Patrick Zhang，电气工程师 阅读原文 先说答案：插头插座之间是依靠电接触实现电能传递的。 我给题主科普一些有关电接触的知识吧。 1.先来一番科普 我们看下图： 图 1：插头和插座的内部 当插头插入插座时，插头的插片与插座的弹性接触铜片接触，并发生摩擦，继而去除掉插片上的氧化层，实现电接触。可见，插头与插座之间是通过电接触传递电能的。 我们从中学化学中就知道，电接触金属材料暴露在空气中，它们的表面是会氧化的，一旦氧化后，接触电阻就会增加。此外，尘埃覆盖也会产生尘埃膜，还有无机膜和有机膜。这些膜的统称叫做表面膜。 从膜的导电性看，主要有两类性质完全不同的表面膜。一类为绝缘膜，这类膜的电阻率非常大，约为。另一类为导电膜，这类膜的电阻率为数量级，厚度为数量级，电子可借“隧道效应”透过薄膜而导电，这类膜由“吸附”效应产生，故又称为吸附膜。 常见的插头插座内部都采用铜片作为导电材料。氧化铜的电阻率非常大，例如氧化膜的电阻率可达，且随着温度升高，氧化膜的厚度迅速增加，使得接触电阻成千倍地增加。故对于铜 - 铜的电接触，必须加大接触压力 F，把氧化膜压碎，以降低接触电阻。 我们看下图： 图 2：电接触的三要素 我们仔细看图 2，当插头的插片或者插杆推入插座时，插片或者插杆与插座的弹性电接触弹片之间存在摩擦过程。同时，弹性电接触弹片施加了力 F 作用在插片或者插杆上，利用摩擦磨碎氧化层。在这个过程中有三要素，其一是电接触的材料系数 K，不同的材料有不同的 K 值；其二就是接触压力 F，其三就是接触形式。一般地，如果电接触为点接触，m=0.5；如果电接触为线接触，m=0.5 到 0.8，一般取值 m=0.7；如果电接触为面接触，则 m=1。 我们看材料的 K 值，如下： 图 3：材料的 K 值 图 3 中，我们看到铜 - 铜接触的 K=100，银 - 银（或者铜镀镍 - 铜镀镍）K=60，镀锡铜 - 镀锡铜的 K=100，最大的是黄铜，黄铜 - 黄铜的 K=670，比铜 - 铜的 K 值大了 6.7 倍！ 我们看接触电阻的计算经验公式，如下：，式 1 注意式 1 的单位，是μΩ，即微欧！ 我们设插座弹性接触铜片对插头插片的接触压力是 20N，差不多两瓶矿泉水的压力。因为是线接触，取 m=0.7。因为是铜 - 铜电接触，故材料 K 系数取值为 100。我们把这些值代入到式 1 中，看看接触电阻是多少： 注意到图 2 中插片或者插杆插图弹片时其接触面有两面，接触电阻是并联关系，实际接触电阻只有 60.70 微欧的一半。我们再设插头插座组合的额定电流是 10A，于是电接触产生的接触电压为：，差不多 0.3 个毫伏。 知道了接触电压有何用？我们可以计算插头插座组合的运行温升或者运行温度。计算方法如下： 我们先看 10A 的插头尺寸，见下图： 图 4：插头插片的尺寸 我们设此插头的综合散热系数，环境温度是 25℃，流过的电流是满载 10A。插头插片截面周长，插片截面积，则插头单个插片产生的温升τ为： 插片与插座电接触弹片之间的温升τj 的计算式是：，这里的 Uj 就是接触电压，L 是劳伦兹系数，它的值为；T 是插片的绝对温度，其值为：。 代入到τj 的计算式中：我们由此得到结果： 插头插片的温度是： 插座弹性电接触簧片的温度是： 我们看到，插头和插座中的单根插片在满载时的温度比环境温度仅仅升高了 1.4℃和 1.6℃。考虑到 2 根插片同时工作，其温度升高值不会超过 3℃。 2.探讨题主的问题答案 电源插座依靠的是电接触传递电能。传递电能必然会带来插头插座组合的温度上升，如果在满载条件下其温度升高值符合技术参数规定的最高值，则此插头插座组合在传递电能时工作是稳定的。 我们由此看到，必须确保插头插座组合的接触电阻较小。为此，对于长期工作的插头插座组合，例如电冰箱的插座，需要定期（大概三个月到半年）把冰箱插头在停机后反复拔插几次，以去除掉插头插片和插座弹片上的氧化层，这样才能确保插头插座组合工作的可靠性。 另外，插座用久了，弹性压力会下降，插座的工作温度会上升，此时就有必要更换插座。 再来，我们在任何情况下也不要用黄铜作为插头和插座材料。 某次我到某家五金店去买插头，商家告诉我此插头是黄铜做的，我看了实物，只不过铜的镀层而已，但我不确定。为此，我让商家给我换另款插头。商家不解，我告诉她最差的就是黄铜插座，接触电阻 N 大，她才明白过来。 电接触理论是电器技术五大理论之一。这五大理论是：电器的发热理论，电器的电接触理论，电器的电动力理论，电器的电弧理论和电器的电磁系统理论。可参阅的读物也 N 多，例如贺湘琰的《电器学》第三版，虽然是大专课本，但相对浅显，可作为电气工作者的读物。另外，《高低压电器技术手册》这本书就更加详尽了，但显然不适合于一般的读者。 这篇文档我写了近一个小时，写作速度可以吧？！ 我要去晨练了，就写到这里吧。 晨练跑步中听见手机响，原来是某位群友看了这篇帖子，她问我：我家的插座温度很高，该怎么办？ 我的回答是：如果这个插座使用很久了，说明它内部的接触压力已经减小了，造成接触电阻加大而发热。建议更换。 这位群友回复说，此插座用了十多年了，装修到现在从来没换过。她说，旁边的另外一只插座，去年还起火燃烧。看来，要请电工把家里的插座成批换掉。 另外一位群友说他们单位的 GGD 开关柜用的是铝母线，而下接分支母线却是铜排，搭接面温度很高，问怎么办？ 我告诉他，看本帖图 3 中的数据，铜 - 铝的 K 值是 980，比铜 - 铜大了 10 倍。因此，要把分支母线换成铝排才行。 从此群友的交互中我们看到，插座内部电接触的接触压力很重要，电接触材料的表面氧化状况也很重要，若接触压力下降或者电接触材料氧化严重，则插座温度升高是必然的。 阅读原文
