墙壁插座的供电环境及安全隐患

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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HarveyHubbell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PhilipF.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IEC60906-1和针对125V电压等级的IEC60906-2。

　　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/T16-92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。

　　五、少小虽非投笔吏，论功还欲请长缨——低压交流供电线路专用测量仪表简介

　　为能简单、快速、安全、准确地检查墙壁插座接线，发现低压交流供电线路中常见故障，美国理想工业公司（IDEAL）研制了电路分析仪。仪表根据220V中国电压制式设计，并使用国标3芯插头接入被测线路完成全部测量与测试。

　　5.1检查插座接线

　　正确的插座接线是后续电气测量的基础，SureTest电路分析仪（61-164CN）将其放在检查项目的首位，通过屏幕上显示3个圆点，明确告知被测插座的接线状态。

　　在判断零线与保护地线是否接反时，需要根据不同情况进行分析：

　　A、线路上装有漏电保护装置

　　如果被测插座零线与保护地线接反，接入仪表后地线上出现电流，则可能触发保护装置；

　　B、线路上没有漏电保护装置，但线路或其它插座上带有负载（用电器）

　　由于负载原因，线路中性线上存在压降，如果被测插座上的零线与保护地线接反，则此插座上的中性线对地电压（61-164CN实际测量功能）较其它插座偏低；

　　C、线路上既没有装漏电保护装置，也没有其它用电器或负载很小

　　此时可通过对比插座上的导体阻抗（61-164CN实际测量功能），判断是否零/地接反；

　　D、线路上既没有装漏电保护装置，没有其它用电器或负载很小，地线导体与其它导体无区别

　　如果出现零/地接反，无法通过墙壁插座外部检出，必须接负载后按“B”情形测量。

　　5.2定位线路故障

　　发现线路虚接或高阻点最有效方法，是带额定负载测量线路压降。电路分析仪最重要的功能是：仿真5A、8A、10A负载（相当于220V电压下，功率分别为1100W、1760W、2200W的负载）测量线路电压降，且不会触发断路器影响运行中的设备，测量过程中不仅显示各负载电流下的线路电压，还直接给出准确的电压降％数据。

　　5.2.1定位线路故障点

　　实际检测一般从距配电盘最远的插座开始，如图5.4所示，由远及近逐一测量。

　　压降测量结果无非以下4种：

　　A、每个插座的压降均正常（<5%），说明线路正常；

　　B、两个插座的读数有明显变化，说明故障就在这两个插座之间，需检查导线端接或连接情况；

　　C、各插座间压降无明显变化，但最远端插座压降偏大，由远及近，压降逐渐变小，则说明线径选择偏细，不能满足配电长度或负载用电的要求，应检查线径，必要时更换配线；

　　D、各插座之间压降无明显变化，但压降值始终偏大，则说明问题出在第一个接头处或配电盘本身有问题。

　　5.2.2预估线路带载能力与电源质量

　　通过仪表提供的3个电流值，能快速预估被测插座的带载能力，例如：某空调插座额定电流为16A，只要在此插座用8A负载测试，读数乘以2即得到16A时线路压降情况。

　　除测量电压有效值外，61-164CN还可测量峰值，通过计算两者比值判断交流电波形是否发生畸变，衡量谐波情况。

　　通过鳄鱼夹适配器，既可以检测各种非插座终端（例如：电灯、电扇等）线路，也可接入三相四线系统（三相中的某1相）后，测量中性线（零线）对地电压，初步判断中性线电流是否过大，协助确定是否存在3倍次谐波。

　　5.3测量导体阻抗

　　电压降测量只能告知带电导体（相线与零线）回路中存在虚接或高阻点，而不能明确告知哪根导体上有问题，也不能告知接地线上是否有高阻点。61-164CN导体阻抗测量功能，可分别测量相线、零线、保护地线阻抗，为进一步精确定位故障提供帮助。

　　需要说明一点，61-164CN在测量保护地（PE）线阻抗时，需在地线上施加测试电流。如果被测线路中装有漏电保护器，则有可能触发其动作，因此测量前需暂时将保护装置断开或旁路，否则无法得到准确阻抗数据。

　　5.4现场测试漏电保护器（RCD）性能

　　当“测试”按钮被按下时，仪表在插座中的保护地线施加约30mA测试电流，同时启动断电计时器。如果线路上的保护装置能被触发，线路会在规定时间内断电。由于61-164CN供电来自被测电源插座，线路断电后仪表也停止工作，但断电数据被自动保存，恢复线路供电后，大字显示的数据就是保护装置动作响应时间。

　　仪表供电直接来自被测插座，省去了因电池电量不足造成测量不准和换电池的麻烦，堪称独特。

　　六、凿屋分将一尺明，坐令隔幌见帘屏

　　交流电源墙壁插座不仅是电气设备的动力之门，也是透视供电线路质量的一扇窗。借助适当的工具和方法，就能了解电气设备的供电环境，及时发现安全隐患，这对于电气设备运行和使用者的人身安全都是十分重要的。