墙边的英雄--关于插座的二三事

想象一下，如果没有插座，我们的生活将会是怎样一番景象？

 

插座，这个平凡的小方块，默默地承担着连接我们与电力世界的重任。但是，它并不是简单的电流输送者，它是家庭和办公室中不可或缺的一员，是现代生活的静默伙伴。然而，虽然插座如此重要，它的设计、功能以及安全性却常常被人们忽视。

 

在这里我们将深入探讨插座的历史，它是如何从一个简单的电力接入设备发展成为今天这样一个集安全、便利与科技于一体的复杂系统。以及在未来的智能家居和办公环境中，插座将会扮演怎样的角色。

 

探寻这些问题之前，我们先回到人们刚刚进入电气时代的19世纪，看看插座是如何诞生的。

 

01

早期发展

 

十九世纪末的英国伦敦，见证了最早插座的诞生。Thomas Tayler Smith在1882年为他的电路连接器（Electric-Circuit Connection）申请了专利。他声称他的发明能够使导体快速安全地与线路或主线连接。三年后，Smith以同样的发明在美国申请了专利。与现在能够直接安装在墙壁上的电源插座不同的是，在插座发明初期，它们必须被连接在电灯的底座上。

 

a）1893年的灯座插头

（b）早期的2针插头和插座。

图1

 

而真正意义上的插座则是由一名叫Harvey Hubbell的电气工程师发明的。他在1903年同时获得了两项专利。专利US774250是一个带插座的插头，插座需要拧入灯座才能使用（与前述英国发明相似）；专利US776326被Hubbell叫做“多重附件插头(multiple attachment-plug)”。

 

当与三通适配器共同使用时，这种插头可以被连结到任何形制的插座上。这种插座能够与“查普曼”插座（“Chapman”receptacle）相连。据称，“查普曼”插座是当时美国用处比较广泛的插座，也是唯一不需要与灯座相连就可以使用的插座。

 

之后Hubbell又几次三番改进了他的发明。不过他所有的专利设计都有一个共同的特点，就是运用卡位将插头固定在插座中。在壁式插座普及之前，这一特征能够提供莫大的便利。毕竟在这之前，人们只能够通过把电器连结到灯座上来获得电能。Hubbell的发明给他带来不少利润，然而也有很多制造商不顾Hubbell的反对，将他的发明运用到他们自己的产品中去。

 

这一时期，家用电器的迅速发展和普及使得人们对于插座的需求量不断增长。一些插座制造商提出要标准化插头和插座的形制，因此他们举办一个会议。Hubbell也参与其中。在会议里，Hubbell设计的平行平脚插座成为首选，然而他本人并不支持标准化，并拒绝同意将他的产品作为标准。讽刺的是，其他与会者不顾他反对，通过了将Hubbell式插座作为标准对插头和插座的形制进行标准化的提议。法院裁决这一决定将给美国公众带来极大便利，因而不得不予以同意。Hubbell式插座成为了当时美国最广泛使用的插座，有一些仍沿用至今。值得一提的是，今天中国所采用的插座形制，就是沿用Hubbell式的设计。

 

图2：Hubbell式插座

 

图3：“查普曼”插座（“Chapman”receptacle）

 

02

标准化普及和安全性提升

 

随着电力在家庭中的普及，插座的设计继续演进，以适应更多的家用电器和提高安全标准。在这期间，塑料成为制造插座的主要材料，取代了早期的瓷和金属，因为塑料具有良好的绝缘性能且成本较低。与此同时插座开始标准化，出现了两孔和三孔插座的设计，其中三孔插座包括了接地功能，增加了使用的安全性，而这种结构也沿用至今。

 

图4：最早的名为“Tripin”的3 针接地插头

 

（a）两孔插座                 （b）三孔插座。

图5

 

为什么三孔插座能够保证用电安全呢？原因可能大家初中就有所了解，那就是除了火线与零线的接口之外又多了一个地线的接口（PE）。但是人们往往存在一个误区，认为地线是单独的一根和大地连接的导线。其实事实并非如此，地线和零线其实是连接在一起的，同时地线通过重复接地，保证了零线断开时，地线仍然可以发挥作用。

 

图6：三孔插座接线示意图。

 

那么地线是如何发挥保护者的作用呢？方法是地线与设备外壳相连，如果设备内部潮湿，使火线和外壳连在一起，这时候火线会通过外壳流向地线，发生短路，形成很大的电流，这时候断路器就会迅速断开，时间大概零点几秒，所以能避免人体触电，因为它能在事故发生的一瞬间就把开关断开，几乎不给人体接触带电外壳的机会，保证了用电人的安全。

 

图7：三孔插座保护示意图。

 

在安全方面，我国的三孔插座还有一个冷知识，那就是10A与16A插座的区别。

 

图8：10A和16A的插头与插座。

 

在寒冷的冬季，可能南方的小伙伴会遇到这样的问题，给小太阳、暖风机等大功率取暖电器接通电源时，有些电器的插头大了一圈，不能直接插入我们平时所用的插座。一些电器厂家还“贴心”地附带了转换头。然而这样的转换插头很容易导致很可能出现导线过热，插座接触点烧毁融化，甚至会引发火灾。原因就是10A的插座负载功率为2200W而使用16A插座的负载功率为3520W，超过了10A插座的承受能力，导致事故出现。

 

另外日常使用插座，以下几点也需注意：

 

 1. 

避免超负荷使用

 

 

10A插座负载功率为2200W，16A插座负载功率为3520W，即插座下连接的所有电器的功率总和不能大于这个数值。接线板上一般都标有最大承受功率，在接通电器前应先仔细阅读使用说明书，了解该设备的使用功率，尽量不要让多个大功率电器同时连接在一个接线板上。

 

 2. 

正确选购插座

 

· 选择品牌插座

 

 

购买时尽量购买大品牌的插座，购买时一定要注意是否贴有CCC认证标志。

 

· 选择国标插孔

 

非国标的插座没有安全认证，且通用插孔较大，电气接触面积小，容易过热，产生火花。

 

· 带有安全保护门

图12：安全保护门。

 

保护门只有两孔同时插入才时会打开，可以有效避免儿童用金属物品误触。
 

 

· 观察用料和材质

图13：选择合适的插座。

 

质量好的插座一般分量较重，做工扎实连接牢固，开关按键声音清脆，插拔力度适中。

 

 3. 

更换老旧插座

 

 

一般质量较好的插座使用寿命约为8-10年，这也与插座的使用环境、使用频率密切相关。当插座出以下情况时，就应考虑及时更换插座了。

 

① 插座面板出现开裂，插脚处出烧融变形现象。

② 电源线及接口处出现磨损破皮，内部导线外露。

③ 插孔铜片老化松动，弹性减弱，与插座连接不牢固，容易引起电火花，过在工作中产生异响。

 

03

多样化的标准

 

在电力被运用于商业的前五十年，各项标准不断地被确立。技术能力、安全性和经济因素成为制定标准的首要考量。随着全球贸易不断发展，一些只通用于少数国家的标准被废止。战前的殖民地沿用了其宗主国的标准，而一些离岸工厂和海外军事基地使用的则是所属国而不是所在地的电气标准。还有一些国家同时使用多种插头、电压和频率的设计，这其实非常不便利，而且容易造成安全隐患。

 

尽管国际电工委员会（International Electrotechnical Commission, IEC）多次尝试制定一套电插头全球通用的标准，并于1986年出台国际通用的type N插座标准，然而由于各种政治、经济因素掣肘，国际标准的制定与执行始终未尽如人意。

 

直到2007年，巴西才成为第一个使用type N标准的国家。不过，有趣的是，当今世界各国使用插座形制的地图，正反映了二十世纪上半叶全球资本主义殖民扩张的网络，也十分令人感叹。所以各位出国旅行之前一定要关注当地使用的插头和插座的类型，准备好相应的转换头，以免遇到携带的电子设备无法使用的窘况。

 

 

各国便携式电器使用的电源插头和插座类型如下：

 

图16：不同电源插头和插座类型

 

我国主要使用的是A，C，I三种类型。

 

04

智能技术的融合

 

2010年以来，插座技术与互联网和智能家居技术的融合，带来了智能插座的发展。如今智能插座作为智能家居生态系统中的一个重要组成部分，已经从传统的电力传输装置演变成为集安全、便捷与节能于一体的智能设备。它们通过物联网连接，让用户能够远程控制家中的电器，提高生活质量同时也增加了家居的安全性。

 

 

现在智能插座已经可以完成以下的任务：

 

① 远程控制和定时功能：用户可以通过智能手机应用远程控制插座的开关，并设置开关的定时任务，有效节省能源。

② 能源监测：许多智能插座能够监测连接设备的能源使用情况，帮助用户了解电器的耗电量，从而优化能源使用，减少浪费。

③ 语音控制：集成到智能家居系统中的智能插座，可以通过语音助手（如小爱同学或Apple Siri）进行控制，增加了使用的便利性。

④ 场景联动：智能插座可以与家中的其他智能设备联动，根据设定的场景自动执行一系列操作，如离家模式可以关闭所有非必要的电器。

⑤ 安全保护：智能插座还具备过载保护功能，可以在检测到电器异常或功率超标时自动断电，防止火灾。

 

而未来智能插座的发展趋势：

 

① 更高的安全性能：随着技术的进步，未来的智能插座将提供更加先进的安全特性，如更智能的故障检测和预防系统，确保家庭用电安全。

② 更加强大的能源管理：智能插座将能更精准地监测和分析能源消耗，提供个性化的节能建议，甚至与AI结合从而自动调整电力使用以优化能源消耗。

③ 无线充电整合：随着无线充电技术的普及，未来的智能插座可能会集成无线充电功能，为手机、平板等设备提供更加便捷的充电解决方案。

④ 更智能的互联互通：智能插座将更加无缝地与家中的其他智能设备以及整个智能家居系统集成，提供更加个性化和自动化的使用体验。

⑤ 环保和可持续性：未来的智能插座将更加注重环保材料和设计，以及提高能效，减少碳足迹，符合可持续发展的趋势。

 

 

智能插座的不断进化预示着智能家居技术的未来将更加聚焦于提升生活质量、安全性和环境可持续性。随着电力电子、人工智能、物联网和5G等技术的发展，智能插座和其他智能家居设备将变得更加智能化、互联化和绿色化。
 

 

插座的历史是技术进步和创新的一个缩影，它不仅展示了电力使用方式的演变，也反映了人们对安全、便利和能效的不断追求。随着技术的发展，未来的插座将继续变得更加智能、高效和用户友好，甚至可能彻底改变我们接收和使用电能的方式。但不管怎样变化，插座作为连接我们与电力世界的桥梁，其重要性是不可替代的。

 

所以，下次当你插入插头，按下开关的那一刻，不妨给这个墙边的英雄送上一份感激之情。因为在这个电气化的时代，插座以其独特的方式，点亮了我们的世界，让人们与桀骜不驯的高压电气安全的交互，让生活变得更加丰富多彩。

 

作者简介

吴宜涵

 

吴宜涵，硕士研究生，本科毕业于上海科技大学电子信息工程专业，2023年加入上海科技大学电力电子与再生能源实验室。目前主要研究方向是超高升压比变换器和车顶光伏供电。