А многие ли из вас знают, что напряжение бытовой сети в Канаде и США - 120 В, в отличие от наших сетей в 220 В? Правда, так было не всегда. Вплоть до 60-х годов прошлого века на территории СССР напряжение бытовой сети равнялось 127 вольтам. Почему так? И из-за чего такие отличия, мы попробуем разобраться в этой статье.
Начнем с напряжения. Почему оно было повышено с 127 до 220 и не только у нас, но и по сути в Канаде, США и некоторых других странах. Но подход при этом был совершенно разный.
Как мы все знаем потребление электроэнергии растет и в быту и в промышленности. Раньше кроме световых приборов – лампочек, в доме собственно не было других потребителей. Радиоприемники, а уж тем более телевизоры, не говоря о компьютерах, пылесосах и других современных электроприборах, появились гораздо позже. А раз потребляемая мощность растет, то и ток увеличивается. Увеличение тока влечет за собой нагрев проводников и соответственно потери на нагрев. Колоссальные потери! Чтобы их избежать, можно увеличить сечение проводников или, что гораздо проще увеличить напряжение сети. Хотя это тоже имеет определенные технические трудности и требует определенных экономических затрат.
Вот как сейчас выглядит мировая карта напряжений и частот:
А почему изначально было не принять за стандарт 220 В, спросит читатель?
Вернемся к временам величайших изобретателей Томаса Эдисона и Николы Тесла. Томас Альва Эдисон был сторонником постоянного тока, утверждая, что с ним гораздо удобнее работать. Никола Тесла, напротив, был приверженцем переменного тока. Это противостояние даже получило название – «Война токов», которая, кстати, закончилась, только, в 2007 году после окончательного перехода Нью-Йорка на переменный ток.
Так вот, Томас Эдисон наладил, можно сказать, серийное производство ламп накаливания с угольной нитью его собственной конструкции. Напряжение, при котором эти лампы наиболее оптимально работали, составляло порядка 100 вольт. Эдисон добавил еще 10 В на неизбежные при постоянном токе потери в проводах, и принял рабочий уровень напряжения своей электростанции равным 110 В. Поэтому в США на многие годы и установился стандарт в 110 вольт.
Чуть позже на Американском континенте, а также в некоторых других странах, с которыми они имели более плотные отношения, был принят стандарт 120 В, частота 60 Гц. Но сети построены таким образом, что к большинству домов подведено 2 фазы и нейтраль, что позволяет получить 120 В при подключении на фазные напряжения или 240 В при подключении на линейные напряжения. Почему 2 фазы? Да потому, что генераторы вплоть до 20 века были двухфазные. На фазное напряжение подключаются основные маломощные потребители, а на линейное более мощные – электроплиты, кондиционеры, стиральные, сушильные машины и т.д.
Что касается частоты 60 Гц, то это заслуга Тесла. Произошло это в 1888 году, когда Никола сотрудничал с Джорджем Вестингаузом и работал в том числе над созданием генераторов. Выбор шел о выборе частоты в диапазоне от 25 до 133 Гц, но Тесла настоял на частоте 60 Гц потому, что эта цифра удачно вписывалась в систему исчисления времени.
Что же касается нашей части географии, а именно Евразии, то электрификация происходила несколько позже и можно было учесть ошибки американского континента и сразу использовать генераторы переменного тока.
Российский ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский первым предложил перейти к трехфазной электрической системе, в отличие от двухфазной, изобретенной Николой Тесла. А также рекомендовал принять в качестве основной формы кривой тока – синусоиду, частотой 30 – 40 Гц. Но жизненные реалии наложили свой отпечаток, электрогенераторы того времени приводились в движение двигателями внутреннего сгорания и паровыми турбинами. И наиболее оптимальной скоростью их вращения была скорость в пределах 3000 оборотов в минуту, что равняется 50 оборотам в секунду. Ну а так, как частота напряжения на клеммах генератора непосредственно зависит от частоты вращения его ротора и количества полюсов (f = n/p), то при одном полюсе частота генерируемого напряжения равняется 50 Гц. В общем, так исторически сложилось…
Чтобы обеспечить приемлемый для потребителей (еще раз вспомним, что это были в основной массе лампы накаливания) уровень напряжения, непосредственно у потребителей устанавливался понижающий трансформатор. На выходах вторичных обмоток такого трансформатора присутствовало линейное напряжение 220 В, что соответственно составляло 127 В фазного напряжения. Частотой 50 Гц.
Если кто забыл или не знал, при соединении обмоток звездой и симметричной нагрузке фазное напряжение определяется как отношение:
Вот и получается, что 127 в корень из трех раз меньше 220.
После изобретения российским электротехником Александром Николаевичем Лодыгиным, ламп накаливания с нитями накала из тугоплавких металлов возникла необходимость удвоить напряжение. Вероятно, поэтому европейские специалисты приняли стандарт 220 В. Что позволяло подключать новые лампы на линейное напряжение тех же самых трансформаторов.
Стоит уточнить, что в Советском Союзе до Великой Отечественной войны напряжение бытовой сети также было 110 - 127 вольт. Но так как к домам, как правило, подходило фазное напряжение, перевод сетей на 220 В производился постепенно. При выходе трансформаторов из строя или их плановой замене по сроку службы, в замен устанавливались уже новые трансформаторы с линейным напряжением 380 В. Фазное напряжение при этом, как мы уже знаем, в корень из трех раз меньше, и составляет те самые 220 В.
Вот так и получилось, что и Америка и Евразия идя разными путями, вышли на стандарт 220 – 240В для бытовых потребителей. Хотя и с разной частотой, 50 Гц у нас, и 60 Гц в Америке.
Из преимуществ частоты 60 Гц можно отметить, что такая частота позволяет изготавливать электромагнитную систему трансформаторов и двигателей с меньшими затратами материалов. Поэтому трансформаторы и двигатели для сети 60 Гц имеют меньшие габариты и массу. Мерцание ламп также меньше. Но при этой частоте потери в электрических сетях несколько больше.
Если интересно какое сетевое напряжение и частота приняты в разных странах, загляните на страничку Википедии - Сетевое напряжение. И сразу станет понятно, кто с кем торговал/воевал/сотрудничал.
Разное сетевое напряжение и отличие стандартов повлекло за собой различие в типах вилок и розеток по всему миру. Об этом в нашей следующей статье. Следите за новостями.
Комментарии
31.05.2016 19:33
С трансформацией напряжения всё понятно, а как быть с разностью частот?
Я хотел-бы купить в России лабораторный авто трансформатор т.к. согласно информации в интернете в России он стоит минимум в два с половиной раза меньше чем в Америке и Канаде.
Но, российские латры на 50Гц. Будут ли они работать в сетях на 60Гц?
Какие могут быть последствия при использовании латров на более высоких частотах?
01.06.2016 13:16
Задайте вопрос производителю конкретного латра. В таком случае информация будет более достоверной.
12.06.2018 00:07
Прекрасно будут,ещё и ток холостого хода уменьшится, а вот в обратную сторону с 50 на 60 уже не очень.