宿舍限电?工夫男教你若何破

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所属分类:变压器
违章电器在不同高校的定义是不一样的。按哥所在的逗逼学院的逗逼书记永远伟大光明正确的指示,宿舍里除了电脑、台灯、电扇、手机充电器之外的一切都是违章电器。 如果无视这个
宿舍限电?工夫男教你若何破

宿舍限电?工夫男教你若何破

  “违章电器”在不同高校的定义是不一样的。按哥所在的逗逼学院的逗逼书记永远伟大光明正确的指示,宿舍里除了电脑、台灯、电扇、手机充电器之外的一切都是违章电器。

  如果无视这个比较反人类的定义的话,高校的违章电器指的是:电热毯、电水壶、电饭锅、电吹风……(以下省略四万字。)

  如果对上面这些电器做个归纳,会发现他们有个非常明显的特点:高校管理者口中的违章电器是大功率的电阻性发热负载。

  所谓限电系统,无论是脑残的还是智能的,无非就是在大功率和电阻性两点上做文章。

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  如果你屋子里的功率超过了保险丝的限制功率,那么流过保险丝的电流就会把保险丝熔断(就是图上玻璃管中间的细丝)。此物不仅学生宿舍有,所有用电的地方都有,只不过有的升级换代用空气开关之类的高级货罢了。

  问题在于,学生宿舍的保险丝的限制功率,那是额外的小。开几台电脑几台灯,再接个电吹风,保险丝就受不了了。

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  这张表仅供参考(单位:瓦),数据来源于我刚买的接线板袋子。从这张表可以看出,学生宿舍正常的人均功率应该在500瓦左右(电脑、电风扇、台灯、充电器)。那么你电表箱里的保险丝大小就这么决定了。

  部分高校宿舍的供电设计有年头了。这部分因为历史原因电网容量不足也是情有可原的事情。不过近年来的新建校舍理论上来说不会出现这种问题,盖房子都是一分钱一分货的事情。各个大学的基建经费都是几千万的砸下去,只不过有的学校砸出来人均两千瓦尚且绰绰有余,有的学校砸出来人均五百瓦就捉襟见肘了,这些的内容就不展开讨论了。但不管怎么说,因为电网容量而限制学生宿舍大功率电器的使用,是绝对必要的。用电安全不仅仅是用户的安全,同样也包括电网自身的安全。

  电网功率限制,这个是神仙也破解不了。就算你这里保险丝换成可以承受更大容量(功率)的,别的地方的断路器(保险丝)也会罢工。但是前辈们使用电吹风的心永远不会死。想用违章电器的时候,就先把正常负载(电脑,电扇啥的)都关了,这样整个屋子的电功率小于断路器限制,这样电网也能承受,大功告成。

  如果说,你整个屋子的限制功率都小于一个电吹风,那我只能说,当年设计这屋子的,真不是凡人。

  但是问题没有解决,学生们惊奇的发现,哪怕电网的承受能力(容量)上来了,各宿舍配的保险丝还都是小号的。老谋深算的学校后勤冷冷一笑:看你们这帮熊孩子怎么用违章电器,看你们怎么宿舍失火。

  学生们呵呵一声,老规矩,用之前卸了正常负载。学校也不傻,很快也发现了其间门道。

  靠小号保险丝来防违章电器的方案现在已经放弃了,没用不说,还一到夏天就莫明其妙的跳闸。各种碍事。

  但是学校不会放弃对违章电器的绞杀的,智能限电系统的设计和研究应运而生。接下来登场的武器可以叫做“阶跃功率检测装置”。说白了,这玩意就是检测电路中瞬态功率变化的。

  举个例子,比如说现在屋子限制功率一千瓦,但是阶跃功率限制是四百瓦。如果我的屋子总功率大于一千瓦自然跳闸(为了电网运行安全)。但是哪怕总负载小于一千瓦,只要一次性增加的值超过四百瓦,他也一样跳闸。我电脑三百瓦,电吹风八百瓦,虽然我学会了把电脑拔了再接上八百瓦的电吹风使得功率不碰一千瓦那条线,可是趴在我电表箱里检测阶跃功率的这家伙还是会跳出来。它发现我宿舍的负载功率虽然没有超过限额,但是阶跃很大(零瓦突然跃升八百瓦,大于它的限制四百瓦),于是就把我宿舍电给掐了。楼下宿管看看我这屋子突然没电了,保险丝也没事,于是会心一笑,一会就该上来收我电吹风了。(本故事纯属胡编,如有雷同纯属你抄我。)

  被收了电吹风的我痛定思痛,写了检讨回去研究破解之法。阶跃功率检测装置是用来检测阶跃功率的,那么我的功率只要是慢慢加上去的,这东西就会以为我是分别接了几个小电器从而安心睡觉。

  前辈们擦一把眼泪,在草稿纸上写写画画。买来单刀多掷开关、不同阻值的电阻还有散热片,自己做了一种开关,这种开关有五档。一档断路,二三四档接的从大到小不同阻值的电阻(阻值使得二档满足功率为300瓦,三档600瓦,四档900瓦),五档接的插孔。用的时候,先把开关拨在一档,然后插头插在五档。手动的把开关从一档拨到二档三档四档,每档停留个几秒钟,最后到五档,大功告成。

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  阶跃功率检测装置现在抓瞎了。它发现你在十秒钟内,分三次接入了九百瓦的电功率,然后又跌了一百瓦。前三次每次接入的都小于他的阶跃检测上限。。这个趴在电表箱里的家伙,永远不会知道你究竟是如何把同一个电器的功率,分几次接上去的。

  然后学校在某一次偷袭学生宿舍的时候,逮住了正在用电吹风的哥。辅导员惊恐的发现了哥的神器,一张处分料理了哥之后,回去继续研究改进限电装置的方法。(本故事纯属胡编,如有雷同纯属你抄我。)负载功率已经没什么可研究的了,就算阶跃功率调的再小,无非就是让这种功率阶梯开关多分几级(据说有前辈还做出了功率无级调节的插座)。辅导员痛定思痛,开始折腾波形。电网给宿舍供电,供的是220V50Hz的交流电,但是我还给电网的电流波形,那就是千奇百怪了。经过我手上各种用电器的整流和变换,还给电网的波形可谓只有想不到没有做不到的。这各种频率、振幅、相位的杂波输入电网,将让电网的设计和维护攻城狮头痛无比。

  但是我手上的违章电器,恰恰是这些工程师们最喜欢的波形。因为他们大部分都是电阻性负载,所以电流与电压严格的服从欧姆定律(实数):大小比例固定为电导值,同频率,同相位,谐波神马统统的没有。

  于是新的智能限电系统就这样设计出来了,它趴在你的电表上,时刻检测你这里的负载变化。如果你接进来一个五百瓦的负载,它看了下波形,嗯,电流相位落后于电压,不是电阻性负载,放行。过了一会你接了个三百瓦的负载,它再一看,且慢,这玩意怎么电流跟电压同相位?一定是发热的电阻,掐了。

  但是我们是未来的工程师诶,这玩意都解决不来,你们这些愚蠢的人类敢把这个世界交给我们嘛?

  前辈们继续改装插座,在插座两端并联电容。当用电器插入的时候,电阻性用电器和电容同时接入电网。(这里不是随便接的,不仅要计算好电容的大小,还需要考虑电容的耐压,否则瞬间被击穿。耐压值还要考虑电网电压波动,不是耐压220V就行的。没有金刚钻,别揽瓷器活。)

  电容的波形是电流严格超前电压90度的,你的电阻性用电器则严格同相位,两相结合之后,电流会略微超前电压。

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  这张图是显示原理的。两个八十瓦电租表示你的违章电器,一台边上并联了一个电容。我们用两台示波器分别检测这俩违章电器的波形,电流检测电阻不用理他,这是用来转换信号的,总之跟实验没关系就对了。

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  在智能限电装置看来,你接入的每一个波形都变得非常正常,于是它决定安心的趴电表箱里睡觉。

  新的智能限电系统仍在进步,它把电阻性和大功率结合起来分析。它敏锐的盯着你宿舍的波形,大的阶跃功率就切,波形不对也切。于是又是一批学长抱着电吹风哭瞎在厕所。

  这个“破绽”是限电系统无法避免的,也没法矫正。它存在于所有的自动动作系统里面,它的名字叫误动作保护。

  说白了,就是被检测的物理量并不一定因为目标原因而动作,如果有无关干扰使得被检测量发生短暂的波动,检测装置应该能够容忍。也就是说,检测装置不能太敏感。比如车里的安全气囊,车子栽到沟里的震动固然要使它弹出来,但是绝对不能因为司机对方向盘打了个喷嚏就蹦出来。

  这种不敏感性,在自动限电系统里面,往往表现为对异常波形短时间持续的一种容忍。如果它检测到的异常波形仅仅持续了很短时间(比如说,小于三秒),那么它就会忽略这个信号,不去切断电源。

  效果是,这个插座也能供电,但是通两秒,停一秒,再通两秒,停一秒……(这里的通断时长仅仅是举个例子,如果通断时间设置合理,就不会很严重的影响用电器的工作。如果有强迫症,可以对这个波形进行整流逆变成完整的交流电。当然,效率就会有点坑爹。)

  这个控制装置不难做,用大功率的全控管接个写好程序的单片机,这对学过电的都是小意思。要是数字电路基础比较扎实,那么连单片机都不用,一片三五定时器就搞定了。

  对智能限电系统来说,它突然检测到一个异常波形,于是它立刻准备切断电源,但是这个波形只持续了两秒。这个趴在电表箱里睡觉的家伙想了想,大概是打雷对电网的冲击吧,没事,睡觉去。睡了一秒,又来一个异常波形,同样只持续两秒,同样被忽略……

  歪个楼,计算机智能里面有一项很重要的测试叫图灵测试。大概的说就是地球人问电脑几个问题,电脑依照预先准备好的回答库回答,要聪明到足以让人相信自己是在跟另一个活人问答就算通过。

  有人会把同一个问题问N遍,发现老实回答N遍的是计算机,回答三遍之后开始骂娘的是活人。

  总觉得学长研究的这个通两秒断一秒的插座,跟上面说的这个图灵测试有异曲同工之妙。

  除了上面说得这些兵来将挡的招数,还有些更厉害的手段。南京某高校的电气专业学生直接从宿舍外面的变压器接进来电,绕过所有的检测装置。类似的还有从楼道照明电路上偷电的手段,这种搞法除了不安全以外其实并不推荐,因为你绕过检测的同时也绕过了电表,电表总是不走,收电费的很快就会发现。

  至于UPS、蓄电池这种东西,原理上都差不多。就是电池存储一些电能,然后用逆变器把电池的直流电逆变成交流使用。相对而言,这种方法比较安全,但是成本比较高。

  第一,我上面说的招数,全都是只讲了原理。学电的娃看了估计可以毫不费力的做出来玩,但也只能玩别指望用。因为如果你散热接的不好,耐压不够,焊接虚焊,某处短接神马的,很容易把自己搭进去。就算你做好了一个工艺没啥问题,也很难保证参数是不是合理。再退一步说,国产分立器件的质量我深有体会,30V电压下炸了的50V电容,我谢谢生产商他八辈祖宗。如果你非要做,请先在实验室跑二十四小时没问题再拿来用,另外请告诉室友我要科(zuo)研(si)啦,你们赶紧围(tao)观(ming)吧。至于不是学电的理科小动物和文科小植物们,你们还是好好的活着吧。

  对了,据说某宝上有卖的。老实说,我做给自己用肯定谨小慎微,就这样都不太敢同。你说某宝上纯手工生产给别人用的,质量能好到哪里去。什么,你要去正规厂商买这些玩意?你确定哪个地球人会专门生产这种插座开关?

  最后一件事是关于这场战争的一点私货。宿舍失火是一个巨大的悲剧,但是不完全是学生的责任,不加分别剿灭安全用电器和非安全用电器的学校同样有责任。如果一个价格很高,防护很严密,质量很好的电水壶和几块钱一个完全没有保障的热得快在被发现的时候都是被收走的结果,那么学生没有任何动力去使用靠谱的电水壶,几块钱一个的热得快会是每个人共同的选择。这也就是为什么每家必备,绝少失火的电水壶之类的东西到了宿舍就成了杀手的原因。

  别总谈让学生勤快的打水,哥读了三年大学,打水的次数一只手数得过来。多亏了好室友的救济才没渴死。为同类提供越来越好的生活条件、让自己获得越来越高的生活品质,这是我们文明发展到今天的基础追求。这个问题就像军队里要不要有手机一样,是技术进步伴随着物质生活的丰富对原有清教徒式的生活方式造成冲击的问题。而这样的问题历史上发生过无数次,从来就没有什么能压抑对地球人解放自己的追求。