- 插头、插座来源
- 插头、插座的分类
- 插座接线极性
- 辨识接线故障
- 定位线路故障点
- 预估线路带载能力与电源质量
- 测量导体阻抗
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（图1.1）。尽管HarveyHubbell在1904年发明了更方便的2芯插头/座（图1.2），但采用灯头取电的方式一直沿用到20世纪20年代。
图1.1用螺口灯头座供电的电烤面包机图
图 1.2与灯头螺口兼容的2芯插头/座
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（图1.3）。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。
图1.3最早的3芯带保护地线插座与插头
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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（表2.1）样式，并以字母进行了分类。
表2.1美国商务部统计的插头/座类型
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（IEC）曾经在1986年和1992年颁布了电源插头/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。其3芯插头外观（图2.1）类似于表2.1中的J型，由于与全球范围内大多数插头/座不兼容（图2.2），推行受到很大阻力。
图2.1IEC颁布的60906-1/2标准插头/座
图2.2IEC60906-1/2与目前全球使用的大多数插座不兼容
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（图2.3）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（图2.4）。适配器自身插头改进后，适用范围可更广。
图2.3转接适配器样式
图2.4转接适配器自身插头样式
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。
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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（图3.1）。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（AS/NZS3112）插座（图3.2），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（图3.3a中国标准插头，图3.3bAS/NZS3112标准插头）时，可能受到空间限制出现小麻烦。
图3.2AS/NZS3112标准插头/座
图3.3地线位置不同的直角出线插头
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（图3.4a），插座的零/火线通过插孔尺寸识别——零线插孔较火线更宽（图3.4b）。相应地，插头上零线插片也较宽（图3.4c）。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（图3.4d），与之匹配的插座零线插孔为T形（图3.4e），可向下兼容两种不同插头。
图3.4北美ANSI/NEMA标准插头/座
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。
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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（3芯插座的接线错误归纳于表4.1）需要必要的工具和方法。
表4.1插座常见接线错误与检查手段
对于表中所列能通过“直接测量”查出的错误，除使用试电笔、电压表等常规测量工具外，还可利用类似图4.1的快速检查工具，不过此类工具的插头样式与电压等级都是按美标设计的，不适合检查国标插座。
物理定律决定了，在检查“零/地接反”和“线路接触不良”时，必须接入功率足够大的负载，并对测量数据进行分析，才能确认故障，但往往由于现场客观条件限制不便操作。而此类故障对设备运行和电气安全都构成巨大威胁。
图4.1IDEAL61-051鉴别插座接线工具
4.1鉴别“零/地接反”
TN-S（图4.2）与TN-C-S（图4.3）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。
图4.2TN-S配电系统图4.3TN-C-S系统
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。图4.3是带载测量线路的设置：大功率负载＋钳形电流表（配合特殊适配器）＋电压表，得到接通负载前后负载端电压，再计算出电压降百分数，得到数据比较麻烦。
图4.3常规仪表测量电压降
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五、少小虽非投笔吏，论功还欲请长缨——专用仪表简介
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SureTest®（型号：61-164CN图5.1）交流电路分析仪。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。
图5.2IDEAL61-164CN显示插座接线状态
表5.1SureTest电路分析仪（61-164CN）报告插座接线状态
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。SureTest®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（图5.3）。
图5.3IDEAL61-164CN仿真负载测量电压与压降结果
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。
图5.4通过插座测量线路压降的顺序
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（图5.5），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。
图5.5配合IDEAL61-164CN的鳄鱼夹适配器与实际应用
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（图5.6），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。
图5.6用IDEAL61-164CN测量零线（N）阻抗
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
61-164CN能实现“现场测试”RCD性能，操作简单到“只按一键”！
图5.7IDEAL61-164CN测试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，仪表将显示图5.7所示数据。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。
