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淺談日本的電氣 | 興趣使然的研究之旅

這邊雖然是以日本為例,不過大致上的原則應該各個國家都是相通的!在日本有一個資格考試叫做電氣工事士,根據資格不同能夠操作的電壓範圍也不太一樣。一般家電的配線等等,都算是第二種電氣工事的範圍,而那種在電線桿上面的電則屬於第一種電氣工事。

區分直流交流
低壓750V 以下600V 以下
高壓750V ~ 7000V600V ~7000V

送電

我們現在所使用的電都是發電廠那邊送過來的,發電原理主要是透過電磁感應,當磁場產生變化時也會產生電場。實際上發電廠會利用火、核能、風力等等的動力推動引擎,引擎帶動磁鐵旋轉,然後在不同的位置放置線圈進而產生電力。

電線中存在著一些電阻,距離越長電阻越大,為了減少傳輸時的損耗,發電廠在送電時是高壓,直到要送到店家或家庭使用時才會再用變壓器轉為 100V。

單相三線

這邊有一個地方要注意的是為了增加發電的效率,通常會使用三相發電。雖然可以無限增加相數,但是經過研究發現三相是效率最高且最經濟的方式。因為每多增加一相就需要額外的配線,也會增加維護成本。

在日本一般家庭通常會使用單相三線制。原因是火線有兩條,可以組成 200V 用來給冷氣等需要高電壓的設備。

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分電盤

這部分我是以自己的經驗跟網路上的文章比較,如果有住在日本的朋友發現有誤敬請指正。

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以我目前住到現在的經驗,日本的房子通常會將分電盤放在浴室,每個家庭都有三條線入戶(兩條火線一條中性線),然後會先接到「主幹用漏電ブレーカー」之後再分配到各個插座。

它主要有幾個功能:

  1. 短路或同時有多個高功率的電器(例如微波爐、炊飯器同時使用),導致過電流時開關會跳掉
  2. 漏電流超過一定值的時也會開關也會跳掉
  3. 欠相保護

欠相保護

單相三線當中,如果中性線不小心斷掉或是意外發生導致欠相的話,會如下圖一樣,原本是並聯的電器,全部都變成串聯的了。由於是直接在兩條火線上,總電壓就會變成 200V,如果分壓之後超過電器能夠負荷的電壓就有可能會損壞,或是發生事故。這時候可以靠欠相保護功能,它會去檢測當前負載端電壓是否高於額定值,如果有的話開關也會跳掉。

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接地

前面我們提到漏電流,不過能不能檢測到漏電流跟有沒有接地有很大的關係。

在日本接地主要可以分為四種:A、B、C、D 種接地。這邊介紹常見的兩個 B 與 D 種。

B 種接地是接在變壓器的二次側,跟中性線接在一起,主要的目的是為了防止變壓器的兩側短路。變壓器的兩側會是完全不同的電壓(高壓與低壓),如果不小心短路或接觸,會導致低壓端電壓提高,以日本為例送電的電壓是 6600V,這樣子家裡的設備都可能故障。B 種接地可以在高壓側與低壓側不小心接觸到時,產生閉迴路,然後檢測出電壓並切斷。

D 種接地是電壓比較小的時候使用的接地工事,實際上是插一根銅棒到地面上,並且要確保電阻在 500 歐姆以下。

這個接地跟剛剛提到 B 種接地是完全分開的,雖然都是接地,但是用途不一樣。所以中性線就是接地這種講法並不完全正確,也不是講接地就是接到中性線。

漏電

如果因為某種原因,設備的金屬外殼跟火線短路,導致整個設備處於漏電的狀態時,這時在沒有接地的情況下,如果有人去碰的話就會產生迴路。(設備外殼 → 人體 → 地板)

但是如果設備有接地的話,在漏電的情況下,由於人體的電阻相對大很多,因此就算有電流流過,大部分的電都還是往接地端。此外,日本通常會有 ELB 漏電開關保護,所以在有漏電的情況下,人還沒碰到電器的情況下應該就會先跳掉。

與台灣對比

對比台灣的情況,常常會提到設備接地與系統接地要短接(總電箱)。但是在日本我沒看過類似的討論我這邊做了一個結論,但不知道是否正確:

  1. 設備接地和系統接地沒有短接時,發生漏電雖然可以減少感電電流,但電流沒到時開關還是不會跳掉。同理就算有接地也可能觸電,只是大部分會被接地吸收掉
  2. 有短接的話,漏電時就是直接短路,開關就會直接跳掉

而日本沒有共用接地的原因(有可能也有共用,但我沒查清楚)是,目前家庭用的配電盤絕大部分都會有漏電遮斷器,只要有漏電不管有沒有共同接地都會馬上跳掉。而台灣可能不是所有房子都有漏電遮斷器?

總結

在日本住久了自然而然會對兩邊的差異感到好奇,我目前還沒有百分之百掌握兩邊的配電跟實務上的操作是什麼,只能就自己的認知和網路文章作參考,希望這篇文章能拋磚引玉給水電專家回答。

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