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一般家用的電源插座/插頭有兩種規格,10A 和 16A 的,這裏的電流該怎麽理解?

2019-07-15知識

插座,誰都見過,毫不稀奇。我們來看插座的內部:

圖1:插座的背面及內部結構

我們看到插頭插座內部有導電部件,有電接觸部件。插頭插座組合的本質屬於電接觸。

我們設想:我們把插頭插入插座,電流開始流過插頭插座組合。過了一段時間,我們用手去撫摸插頭插座外部的絕緣表面,我們能感覺到有一定的溫度。我們把插頭插座組合外表面的溫度減去環境溫度,叫做溫升。一般地,溫升用希臘字母τ(念作「套」)來表示。

國家標準規定,開關電器的穩定溫升是指裝置通電後30分鐘後的溫升。此時溫升已經穩定。註意這裏的「開關電器」,它包括插頭插座組合在內。

過高的溫升會對開關電器和插頭插座組合產生什麽影響?

第一,溫升過高會使得導電材料加速氧化,破壞電接觸效果,減小有效導電截面。而這種效應的結果會更加提高溫升,產生惡性迴圈;

第二,溫升過高會使得絕緣材料介電能力降低,絕緣變差。時間久了,容易發生漏電事故。

對於開關電器和插頭插座組合而言,國家標準規定,以它的接線端子處的溫升作為它的溫升值。如果接線端子是銅材料,溫升是60K;如果接線端子是鍍錫銅,溫升是65K;如果接線端子是鍍鎳銅,溫升是70K。這裏的K是克耳文溫標,零攝氏度對應於273K,40攝氏度為313K。

我們不加證明地看看溫升運算式,如下:

圖2:溫升運算式

對於插頭插座組合,其內部的導電材料溫升為等號右邊第一項,我們看到溫升與電流I的平方成正比。可見,電流對導電材料溫升的影響十分巨大。

對於插頭插座組合,其內部的電接觸溫升見等號右邊的第二項,我們看到溫升與接觸電壓Uj的平方成正比,而 U_j=R_jI ,即接觸電阻與電流的乘積。由於正常狀態下接觸電阻的阻值很小,一般在若幹微歐數量級,因此電接觸產生的溫升占總溫升的15%以下。

所以,電流產生的導電材料溫升是溫升主體。

關於電接觸,請看我寫的貼文:

電線接觸不良是究竟什麽意思? 什麽算是點接觸? - Patrick Zhang的回答 - 知乎

明白了溫升與插頭插座組合的關系後,我們就可以回答題主的問題了。

問題1:一般家用的電源插座/插頭有兩種規格,10A和16A的,我覺得這裏應該不是額定電流,而是出於安全考慮而規定的最大許用電流。

回答:

插頭插座組合的電流規格10A和16A,指的是插頭插座組合在連續執行30分鐘後穩定溫升所對應的最大允許電流,其實就是插頭插座組合的額定電流。

事實上,所有開關電器,也包括家用電器在內,它們的額定電流都是指連續執行30分鐘後的功率 P_{30} 所對應的最大允許電流。看得出來,額定電流與額定允許溫升密切相關。

對於開關電器,也包括插頭插座組合在內,制造廠首先會把設計產品加電執行,修改設計使得該產品的溫升滿足國家標準允許的最大限值要求。然後,把該產品樣本送到國家重點實驗室,去做型式試驗。只有透過型式試驗的產品才能獲得上市品質認證,產品才可以在市場上銷售和推廣。

可見,插頭插座組合產品說明書中的技術指標,是經過嚴格測試的。

我們再看題主的這句話: 我覺得這裏應該不是額定電流,而是出於安全考慮而規定的最大許用電流。

這句話講對了一半。插頭插座組合的額定電流,毫無疑問就是「 額定電流 」,並且是「 出於安全考慮而規定的最大許用電流 」。

問題2:用這個電流乘以市電的電壓,是不是就可以得到可以接入的電器的最大額定功率了?

回答:

我們看下圖:

圖3:開關電器的允通能量

在圖3的左圖中,我們看到由電源、開關電器和用電電器構成的回路。我們設系統消耗的電功為W,系統的等效電阻是R,電流是I,執行時間是t,則有: W=I^{2}Rt 。我們把它變形,如下: \frac{W}{R}=I^{2}t 。

註意看這個式子,等號左邊是系統參量,由總電功W和總電阻R構成。等號右邊是強度參量,由總電流I和時間t構成。

在這裏,我們把開關電器的接觸電阻給忽略掉了。原因很簡單,開關電器的接觸電阻相對用電負荷的等效電阻來說,連零頭的零頭的再零頭都不到。

開關電器的允通能量告訴我們,任何開關電器包括插頭插座組合在內,它的額定允通能量,與電流的平方成正比,與執行時間成正比。

由此可知,用電電器的最大執行電流,一定不會超過開關電器(插頭插座組合)最大允通能量所對應的電流。如果超過,則過了一段時間後,開關電器(插頭插座組合)就會損壞。這種損壞包括開關電器內部導電部件的過熱損壞,以及觸頭和電接觸部件的燒蝕損壞。

至此,給題主的回答結束。我會視評論區的情況給予補充修改。