XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2021
Многие, наверное, не знают, что ранее до 60-х годов в СССР , было 127 вольт. А вот в США не 110 вольт, а 120. Напряжение в электросетях было увеличено для того, чтобы снизить затраты на провода, точнее материалы на провода. Ведь сила тока при увеличении напряжения и сохранении той же мощности уменьшается, значит, площадь сечения провода тоже можно уменьшить. Экономически, да и технически напряжение в 220 вольт гораздо выше, но полный переход на 220 очень дорогостоящее, о выводах судите сами.
Еще в 1880 году Томас Эдисон предложил и запатентовал трехпроводную электрическую сеть постоянного тока, в которой было два провода +110 и -110 В и нулевой. С Томасом Эдисоном связан проводник связан массовый выпуск ламп накаливания с угольной нитью. Оптимальным напряжением для нее было 100 вольт. В то время даже было такое выражение — «Война токов» Этим также можно объяснить то, что рабочее напряжение первой электростанции Т. Эдисона было именно 110 вольт. Ведь еще 10 процентов было им заложено на потери в проводниках. Хотя есть еще и такая версия: фирма Эдисона активно продвигала оборудование на 110 вольт. тогда никто не знал, что будущее за переменным током, поэтому закрепился стандарт на 110.
Со временем Джордж Вестингауз начал применять переменный ток для бытовых потребителей. С того момента началась так называемая «война токов», в которой постоянный ток Эдисона отчаянно проигрывал. В 1898 году люди начали массово переходить на применение переменного тока.
С того момента начал работать стандарт сетей в 100-127 В. В США ЭУ запитаны от переменного тока с заземлением TN-C-S. При этом одна фаза от вторичной обмотки понижающего трансформатора подается в трехпроводную сеть 120/240 В (с расчетами погрешности). Поэтому в дом к американскому жителю приходят три провода: две фазы и ноль. Между нулем и фазой напряжение 120 В — для маломощных потребителей, а между фазами — 240 В, для мощных бойлеров, варочных панелей и обогревателей.
Со временем в Европе начали использовать лампы с нитью накаливания из металла, для которой необходимо напряжение выше, чем 110 В. Так начали появляться сети с напряжением в 220 В. Потери электроэнергии в таких сетях вчетверо ниже, чем в сетях 110 В. Почему же тогда США не перешла на 220 В? Ответ кроется в экономической невыгодности таких реформ. Во-первых, сеть 110–127 В — это возможность борьбы с импортом техники, то есть американцы в большинстве своем используют устройства своего производства. Во-вторых, поражение электрическим током при 110 В гораздо слабее, чем при 220 В (многое зависит от времени воздействия тока). В-третьих, переход на «новую» сеть — это затраты миллиардов долларов на перестройку подстанций и других электроустановок.
Почему США не перейдут на 220 В?
Потому что и электросети, и рынок электроприборов в США уже заточен под стандарт в 110 В.
В Америке не было разрушений в ходе ВМ2, из-за которых инфраструктуру и города приходилось отстраивать заново. А если что-то уже есть, и оно нормально работает — зачем париться? Тем более что во второй половине XX века полностью перестраивать всю электросеть страны было уже и сложно, и дорого — слишком большой она стала. Для сравнения — в СССР этот процесс занял больше 20 лет.
Еще один американский довод в пользу 110 В — борьба с импортом техники. Большинство электроприборов, используемых в США — в основном местного производства. Товары, выпускаемые за рубежом, и заточенные под 220 В — просто не рассчитаны на американскую розетку. Хотя часть техники все-таки будет работать либо через переходник, либо если переделать блок питания или установить понижающий трансформатор.
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.
Почему в России напряжение 220 В?
В СССР, как и в США, долгое время применялось напряжение 100–127 В. Однако в середине 60-х годов с увеличением количества потребителей сеть стала не справляться. Необходимо было увеличивать или сечение проводов, или напряжение в сети до 220 В. Экономически выгоднее стало использовать более высокое напряжение. Последующая глобальная электрификация страны привела к тому, что стандарт 220 В 50 Гц стал распространен не только в современной России, но и во всех странах постсоветского пространства.
Что делать, если купили технику из США?
Большинство техники из США рассчитано на работу от 110-230 В. Поэтому если вы приобрели ноутбук или другую технику из Штатов, то достаточно просто купить переходник с американской вилки на европейскую. Цена вопроса 100–150 рублей. Другое дело, если прибор работает исключительно от сети в 110 В. Здесь обычный адаптер не поможет. Однако есть решение этой проблемы. Их два:
Переделать блок питания для работы от 220 В. В большинстве приборов идет импульсный блок питания, в котором достаточно поменять конденсатор (поставить на 400 В) и варистор, с напряжением на пробой в 360 — 390 В. Конденсатор найти не сложно — их продают в любом магазине радиодеталей, а вот с варисторами могут быть проблемы. Конечно, переделка блока питания — дело непростое, но зато сможете запускать импортный пылесос или другую технику без проблем.
Установить понижающий трансформатор. Он позволит использовать технику, работающую от 110 В, включая ее в нашу сеть. Однако, важно подобрать трансформатор соответствующей мощности. Большинство трансформаторов на рынке имеют китайское происхождение, поэтому советуем брать их с запасом по мощности в 10 — 20 %. Стоимость китайского прибора мощностью 10 Вт составляет примерно 1000–2000 рублей. На 100 Вт и выше будет стоить от 5000 рублей.
Список используемых источников
Почему в америке 120 вольт
Американские стандарты напряжения — 120, 208, 240, 277, 480 Вольт
Столкнулся с американским светодиодным светильником с рабочим напряжением питания 277 В и возник вопрос — что это вообще за стандарт напряжения? Оказалось, в русскоязычном сегменте сети об этом нет информации, поэтому спешу поделиться тем, что удалось накопать в американском секторе Интернета, а заодно и собственными знаниями об электроснабжении в США.
Электроснабжение в США и Канаде.
В большинстве стран Америки используется переменный ток частотой 60 Гц, и система с расщепленной фазой (сплит-фаза или однофазная трехпроводная система) на 120/240 Вольт в домах, и трехфазная система для более крупных установок.
Трансформаторы в Северной Америке обычно питают дома напряжением 240 Вольт. Это трёхпроводная система с расщепленной фазой, которая позволяет использовать напряжение 120 Вольт.
Расщепленная фаза, или однофазная трёхпроводная система — это тип однофазного распределения электроэнергии, прямой потомок оригинальной трёхпроводной системы постоянного тока Эдисона (Edison Machine Works). Основным преимуществом системы является то, что она экономит материалы проводников по сравнению с однофазной схемой электроснабжения.
Две линии 120 В переменного тока подаются в помещение от трансформатора с вторичной обмоткой 240 В переменного тока, центральный отвод которой подключен к земле. Это приводит к появлению двух линейных напряжений 120 В переменного тока, которые не совпадают друг с другом по фазе на 180 градусов. Нейтральный провод системы соединяется с землёй на центральном выводе трансформатора. Ниже — электрическая схема такого устройства.
Из схемы видно, что 240 В переменного тока получают, подключив нагрузку между двумя линиями 120 В.
Два фазных провода называются “Hot”, т.е. «горячие», под напряжением. Вывод нейтрали, как и в Европе, обозначают латинской буквой N. Также обычно маркируют выводы электроприборов. Тут нужно обратить внимание, что на электроприборах фазный провод — черного цвета, а нулевой проводник — белого. Провод заземления либо имеет зеленую изоляцию, либо вообще без изоляции.
Итак, электропитание переменного тока, подаваемое и используемое в домашних и коммерческих зданиях в США, составляет, в основном, 120 В переменного тока с частотой 60 Гц, что подходит для большинства электроприборов в доме или офисе. Для более мощных приборов, таких как электрические осушители, кондиционеры и духовые шкафы, используют напряжение 208 или 240 В.
120 Вольт.
Как я уже упомянул выше, в Северной Америке питание 120В (110В) было принято в системе распределения постоянного тока, разработанной Томасом Эдисоном. После перехода на переменный ток, напряжение так и осталось вдвое ниже принятого в Европе.
Напряжение между фазой и нейтралью составляет половину линейного напряжения. Светильники и небольшие электроприборы, мощностью менее 1800 Вт, подключаются между линейным проводом и нейтралью, получая напряжение 120 В.
208 Вольт.
Напряжение 208 В переменного тока получается путем подключения двух фаз трехфазного источника питания «Y» или «Звезда», как показано на диаграмме ниже.
Как видно, для получения такого напряжения нужен трехфазный трансформатор. Полагаю, это очень экзотическое напряжение, так как в США чаще всего используют однофазные трансформаторы с выходным напряжением 120/240В. Я не встречал ни одного устройства, рассчитанного только на это напряжение.
240 Вольт.
Более мощные электроприборы, такие как кухонное оборудование, электронагреватели, водонагреватели, сушилки для одежды, кондиционеры, оборудование для зарядки электромобилей, подключаются к двум линейным проводам. Это означает, что (для подачи той же мощности) ток уменьшается вдвое. Следовательно, могут использоваться проводники меньшего сечения, чем потребовалось бы, если бы приборы были спроектированы для питания от более низкого напряжения.
Напряжение 240 В переменного тока получают от распределительного трансформатора, как показано на схеме ниже:
Такие трансформаторы располагаются в непосредственной близости от потребителя, часто питают одно домохозяйство. Их можно увидеть повсюду на улицах «одноэтажной Америки». Хотя бы в кино. Хороший пример, который мне удалось снять в Чайна-тауне, почти в центре Сан-Франциско — два распределительных трансформатора на одном столбе, один из которых питает сразу несколько домов на улице:
Можно увидеть высоковольтные провода, проходящие вверху, высоковольтные предохранители, и линию 120/240В, проходящую ниже. Видно, что к линии также подключено уличное освещение с индивидуальным сумеречным датчиком (это дешевле, чем прокладывать отдельную линию и собирать шкаф автоматики для управления освещением этой небольшой улицы).
Большинство приборов, рассчитанных на это напряжение, можно использовать в нашей сети без какой-либо переделки.
277 Вольт.
На более крупных объектах, в дополнение к 120/240 В переменного тока, в здание подается трехфазное напряжение 480 В переменного тока в конфигурации «Звезда» (или Y), как показано на диаграмме:
Трехфазное напряжение 480 В используется для питания крупного электрического оборудования. Например такого, как зарядные устройства вилочных погрузчиков и промышленные станки. При этом, более высоком напряжении, нагрузка потребляет меньше тока, что позволяет использовать провода меньшего сечения, а ток равномерно сбалансирован в каждой фазе. Это улучшает как распределение энергии, так и эффективность генерации.
Измерив фазное напряжение (между фазой и нейтралью), мы получим 277В переменного тока (480В, деленное на квадратный корень из 3). Это напряжение используется в США для питания больших систем освещения и HVAC (отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). Использование 277В вместо 120В снижает токи, потребляемые осветительными приборами, более чем на 50%, обеспечивая меньшее сечение проводов (с меньшим весом), т.е. более дешевую электропроводку. К источнику питания 277 В можно подключить больше осветительных приборов, чем к источнику на 120 В. Также снижаются потери мощности в проводке (P = I² x R).
Сам факт существования источников питания 277 В в коммерческих зданиях был малоизвестен до появления в конце 2000-х годов светодиодного освещения. До этого индустрия источников питания была сосредоточена на устройствах, работающих в диапазоне от 85 до 265 В переменного тока. Поскольку для светодиодов требуется постоянный ток низкого напряжения, на рынке появились драйверы светодиодов, способные работать при входном напряжении от 90 до 305 В переменного тока. Этот диапазон напряжения охватывает номиналы 100 В, 120 В, 230 В и 277 В переменного тока (с нормативным допуском +/- 10%), что позволяет использовать их во всем мире.
В настоящее время, в некоторых системах управления автоматизацией зданий для питания автоматики жалюзи и маркиз, поддержания климата, и безопасности также применяется напряжение 277 В. Часто контроллеры и мониторы располагаются в местах, где нет 120 В, но присутствует 277 В.
Надеюсь, статья поможет Вам с выбором американских электроприборов, способных работать в европейских сетях 230 Вольт.
Почему в США напряжение в сетях 110 В, а в России 220 В?
Всем известно, что в США стандарт напряжения 100–127 В частотой 60 Гц, а в России — 220 В частотой 50 Гц. Почему такая разница и что делать, если купили технику из-за «бугра» — ответ в нашей статье.
Почему в США напряжение 100–127 В?
Еще в 1880 году Томас Эдисон предложил и запатентовал трехпроводную электрическую сеть постоянного тока, в которой было два провода +110 и -110 В и нулевой проводник. Такая сеть свободно питала лампу накаливания. Для ее работы необходимо было 100 В, а 10% Эдисон накинул, учитывая потери при движении тока в проводе.
Читайте также:
- Рейтинг лучших мини печей для дома 2019 — 2020
- Какой теплый пол положить под плитку и ламинат?
Теги Розетка
Антон Гладышев
Была ли статья интересна?
Поделиться ссылкой
Комментарии (64)
4 года назад
Есть такое устройство как СЕЛЬСИН. Так вот чем выше частота питания сельсинов тем точнее отслеживание углов поворота, Для изменения углов поворота деталей крыльев, рулей высоты, руля курса на самолетах применяются сельсины с питанием и 800 и 1200 гц.
4 года назад
Валерий, а 400 Гц и сейчас используется. На многих спецобъектах. Например, на радиолокационных станциях системы ПРО. Но сейчас уже смысла нет. Раньше здорово экономили на железе для трансформаторов, и массогабаритах устройств- поскольку потребление многочисленных приборов было громадным. Скорее всего 400 Гц уйдет в прошлое поскольку реально смысла уже нет.
4 года назад
Более интересным представляется частота сети. Сейчас она 50-60 гц, а на заре электроэнергетики ученые высчитали, что оборудование работающее на 400 гц меньше по габаритам и меньше потери там. Но весь мир уже перешел на 50/60 гц с машинами на 3000об/мин. Т.е слишком были бы большие затраты на модернизацию сетей и оставили все как есть.
Почему в розетках США 110 Вольт, а у нас 220?
В нынешний век глобализации весь мир стремится к единым стандартам, а США и не думает отказываться от собственного стандарта напряжения в домашних розетках номиналом 110 Вольт. В реальности 127 Вольт, как в СССР до середины 1960-х.
С чем связан такой консерватизм?
Для начала немного истории. Хотя электрический генератор придумали еще в 1831 году. Он долгое время был абсолютно не интересен простым людям-не было бытовых электрических приборов. В 1879 году изобретатель Томас Эдисон получил патент на электрическую лампочку накаливания с фантастическим сроком службы-40 часов!
В качестве спирали в них использовались карбонизированные бамбуковые нити, для свечения которых было оптимальным 90-100 Вольт. Добавив еще 10 Вольт на потери в проводах, Эдисон запатентовал систему энергоснабжения жилых домов постоянным напряжением 110 Вольт. Это и стало стандартом энергоснабжения в США.
Постоянное напряжение далеко передать невозможно — слишком большие потери в проводах, поэтому паровые электростанции постоянного тока строили в каждом районе города. Бизнес электрификации жилых районов компанией Эдисона процветал, пока Никола Тесла не запатентовал трехфазный генератор переменного тока и трехфазный трансформатор. Это позволяло передавать электричество на огромные расстояния с минимальными потерями.
Патенты Теслы выкупил промышленник Джордж Вестингауз и начал электрифицировать дома американцев переменным напряжением 110 Вольт.
Изготовленные Эдисоном электрические стулья для тюрем комплектовались. генераторами переменного тока производства Вестингауза. Компания Эдисона тут же запускает рекламную акцию под лозунгом «Не пустим убийцу в дом». Даже когда Вестингауз запретил продавать свои генераторы Эдисону, тот продолжал покупать через посредников.
Несмотря на все старания Эдисона, энергоснабжение переменным напряжением победило — уж слишком велики были технические преимущества.
Что касается величины напряжения в 110 Вольт — она был хороша, пока не было мощных бытовых электроприборов. Чтобы снизить потери в электросети, придумали оригинальное решение-электропроводку в домах сделали трехпроводным: один общий провод и два фазных. Относительно общего провода на каждой фазе 110 Вольт, а между фазными проводами 220-240 Вольт (линейное напряжение).
Мощные электроприборы (кондиционеры, электродуховки, стиральные машины) подключаются на линейное напряжение.
По сравнению с европейским стандартом в 220 Вольт, у электросети США одно преимущество: при случайном касании к проводу розетки намного ниже вероятность летального исхода, т.к. человек попадает под напряжение в 110-120 Вольт относительно «земли».
Начиная с 1962 года все новые электросети в США подключают только на напряжение 120 Вольт (с учетом допуска получается от 114 до 126 Вольт). Но люди, по привычке, так же говорят «розетка 110 Вольт». Кстати, у нас ведь тоже теперь розетки не 220, а 230 Вольт, согласно ГОСТ 29322-2014, но мы по привычке говорим «220».
Есть ошибочное утверждение, что США таким образом защищает свой рынок от иностранных производителей. Различие напряжения в розетке давно не проблема для производителей. Все приборы еще на конвейере изготавливаются под конкретную страну поставки. Так же в продаже есть адаптеры электропитания на любые напряжения и мощности, а импульсные блоки питания современной аппаратуры рассчитаны на питание от 100 до 240 Вольт.
Люди старших поколений помнят, что до середины 60-х годов в Советском Союзе в электросетях было 127 вольт. Переход на 220 В происходил бессистемно. Отслужившие свой срок трансформаторы на подстанциях заменяли на новые. И теперь в сетях только 220 В.
А увеличили его «для того, чтобы снизить расход материалов на провода. Ведь сила тока при увеличении напряжения и сохранении той же мощности уменьшается — значит, площадь сечения провода тоже можно уменьшить. Технико-экономические характеристики сетей с напряжением 220 вольт гораздо выше, но процедура перехода на них очень сложная и дорогостоящая. СССР на это решился, а США, видимо, нет».
Подписывайтесь на Аргументы недели: Новости | Дзен | Telegram