4.2.1 家庭用电线路的结构组成
家庭电路一般由两根进户线（也叫电源线）、电能表、闸刀开关（现一般为空气开关）、漏电保护器、保险设备（空气开关、熔断器）、用电器、照明负载、插座、导线、开关等组成，如图4.2.1所示。进户线分为端线（三相四线电路中的某一根相线一般为红色，俗称火线）和零线（零线是变压器中性点引出的线，与相线构成回路对用电设备进行供电），为家庭用电提供电压；电能表用来计量用了多少电，总开关、空气开关、保险设备（熔断器）等控制家庭电路的通断并提供用电保护；在这些基础上，用电器的插头连接插座，再由插座里的导线（电线）连接到开关、电源上，实现正常的通电和用电。
图4.2.1 家庭用电线路的组成
在家庭里，入户位置会有一个强电箱，家庭电路的改造和布置，所有回路的起点都在配电箱内。配电箱里的回路划分，其实就是“什么样的插座、电器被划分在同一个电路里，由相同的电线实现导电，由相同的断路器来控制和保护”。所以，把家庭用电回路进行划分，是家庭电路改造的基础，它决定了插座、电器所使用的电线的大小、断路器的种类以及断路器的大小。在用电回路具体划分时，需要综合考虑不同的区域、用电器的数量、用电器的功率。一般普通家庭的用电回路划分为六个回路：总开关一个回路，全屋照明一个回路，卧室、客厅、餐厅、阳台等区域，每10个普通插座用一个回路，大功率电器插座一个回路（如说冰箱、空调），厨房一个回路、卫生间一个回路。
1.断路器
划分了用电回路后，就需要进一步确定不同电路的断路器。按功能来分，可将断路器分为空气开关、漏电保护开关和过欠压开关三种。
漏电保护开关和过欠压开关本质上都是空气开关，只不过是在空气开关的基础上增加了组件（漏电保护组件和过欠压脱扣器），所以在外观上，空气开关只有手柄，而漏电保护开关和过欠压开关的左边是有手柄的空气开关，右边还多了一个装置，如图4.2.2所示。正因为漏电保护开关和过欠压开关比空气开关多了一个组件，所以空气开关有的用电保护功能，漏电保护开关和过欠压开关都有，具体表现为电路发生特殊用电情况（过载、短路、漏电、过欠压）时，开关就会跳闸。综上所述，空气开关能够控制电路的通断，给电路提供过载保护、短路保护；漏电保护开关能够在此基础上提供漏电保护，过欠压开关则能够提供过电压、欠电压保护。
图4.2.2 空气开关
（a）空气开关；（b）漏电保护开关
1）类型选择
由于不同断路器对电路的保护功能不同，所以为了确保用电安全，针对不同的用电回路，就要用到不同的断路器。
总开关：建议选择空气开关或过欠压开关。很多人会选择漏电保护开关作为总电源的开关，看似更安全，但这意味着某一个回路一旦发生漏电，总开关就会直接跳闸，这样会影响所有回路的正常用电，加大检修的难度。
照明开关回路：照明开关回路的功率不会太大，对人体损害较少，所以很少出现用电安全事故。另外，老化的灯具接口松动，轻微的漏电是正常现象，如果选择漏电保护开关，照明回路就会频繁跳闸，所以应该选择空气开关。
普通开关插座回路：选择漏电保护开关，这类插座用电器的功率不会太大，但也会有漏电的安全隐患。
大功率电器回路：大功率电器因为功率比较大，一旦发生漏电事故，后果不堪设想，所以要选择安全性更高的漏电保护开关，而且是必须的。
卫生间、厨房插座回路：像卫生间、厨房这些区域，有时候会用到一些大功率电器，比如电热水器、微波炉等，漏电的安全隐患比较大，所以也要选择漏电保护开关。
2）大小和型号选择
家庭断路器是有具体的型号和大小的，针对不同的用电情况，需要用到不同大小的断路器，所以除了要选择正确的种类，还要选对其大小。关于断路器的大小，需要搞清楚三种电流的概念：框架电流、额定电流和剩余动作电流。
框架电流就是我们经常听到的63 A、32 A，它表示空气开关总电流最大限制为63 A、32 A，超过这个电流大小，总开关就会跳闸；额定电流主要是针对各回路的开关，指的是开关的最大负载，同样如果回路中的电流超过负荷电流，开关就会跳闸；剩余动作电流主要是针对漏电保护开关，它可以理解为漏电时的电流大小，一旦电路出现漏电，且漏电电流达到了设定值，漏电保护开关就会跳闸。
关于断路器的大小，很多人都会有这样的疑惑，既然不想电路用电时超过负载，直接选框架电流、额定电流大不是更好吗？想要提高断路器的漏电保护能力，选择剩余动作电流更小，更灵敏的漏电保护开关不是更好吗？答案是否定的。空气开关、漏电保护开关选太大，框架电流、额定电流负载虽然大，但这意味着成本的增加，也会增加用电的风险，而且现在的开关与电线都是专线专用，电线大小决定了开关的负载大小，如果开关太大，电线太小，那么开关就会失去作用，比如电线着火了，开关还没跳闸；另一方面，开关和电线太大，购买的成本增加，后续安装和维修成本也会增加。至于漏电保护开关，原则上来说，灵敏度更高的会更安全，轻微漏电就会直接跳闸，但在使用体验上会非常不好，如电器插头在插拔时、开关在开闭时，产生的轻微电火花就会导致灵敏的漏电保护开关频繁跳闸。所以，家庭电路布局在断路器大小的选择上，应该达到这些标准。
总开关：120 m2以下的户型，都应该选择框架电流为63 A的空气开关。
照明回路：额定电流为10 A的空气开关。
普通插座回路：额定电流为10～16 A，剩余动作电流为0.03 A的漏电保护开关。
大功率电器回路：额定电流为25～32 A，剩余动作电流为0.01 A的漏电保护开关。
厨房、卫生间回路：与大功率电器回路一样，选择额定电流为25～32 A，剩余动作电流为0.01 A的漏电保护开关。
2.单相电能表
单相电能表是计量电能的仪表，也就是我们常说的电表。由于其用来度量用户消耗的电能多少，所以必须接在干路上。生活中除了单相电能表还有三相电能表和多相电能表。下面主要介绍单相电能表。单相电能表的额定电压有220（250）V和380 V两种，分别用在220 V和380 V的单相电路中。电能表的额定电流有多个等级，如1 A、2 A、3 A、4 A、5 A等，它表明了该电能表所能长期安全流过的最大电流。有时，电能表的额定电流标有两个值，后面一个写在括号中，如2（4），这说明该电能表的额定电流为2 A，最大负荷可达4 A。单相电能表有4个接口，面朝有刻度的一面，从左向右依次为1、2口接相线（或火线），3、4口接零线，1、3是接入口，2、4是接出口，如图4.2.3所示。
单相电能表
3.单相功率表
图4.2.3 单相电能表接线图
（a）外观图；（b）内部接线图
单相交流功率表是测量交流电路中功率的机械式指示电表。在选用功率表时需注意：电流量程不能低于被测负载的电流，电压量程不能低于被测负载的电压。功率表的正确接法必须遵守“发电机端”的接线规则。
（1）功率表标有“*”号的电流端必须接至电源的一端，而另一端则接至负载端。电流线圈是串联接入电路的。
（2）功率表上标有“*”号的电压端子可接电流端的任一端，而另一端子则并联至负载的另一端。功率表的电压支路是并联接入电路的。
功率表的正确接法有两种：电压线圈前接法和电压线圈后接法，如图4.2.4所示。电压线圈前接法中，电流线圈测量的电流为负载电流，但是电压线圈测量的电压为负载和电流线圈的总电压，电流线圈的电压降会使测量产生误差，所以该方法适用于负载电阻比电流线圈电阻大得多的情况；电压线圈后接法中，电压线圈测量的电压为负载电压，但是电流线圈测量的电流为负载和电压线圈并联的总电流，电压线圈的电流使测量产生误差，所以该方法适用于负载电阻远比电压线圈电阻小得多的情况。
图4.2.4 单相功率表的接法
（a）电压线圈前接法；（b）电压线圈后接法
一般都是按照图4.2.4所示电路图接线，那到底为什么要把标有“*”号的端子连在一起呢？其实，标有“*”号这两个端子称为对应端，它们的用途是：①如将对应端按图4.2.4中所示接在一起，则当功率表的指针正向偏转时，表示能量由左向右传送；若指针反向偏转，表示能量由右向左传送；②电流线圈的任一接线端应与电压线圈标有“*”符号的接线端连接，这样线圈间电位比较接近，可减小其间的寄生电容电流和静电力，保证功率表的准确度和安全。
4.电源插座
电源插座是指用来接上市电提供的交流电，使家用电器与可携式小型设备通电使用的装置。电源插座有插槽或凹洞的母接头，用来让有棒状或铜板状突出的电源插头插入，以将电力经插头传导到用电设备。
电源插座按照结构和用途的不同主要分为移动式电源插座、嵌入式墙壁电源插座、机柜电源插座、桌面电源插座、智能电源插座、功能性电源插座、工业用电源插座、电源组电源插座等。家庭用电线路中的电源插座的类型主要有以下两种：
（1）两孔插座。一般没有金属外露的塑料外壳电气设备以及双绝缘（即带“回”字符号）的小型电气设备，可以使用两孔插座。
（2）三孔插座。有金属外壳的电气设备以及有金属外露的电气设备，应使用带保护极的三头插头，如电冰箱、电烤箱等，这时采用三孔插座。三孔插座较两孔插座主要是多了一个接地极，这个接地极是跟家用电器的外壳接通的。当把三脚插头插在三孔插座里，再把用电部分连入电路的同时，就把外壳与大地连接起来。这样做的原因是由于家用电器的金属外壳本来是跟火线绝缘的不带电的，人体接触外壳并没有危险，但如果内部火线绝缘皮破损或失去绝缘性能，致使火线与外壳接通，外壳带了电，人体接触外壳等于接触火线，就会发生触电事故。如果把外壳用导线接地，即使外壳带了电，也会从接地导线流走、人体接触外壳没有危险。常见插座的外观如图4.2.5所示。
图4.2.5 常见插座的外观
两孔插座接线时只有火线和零线，插座口面对自己时，遵循“左零右火”的接线规则；三孔插座接线时一般都有火线、零线和接地线三根线，插座口面对自己，最上的单独一个是保护接地线（即可以防止电器外壳漏电发生电击事件），下面两根同样遵循“左零右火”规则（与两孔插座相同）。具体接线时，也可以参考插座背提示的英文字母：标有“L”对应接火线，标有“N”对应接零线。插座接线图如图4.2.6所示。
需要注意的是：有很少部分工业用电接的也是三孔插头，但其实是分别接的ABC三相380 V的电源，这就和家庭用电的3孔不同。
5.开关
开关接在电路中主要是控制各个支路的通断，在家庭用电线路中，开关控制着整个家电运转，是现代家居装修必不可少的。在使用时，应保证开关和被控制的用电器串联，且必须接在火线上。
图4.2.6 插座接线图
（a）两孔插座；（b）三孔插座
开关的种类繁多，不同种类有不同的用法，室内常用的开关有单控、双控和多控，也有一开／两开／三开／四开（也称：单联／双联／三联／四联或一位／二位／三位／四位等；几个开关并列在一个面板上控制不同的灯，俗称多位开关），几开表示一个面板上有几个按键，如图4.2.7所示。
图4.2.7 开关种类
（a）开关正面图；（b）开关背面图
单控开关是最为普通的按键开关，也是在家庭电路中最常见的，即一个开关控制一件或多件电器，根据所联电器的数量又可以分为如图4.2.7所示的单控单联（或一开单控）、单控双联（或二开单控）、单控三联（或三开单控）、单控四联（或四开单控）等多种形式。如厨房使用单控单联（或一开单控）的开关，一个开关控制一组照明灯光；在客厅可能会安装三个射灯，那么可以用一个单控三联（或三开单控）的开关来控制。单控开关的背面有两个接线端子“L”和“L1”。图4.2.8所示为一开单控开关的接线图。需要注意的是，在安装开关时，要将控制灯的开关接在火线与灯之间，如果将开关接在零线与灯之间，虽然关闭了开关，灯也不亮了，但其实这时候灯具上对地电压依然是220 V的电压。如果灯灭时人触摸到实际上带电的部位，就会有触电的危险。所以照明开关只有串接在火线上，才能确保安全。
图4.2.8 一开单控开关的接线图
双控开关是一个开关同时带常开、常闭两个触点（即为一对），可以实现在不同的两个地方同时控制一只灯，如房间的门口和床头、楼梯口、大厅等。从外观上看，单控开关每一个按键可以接两条线，而双控开关每个按键可以接三条线。双控开关背面有三个接线端子，分别标有“L”“L1”和“L2”。图4.2.9所示为一开双控开关的接线原理图和实际接线图。
图4.2.9 一开双控开关接线图
（a）接线原理图；（b）接线图
需要注意的是单控开关不可以当双控开关使用，但是双控开关可以作为单控开关使用。因为从功能上看，双控开关也具备了单控开关的功能。双控开关作单控开关使用时，将火线接“L”端，零线接“L1”或“L2”即可。
6.照明灯具
目前市场上的照明灯具在品种和款式上千姿百态，外形琳琅满目，但家庭常用的有两种：一种是直接靠电流加热灯丝而发光的白炽灯，另一种是靠灯丝发射电子、激发荧光物质而发光的灯，如日光灯、三基色能型灯等。
1）白炽灯
白炽灯主要由玻壳、灯丝、导线、感柱、灯头等组成。玻壳做成圆球形，制作材料是耐热玻璃，它把灯丝和空气隔离，既能透光又起保护作用。白炽灯工作的时候，玻壳的温度最高可达100℃；灯丝是用比头发丝还细得多的钨丝做成螺旋形形成的；导线是由内导线、杜美丝和外导线三部分组成的，内导线用来导电和固定灯丝，用铜丝或镀镍铁丝制作，中间一段很短的红色金属丝叫杜美丝，要求它同玻璃密切结合而不漏气，外导线是铜丝，其任务就是连接灯头用以通电；感柱是一个喇叭形的玻璃零件，它连着玻壳，起着固定金属部件的作用，其中的排气管用来把玻壳里的空气抽走，然后将下端烧焊密封，灯就不漏气了；灯头是连接灯座和接通电源的金属件，用焊泥把它同玻壳黏结在一起。
白炽灯是将灯丝通电加热到白炽状态，一只点亮的白炽灯的灯丝温度可以高达3 000℃，正是由于炽热的灯丝产生了光辐射，才使电灯发出了明亮的光芒。这是因为在高温下一些钨原子会蒸发成气体，并在灯泡的玻璃表面上沉积，使灯泡变黑，所以白炽灯都做成“大腹便便”的外形，这是为了使沉积下来的钨原子能在一个比较大的表面上弥散开。但是白炽灯用久了玻壳会变黑，再过一段时间会烧断，这是因为钨丝比起炭丝来，在真空里的升华速度要快得多。当白炽灯点亮温度升得很高的时候，钨的升华仍然十分严重。长时间的高温使钨丝表面的钨原子升华扩散，然后一层又一层地沉积到玻壳的内表面上，使玻壳慢慢黑化，钨的蒸发也使钨丝越来越细，最后烧断。灯丝工作温度越高钨升华得越快，白炽灯的使用寿命就越短。
在实际应用中，白炽灯的能量转换效率很低，只有2%～4%的电能转换为眼睛能够感受到的光。但白炽灯具有显色性好、光谱连续、使用方便等优点，因而仍被广泛应用。
白炽灯在安装时，要使用合适的灯座，常见的灯座如图4.2.10所示。灯座有两个接线螺钉，接线时螺纹部分接零线，顶部（或灯座舌簧）接火线。虽然说不区分零线和火线去接螺纹灯泡，灯也会发光，但是不按零火线接线很容易发生危险（如果把螺纹部分接火线，那么在灯泡出现故障进行更换时，很容易因为误碰，手碰到螺纹导致触电），也违反电工操作规定。
2）日光灯
日光灯（即荧光灯）是一种充气放电灯，在照明灯具中是最为经济的照明灯，它的发光率比白炽灯高3倍以上。日光灯是面光源而不是点光源，光线柔和、不致伤目，是目前最常用的光源，适用于一般室内照明。日光灯主要由灯管、镇流器、启辉器组成，如图4.2.11所示。其中，灯管的两端各有一个灯丝，灯管内充有微量的氩气和稀薄的汞蒸气，灯管内壁上涂有荧光粉，两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线，使涂在管壁上的荧光粉发出可见光；镇流器是一个带铁芯的自感系数很大的线圈；启辉器主要是一个充有氖气的玻璃泡，里面装有两个电极，一个是静触片，一个是由两个膨胀系数不同的金属制成的U形动触片（双金属片——当温度升高时，因两个金属片的膨胀系数不同，导致其向膨胀系数低的一侧弯曲）。
图4.2.10 灯座的正面图和背面图
图4.2.11 日光灯组件的结构图
接下来看一下日光灯是如何工作的，当电源接通后，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极，220 V的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电。辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接通，于是镇流器线圈和灯管中的灯丝就有电流通过。电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热，发射出大量电子。这时，由于启辉器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失，管内温度降低，双金属片自动复位，两极断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于灯管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离生热，热量使汞产生蒸气，随之汞蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。
日光灯正常发光后，由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化。镇流器起到降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内。由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了。