Напряжение 220 Вольт | Практическая электроника

Да, все знают что это электрический ток в розетке должен быть 220 вольт». Но тех, кто представляет хотя бы приблизительно как он образуется и передаётся потребителю, кто может сказать «в бытовой электросети однофазная линия переменного тока 220 вольт частотой 50 Герц» совсем немного и, скорее всего, это будут специально обученные люди, которые тоже порой не задумываются о том, почему именно 220 вольт? Почему переменный ток, почему частота сети именно 50 Герц? А действительно, почему сложилось именно так? Вариантов-то было множество. И кстати, заходя вперёд, стоит сообщить что вышеперечисленное не эталонный стандарт для всей планеты. Кто-то пошёл и другим путём в возведении электро-инфраструктуры. На эти и некоторые другие вопросы мы попытаемся дать ответы в данной статье.

Генератор

Чтобы подать электричество в розетку, необходимо его как-то сгенерировать. Для  выработки электроэнергии до сих пор в большинстве применяются технологии конца 19 века – электромагнитная индукция, преобразующая механическую энергию в электрическую. Проще говоря – генераторы. Различие генераторов  лишь в том, каким образом подают механическую энергию. Раньше это были громоздкие паровые машины. Со временем добавились гидротурбины для проточной воды (гидроэлектростанции) , двигатели внутреннего сгорания, ядерные реакторы.

Принцип действия генератора основан на магнитной индукции. Вращательное движение генератора превращается в электрический ток. То есть можно сказать, что генератор – это тот же самый электродвигатель, но обратного действия. Если на электродвигатель подать напряжение, то он начнет вращаться. Генератор работает наоборот. Вращательное движение вала генератора превращается в электрический ток. Поэтому, чтобы вращать вал генератора, нам потребуется какая-либо энергия извне. Это может быть пар, который раскручивает турбину, а она в свою очередь раскручивает вал генератора

Принцип работы ТЭС

либо это может быть сила потока воды, которая с помощью гидротурбины раскручивает вал генератора, а он в свою очередь также вырабатывает электрический ток

Принцип работы ГЭС

Ну или это может быть даже ветряк

Ветряная электростанция

Короче говоря, принцип везде один и тот же.

Кстати, ядерный реактор не способен самостоятельно выработать энергию. По сути, атомная энергоустановка является тем же самым примитивным паровым котлом, где рабочим телом является обыкновенный пар. Да, нынче существуют иные способы генерации электричества, на вроде тех же самых солнечных элементов, бетагальванических и изотопных ядерных батарей, «мифических»  токомаков.  Однако, вышеперечисленный «хайтэк» имеет существенные ограничения – запредельная стоимость материалов ,монтажа и наладки, габариты и малый кпд. Потому, всерьёз рассматривать всё это в качестве полноценной электростанции большой мощности не стоит (по крайней мере в ближайшие пару десятков лет).

Экскурс в историю

Итак, генератор на нашей электростанции преобразовывает механическую энергию в электрическую. А что дальше? В каком виде и как именно передавать энергию потребителю? Как избежать колоссальных потерь при передаче?

Поразительно, но подобная ситуация существовала на самом деле! В той же Российской Империи вплоть до начала 20 века была полная неразбериха. Рядом с каждым «крупным» потребителем электроэнергии (фабрика, подворье преуспевающего купца или гостиница для особ благородных кровей) строили отдельную электростанцию. Было множество конкурирующих фирм, предоставляющих услуги электрификации и, в последующем, своё электрическое оборудование заточенное только под свою сеть. Каждый поставщик электроэнергии задавал собственные параметры электросети – напряжение, частоту. Были даже электросети с постоянным током! Человек, купивший, к примеру, электролампочки в «Товариществе электрического освещения Лодыгин и Ко» смог бы использовать их лишь в электросети этой же компании. При подключении к сети «Дженерал электрик» эта лампочка тут же вышла бы из строя – напряжение сети этой фирмы было значительно выше необходимого, не говоря уже о других параметрах.

Лишь в 1913 году имперские инженеры решились передавать электроэнергию на большие расстояния по воздушным проводным линиям, избавив от необходимости постройки электростанций «у каждой розетки». В преддверии грядущей великой войны и нахлынувшего патриотизма власть задумалась об импортозамещении. Ну прям как в наше время, после кризиса 2014 года). Были финансово и юридически задавлены многие небольшие западные фирмы (кроме германских и французских), преференции и льготы давались лишь отечественным товариществам и предприятиям. В итоге, это привело к монополизму на рынке поставщика электроэнергии и, невольно, стандартизации параметров электрической сети.

Так как Берлин и Париж были уже электрифицированы единой энергосистемой с переменным напряжением сети 220 вольт, отечественные компании также приняли этот стандарт. Людям было удобнее использовать электрические приборы единого типа, не беспокоясь что их новомодный электрический пылесос сгорит на новом месте жительства из-за других параметров энергосети. Произошло полное вытеснение многих небольших фирм – никто уже не хотел пользоваться их услугами и их приборами, хотя они вынужденно подстроились под единый  стандарт электросети. Те самые 220 вольт переменного тока.

Почему именно переменное напряжение?

Не так давно по историческим меркам у человечества возникла дилемма: какой ток лучше? Переменный или постоянный? Этот период времени был известен, как “война токов”. На самом деле были споры между Николой Теслой и Эдисоном – самыми великими учеными-изобретателями того времени. Эдисон был за постоянный ток, а Никола Тесла – за переменный. Это борьба продолжалось более 100 лет, даже после смерти этих великих ученых! Но все-таки в 2007 году окончательную победу одержал переменный ток.

Дело все в том, что постоянный ток при передаче на большие расстояния теряет свою энергию на нагрев проводов. Здесь во всем виноват закон Джоуля-Ленца

Q=I²Rt

где

Q — количество выделяемого тепла (Джоули)

I — сила тока, протекающего через проводник (Амперы)

R — сопротивление проводника (Омы)

t — время прохождения тока через проводник (Секунды)

Нетрудно догадаться, что чем больше сила тока будет протекать по проводам, и чем длиннее будут провода, тем больше они будут нагреваться, так как сопротивление провода выражается формулой:

сопротивление провода формула

Второй причиной было то, что в генераторе постоянного тока надо было использовать специальную конструкцию, которая бы позволяла снимать электрический ток с движущихся обмоток. Для этого на валу двигателя крепился так называемый коллектор, к которому припаивались обмотки генератора. Коллектор все время находился в движении, так как он закреплен на самом валу генератора. С коллектора с помощью графитовых щеток снималось напряжение. Тот же самый принцип до сих пор используется в генераторах и двигателях постоянного тока.

Принцип работы генератора постоянного тока

Минусом такой конструкции является то, что со временем щетки и коллектор изнашиваются. Поэтому, такой генератор надо часто обслуживать, вовремя заменять щетки и чистить коллектор. Чаще всего такой генератор имеет два провода: плюс и минус. Чем больше коллекторных пластин (ламелей) на таком генераторе, тем чище будет постоянный ток с такого генератора. Если  такой генератор имеет множество ламелей и крутится с одинаковой скоростью, то на осциллографе можно увидеть примерно такую картину постоянного тока

осциллограмма постоянного тока

Таких недостатков лишен генератор переменного напряжения. Принцип его действия показан ниже

Принцип работы генератора переменного тока

В настоящее время в нем используются три обмотки,  разнесенные друг от друга на 120 градусов. Один конец каждой обмотки соединяется с друг другом, образуя так называемый “ноль”. В нашей стране такие генераторы на ТЭС или ГЭС стараются крутить со скоростью 50 оборотов/сек. Ну или 3000 оборотов/минуту. Неплохая такая скорость). В Америке же их крутят под 60 оборотов/сек. А что такое обороты в секунду? Это и есть частота. А частота, как вы помните, выражается в Герцах (Гц). Поэтому, у нас в розетках частота 50 Гц, в Америке 60 Гц.

Такие генераторы называют трехфазными, так как они имеют три фазы: A, B, C. В англо-язычной литературе можно увидеть обозначение R, S, T либо L1, L2, L3. Точка, где соединяется конец всех обмоток обозначается буквой N (ноль).

Генератор переменного тока

То есть по сути с генератора выходит 4 провода: фазы A,B,С и 0, он же нейтраль N, который соединяет один конец каждой из трех обмоток.

Обмотки генератора переменного тока

При вращении ротора-магнита в каждой обмотке создается электрический ток. Если с помощью осциллографа вывести осциллограммы сразу трех обмоток, то можно увидеть что-то типа этого:

Осциллограммы трехфазного напряжения

Передача электрического тока на дальние расстояния

Итак, электрический ток мы получили. Теперь надо как-то передать его на дальние расстояния, не забывая про закон Джоуля-Ленца: Q=I²Rt . То есть нам надо каким-то чудом уменьшить силу тока, которая будет течь по проводам, так как в основном из-за нее происходят большие потери.

Для этих целей идеально подойдет трансформатор, но не простой, а трехфазный. Здесь используется замечательное свойство трансформатора: если повышаем напряжение, то понижаем силу тока, и наоборот, понижаем напряжение, увеличиваем силу тока. Поэтому, для того, чтобы передать полученную электроэнергию на дальние расстояния, нам нужно увеличить в несколько раз напряжение, тем самым мы в это же число раз уменьшим силу тока. Ниже на рисунке схема передачи электроэнергии от генератора ГЭС и до конечного потребителя, то есть для заводов, для электротранспорта и для нас с вами.

Передача электроэнергии от генератора до конечного потребителя

С ГЭС напряжение повышают до нескольких киловольт, чаще всего до 110 кВ. Все это достигается с помощью трехфазного высоковольтного повышающего трансформатора (2).

Трехфазный высоковольтный трансформатор

Далее высоковольтное напряжение идет по высоковольтной линии (3) и доходит до какого-либо города, либо райцентра.

Высоковольтная линия передачи электроэнергии

В каждом райцентре либо городе есть своя подстанция, где имеется уже свой высоковольтный понижающий трансформатор (4), который преобразует напряжение 110 кВ в 10 кВ, либо в 6 кВ (5).

Почему нельзя было сразу тянуть провода с генератора? Зачем надо было повышать, а потом снова понижать напряжение? Все опять же из за закона Джоуля-Ленца. Так как ГЭС находится на очень большом расстоянии от потребителей электроэнергии, приходится повышать напряжение, чтобы минимизировать потери на нагрев проводов. Как мы уже говорили, трансформатор повышает напряжение, но при этом уменьшает во столько же раз силу тока, поэтому потери в проводах на дальние расстояния сокращаются в разы, исходя из формулы Джоуля-Ленца Q=I²Rt.

Потом уже с подстанции напряжение расходится по трансформаторным “будкам”, которые можно уже заметить в каждом районе.

Трансформатор 6 кВ в 380 В

От этих “будок” выходит после преобразования приблизительно 380 Вольт. Но здесь есть один нюанс. Везде используется три провода, а к нам в дома заходят чаще всего два провода. В чем же дело? А дело как раз в том, что есть такое понятие как линейное и фазное напряжение. Линейное напряжение замеряется между 3 проводами, по которым идут 380 В. Они называются фазами. То есть грубо говоря – это те же самые провода, которые вышли с генератора еще где-нибудь на ГЭС. Но если взять любую из фаз и замерять напряжение относительно нулевого проводника, то есть относительно нуля, то у нас будет фазное напряжение 220 В. Получается, к нам в дом заходит ОДНА фаза и НОЛЬ. Куда деваются другие фазы? Они равномерно распределяются между жильцами дома или вашего района. То есть к вашему соседу может придти другая фаза, но тот же самый ноль.

Трехфазное линия передачи электроэнергии

Напряжение 220 Вольт

Очень много вопросов в рунете именно по напряжению “из розетки”.  Самый часто задаваемый вопрос выглядит так:

– Какой ток в розетке?

Здесь вопрос, конечно же, поставлен неправильно. Током чаще всего называют именно силу тока. Правильнее было бы задать вопрос: “Какое напряжение в розетке?”

У нас в России в домашней сети переменное напряжение с частотой в 50 Герц,  максимальной амплитудой приблизительно в 310 Вольт и действующим напряжением в 220 Вольт. Думаю, это будет самый развернутый ответ.

Итак, теперь давайте разбираться что к чему.

Как  же выглядит этот “ток из розетки” на осциллографе? Ну примерно вот так:

По вертикали у нас одна клеточка равняется 100 Вольтам. Следовательно, максимальная амплитуда Umax будет равна где-то 330 Вольт

амплитудное значение напряжения

По идее должно быть 310 Вольт. Хотя оно и не удивительно. Напряжение в сети редко когда бывает стабильным. Все, конечно же, зависит от потребителей и трансформатора на электростанции, который их питает.

Когда я был еще совсем маленьким, рядом с телевизором у нас стояло очень интересное устройство. На нем была шкала, и мы вечером подкручивали крутилку, чтобы шкала показывала ровно 220 Вольт, иначе телевизор отказывался работать. С возрастом я понял, что это был ручной стабилизатор напряжения, так как именно вечером все соседи начинали “жрать” электричество и поэтому в сети было вольт 190-200. Это уже сейчас во всех телевизорах и других бытовых приборах эти стабилизаторы встроены прямо внутри прибора, и поэтому надобность в стабилизаторах резко отпала.

Фаза и ноль

К вам 220 Вольт приходит по двум проводам. Иногда с ними бывает в связке еще и третий провод желто-зеленого цвета – это земля. Этот провод используется для обеспечения безопасности. В старых домах такого провода нет. Земля в 90% случаев обозначается как желто-зеленый провод. Другие провода могут иметь различную окраску, но чаще всего стараются ноль маркировать синим проводом, а фазу –  ярким цветом. Например, красным.

Обозначение фазы, нуля и земли на проводе

Итак, по одному проводу течет фаза, по другому – ноль. Ноль – это провод для съема электрического тока с фазы. Ноль не представляет опасности для человека, но лучше все-таки не экспериментировать! В фазе напряжение очень быстро изменяется сначала от какого-то максимального значения (для 220 Вольт это значение равняется 310 Вольт), потом падает до нуля, и потом идет в минус и достигает значения в -310 Вольт и потом снова до нуля и снова до 310 Вольт. Итак, за секунду он успевает проделать эту операцию 50 раз, так как генератор на ГЭС, ТЭС или АЭС крутится именно с такой скоростью.

осциллограмма 220 В

Какие процессы происходят на фазе?

В какой-то момент времени фаза бывает больше по напряжению, чем ноль. В какой-то момент времени она становится равна нулю. А в какой-то момент времени становится меньше чем ноль. Или, иначе говоря, ноль становится больше по напряжению, чем фаза). Потом фаза снова становится равна нулю, а потом снова больше нуля и все это повторяется до тех пор, пока работает генератор на электростанции.

Хотите узнать, как все это выглядит на графике? Да пожалуйста 😉

фаза и ноль на осциллограмме

Как я уже сказал, фаза без нуля – ничто! И если даже встать на диэлектрический коврик, то есть полностью изолировать себя от контакта с землей, то можно даже и потрогать фазу без вреда для здоровья. НО! не вздумайте проверять это дома! Так поступают только матерые электрики и у них имеются в наличии эти диэлектрические коврики и другие прибамбасы.

Но никогда, слышите, НИКОГДА! не дотрагивайтесь голыми руками сразу до двух проводов, тем более взяв их по одному в руки! Вы будете проводником, соединяющим цепь 220 Вольт. Или попросту говоря, вас ударит электрическим током. Думаю, некоторые до сих пор помнят эти “приятные” ощущения. А как бодрит сразу! Уууухх)))

Напряжение в розетке – это действующее напряжение и вычисляется оно по формуле:

где

U_Д  – это действующее напряжение, В

U_max – максимальное напряжение, В

Следовательно,

что мы и видели на осциллограмме.

Так что знайте, что в электронике и в электрике если вам говорят, что напряжение переменного тока, допустим, 24 Вольта – это действующее напряжение. Максимальным значением переменного напряжения никто не пользуется.

Резюме

В наших розетках электрический ток вырабатывают генераторы переменного тока, которые находятся за много километров от нас. Вал таких генераторов разгоняют турбины, которые преобразуют энергию падающей воды либо горячего пара во вращательное движение.

Электрический ток несколько раз трансформируется в разные величины напряжения, пока идет до конечного потребителя.

В промышленности используются другие значения электрического тока, такие как 10 кВ, 6 кВ, 380 В по три фазы. Для простого обывателя, типа меня и вас, электрический ток идет по двум проводам, называемым фазой и нулем.

Почему в розетке 220 вольт 50 герц

Толчок в развитии электричества пришелся на вторую половину XIX века. Именно в это время ученые сделали ряд открытий в этой области, которые позволили найти электричеству практическое применение. Тома Эдиссон изобрел первую электрическую лампочку и, пообещав всем очень дешевое освещение, принялся за строительство электростанций.

Первые лампы были дуговые, в них разряд происходил на открытом воздухе между двумя угольными стержнями. В это время эмпирически было установлено, что наиболее подходящим для горения дуги является напряжение 45 В. Чтобы уменьшить токи короткого замыкания, которые возникали в момент зажигания ламп (при соприкосновении углей), и для более устойчивого горения дуги включали последовательно с дуговой лампой балластный резистор. Так же было найдено, что сопротивление балластного резистора должно быть таким, чтобы падение напряжения на нем при нормальной работе составляло примерно 20 В. Таким образом, общее напряжение в установках постоянного тока сначала составляло 65 В, и это напряжение применялось долгое время. Однако часто в одну цепь включали последовательно две дуговые лампы, для работы которых требовалось 2×45 = 90 В, а если к этому напряжению прибавить еще 20 В, приходящиеся на сопротивление балластного резистора, то получится напряжение 110 В.

Ошибка Томаса Эдиссона была в том, что он для выработки тока использовал генераторы постоянного тока, и пытался передавать по проводам постоянный ток. Радиус электроснабжения не превышал нескольких сотен метров и имел громадные потери. Попытки расширить границы района электроснабжения привели к рождению так называемой трехпроводной системы постоянного тока (110×2=220 В).

Одновременно Никола Тесла вел разработку и внедрение генераторов и систем переменного тока. Применение переменного тока напряжением в несколько тысяч Вольт позволило упростить и удешевить электрическую сеть и увеличить радиус электроснабжения (более 2 км при потере до 3 % напряжения в магистральных проводах вместо 17—20 % в сетях постоянного тока). А при на выходе к потребителям через трансформаторы напряжение понижалось до 127 вольт (3 фазы= 220 вольт, 1 фаза= 127 вольт по формуле √220/3 ).

Так продолжалось до 60-x годов прошлого века и в  СССР, пока колличество электроприборов  не обогнало колличество на селения. Чтобы как-то снизить нагрузку нужно было или утолщать провода в кабельных линиях или увеличить напряжение (I=U/R). Выбрали меньшее из зол  и увеличили напряжение в сети  до тех же 220 вольт только на каждую фазу.

Русский ученый Доливо-Добровольский первым предложил разложить ток на активную и пассивную состовляющие и рекомендовал принять в качестве основной формы кривой тока синусоиду. В отношении частоты тока он высказался за 30—40 Гц. Позднее в результате критического отбора получили применение лишь две частоты промышленного тока: 60 Гц в Америке и 50 Гц в других странах. Эти частоты оказались оптимальными, ибо повышение частоты ведет к чрезмерному возрастанию скоростей вращения электрических машин (при том же числе полюсов), а снижение частоты неблагоприятно сказывается на равномерности освещения.

Вот поэтому у нас в розетках 220 В 50 Гц 

Почему в розетке 220 вольт

Толчок в развитии электричества пришелся на вторую половину XIX века. Именно в это время ученые сделали ряд открытий в этой области, которые позволили найти электричеству практическое применение. Тома Эдиссон изобрел первую электрическую лампочку и, пообещав всем очень дешевое освещение, принялся за строительство электростанций. Первые лампы были дуговые, в них разряд происходил на открытом воздухе между двумя угольными стержнями. В это время эмпирически было установлено, что наиболее подходящим для горения дуги является напряжение 45 В. Чтобы уменьшить токи короткого замыкания, которые возникали в момент зажигания ламп (при соприкосновении углей), и для более устойчивого горения дуги включали последовательно с дуговой лампой балластный резистор.

Так же было найдено, что сопротивление балластного резистора должно быть таким, чтобы падение напряжения на нем при нормальной работе составляло примерно 20 В. Таким образом, общее напряжение в установках постоянного тока сначала составляло 65 В, и это напряжение применялось долгое время. Однако часто в одну цепь включали последовательно две дуговые лампы, для работы которых требовалось 2×45 = 90 В, а если к этому напряжению прибавить еще 20 В, приходящиеся на сопротивление балластного резистора, то получится напряжение 110 В. Ошибка Томаса Эдиссона была в том, что он для выработки тока использовал генераторы постоянного тока, и пытался передавать по проводам постоянный ток. Радиус электроснабжения не превышал нескольких сотен метров и имел громадные потери. Попытки расширить границы района электроснабжения привели к рождению так называемой трехпроводной системы постоянного тока (110×2=220 В).

Одновременно Никола Тесла вел разработку и внедрение генераторов и систем переменного тока. Применение переменного тока напряжением в несколько тысяч Вольт позволило упростить и удешевить электрическую сеть и увеличить радиус электроснабжения (более 2 км при потере до 3 % напряжения в магистральных проводах вместо 17—20 % в сетях постоянного тока). А при на выходе к потребителям через трансформаторы напряжение понижалось до 127 вольт (3 фазы= 220 вольт, 1 фаза= 127 вольт по формуле √220/3 ). Так продолжалось до 60-x годов прошлого века и в  СССР, пока колличество электроприборов  не обогнало колличество на селения. Чтобы как-то снизить нагрузку нужно было или утолщать провода в кабельных линиях или увеличить напряжение (I=U/R). Выбрали меньшее из зол  и увеличили напряжение в сети  до тех же 220 вольт только на каждую фазу. Русский ученый Доливо-Добровольский первым предложил разложить ток на активную и пассивную состовляющие и рекомендовал принять в качестве основной формы кривой тока синусоиду. В отношении частоты тока он высказался за 30—40 Гц. Позднее в результате критического отбора получили применение лишь две частоты промышленного тока: 60 Гц в Америке и 50 Гц в других странах. Эти частоты оказались оптимальными, ибо повышение частоты ведет к чрезмерному возрастанию скоростей вращения электрических машин (при том же числе полюсов), а снижение частоты неблагоприятно сказывается на равномерности освещения. Вот поэтому у нас в розетках 220 В 50 Гц 

Почему в розетке именно 220 вольт?: foboss — LiveJournal

Обнаружил в сети наличие отсутствия освещения данного факта отечественной истории. А действительно, почему именно 220, а не, к примеру, 150?

Ответ кроется в XIX веке, если быть точнее в 1875 году:

“Основоположником электротехнической науки считают профессора физики Санкт-Петербургской медицинской хирургической академии В.В. Петрова, который в 1802 году сделал крупное открытие — явление электрической дуги. Прошёл ещё не один десяток лет, прежде чем по этому принципу удалось сконструировать фонари, дающие ровный свет. Это сделал в 1875 году также русский учёный П.Н. Яблочков, усовершенствовав изобретение В.В. Петрова. Он расположил угольные электроды параллельно, разделив их изолирующим слоем. Изобретение, известное как «Свеча Яблочкова» или «Русский свет», имело колоссальный успех и нашло широкое применение в Европе. <…> 10 мая 1880 года на Литейном мосту в Петербурге была введена первая в России установка наружного электрического освещения (дуговыми «лампами Яблочкова»). С этого момента началось внедрение небольших местных систем освещения дуговыми лампами некоторых общественных зданий Петербурга, Москвы и других больших городов. С 1882 года с этой целью стали использоваться лампы накаливания.” [1]

Вот она, виновница торжества, спасительница человечества от мрака ночи:

“По существу, это та же дуговая лампа, но у нее нет никаких регуляторов. «Мое изобретение, — писал Яблочков, — состоит в совершенном удалении всякого механизма, обыкновенно встречающегося в электрических лампах…»” [2,3]

Так вот, дуговая лампа П.Н.Яблочкова имела напряжение зажигания около 120 вольт. Обычно их соединяли последовательно по 2 шт. для увеличения напряжения и уменьшения потерь в проводах, т.к. первые электростанции тех лет вырабатывали постоянный ток с низкого напряжения. После же начала широкого использования трансформаторов, повышающих напряжение генераторов на электростанциях до нескольких тысяч вольт, у конечных потребителей его преобразовывали в ~120 или 240 вольт — для нужд освещения.

Литература:

1. 85 лет ГОЭЛРО: энергетика конца XIX — начала XX веков
2. Что же представляет собой свеча Яблочкова?
3. ХРОНОС: Яблочков Павел Николаевич
4. «Электротехническая энциклопедия» #1

P.S. Дополнения и замечания приветствуются.

Автоматика. Электроэнергия. Электричество. Электрика. Электроснабжение. Программирование

В нашей бытовой электросети используется напряжение 220 Вольт частотой 50 Герц переменного тока, именно от него питаются все домашние электроприборы. Почему именно эта цифра, а не 12 Вольт или 700 Вольт. Решение заключается в том, что именно это напряжение является самым рациональным.

Мощность, которая выделяется на нагрузке, вычисляется произведением тока на напряжение. Получается, что любую мощность можно получить различными произведениями тока на напряжение. Например, у нас имеется лампочка накаливания 100 Ватт. Чтобы она работала на полную мощность, можно использовать напряжение 1 В и ток 100 А, или 12 В и 8,3 А, или 700 В и 0,14 А. В итоге мы получим наши 100 Вт. Главное, чтобы у нагрузки было такое сопротивление, чтобы при задуманном напряжении, через неё проходил нужный ток.

В нашей бытовой электросети используется напряжение 220 Вольт частотой 50 Герц переменного тока, именно от него питаются все домашние электроприборы. Почему именно эта цифра, а не 12 Вольт или 700 Вольт. Решение заключается в том, что именно это напряжение является самым рациональным.

Мощность, которая выделяется на нагрузке, вычисляется произведением тока на напряжение. Получается, что любую мощность можно получить различными произведениями тока на напряжение. Например, у нас имеется лампочка накаливания 100 Ватт. Чтобы она работала на полную мощность, можно использовать напряжение 1 В и ток 100 А, или 12 В и 8,3 А, или 700 В и 0,14 А. В итоге мы получим наши 100 Вт. Главное, чтобы у нагрузки было такое сопротивление, чтобы при задуманном напряжении, через неё проходил нужный ток.

Мощность будет выделяться не только на нашей 100 Вт лампе, но и на проводах, которые к ней идут. Если мощность в лампе будет преобразовываться в свет и тепло, то мощность на проводах будет преобразовываться только в тепло, которое нам не нужно. Предположим, сопротивление проводов равно 1 Ом. Если мы нашу лампу запитаем от 10 В, то для получения 100 Вт мощности, через лампу пройдёт 100 Вт / 10 В= 10 А ток. Получается, что нагрузка будет должна сама быть 10 В / 10 А = 1 Ом, как и провода. Значит на проводах будет в пустую теряться половина питающего напряжения и мощности.

Если мощность в 100 Вт получать сочетанием 220 В и током 0,45 А, то на проводах с сопротивлением в 1 Ом будет падение напряжения 0,45 * 1 = 0,45 В. Таким падением напряжения можно пренебречь.

Конечно, при использование низкого напряжения можно уменьшить потери используя более толстые проводники. Как известно, чем толще сечение проводника, тем меньше его сопротивление. Но, такие проводники выйдут слишком дорогими.

Если же наоборот в бытовой электросети использовать очень большое напряжение. Казалось бы, чем выше напряжение, тем меньший ток требуется для передачи той же самой мощности, и проводники можно делать тонкими экономя на металле. Не так всё просто. Чем выше напряжение, тем больше у него пробой, и может пробить изоляцию, а это весьма опасно для здоровья человека. Поэтому высоковольтное напряжение применяют для передачи электроэнергии от электростанций, а к нам в дом идёт уже 220 В, которое понижают при помощи трансформаторов. Такой способ передачи электроэнергии экономит большое количество металла.

220 Вольт является компромиссом, золотой серединой (относительно безопасно, т.к. изоляцию не пробивает, позволяет использовать тонкие проводники). В США используется напряжение 110 В, а в Японии 100 В.

(Просмотрено 9761 раз)

Почему у нас в розетке напряжение 220 вольт?: bor_odin — LiveJournal

Уверен, что далеко не каждый профессиональный электрик ответит на этот вопрос. Нет, понятно что 220 вольт — напряжение между фазой и нулевым проводом в трехфазной сети 380 вольт по формуле 380/корень квадратный из трех, т.е. 380/1,73=220.
А вот почему 380 вольт, а не 300 скажем? Для ответа на этот вопрос кроме электротехники надо знать немного истории.

Первые лампы Эдиссона были дуговые, в них разряд происходил на открытом воздухе между двумя угольными стержнями. В это время эмпирически было установлено, что наиболее подходящим для горения дуги является напряжение 45 В. Чтобы уменьшить токи короткого замыкания, которые возникали в момент зажигания ламп (при соприкосновении углей), и для более устойчивого горения дуги включали последовательно с дуговой лампой балластный резистор.

Так же было установлено, что сопротивление балластного резистора должно быть таким, чтобы падение напряжения на нем при нормальной работе составляло примерно 20 В. Таким образом, общее напряжение в установках постоянного тока сначала составляло 65 В, и это напряжение применялось долгое время. Однако часто в одну цепь включали последовательно две дуговые лампы, для работы которых требовалось 2×45 = 90 В, а если к этому напряжению прибавить еще 20 В, приходящиеся на сопротивление балластного резистора, то получится напряжение 110 В.

Ошибка Томаса Эдиссона была в том, что он для выработки тока использовал генераторы постоянного тока, и пытался передавать по проводам постоянный ток. Радиус электроснабжения не превышал нескольких сотен метров и имел громадные потери. Попытки расширить границы района электроснабжения привели к рождению так называемой трехпроводной системы постоянного тока (110×2=220 В).

И тут великий Никола Тесла изобрел переменный ток, потери которого в проводах были на порядок меньше. А сети остались те же. Поэтому к потребителям стало поступать напряжение 127 вольт, по той же формуле: 220/корень из трех, 220/1,73=127.

Так продолжалось до 60-x годов прошлого века и в СССР, пока количество электроприборов не обогнало количество населения. Чтобы как-то снизить нагрузку, нужно было или утолщать провода в кабельных линиях или увеличить напряжение (I=U/R). Выбрали меньшее из зол и увеличили напряжение в сети до тех же 220 вольт, только на каждую фазу.

Ну ладно, признайтесь, что ничего не поняли. Ну и ладно. Главное помнить, в розетку с напряжением 220 вольт пальцы совать не стоит, электрический ток злой, он вас стукнет.

Почему на розетках пишут 220 Вт, если главное сила тока, а не напряжение?

потому что пишут — 220V — что значит 220 вольт!

В* Нет ничего «главного». Но потребляемая сила тока определяется мощностью прибора, а напряжение — только самой сетью.

220Вт это сила тока!

если маркировка заводская, то не только напряжение пишут, но и ток на который расчитано. 220В 6А, 220В 10А. А если рядом табличка 220В то это предупреждающая надпись, хотя тут вопрос открытый-нужна ли она… ибо в одних правилах написано, что надпись должна быть только в случае если в помещении имеются розетки с разным номиналом напряжения.

ОБЕ величины имеют свое значение. Указание на напряжение означает качество изоляции между деталями, зазоры между ними — словом все те свойства конструкции, которые действительно ставят ограничения на напряжение. Если эту розетку использовать для 10 киловольтовой линии, то она может быть пробита через воздух, т. к. недостаточно далеко разнесены друг от друга токоведущие элементы. Впрочем, что касается конкретно розеток, то это скорее дань традиции и требованиям ГОСТА, т. к. для 220 вольт вовсе не нужны такие огромные зазоры, как в розетке. Для изоляции такого напряжения вполне достаточно одного миллиметра, даже при влажном воздухе. Ты попробуй раскурочить обычный кнопочный микровыключатель. На нем тоже написано «250 вольт», а зазоры между разомкнутыми контактами в нем — меньше миллиметра. И ничего, нормально работает. Ну, а силу тока на розетках пишут, исходя из конструкции контактов — по какой площади они должны обхватывать штырьки вилки. Чем больше площадь, тем больший ток можно пропускать, не опасаясь перегрева.

в России пишут 220в а скажем в Америке 110в. Такой стандарт. Это означает, что главным является напряжение в сети. Ток же, всегда будет разным Настольная лампа возмёт ток 0.2 а, а эл утюг 4 а

Пишут для того, чтоб ты не воткнул туда что-то не рассчитанное на это напряжение. И почему сила тока главная, совершенно непонятно.

Сила тока, на конкретном потребителе (сопротивлении), будет зависеть именно от напряжения. Ток — это уже производная, от напряжения и подключенного потребителя. И чтобы узнать, какой будет ток, нужно знать напряжение источника. Второй параметр цепи — это его сопротивление. А ток — это уже результат этих параметров, получившееся значение. Нельзя сразу написать, какой будет ток, если вы не знаете, что будет подключено к розетке.