相, 只用三相經Y隔離變壓器後變成三相四線. 二次電的N相部分電機人員告知不應該接地,所以我們也沒接. 原想如果台電的N相如果有問題,用變壓器的N相應該可以解決. 事與願違,零件還是繼續壞.

    之後,有電機建議安裝高頻的濾波器. 我們也裝了兩個. 一個安裝在設備三相四線總開關二次電的地方.另一個安裝在設備上380V馬達變頻器的一次端. 結果也是無用. 設備內經由220V供電的模組,目前沒有損壞的只有24V與12V直流變壓電源供應器後端的零件. 其他如經220V直接供應的460W的電腦裝置,風扇,螢幕,電腦內的電腦版都已經更換過零件了.

    由於都是早上開機時才發現損壞,我們懷疑是否為開關突波造成? 是否應該加裝SPD突波器?

    拜讀您的文章後. 則懷疑是否是在隔離變壓器二次端,N相沒有接地造成?

    還望您可以指導.感謝!

    • 感謝您的肯定
      您的問題牽涉到台電、以及貴公司電機前端的 現場經驗
      我在這部分的現場經驗有限, 以下僅由您的敘述來做合理推論, 希望能有所幫助

      1.
      只在早上開機造成損壞, 極有可能是你說的突波, 也就是上電瞬間的湧浪電流Inrush
      這部分主要來自電動機的線圈, 你閃不掉它, inrush一定會有, 你只能減少它
      如你所說, 你可以試試SPD or 另一種稱為 緩啟動器的東西, 但這兩樣我自己都沒機會用過, 僅能給你一個方向

      2.
      從三相的單相電源 取220V來用
      等於是控制電源 與 動力電源 共用, 我總覺得不妥
      因為動力電源的Inrush是非常高的, 一般PC的power supply是撐不住的
      最好是能先處理過電源的Inrush, 再丟給控制設備用

      3.
      我猜你跟電機人員應該是不同部門
      所以你要舉證 來push他們,
      你去弄個鉤表, 掛在控制設備的電源上, 測量Inrush
      記得電線多繞10圈, 這樣鉤表可以讀到10倍的Inrush值, 比較容易sense到, 也相對準確一些
      若真的開機瞬間 , Inrush超高, 然後控制設備又掛了, 那就表示它是兇手
      那就要電機人員想辦法了

      4.
      N相有沒有接地 只會跟安全有關係
      至於你們電機人員 說N不應該接地, 可能有他們的考量
      如果廠區的接地已經失效, 把N與失效的G接在一起, 是很有可能讓廠區的G全部帶電的

      5.
      你或許可以找設備廠商來幫你看看, 借來用一個月觀察看它肯不肯
      能解決你問題的就跟他買東西
      我想廠商應該很願意幫你

  4. 阿信助教,現今流行裝智能開關,現行智能開關都是以零火線配置居多,但傳統牆壁開關都只有火線沒有零線(中性線),請問零線(中性線)除了從開關箱拉出以外,還有什麼方式取得?又有何影響及差異?謝謝

      • 阿信助教,最近也想安裝智能開關,如果牆壁附近有插座,把那條中性線拿來接零火版智能開關的N端,這樣會有問題嗎? 如果開關跟插座的中性線剛好是同一個迴路,聽起來好像可以,若是在不同迴路(breaker?)上,會有問題產生嗎? 要怎麼簡易判斷插座上的中性線與要安裝的開關是同一個迴路呢? 謝謝

        • 使用不同迴路的中性線, 功能上沒問題, 但安全性有問題
          若該迴路有漏電斷路器, 這會讓漏電斷路器誤以為有漏電
          至於要查中性線是不是同一條, 只能把端子拆開來查了, 要花點時間, 記得斷電

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