2020年9月14日 星期一

中性線帶電嗎?

原本在屏東的家電醫生試辦場要演示漏電斷路器(ELB)的實驗
但卻怎麼都無法成功
原本以為是漏電設定的電流太小
加大到35mA,漏電斷路器還是無法跳脫
不能讓大家等我一個,只好暫時先做罷(我回家後測試是正常的)

結果在測量地線(G)是否有連接時,火線(L)和G為零就是沒接
L和G為110V~115V就是有接
結果有些L-G竟然出現幾十伏的電壓?,但也不是全部都有
當時腦袋流量太大,記憶體不足,也就沒有再多想

回程在車上這件事就不斷在腦袋裡打轉,終於有了一些概念
這很可能都是多年來便宜行事、疊床架屋的結果...

(以下的說明不是教科書,若有疑慮請自行判斷)
許多老學校原本的電源插座配置就不夠
後來就會從插座再拉出插座
或從電燈的地方拉出電扇的插座
或直接從電箱再拉一條迴路出來用
甚麼樣的配線都有,完全看當時水電師傅的心情和人品



加上早期的插座都沒有強制加裝屋內設備地線
也就是都是兩孔(火線L,中性線N)的插座
後來拉出來加裝的插座卻又變成三孔(L、N、G)
那G有沒有真的拉線?答案就很有趣了
1. 沒有拉,G只是裝飾用
2. G和N直接短接,早期電工師傅最喜歡的接法

3. G拉專線連接建築物設備地線(如果有的話)

4. G拉專線連接屋外系統地線(電線桿變壓器的地線)

理論上,如果是情況1,L-G為0V
情況2. L-G為115V,不過有但書,等會再說
情況3. L-G為115V
情況4. L-G為115V

看來不是0就是115啊,幾十伏是怎麼來的
這就要回到N為甚麼(理論上)是0V說起了

我們家用電基本上為單相三線(L1、L2、N)
N是迴路線,理論上還是有電的
為甚麼我們會說是0V呢?
這就是電力設備設計的結果了
我們從台電的高壓端(外電)經過屋外的變壓器降為110V
為了方便使用,將二級線圈設計為三個接點
出來的三線電壓就變成下面的樣子

L1和L2都是110V,但相位(phase)剛好差180度(發電機線圈每半圈改變一次電流方向)
當這兩個相位的電同時流到迴路線N的時候,電位就會剛好抵銷
所以理論上中性線的電位差為零,但其實還是有電流通過的

不過這是L1和L2通過N的電量相同時才會有的結果
在實際的情況裡,不管水電配給你的是L1還是L2,對用戶都沒差
但對台電來說就有差了
中性線因用戶端的火線分配不均或是其他奇怪的原因造成中性線有電壓
這時台電就必須付出更大的功率(電壓)來送電才能抵銷中性線裡面的電壓
讓用戶端的電壓維持在110~115V
但實際上的情況是不可能這麼完美的(N=0V)
因此台電會在外電的N時不時就接地一下(這就是系統接地)
讓中性線維持0電位

因此我們還是希望整戶的L1和L2是平均分配的
這樣才會讓用戶端的N電壓為0
也可以減少電網的負擔
只是...看到學校這種隨興的插座分配法
L1和L2要平均分配幾乎是不可能的事
因此中性線就出現電壓了
加上早期學校根本沒有拉建築物的設備地線
水電最簡單的做法就是將G和N短接(其實現在的規定是不行的喔~~)
下面是台大生物產業機電工程學系電工實習講義的內容



會這樣接的想法很簡單,N本來就有接地啊~~
沒錯,N有接地,但是在外電的地方(系統)接地
若屋內的N有電,G跟N短接也會帶電了
G在正常狀況下是不能有電的!!

我猜,學校後來從兩孔插座再拉出來的三孔插座(我有拆開看,地線有接)
G有可能和N是短接的(我沒再繼續拆,所以只是推測)
加上學校電力分配不均造成N帶電
因此我會量到L-G有幾十伏的電壓
電器的漏電原本應該跑地線迴路,使得N的迴路電流變少,ELB跳脫
但G和N短接的結果,從G漏電出去的電流又回到N
ELB當然就不會跳脫了

這樣的解釋和我觀察到的結果是吻合的,但這也只是推測...
總之,電真的很複雜
沒事別亂搞