配電與接地
無熔線斷路器，為什麼有時候不跳？
一顆斷路器裡有兩個東西
打開一顆無熔線斷路器，裡面有兩套完全不同的機構。
熱動的部分是一片雙金屬片。電流通過會發熱，熱到一定程度就彎曲， 把機構推開。電流越大熱得越快，所以動作時間隨電流增加而縮短—— 這就是反時限。規定要求住宅場所 20.0 A 以下的分路 必須採用反時限保護 用戶用電設備裝置規則 第 71 條 。
電磁的部分是一組線圈。電流大到一定倍數，磁力直接把機構打開， 時間在 0.1 秒以內，跟溫度無關。這叫瞬時脫扣。
兩者的分工很清楚：熱動管過載——電流稍微超過額定、持續很久那種； 電磁管短路——電流是額定的好幾倍、必須立刻切斷那種。
問題出在中間。
中間那段空白有多寬
電磁部分的門檻依型別而定。B、C、D 型分別在額定電流的 3 至 5 倍、5 至 10 倍、10 至 20 倍動作 BEAMA《Guide to Low Voltage Circuit-breaker Standards》 §3.3.1 、 IEC 60898-1:2015 §5.3.5、Table 2 。
| 型別 | 瞬時脫扣範圍 | 典型用途 |
|---|---|---|
| B 型 | 3 至 5 倍額定電流 | 電熱器具、插座分路等電阻性負載 |
| C 型 | 5 至 10 倍額定電流 | 電動機、一般照明等有啟動電流的負載 |
| D 型 | 10 至 20 倍額定電流 | 變壓器、放電管燈等啟動電流特別大的負載 |
標準給的是範圍，不是一個值。這代表同樣標示 C 型的兩顆斷路器， 在 7 倍額定電流時可以一顆跳、一顆不跳，兩顆都合格。 設計時只能算最壞的情況：要保證瞬時動作，電流得達到範圍的上界。
台灣的規則本身不規定曲線的形狀。它只要求住宅 20.0 A 以下分路為反時限， 其餘的標準安培額定依各製造廠商經型式試驗通過者為準 用戶用電設備裝置規則 第 74 條 。 換句話說，B、C、D 這些字母來自產品標準，箱子上寫的那個字母才是判斷依據。
迴路一長，電流就掉進空白裡
外殼碰到火線的那一刻，電流走的是故障迴路阻抗： 電源、去程的火線、回程的接地線。 導線電阻由電阻率、長度與截面積決定，所以故障點越遠，故障電流越小。
一條 20.0 A C 型斷路器、3.5 平方毫米導線的分路：
| 故障點距離 | 迴路阻抗 | 故障電流 | 額定的幾倍 | 瞬時脫扣 | 外殼電位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 米 | 0.25 Ω | 443 A | 22.1 倍 | 一定動作 | 22 V |
| 45 米 | 0.59 Ω | 185 A | 9.3 倍 | 不一定 | 41 V |
| 100 米 | 1.14 Ω | 96.9 A | 4.8 倍 | 搆不到 | 48 V |
10 米的時候一切正常：22 倍額定電流，遠超過 C 型的上界， 0.1 秒內切斷。100 米的時候故障電流只剩 96.9 A， 連額定的 4.8 倍都不到——瞬時部分不會動作， 熱動部分也不會動作，因為電流根本沒有超過額定。
外殼會一直帶著 48 V，而配電箱裡什麼事都沒發生。
這條線可以算出來
IEC 60364 把這件事寫成一條可以驗算的設計條件 IEC 60364-4-41:2005 §411.4.4 ：
| 條件 | 意思 |
|---|---|
| Zs × Ia ≤ U0 | 迴路阻抗乘上保護裝置的動作電流，不得超過標稱電壓 |
| Zs | 電源、到故障點的火線、從故障點回到電源的保護導線 |
| Ia | 保護裝置在規定時間內動作所需的電流 |
把它移項就得到迴路阻抗的上限。以 20.0 A 的斷路器、 對地電壓 110 V 計算：
| 型別 | 需要的動作電流 | 迴路阻抗上限 | 3.5 平方毫米導線的最遠距離 |
|---|---|---|---|
| B 型 | 100 A | 1.1 Ω | 96 米 |
| C 型 | 200 A | 0.55 Ω | 41 米 |
| D 型 | 400 A | 0.28 Ω | 13 米 |
同一條線路，換一個型別的斷路器，保證動作的距離就差了將近八倍。 D 型在住宅分路上很快就搆不到——13 米在透天厝裡並不算遠。
這也是 IEC 明文寫「迴路只算電源、火線與保護導線」的原因： 接地電極不在這一圈裡面。台灣的規則講得更直接—— 大地不視為有效接地故障電流路徑 用戶用電設備裝置規則 第 90 條第四款 。 接地棒打得再深，都不會讓這個數字變好看。
斷路器保護的是導線
規定把線徑與斷路器綁在一起：導線的安培容量決定過電流保護裝置的 安培額定上限，並明列三組 用戶用電設備裝置規則 第 79 條第二項 。
| 導線 | 過電流保護裝置安培額定上限 |
|---|---|
| 2.0 毫米單線 | 15.0 A |
| 3.5 平方毫米絞線 | 20.0 A |
| 5.5 平方毫米絞線 | 30.0 A |
而分路額定由過電流保護裝置決定，就算換上安培容量更大的導線也一樣 用戶用電設備裝置規則 第 40 條第一款 。這兩條合起來說的是同一件事： 斷路器是導線的保護，配對關係由導線決定。
所以「這一路老是跳，把斷路器換大一顆」是一個很危險的動作。 2.0 毫米單線配 30.0 A 的斷路器時，導線會在斷路器動作之前先到達溫度極限。 跳電是症狀，換大之後症狀消失，原因還在，而且失去了警報。
反過來，冷氣、電熱水器這類連續負載要按分路額定的八成計算 用戶用電設備裝置規則 第 38 條第四款、第 39 條第一款 ——20.0 A 的分路只能持續帶 16.0 A。 持續停在額定附近的電流不會讓熱動部分動作，導線卻一直溫著。
中性線上不能裝
還有一條規定值得注意：多線式回路被接地的中性線不得裝設過電流保護裝置， 除非該裝置能使電路各導線同時啟斷 用戶用電設備裝置規則 第 82 條第一款 。
理由跟前一篇是同一件事。中性線一旦單獨被切斷， 兩路負載就變成串聯在線間電壓之間，中性點會浮到任意電位。 保護裝置切斷火線是安全，切斷中性線是製造故障。 IEC 60364 把同一件事寫成 PEN 導線上不得裝設任何開關或隔離裝置 IEC 60364-4-41:2005 §411.4.1、§411.4.3 。
該問的其實是這三題
- 這一路的斷路器額定，跟導線線徑配得起來嗎？箱子上的字母是 B、C 還是 D？
- 最遠的那個插座離配電箱多遠？以那個距離算，故障電流搆得到瞬時脫扣的門檻嗎？
- 搆不到的時候，有沒有第二層？漏電斷路器擋的正是這一段——它量的是差額，跟迴路阻抗無關。
這篇的範圍
導線電阻由 R = ρL/A 算出來，銅在 20 °C 的電阻率取 1.724×10⁻⁸ Ω·m。 導線滿載時溫度會高於室溫、電阻略高，所以這裡算出的故障電流偏樂觀的一側， 真實情況只會更難跳。電源側阻抗 0.15 Ω 與人體阻抗 1000 Ω 是具名的示範假設值。 模型裡熱動部分的曲線只畫出反時限的形狀，實際時間依製造廠型式試驗而定， 法規並不規定曲線本身。