墻邊的英雄--關(guān)于插座的二三事

想象一下，如果沒(méi)有插座，我們的生活將會(huì)是怎樣一番景象？

插座，這個(gè)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(jiǎn)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(jì)、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(gè)簡(jiǎn)單的電力接入設(shè)備發(fā)展成為今天這樣一個(gè)集安全、便利與科技于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。以及在未來(lái)的智能家居和辦公環(huán)境中，插座將會(huì)扮演怎樣的角色。

探尋這些問(wèn)題之前，我們先回到人們剛剛進(jìn)入電氣時(shí)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(guó)倫敦，見(jiàn)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(qǐng)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(guó)申請(qǐng)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(shí)獲得了兩項(xiàng)專利。專利US774250是一個(gè)帶插座的插頭，插座需要擰入燈座才能使用（與前述英國(guó)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(shí)，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(shí)美國(guó)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(guò)他所有的專利設(shè)計(jì)都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是運(yùn)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(guò)把電器連結(jié)到燈座上來(lái)獲得電能。Hubbell的發(fā)明給他帶來(lái)不少利潤(rùn)，然而也有很多制造商不顧Hubbell的反對(duì)，將他的發(fā)明運(yùn)用到他們自己的產(chǎn)品中去。

這一時(shí)期，家用電器的迅速發(fā)展和普及使得人們對(duì)于插座的需求量不斷增長(zhǎng)。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(gè)會(huì)議。Hubbell也參與其中。在會(huì)議里，Hubbell設(shè)計(jì)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(huì)者不顧他反對(duì)，通過(guò)了將Hubbell式插座作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(guó)公眾帶來(lái)極大便利，因而不得不予以同意。Hubbell式插座成為了當(dāng)時(shí)美國(guó)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(guó)所采用的插座形制，就是沿用Hubbell式的設(shè)計(jì)。

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(jì)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?yàn)樗芰暇哂辛己玫慕^緣性能且成本較低。與此同時(shí)插座開(kāi)始標(biāo)準(zhǔn)化，出現(xiàn)了兩孔和三孔插座的設(shè)計(jì)，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(gè)地線的接口（PE）。但是人們往往存在一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為地線是單獨(dú)的一根和大地連接的導(dǎo)線。其實(shí)事實(shí)并非如此，地線和零線其實(shí)是連接在一起的，同時(shí)地線通過(guò)重復(fù)接地，保證了零線斷開(kāi)時(shí)，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(shí)候火線會(huì)通過(guò)外殼流向地線，發(fā)生短路，形成很大的電流，這時(shí)候斷路器就會(huì)迅速斷開(kāi)，時(shí)間大概零點(diǎn)幾秒，所以能避免人體觸電，因?yàn)樗茉谑鹿拾l(fā)生的一瞬間就把開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，幾乎不給人體接觸帶電外殼的機(jī)會(huì)，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(guó)的三孔插座還有一個(gè)冷知識(shí)，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(huì)遇到這樣的問(wèn)題，給小太陽(yáng)、暖風(fēng)機(jī)等大功率取暖電器接通電源時(shí)，有些電器的插頭大了一圈，不能直接插入我們平時(shí)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(guò)熱，插座接觸點(diǎn)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(guò)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(diǎn)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(gè)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(shuō)明書(shū)，了解該設(shè)備的使用功率，盡量不要讓多個(gè)大功率電器同時(shí)連接在一個(gè)接線板上。

2.

正確選購(gòu)插座

· 選擇品牌插座

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

·選擇國(guó)標(biāo)插孔

非國(guó)標(biāo)的插座沒(méi)有安全認(rèn)證，且通用插孔較大，電氣接觸面積小，容易過(guò)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(shí)插入才時(shí)會(huì)打開(kāi)，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(shí)連接牢固，開(kāi)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(shí)，就應(yīng)考慮及時(shí)更換插座了。

①插座面板出現(xiàn)開(kāi)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(dòng)，彈性減弱，與插座連接不牢固，容易引起電火花，過(guò)在工作中產(chǎn)生異響。

03

多樣化的標(biāo)準(zhǔn)

在電力被運(yùn)用于商業(yè)的前五十年，各項(xiàng)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(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)被廢止。戰(zhàn)前的殖民地沿用了其宗主國(guó)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(guó)而不是所在地的電氣標(biāo)準(zhǔn)。還有一些國(guó)家同時(shí)使用多種插頭、電壓和頻率的設(shè)計(jì)，這其實(shí)非常不便利，而且容易造成安全隱患。

盡管國(guó)際電工委員會(huì)（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(tái)國(guó)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(guó)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(gè)使用type N標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家。不過(guò)，有趣的是，當(dāng)今世界各國(guó)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(guó)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(wú)法使用的窘?jīng)r。

各國(guó)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(guó)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(lái)，插座技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)和智能家居技術(shù)的融合，帶來(lái)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(gè)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(guò)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(shí)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(shí)功能：用戶可以通過(guò)智能手機(jī)應(yīng)用遠(yuǎn)程控制插座的開(kāi)關(guān)，并設(shè)置開(kāi)關(guān)的定時(shí)任務(wù)，有效節(jié)省能源。

② 能源監(jiān)測(cè)：許多智能插座能夠監(jiān)測(cè)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(fèi)。

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

④ 場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)：智能插座可以與家中的其他智能設(shè)備聯(lián)動(dòng)，根據(jù)設(shè)定的場(chǎng)景自動(dòng)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(guò)載保護(hù)功能，可以在檢測(cè)到電器異?；蚬β食瑯?biāo)時(shí)自動(dòng)斷電，防止火災(zāi)。

而未來(lái)智能插座的發(fā)展趨勢(shì)：

① 更高的安全性能：隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)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(cè)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(cè)和分析能源消耗，提供個(gè)性化的節(jié)能建議，甚至與AI結(jié)合從而自動(dòng)調(diào)整電力使用以優(yōu)化能源消耗。

③ 無(wú)線充電整合：隨著無(wú)線充電技術(shù)的普及，未來(lái)的智能插座可能會(huì)集成無(wú)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(wú)縫地與家中的其他智能設(shè)備以及整個(gè)智能家居系統(tǒng)集成，提供更加個(gè)性化和自動(dòng)化的使用體驗(yàn)。

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

智能插座的不斷進(jìn)化預(yù)示著智能家居技術(shù)的未來(lái)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(gè)縮影，它不僅展示了電力使用方式的演變，也反映了人們對(duì)安全、便利和能效的不斷追求。隨著技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)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(kāi)關(guān)的那一刻，不妨給這個(gè)墻邊的英雄送上一份感激之情。因?yàn)樵谶@個(gè)電氣化的時(shí)代，插座以其獨(dú)特的方式，點(diǎn)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(jiǎn)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(shí)驗(yàn)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。