有关墙壁插座的供电环境及安全隐患

电气时代,人们通常注重用电器本身的质量与性能,却忽视了：如果供电不满足要求,任何电器都无法发挥其最优性能,甚至造成火灾、设备损坏和人身伤害。大多数民用和商用电器设备的供电都来自交流墙壁插座,但如果使用不当,墙壁插座不仅是电源,还会成为“触电”和火灾的根源。
考察墙壁插座的历史与现状后会发现,尽管插座本身没有涉及复杂高深的技术,而正确地使用好它并非通常认为的那么简单。
一、 两岸青山相对出,孤帆一片日边来——插头/座探源 　　爱迪生发明的白炽灯把世界带入了电气时代,但墙壁插座并非与灯泡同时出现。考虑成本因素,当电扇、电烤面包机、吸尘器、电吹风出现时,它们仍然沿袭了灯泡的供电方式——接到灯头座上。尽管Harvey Hubbell 在1904年发明了更方便的2芯插头/座,但采用灯头取电的方式一直沿用到20世纪20年代。 　　据说Philip F. Labre有感于房东太太一次触电事故,于1928年发明了带保护地线的3芯插头/座。引入保护地线,对安全用电和电气设备更可靠地运行具有重大意义。
二、虎鼓瑟兮鸾回车,仙之人兮列如麻——种类繁多的插头/座 　　交流电墙壁插座的历史不过80年,此间随着用电量、用电经验与事故教训的增加,由于技术、安全性、经济性等因素,加之地理、历史、政治等原因,世界各地在发展民用电器供电装置时,并没有采用美国最初的插座设计而形成了不同标准,使得墙壁插座形式多种多样。美国商务部统计了全球常见电源插头/座)样式,并以字母进行了分类。
这些插头/座大多彼此互不兼容,如果再把同一类型中耐压、功率的差别计入在内,种类就更多了。这种情况显然造成：即使电器设备供电电压相同,也无法在不同地区使用。国际电工委员会曾经颁布了电源插头/座的国际标准：针对250V电压等级的IEC 60906-1和针对125V电压等级的IEC 60906-2。
可以预见,在相当长的时间内,交流电插头/座还会维持现状。在不能统一标准而又要解决互换使用的情况下,转接适配器成为目前行之有效的办法。实现将某种插座转换成能与多种插头匹配的样式。适配器自身插头改进后,适用范围可更广。
不过问题尚未彻底解决。因为插头/座的互连互通不仅要解决机械连接,还要求电气连接正确,而且更为重要。观察转接适配器,尤其采用两芯接入方式的,它们虽然很还好地解决了不同插头的机械连接问题,但失去了保护地线所提供的保护功能。在3芯连接方式中,转接后的电源极性还有可能改变,给用电安全埋下隐患。
三、横看成岭侧成峰,远近高低各不同——插座接线极性 　　大多数电器并不区分交流电零线与火线的接入方式也能正常工作。规范两芯或三芯插座的极性是出于安全考虑。例如：电器开关都要求安装在设备的相线上,开关断开后即可使设备不再带电。如果电源插头或插座极性接反,则失去了这种保护功能。 　　3.1 中国标准插座 　　以中国标准墙壁插座接线方式为例,在《GB50303-2002建筑电气工程施工质量验收规范》中是强制条款,标准22.1.2中规定：单相两孔插座,面对插座的右孔或上孔与相线连接,左孔或下孔与零线连接,单相三孔插座的右孔与相线连接,左孔与零线连接;接地(PE)线接在上孔。这样的接线被简称为：“左零右火”。 　　3.2 与中国标准兼容的插座 　　同属“I”型的大洋洲标准插座,与中国插座外形相似,两者基本能够兼容,但安装方式不同——旋转了180度,其保护地线位置在下方,成了“左火右零”,与中国标准插头连接时,电气连接关系未变,但使用不同标准的直角出线插头时,可能受到空间限制出现小麻烦。
3.3 转换后极性相反的插座 　　北美ANSI/NEMA标准插座的安装方向没有限制,插座的零/火线通过插孔尺寸识别——零线插孔较火线更宽。相应地,插头上零线插片也较宽。这样,即使插头为两芯也能防止插反。相关标准还特别规定,20A插头的零线方向与火线方向垂直,与之匹配的插座零线插孔为T形,可向下兼容两种不同插头。
由于安装方向不固定,在观察者看来零线没有固定位置。在检查接线时遵循：从保护地线开始,按顺时针方向,依次为“零线”、“火线”。
对比中国(澳洲)插座和北美插座后就会发现,两者保护地线位置是相反的。当通过转接适配器连接不同类型插头时,“零/火”位置就会对调,电器开关断开的将是零线而非火线,可能导致安全隐患。换言之,转换适配器虽解决了不同标准插头/座的机械连接问题,但未解决电气连接的极性问题。
四、双兔傍地走,安能辨我是雄雌——辨识接线故障 　　无论哪种插座,正确接线只有1种,其它组合都是错误的。为确保设备和人身安全,插座在投入使用之前,必须依照规范进行检查。准确辨别各种接线错误需要必要的工具和方法。
4.1 鉴别“零/地接反” 　　TN-S与TN-C-S配电系统中,零线(N)与保护地线(PE)只有1点连接,除此之外是严格(部分)分开的,两者均为0电位,区别在于：单相系统中零线承载与相线相等的负载电流;除非有漏电,正常情况下保护地线不带电。 　　4.1.1“零/地接反”的危害 　　如果单相线路中某插座零/地接反,保护地线虽能为负载提供电流回路——设备仍能运行,但源于其它负载的零线电流会以干扰信号形式串入设备,错接的保护地线使滤波器失效,对于敏感电子设备尤其不利。高保真音响出现明显交流噪声是这种接线错误的典型表现。
由于保护地线只起等电位联结作用,不承载功率,所以线径可能较零线细。当承载较大负载电流时,会比零线有更大线路压降,发热严重,成为火灾隐患。
4.1.2鉴别“零/地接反” 　　配电线路空载状态下,零线与保护地线的电气属性没用任何差别,单从插座处测量无法鉴别,只有接入负载后,通过测量线路上的电流差异才能判断正误。
线路上的“漏电保护器(或称：剩余电流保护器RCD)”,也能有效防范此类错误。“零/地接反”的插座上接入负载后,保护装置能探查出零线与相线电流不等,触发保护使线路断电。 　　4.2 通过插座检查“线路接触不良” 　　发明电源插座的目的是安全、可靠、方便地为电气设备提供电源,插座满足正确接线要求外,还必须满足电压输出标准。《GB50052 供配电系统设计规范》4.0.4规定,“正常运行情况下,用电设备端子处电压允许值”在+5%～-10%之间,一般为±5%;《JGJ/T 16-92 民用建筑电气设计规范》3.3.3也有类似规定。
排除外部供电原因,电源欠压主要是由线路虚接、高阻点或线径选择不当造成的。检查插座本身接线质量,可排除部分故障。线路问题,多是隐蔽工程,无法直接检查,通过墙壁插座测量线路电压降进而判断线路故障,是简单可行的办法。
测量电压降必须使用大功率负载,这给检测过程带来不大不小的麻烦。理论上,测试人员可用一个大电炉子当负载,但实际操作即不安全也不方便。弄不好,线路没测成,电炉却造成了火灾。