如今,美国普通家庭的供电电流至少为100安培,许多家庭的供电电流甚至达到了这个数字的两倍,但考虑到现代家中各种电器和电子设备,这很合理。如果您家中有电炉/电灶,或者使用室内1级充电器的电动汽车,供电需求显然会更高。
我的一位邻居正在为房子进行小规模扩建,他向我寻求建议,这让我对人们的电力需求有了更加清晰的认知。情况是这样的:承包商告诉他,由于各种原因,在施工期间,他们原本100多安培的供电服务将在一两个月内降至50安培。此次降低的原因尚不清楚,但可能与电缆容量有关。
我被问到的问题很简单:他们一对夫妇加上两个快要十几岁的孩子,能否只用50安培的电流维持生活?如果不能,他们可以采取什么措施来尽量减少干扰?(实际上,我的邻居用的词是“生存”而不是“生活”,但我觉得这太夸张了。)
我的回答也很简单“视情况而定”,然后说:“我会考虑一下,然后给你答复。”接着我开始进行一些半定量的评估,以得出一个更可靠的答案。
我的第一反应是上网查了一下,果然,有很多评估房屋用电需求的应用程序。然而,这些应用程序都需要详细列出用电负荷,后来我想创建一个Excel电子表格,但很快意识到这种分析很容易变得过于精确,超出了问题本身的需要。毕竟,我的邻居只是想要一个简单的答案:
然后,我掏出一个信封当作便签打算做一些粗略的评估,如图1所示。
图1:粗略的信封提醒我,对于粗略和不精确的数据应该进行适当的分析,而不是将不合理的精度归咎于结果。来源:Bill Schweber
我其实并没有用这个信封写字,而是把它放在面前,时刻提醒自己应该坚持估算,估算要足够粗略,之所以要如此粗略,是因为评估中有很多模糊的数字。
例如,在不知道各种大电流电器(例如电炉/电灶)的品牌和型号的情况下,我使用的任何数值都可能存在±10%到±20%的误差。此外,虽然各个误差可能会在一定程度上相互抵消,但它们也可能累积起来,导致一个相当大的误差,换句话说,随机误差可能累积。
使用电子表格的危险在于,你很快就会陷入一种心理上的虚假准确性陷阱,因为它提供的更多精度位数会让人误以为它也有相应的准确性,但对这种情况显然不是 (是的,我可以将单元格精度限制为几位数字,但那是另一回事)。根据我的经验,即使没有任何依据,也很容易从粗略估计跳到一个确定的数字,我曾多次在初步设计评审会议上看到这种情况(当时项目经理要求提供一些数字)。
使评估更加复杂的是一些由房屋居住者直接控制的较大的负载(例如电炉/电灶或微波炉),而其他负载(例如供暖系统、冰箱和独立的冰柜)则由它们自己控制开/关循环。
我查询了一些关于家中电器的情况,列了个清单,然后上网了解了每种电器的耗电量。这些粗略的估计是基于120V AC线路的电流消耗,对于230V AC线路,电流值应该减半,这样50A的最大电流就变成了25A:
1)无法控制的大负载(这些间歇性、异步负载以未知的占空比循环开启和关闭,它们可能一次性增加,也可能几乎不增加)
总计:约20A
2)小负荷(有些你可以控制,有些则不能,除非接近最大限度,否则不成问题)
总计:5至10A
3)你可以的控制更大的负载
总计:这取决于您在什么时候使用什么设备,但它们累加起来非常快!
结论:无法控制的负载总计约25A(所有这些负载并非100%都处于开启状态),再加上5到10A的小负载,总电流达到30到35A,因此在可控制的负载上,家庭将有约15至20A的余量。所以50A是可行的,但也过于极限,有时,仅仅一个额外的中等负载就可能导致电源电压下降甚至断电,这反过来又会给其他电子产品带来运行问题。
出于好奇,我查看了该地区一些老房子的情况(建于1930年),其中许多房子仍由原住户的后代居住。一些现住户表示,这些房子在建造时配备了30安培的供电系统,并使用了旋钮式管线,而不是金属导管或Romex(NM,即非金属护套)电缆(图2)。虽然这些年来,它们的供电系统已经升级到100安培以上,但有些房子的阁楼里仍然保留着旋钮式管线。
图2:早期的电线采用旋钮和管状绝缘(a),后来被(b)金属导管(至今仍在广泛使用)和(c)PVC涂层非金属护套电缆(通常称为Romex)所取代。资料来源:Arc Angel Electric Co., Meteor Electrical, D&F Liquidators
您对家用空调的现状有何看法?您是否曾经历过家中临时或长期的电力预算限制?您是否曾遇到过相应的“平均负载”与“峰值负载”电源额定值难题,无论是线路中的交流电还是产品中的直流电?
(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Can a household manage on just 50 amps?,由Ricardo Xie编译)