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中性導體的重要性                     作者:鄧文熙

文章內容選取《今日機電屋宇設備及環保》第四十期

中性線(Neutral Wire),俗稱青線,主要用途是提供一個回路給來自相線的電流。中性線新和舊的識別顏色分別為藍和黑,但是由於藍色是舊色碼系統中的三相電路相線的識別顔色,因此在處理藍色電線時需加倍留神,以免發生意外。

另外,由於在相線位置已安裝過流保護器件,因此中性線不用加裝過流保護器件。

《電力(線路)規例工作守則》第10A及10B段:

10A連動斷路器.連動隔離器及連動開關掣:

  1. 中性線設有開關掣的任何連動斷路器、連動開關掣及連動隔離器,應該妥為安排,使中性極觸點在相極觸點之後斷開,及於相極觸點之前或同一時間閉合。
    1. 不應將熔斷器加入中性導體內,亦不應將連動斷路器、連動隔離器或連動開關掣以外的斷路器、隔離器或開關掣加入中性導體內。

10B 中性導體的保護

單極開關掣只應加入單相電路的相導體內。不應將熔斷器加入中性導體內,亦不應將連動斷路器以外的斷路器、連動隔離器以外的隔離器或連動開關掣以外的開關掣加入中性導體內。

  • 單相電路

在單相電路中,中性線提供電流的回路。基本上,如果單相電路的中性線鬆脫,相線電流沒有回路,連接的電器裝置就不能啟動(圖一)。

 

但是,如果有多個單相電路共用一條中性線(圖二),就會產生問題:

在圖二的線路中,假設需要維修損壞的電器裝置1,維修人員當然會截斷電器裝置1的供電,但假如電器裝置2當時是啟動著,中性線就會帶電,維修人員如果沒有留意有兩個單相電路共用一條中性線,維修電器裝置1時就有觸電的可能。

《電力(線路)規例工作守則》第6B(6)段:

  1. 單相電路的中性導體,不可與其他電路共用。

 

  • 三相電路
  •  在三相三線平衡電路內,由於三相電流平衡,三相的相電流在星點完全抵銷,因此可以不安裝中性線。但是,在三相四線不平衡電路內,由於三相電流不平衡,因此三相在中性點的剩餘電流就會把中性線作為回路(圖三和圖四),使三相電壓得以保持穩定,中性線的電流值為三相電流的矢量和,即是 In = I1 + I2 + I3。

 

以一幢住宅樓宇為例,每個單位都提供單相供電,由於每個單位的用電量都不同,因此每一相的總負載量難以一致,構成一個三相四線不平衡負載系統,接駁至三相電流交匯點(即中性點或星點)的中性線便用作提供一個電流回路令三個相電壓穩定(香港市電的單相電壓為220V)。

由於中性線電流是三相線電流的矢量總和,其數值通常會較任何一相的線電流值低,如果三相負載接近平衡,中性線電流更可低至接近零。

《屋宇裝備裝置能源效益實務守則》:

7.6.3 各單相負載平均分佈

  1. 400安培或以上(按電路保護器件額定值計算)並有單相負載的三相四線電路,其按設計電路電流計算的最高電流不平衡(不平衡單相負載分配)不應超過10%。

上文提及單相電路的中性導體,不可與其他電路共用;而三相四線系統中的中性線亦只可與接駁至該三相四線電路,不能與其他三相四線電路的中性線共用。

《電力(線路)規例工作守則》第6B(6)段:

  1. 三相電路的中性導體,只可在三相四線系統中有關相位共用。
  2. 如為多相電路,中性導體至少應有相導體的載流量,以配合正常操作情況下可能出現的平衡或諧波電流。就平衡的三相供電系統而言,如第三諧波電流或三倍數的諧波電流所產生的總諧波失真率超逾基波電流約15%,應考慮BS7671附錄11所載的校正因數。

  • 三相四線系統中性導體接觸不良

如果中性導體接觸不良(例如鬆脫、中性導體固定螺絲沒有牢固收緊、或中性導體接駁位置因氧化而出現絕緣度高的銅綠等),三個不平衡的線電流不能在中性點(星點)互相抵銷和不能經中性導體流走;在欠缺中性導體的情況下,三相線電流必需在交匯點互相抵銷,因此星點的位置便會出現位移,令相電壓不穩定(圖五)。

 

由於中性點由N位移至O位,三相的相電壓由L1P-N、L2P-N和L3P-N變為L1P-O、L2P-O和L3P-O,雖然三相線電流在O點能完全抵銷,但三相的相電壓卻因而出現不穩定和不相稱的情況,以圖五的矢量圖為例,L1的相電壓L1P-O比原本的L1P-N小,L2的相電壓L2P-O比原本的L2P-N大,而L3的相電壓L3P-O與原本的L3P-N差不多。

引用一個較簡單的例子來解釋中性線出現不導通或阻值大時對三相四線不平衡電路的影響:

假設用一個三相四線電路內的其中兩相分別供電予一個單相220V/60W掛牆風扇和一個單相220V/1200W電飯煲(圖六),為簡化計算步驟,假設了這兩個電器置都是純電阻負載,即功率因數是1。

 

若中性線斷路或出現過高電阻時,中性線呈開路狀態,電路會由兩組220V相電壓供電變成一組380V線電壓供電(圖七及圖八)。

 

利用數式電功率 ,得知60W掛牆風扇和1200W電飯煲的電阻是806.67Ω和40.33Ω,使用串聯電路的分壓法可求出掛牆風扇和電飯煲的電位差(即供予該電器的電壓):

 

由此可見,中性線開路後掛牆風扇供電電壓增大至361.91V,比額定電壓220V高出64.5%,掛牆風扇的轉矩和轉速會明顯增大,如果掛牆風扇換成是有電子鎮流器的熒光管,過大的電壓更會令電子零件損壞;至於中性線開路後電飯煲的供電電壓減少了91.8%至18.09V,遠低於220V的額定電壓,所以電飯煲不能正常運作。

這個掛牆風扇和電飯煲的例子簡單解釋了中性線開路會令三相四線系統中各相的電壓變得不穩定和不相稱。如果把掛牆風扇和電飯煲模擬住宅樓宇內個別的單位,電壓升高了的用戶會發現電燈比正常時更光亮,電器用具會因供電電壓較額定值高而損壞(尤其是電視、音響器材等),嚴重的話可能會因高熱而燃燒。至於電壓降低了的用戶會發現電燈較平常暗或閃爍,電腦會因電壓不足而經常重新啟動,一些電器因供電電壓不足而不能啟動。

但是,中性導體接觸不良的問題不一定會即時顯現,以一個三相四線供電的三層商業大廈為例,假設每一層都只是單相供電,而且每層的電氣裝置數量相若和工作性質都是差不多(圖九):

 

在日常辦公時間,由於電氣裝置數量相若,在某程度上令三相電流得以接近平衡,因此三組線電流在中性點構成的電流很小,所以對每一相的相電壓的影響小而且不明顯。但在某一天晚上,G/F全層需要加班,而另外二層的大部份電氣裝置已沒有運行,在這情況下,差不多全部G/F單相負載電流會流向接觸不良的中性線,對G/F的供電的相電壓構成一個高於電器裝置可接納的電壓降,令照明裝置暗淡和閃爍、電腦裝置不停重新啟動等。

  • 總結

中性導體不論在單相或三相電路中都佔舉足輕重的角色。進行年檢時,必需把握這個停電機會對中性導體進行測試 (例如微歐測試Ductor Test)及清潔中性導體和導線的所有接觸面等。另外,構成相電壓不穩定的原因並不一定是與中性導體接觸不良有關,三倍諧波、錯誤設計及安裝等亦可以構成三相電壓不穩定。

而《電力(線路)規例工作守則》內有註明,除總開關掣或斷路器是四極式外,其他三相四線系統內分支電路要用三相連動開關將電源和負載連接,而中性線只能用連桿將電源和負載連接,中性線不可安裝開關掣的主要原因就是為了減低因中性線呈開路狀態而出現電壓不穩定。

《電力(線路)規例工作守則》第8A(1)段:

  1. 裝置必須有總開關掣或斷路器以及可切斷所有電壓的隔離設備。上述兩個功能亦可由單一個器件合併執行。總開關掣或斷路器應切斷所有帶電導體(即相及中性導體),並能自電源切斷裝置的滿載電流。若為三相四線交流電源,可安裝連動開關掣或連動斷路器以便只截斷相導體的電源,在此情況下,應在中性導體中設一連桿,並用螺栓或螺絲穩妥固定。在三相四線交流電系統上工作而沒有切斷其中性導體的電源乃屬帶電工作。因此,必須遵從附錄15載述的條件及安全預防措施進行工作。

 

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