Зачем в американской вилке два отверстия и почему их не убрали за 100 лет

Если посмотреть на привычную американскую вилку Type A или Type B, возле концов двух плоских металлических контактов почти всегда обнаружатся круглые отверстия. Они выглядят слишком аккуратно и расположены слишком одинаково, чтобы считать их случайностью. Отсюда появилось очевидное объяснение, что внутри розетки должны находиться какие-то выступы, которые входят в эти отверстия и не позволяют вилке выпасть.

У современных американских стандартов на этот счет другое мнение. В действующем ANSI/NEMA WD 6-2021 отверстие в плоском контакте прямо обозначено как «необязательное», а его назначение указано как производственное. Стандарт лишь требует соблюдать определенные размеры и расположение, если изготовитель решил его сделать.

Получается интересная ситуация, где одна из наиболее узнаваемых деталей американской вилки вообще не нужна ей для передачи электричества и даже не обязательна для соответствия стандартной геометрии разъема.

Отверстия появились очень давно

Историю современной американской вилки обычно связывают с инженером Харви Хаббеллом. В 1904 году он запатентовал несколько вариантов разъемного электрического соединения, в том числе систему с плоскими контактами. 1904 год указывается как время патентования Хаббеллом электрической вилки.

Конструкция продолжала быстро меняться. К 1910-м годам плоские контакты становились похожими на те, которые сегодня используются в Северной Америке. Особенно интересен патент Хаббелла, поданный в июле 1914 года и выданный в 1915-м. В нем описываются уже существовавшие тогда стандартные вилки двух разновидностей. У одного варианта на концах контактов присутствовали отверстия, причем сам автор специально уточнял, что они «могут присутствовать или отсутствовать».

То есть минимум 111 лет назад отверстие уже было знакомой деталью электрической вилки и одновременно не считалось обязательным элементом конструкции.

А как тогда вилку удерживали в старой розетке

Ранние вилки действительно имели специальные элементы для более надежной фиксации. Только в патентах Хаббелла начала 1910-х эту работу выполняют прежде всего «вырезы по краям плоских контактов». Пружинные части розетки имели выступы, входившие в эти вырезы после вставления вилки. В патенте 1913 года такая конструкция описана вполне подробно.

Патент на розетку 1915 года снова показывает то же разделение. У контактов присутствуют боковые углубления, с которыми взаимодействуют пружинные пластины розетки. Центральные отверстия при этом упоминаются отдельно и могут вообще отсутствовать.

Поэтому утверждать, что Хаббелл специально придумал отверстия, чтобы розетка цеплялась за них нельзя, так как подтвердить это данными ранними документами не выйдет. Напротив, они показывают, что механизм фиксации и отверстие уже тогда могли быть двумя разными особенностями конструкции.

Позже существовали отдельные розетки и механизмы, действительно использовавшие отверстия для фиксации. Именно они, вероятно, и помогли закрепиться популярному объяснению. Но универсальной функцией обычной североамериканской вилки такое защелкивание не стало.

Что говорит современный стандарт

Самая однозначная формулировка находится в ANSI/NEMA WD 6. Для типичных плоских контактов стандарт задает положение отверстия, если производитель его использует. Для распространенных конфигураций вроде NEMA 1-15 и 5-15 предусматривается отверстие диаметром около «0,125 дюйма, то есть 3,18 мм».

Сразу под чертежом идет важное примечание: отверстие «optional» — необязательное — и предназначено «for manufacturing purposes only», исключительно для производственных целей. В той же редакции стандарта 2021 года формулировка сохранена.

Аналогичное примечание встречается и в сертификационной документации UL: отверстие на плоском контакте допускается, но считается производственным элементом.

Из этого следует довольно простой вывод. Обычная американская розетка должна нормально работать с вилкой независимо от наличия этих двух отверстий. Иначе необязательная деталь внезапно стала бы обязательной для нормального соединения.

Зачем отверстие понадобилось производителю

Современные вилки часто делают методом формования корпуса вокруг заранее установленных металлических контактов. Контакты нужно удержать в точном положении, пока формируется пластиковая часть вилки.

Отверстие оказывается удобной технологической точкой для фиксации и позиционирования детали. Производители используют отверстия, чтобы удерживать контакты на месте, пока вокруг них формируется пластиковый корпус. Конкретная технология зависит от фабрики. Отверстие можно использовать в оснастке, при перемещении заготовок или при их точном позиционировании. NEMA поэтому не требует от всех производителей применять какой-то один производственный процесс. Стандарт просто оставляет хорошо известную технологическую возможность и фиксирует геометрию отверстия. Деталь пережила столько поколений электротехники, потому что производству она все еще может быть удобна.

Получается, розетка вообще не использует отверстия?

Для обычных бытовых вилок полагаться на них нельзя уже по одной причине: стандарт разрешает выпускать контакт вообще без отверстия.

Контакты современной розетки удерживают вилку за счет своей формы и упругого прижатия металлических частей к плоским лезвиям вилки. Требования к удержанию вилки существуют отдельно. Например, UL 498 содержит испытания plug retention — способности розетки удерживать вставленную вилку при определенном усилии.

Любопытно, что испытательный стандарт может использовать контрольную вилку с отверстиями стандартной геометрии. Это еще не означает, что розетка обязана защелкиваться именно за них. Сама NEMA одновременно разрешает конечному изделию иметь сплошные контакты.

Почему тогда большинство производителей все равно их делает

Здесь работает столетняя стандартизация. Если производственная линия уже рассчитана на детали с отверстиями, отказ от них почти ничего не дает конечному покупателю. Электрические свойства вилки заметно не улучшатся, внешний размер останется прежним, а производителю может понадобиться менять штампы, фиксаторы или другие элементы технологического процесса.

NEMA решила вопрос довольно прагматично: хотите делать отверстия — делайте, вот их стандартное место. Не нужны они вашему производству — выпускайте сплошной контакт.

Поэтому можно встретить американские зарядные устройства и другие приборы с контактами без отверстий. Такая вилка сама по себе не становится неправильной или опасной только из-за их отсутствия. Стандарт прямо предусматривает этот вариант.

Через отверстие действительно можно продеть замок

Еще одна популярная версия утверждает, что отверстия придуманы для блокировки прибора. Физически это действительно возможно. Через одно или оба отверстия можно пропустить подходящий фиксатор, пломбу или другой элемент, который не позволит вставить вилку в розетку. Существуют даже специальные современные устройства, использующие отверстия плоских контактов как точку зацепления.

Но происхождение отверстий таким способом тоже объяснять неправильно. NEMA не обозначает lockout как их назначение, а напрямую называет производственное применение. Возможность продеть через отверстие что-либо стала удобным побочным использованием уже существующей геометрии. То же относится к биркам, пластиковым стяжкам и другим способам воспользоваться готовой дыркой в металле.

Почему ее не сделали обязательной

Если бы отверстие требовалось для электрического контакта, заземления или безопасного удержания вилки, стандарт не мог бы оставить его на усмотрение производителя. У NEMA оно остается optional даже спустя десятилетия стандартизации.

Электричество проходит через металлический контакт независимо от наличия круглого выреза. Полярность обеспечивается геометрией контактов у поляризованных вилок, а у NEMA 5-15 защитное заземление выполняет отдельный третий контакт. Две небольшие дырки не выполняют ни одну из этих основных электрических задач.

Итог

Самое интересное в этой детали американской вилки заключается в отсутствии какой-либо сложной тайны. Отверстия точно существовали уже к середине 1910-х годов. Даже тогда встречались конструкции с ними и без них. За последующее столетие вокруг них появились розетки с различными способами фиксации, системы блокировки и десятки бытовых объяснений.

Современный стандарт оставляет самую простую формулировку: «Отверстие необязательно и предназначено для производства».

Производителям удобно продолжать пользоваться давно стандартизированной формой, существующие линии умеют ее выпускать, а потребителю она практически не мешает. Поэтому исчезать ей незачем. И две круглые дырки, которые легко принять за хитроумную часть электрической схемы, оказались в первую очередь следом того, как эту вилку производят.