墻邊的英雄--關(guān)于插座的二三事

想象一下，如果沒有插座，我們的生活將會是怎樣一番景象？

插座，這個平凡的小方塊，默默地承擔(dān)著連接我們與電力世界的重任。但是，它并不是簡單的電流輸送者，它是家庭和辦公室中不可或缺的一員，是現(xiàn)代生活的靜默伙伴。然而，雖然插座如此重要，它的設(shè)計、功能以及安全性卻常常被人們忽視。

在這里我們將深入探討插座的歷史，它是如何從一個簡單的電力接入設(shè)備發(fā)展成為今天這樣一個集安全、便利與科技于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。以及在未來的智能家居和辦公環(huán)境中，插座將會扮演怎樣的角色。

探尋這些問題之前，我們先回到人們剛剛進(jìn)入電氣時代的19世紀(jì)，看看插座是如何誕生的。

01

早期發(fā)展

十九世紀(jì)末的英國倫敦，見證了最早插座的誕生。Thomas Tayler Smith在1882年為他的電路連接器（Electric-Circuit Connection）申請了專利。他聲稱他的發(fā)明能夠使導(dǎo)體快速安全地與線路或主線連接。三年后，Smith以同樣的發(fā)明在美國申請了專利。與現(xiàn)在能夠直接安裝在墻壁上的電源插座不同的是，在插座發(fā)明初期，它們必須被連接在電燈的底座上。

a）1893年的燈座插頭

（b）早期的2針插頭和插座。

圖1

而真正意義上的插座則是由一名叫Harvey Hubbell的電氣工程師發(fā)明的。他在1903年同時獲得了兩項專利。專利US774250是一個帶插座的插頭，插座需要擰入燈座才能使用（與前述英國發(fā)明相似）；專利US776326被Hubbell叫做“多重附件插頭(multiple attachment-plug)”。

當(dāng)與三通適配器共同使用時，這種插頭可以被連結(jié)到任何形制的插座上。這種插座能夠與“查普曼”插座（“Chapman”receptacle）相連。據(jù)稱，“查普曼”插座是當(dāng)時美國用處比較廣泛的插座，也是唯一不需要與燈座相連就可以使用的插座。

之后Hubbell又幾次三番改進(jìn)了他的發(fā)明。不過他所有的專利設(shè)計都有一個共同的特點，就是運用卡位將插頭固定在插座中。在壁式插座普及之前，這一特征能夠提供莫大的便利。畢竟在這之前，人們只能夠通過把電器連結(jié)到燈座上來獲得電能。Hubbell的發(fā)明給他帶來不少利潤，然而也有很多制造商不顧Hubbell的反對，將他的發(fā)明運用到他們自己的產(chǎn)品中去。

這一時期，家用電器的迅速發(fā)展和普及使得人們對于插座的需求量不斷增長。一些插座制造商提出要標(biāo)準(zhǔn)化插頭和插座的形制，因此他們舉辦一個會議。Hubbell也參與其中。在會議里，Hubbell設(shè)計的平行平腳插座成為首選，然而他本人并不支持標(biāo)準(zhǔn)化，并拒絕同意將他的產(chǎn)品作為標(biāo)準(zhǔn)。諷刺的是，其他與會者不顧他反對，通過了將Hubbell式插座作為標(biāo)準(zhǔn)對插頭和插座的形制進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的提議。法院裁決這一決定將給美國公眾帶來極大便利，因而不得不予以同意。Hubbell式插座成為了當(dāng)時美國最廣泛使用的插座，有一些仍沿用至今。值得一提的是，今天中國所采用的插座形制，就是沿用Hubbell式的設(shè)計。

圖2：Hubbell式插座

圖3：“查普曼”插座（“Chapman”receptacle）

02

標(biāo)準(zhǔn)化普及和安全性提升

隨著電力在家庭中的普及，插座的設(shè)計繼續(xù)演進(jìn)，以適應(yīng)更多的家用電器和提高安全標(biāo)準(zhǔn)。在這期間，塑料成為制造插座的主要材料，取代了早期的瓷和金屬，因為塑料具有良好的絕緣性能且成本較低。與此同時插座開始標(biāo)準(zhǔn)化，出現(xiàn)了兩孔和三孔插座的設(shè)計，其中三孔插座包括了接地功能，增加了使用的安全性，而這種結(jié)構(gòu)也沿用至今。

圖4：最早的名為“Tripin”的3 針接地插頭

（a）兩孔插座 （b）三孔插座。

圖5

為什么三孔插座能夠保證用電安全呢？原因可能大家初中就有所了解，那就是除了火線與零線的接口之外又多了一個地線的接口（PE）。但是人們往往存在一個誤區(qū)，認(rèn)為地線是單獨的一根和大地連接的導(dǎo)線。其實事實并非如此，地線和零線其實是連接在一起的，同時地線通過重復(fù)接地，保證了零線斷開時，地線仍然可以發(fā)揮作用。

圖6：三孔插座接線示意圖。

那么地線是如何發(fā)揮保護(hù)者的作用呢？方法是地線與設(shè)備外殼相連，如果設(shè)備內(nèi)部潮濕，使火線和外殼連在一起，這時候火線會通過外殼流向地線，發(fā)生短路，形成很大的電流，這時候斷路器就會迅速斷開，時間大概零點幾秒，所以能避免人體觸電，因為它能在事故發(fā)生的一瞬間就把開關(guān)斷開，幾乎不給人體接觸帶電外殼的機(jī)會，保證了用電人的安全。

圖7：三孔插座保護(hù)示意圖。

在安全方面，我國的三孔插座還有一個冷知識，那就是10A與16A插座的區(qū)別。

圖8：10A和16A的插頭與插座。

在寒冷的冬季，可能南方的小伙伴會遇到這樣的問題，給小太陽、暖風(fēng)機(jī)等大功率取暖電器接通電源時，有些電器的插頭大了一圈，不能直接插入我們平時所用的插座。一些電器廠家還“貼心”地附帶了轉(zhuǎn)換頭。然而這樣的轉(zhuǎn)換插頭很容易導(dǎo)致很可能出現(xiàn)導(dǎo)線過熱，插座接觸點燒毀融化，甚至?xí)l(fā)火災(zāi)。原因就是10A的插座負(fù)載功率為2200W而使用16A插座的負(fù)載功率為3520W，超過了10A插座的承受能力，導(dǎo)致事故出現(xiàn)。

另外日常使用插座，以下幾點也需注意：

1.

避免超負(fù)荷使用

10A插座負(fù)載功率為2200W，16A插座負(fù)載功率為3520W，即插座下連接的所有電器的功率總和不能大于這個數(shù)值。接線板上一般都標(biāo)有最大承受功率，在接通電器前應(yīng)先仔細(xì)閱讀使用說明書，了解該設(shè)備的使用功率，盡量不要讓多個大功率電器同時連接在一個接線板上。

2.

正確選購插座

· 選擇品牌插座

購買時盡量購買大品牌的插座，購買時一定要注意是否貼有CCC認(rèn)證標(biāo)志。

·選擇國標(biāo)插孔

非國標(biāo)的插座沒有安全認(rèn)證，且通用插孔較大，電氣接觸面積小，容易過熱，產(chǎn)生火花。

·帶有安全保護(hù)門

圖12：安全保護(hù)門。

保護(hù)門只有兩孔同時插入才時會打開，可以有效避免兒童用金屬物品誤觸。

·觀察用料和材質(zhì)

圖13：選擇合適的插座。

質(zhì)量好的插座一般分量較重，做工扎實連接牢固，開關(guān)按鍵聲音清脆，插拔力度適中。

3.

更換老舊插座

一般質(zhì)量較好的插座使用壽命約為8-10年，這也與插座的使用環(huán)境、使用頻率密切相關(guān)。當(dāng)插座出以下情況時，就應(yīng)考慮及時更換插座了。

①插座面板出現(xiàn)開裂，插腳處出燒融變形現(xiàn)象。

②電源線及接口處出現(xiàn)磨損破皮，內(nèi)部導(dǎo)線外露。

③插孔銅片老化松動，彈性減弱，與插座連接不牢固，容易引起電火花，過在工作中產(chǎn)生異響。

03

多樣化的標(biāo)準(zhǔn)

在電力被運用于商業(yè)的前五十年，各項標(biāo)準(zhǔn)不斷地被確立。技術(shù)能力、安全性和經(jīng)濟(jì)因素成為制定標(biāo)準(zhǔn)的首要考量。隨著全球貿(mào)易不斷發(fā)展，一些只通用于少數(shù)國家的標(biāo)準(zhǔn)被廢止。戰(zhàn)前的殖民地沿用了其宗主國的標(biāo)準(zhǔn)，而一些離岸工廠和海外軍事基地使用的則是所屬國而不是所在地的電氣標(biāo)準(zhǔn)。還有一些國家同時使用多種插頭、電壓和頻率的設(shè)計，這其實非常不便利，而且容易造成安全隱患。

盡管國際電工委員會（International Electrotechnical Commission, IEC）多次嘗試制定一套電插頭全球通用的標(biāo)準(zhǔn)，并于1986年出臺國際通用的type N插座標(biāo)準(zhǔn)，然而由于各種政治、經(jīng)濟(jì)因素掣肘，國際標(biāo)準(zhǔn)的制定與執(zhí)行始終未盡如人意。

直到2007年，巴西才成為第一個使用type N標(biāo)準(zhǔn)的國家。不過，有趣的是，當(dāng)今世界各國使用插座形制的地圖，正反映了二十世紀(jì)上半葉全球資本主義殖民擴(kuò)張的網(wǎng)絡(luò)，也十分令人感嘆。所以各位出國旅行之前一定要關(guān)注當(dāng)?shù)厥褂玫牟孱^和插座的類型，準(zhǔn)備好相應(yīng)的轉(zhuǎn)換頭，以免遇到攜帶的電子設(shè)備無法使用的窘?jīng)r。

各國便攜式電器使用的電源插頭和插座類型如下：

圖16：不同電源插頭和插座類型

我國主要使用的是A，C，I三種類型。

04

智能技術(shù)的融合

2010年以來，插座技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)和智能家居技術(shù)的融合，帶來了智能插座的發(fā)展。如今智能插座作為智能家居生態(tài)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，已經(jīng)從傳統(tǒng)的電力傳輸裝置演變成為集安全、便捷與節(jié)能于一體的智能設(shè)備。它們通過物聯(lián)網(wǎng)連接，讓用戶能夠遠(yuǎn)程控制家中的電器，提高生活質(zhì)量同時也增加了家居的安全性。

現(xiàn)在智能插座已經(jīng)可以完成以下的任務(wù)：

① 遠(yuǎn)程控制和定時功能：用戶可以通過智能手機(jī)應(yīng)用遠(yuǎn)程控制插座的開關(guān)，并設(shè)置開關(guān)的定時任務(wù)，有效節(jié)省能源。

② 能源監(jiān)測：許多智能插座能夠監(jiān)測連接設(shè)備的能源使用情況，幫助用戶了解電器的耗電量，從而優(yōu)化能源使用，減少浪費。

③ 語音控制：集成到智能家居系統(tǒng)中的智能插座，可以通過語音助手（如小愛同學(xué)或Apple Siri）進(jìn)行控制，增加了使用的便利性。

④ 場景聯(lián)動：智能插座可以與家中的其他智能設(shè)備聯(lián)動，根據(jù)設(shè)定的場景自動執(zhí)行一系列操作，如離家模式可以關(guān)閉所有非必要的電器。

⑤ 安全保護(hù)：智能插座還具備過載保護(hù)功能，可以在檢測到電器異常或功率超標(biāo)時自動斷電，防止火災(zāi)。

而未來智能插座的發(fā)展趨勢：

① 更高的安全性能：隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來的智能插座將提供更加先進(jìn)的安全特性，如更智能的故障檢測和預(yù)防系統(tǒng)，確保家庭用電安全。

② 更加強(qiáng)大的能源管理：智能插座將能更精準(zhǔn)地監(jiān)測和分析能源消耗，提供個性化的節(jié)能建議，甚至與AI結(jié)合從而自動調(diào)整電力使用以優(yōu)化能源消耗。

③ 無線充電整合：隨著無線充電技術(shù)的普及，未來的智能插座可能會集成無線充電功能，為手機(jī)、平板等設(shè)備提供更加便捷的充電解決方案。

④ 更智能的互聯(lián)互通：智能插座將更加無縫地與家中的其他智能設(shè)備以及整個智能家居系統(tǒng)集成，提供更加個性化和自動化的使用體驗。

⑤ 環(huán)保和可持續(xù)性：未來的智能插座將更加注重環(huán)保材料和設(shè)計，以及提高能效，減少碳足跡，符合可持續(xù)發(fā)展的趨勢。

智能插座的不斷進(jìn)化預(yù)示著智能家居技術(shù)的未來將更加聚焦于提升生活質(zhì)量、安全性和環(huán)境可持續(xù)性。隨著電力電子、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和5G等技術(shù)的發(fā)展，智能插座和其他智能家居設(shè)備將變得更加智能化、互聯(lián)化和綠色化。

插座的歷史是技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新的一個縮影，它不僅展示了電力使用方式的演變，也反映了人們對安全、便利和能效的不斷追求。隨著技術(shù)的發(fā)展，未來的插座將繼續(xù)變得更加智能、高效和用戶友好，甚至可能徹底改變我們接收和使用電能的方式。但不管怎樣變化，插座作為連接我們與電力世界的橋梁，其重要性是不可替代的。

所以，下次當(dāng)你插入插頭，按下開關(guān)的那一刻，不妨給這個墻邊的英雄送上一份感激之情。因為在這個電氣化的時代，插座以其獨特的方式，點亮了我們的世界，讓人們與桀驁不馴的高壓電氣安全的交互，讓生活變得更加豐富多彩。

作者簡介

吳宜涵

吳宜涵，碩士研究生，本科畢業(yè)于上?？萍即髮W(xué)電子信息工程專業(yè)，2023年加入上?？萍即髮W(xué)電力電子與再生能源實驗室。目前主要研究方向是超高升壓比變換器和車頂光伏供電。