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。

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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)

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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)。

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;若沒有Grounding,系統還是能運作,只是安全性會有疑慮。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

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