Разные вилки, напряжение и частота. Почему?

---

Почему с США до сих пор в розетках 120 вольт, как образуется 380 вольт и для чего нужно 380 вольт, где используется такое напряжение, и почему 380 вольт называют трехфазное напряжение?

На территории Советского Союза до 1960-х годов переменное сетевое напряжение имело действующее значение 127 вольт.

В Соединенных Штатах в те же годы напряжение в розетке достигало 120 вольт. Позже действующие значения напряжений в сетях будут стандартизированы с изменениями, с целью снижения расходов меди на провода, ибо для передачи одной и той же электрической мощности нужно тем меньшее сечение проводов, чем меньше ток, а ток в проводе будет тем меньше, чем выше напряжение при передаче.

Однако данный переход произойдет не сразу. Экономически передача электроэнергии на повышенном напряжении, конечно, выгоднее, но вот переход на другое напряжение в масштабах страны — мероприятие отнюдь не из дешевых, не говоря уже об изменении стандартов частоты тока.

Привычная розетка. Для нас

Исторически первые электрические сети в США обязаны своим напряжением в 110 вольт знаменитому изобретателю Томасу Альва Эдисону. Это его лампочки с угольными нитями накала были рассчитаны на питание постоянным напряжением в 100 вольт еще до победы Николы Тесла в «Войне токов», которая (победа) постепенно утверждалась в умах инженеров начиная с 1928 года.

Дело в том, что типовое напряжение электростанций постоянного тока Эдисона было как раз 110 вольт, ибо 10 вольт попросту пропадали в процессе передачи, так как добрая доля передаваемой мощности просто рассеивалась в проводах в форме тепла по закону Джоуля-Ленца.

При этом компания Эдисона даже не помышляла о том, чтобы отказаться от своего стандарта в 110 вольт.

С изобретением в 1883 году Николой Тесла (а в России — Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским, вслед за Тесла) асинхронного двигателя переменного тока, началась широкая электрификация Европейского континента, где лампы накаливания нить накала имели металлическую, и напряжение такой лампе требовалось удвоенное — 220 вольт, которое сначала стали получать путем параллельного соединением двух линий по 110 вольт, что экономически выходило все равно не выгодно.

Лампочка

Так 220 вольт переменного тока появились в Берлине сразу, как только город начали масштабно электрифицировать, и потери мощности при передаче снизились в итоге вчетверо. Дальше повышать напряжение не стали, так как это получилось бы не безопасно для человека.

В Соединенных Штатах Америки сегодня стандартной системой электроснабжения является TN-C-S. В системе TN-C-S трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токопроводящих частей с землей и наглухо заземленную нейтраль.

Для обеспечения связи на участке трансформаторная подстанция — ввод в здание применяется совмещённый нулевой рабочий (N) и защитный проводник (PE) принимающий обозначение PEN. Однофазное напряжение здесь теперь 120/240 вольт, оно обеспечивается понижающим трансформатором с заземленным центральным выводом.

Измерение напряжения

Общепринятая частота переменного тока в Штатах на данный момент - 60 Гц, что теоретически позволяет расходовать меньше меди и железа на трансформаторы и двигатели, чем потребовалось бы при частоте в 50 Гц.

Однако, что касается среднего значения, близкого к историческим 110 вольтам, то в США оно, пожалуй, осталось как дань Эдисону, слишком уж много ЛЭП на 110 вольт было понастроено во времена его славы. С другой стороны 110 вольт безопаснее для человека чем 220 вольт. Чем не плюс в пользу США?

По сравнению с США, в Европе и в России, с широким внедрением сетей переменного тока, стандарт 220 вольт появился сразу.

После войны в СССР трансформаторы по всей стране заменяли на новые, сразу устанавливали с выходным напряжением 220 вольт вместо былых 110-127 вольт. В СССР к выбору стандартного напряжения приложили руку немецкие ученые, которые принимали участие в электрификации страны.

Зарядка в действии

Так и повелось «220 вольт с частотой 50 Гц» в Советском Союзе, а затем и в России и в странах СНГ. В Европе сегодня стандартное напряжение 230 вольт 50 Гц, в России фактически также, но официально данное значение стало регламентировано для России после 90-х следующим документом - ГОСТ 29322-2014.

Почему в электроэнергетике выбран стандарт частоты 50 герц

Почему по сей день в энергетической отрасли для передачи и распределения электроэнергии всюду выбраны и остаются принятыми частоты 50 и 60 Гц? Вы когда-нибудь задумывались об этом? А ведь это совсем не случайно. В странах Европы и СНГ принят стандарт 220-240 вольт 50 герц, в североамериканских странах и в США — 110-120 вольт 60 Гц, а в Бразилии 120, 127 и 220 вольт 60 Гц. Кстати, непосредственно в США в розетке порой может оказаться, скажем, 57 или 54 Гц. Откуда эти цифры?

Не все вилки подойдут розетке...

Давайте обратимся к истории, чтобы разобраться в данной теме. Во второй половине 20 столетия ученые многих стран мира активно изучали электричество и искали ему практическое применение. Томас Эдисон изобрел свою первую лампочку, внедрив тем самым электрическое освещение. Возводились первые электростанции постоянного тока.

Начало электрификации в США.

Первые лампы были дуговыми, они светились электрическим разрядом, горящим на открытом воздухе, зажигаемым между двумя угольными электродами. Экспериментаторы того времени довольно быстро установили, что именно при 45 вольтах дуга становится более устойчивой, однако для безопасного зажигания, последовательно с лампой подключали резистивный балласт, на котором падало в процессе работы лампы около 20 вольт.

Так, долгое время применялось постоянное напряжение 65 вольт. Затем его повысили до 110 вольт, чтобы можно было последовательно включить в сеть сразу две дуговые лампы.

Т. Эдисон

Эдисон был фанатичным сторонником систем постоянного тока, и генераторы постоянного тока Эдисона поначалу так и работали, подавая в потребительские сети 110 вольт постоянного напряжения.

Но технология постоянного тока Эдисона была очень-очень затратной, экономически не выгодной: нужно было прокладывать много толстых проводов, да и передача от электростанции до потребителя не превышала расстояния в несколько сотен метров, поскольку потери при передаче были огромны.

Позже была введена трехпроводная система постоянного тока на 220 вольт (две параллельные линии по 110 вольт), однако существенно положение относительно экономичности такой передачи не улучшилось.

Н. Тесла

Позже Никола Тесла разработал свои, совершенно новаторские генераторы переменного тока, и внедрил экономически более эффективную систему передачи электроэнергии при высоком напряжении в несколько тысяч вольт, и электроэнергию можно стало передавать на тысячи метров, потери при передаче снизились в десятки раз. Постоянный ток Эдисона не выдержал конкуренции с переменным током Тесла.

Трансформаторы на железе понижали высокое напряжение до 127 вольт на каждой из трех фаз, подавая его потребителю в виде переменного тока. При работе генераторов переменного тока, приводимых в движение паром или падающей водой, роторы их вращались с частотой от 3000 оборотов в минуту и даже больше. Это позволяло лампам не мерцать, асинхронным двигателям нормально работать, выдерживая номинальные обороты, а трансформаторам — преобразовывать электричество, повышать и понижать напряжение.

Всё дело в частоте...

Между тем, в СССР напряжение сетей до 60-х годов оставалось на уровне 127 вольт, затем с ростом производственных мощностей его подняли до привычных нам теперь 220 вольт.

Доливо-Добровольский, так же как и Тесла, исследовавший возможности переменного тока, предложил использовать для передачи электроэнергии именно синусоидальный ток, а частоту предложил установить в пределах от 30 до 40 герц. Позже сошлись на 50 герцах в СССР и на 60 герцах — в США. Эти частоты были оптимальными для оборудования переменного тока, во всю работавшего на многих заводах.

Генератор

Частота вращения двухполюсного генератора переменного тока составляет 3000 либо максимум 3600 оборотов в минуту, и дает как раз частоты 50 и 60 Гц при генерации. Для нормальной работы генератора переменного тока, частота должна быть не менее 50-60 Гц. Промышленные трансформаторы без проблем преобразуют переменный ток данной частоты.

Сегодня принципиально можно повысить частоту передачи электроэнергии до многих килогерц, и сэкономить таким образом на материалах проводников в ЛЭП, однако инфраструктура остается приспособленной именно для тока частотой 50 Гц, она была так спроектирована изначально по всему миру, генераторы на атомных электростанциях вращаются с все той же частотой 3000 оборотов в минуту, имеют всё ту же пару полюсов. Поэтому модификация систем генерации, передачи и распределения электроэнергии - вопрос отдаленного будущего. Вот почему 220 вольт 50 герц остаются у нас пока стандартом.

Напряжение электросети, розетки, штепсели, переходники и адаптеры - вот то, о чем должен подумать каждый турист, который отправляется в незнакомую страну. Это особенно актуально в современном мире, когда подавляющее большинство людей путешествуют со своими личными электронными приборами, требующими постоянной подзарядки - от фотоаппаратов и мобильных телефонов до ноутбуков и систем навигации. Во многих странах вопрос решается просто - с помощью переходника.

Однако вилки и розетки - это только "полбеды". Напряжение в сети также может быть отличным от привычного на родине - и об этом стоит знать и помнить, иначе можно испортить прибор или зарядное устройство. Например, в Европе и большинстве азиатских стран напряжение варьируется от 220 до 240 вольт. В Америке и Японии в два раза меньше - от 100 до 127 вольт. Если прибор, рассчитанный на американское или японское напряжение, вставить в розетку в Европе - он сгорит.

РОЗЕТКИ И ШТЕПСЕЛИ

В мире существует не менее 13 различных штепсельных вилок и розеток.

Розетки и штепсели на карте мира

Тип А

для Северной и Центральной Америки и Японии

Этот тип обозначается как Class II. Штепсельная вилка состоит из двух параллельных контактов. В японском варианте контакты одинакового размера. В американском - один конец чуть шире другого. Устройства с японской штепсельной вилкой можно использовать в американских розетках, но наоборот - не получится.

Тип B

для Северной и Центральной Америки и Японии

Этот тип обозначается как Class I. Международное обозначение американского типа B - NEMA 5-15, канадского типа В - CS22.2, n°42 (CS = Canadian Standard). Максимальный ток - 15 А. В Америке тип В пользуется большой популярностью, в Японии он распространен значительно меньше. Нередко жители старых домов с розетками типа А, приобретая новые современные электроприборы с вилками типа В просто "откусывают" третий контакт-заземлитель.

Тип C

используется во всех европейских странах, за исключением Великобритании, Ирландии, Кипра и Мальты

Международное обозначение - CEE 7/16. Вилка представляет собой два контакта диаметром 4,0-4,8 мм на расстоянии 19 мм от центра. Максимальный ток - 3,5 А. Тип C - это устаревший вариант более новых типов E, F, J, K и L, которые сейчас используются в Европе. Все вилки типа С идеально подходят к новым розеткам.

Тип D

используется в Индии, Непале, Намибии и на Шри-Ланке

Международное обозначение - BS 546 (BS = British Standard). Представляет собой устаревшую штепсельную вилку британского образца, которая использовалась в метрополии до 1962 года. Максимальный ток - 5 А. Некоторые розетки типа D совместимы с вилками типов D и M. До сих пор розетки типа D можно встретить в старых домах Великобритании и Ирландии.

Тип E

используется в основном во Франции, Бельгии, Польше, Словакии, Чехии, Тунисе и Марокко

Международное обозначение - CEE 7/7. Максимальный ток - 16 А. Тип Е немного отличается от CEE 7/4 (тип F), который распространен в Германии и других странах центральной Европы. Все вилки типа С идеально подходят к розеткам типа E.

Тип F

используется в Германии, Австрии, Нидерландах, Швеции, Норвегии, Финляндии, Португалии, Испании и странах Восточной Европы.

Международное обозначение CEE 7/4. Этот тип также известен под именем "Schuko". Максимальный ток - 16 А. Все вилки типа С идеально подходят к розеткам типа F. Этот же тип используется в России (в СССР он обозначался как ГОСТ 7396), разница лишь в том, что диаметр контактов, принятых в России, 4 мм, в то время как в Европе чаще всего используются контакты диаметром 4,8 мм. Таким образом, российские вилки легко входят в более широкие европейские розетки. А вот штепсельные вилки электронных приборов, сделанных для Европы, в российские розетки не влезают.

Тип G

используется в Великобритании, Ирландии, Малайзии, Сингапуре, Гонконге, на Кипре и Мальте.

Международное обозначение - BS 1363 (BS = British Standard). Максимальный ток - 32 А. Туристы из Европы, посещая Великобританию, пользуются обычными адаптерами.

Тип H

используется в Израиле

Этот разъем обозначается символами SI 32. Штепсельная вилка типа С легко совместима с розеткой типа H.

Тип I

используется в Австралии, Китае, Новой Зеландии, Папуа-Новой Гвинее и Аргентине.

Международное обозначение - AS 3112. Максимальный ток - 10 А. Розетки и вилки типов H и I не подходят друг к другу. Розетки и штепсели, которыми пользуются жители Австралии и Китая, хорошо подходят друг к другу.

Тип J

используется только в Швейцарии и Лихтенштейне.

Международное обозначение - SEC 1011. Максимальный ток - 10 А. Относительно типа С, у вилки типа J есть еще один контакт, а в розетке есть еще одно отверстие. Однако штепсельные вилки типа C подходят к розеткам типа J.

Тип K

используется только в Дании и Гренландии.

Международное обозначение - 107-2-D1. К датской розетке подходят вилки CEE 7/4 и CEE 7/7, а также розетки типа С.

Тип L

используется только в Италии и очень редко в странах Северной Африки.

Международное обозначение - CEI 23-16/ВII. Максимальный ток - 10 А или 16 А. Все вилки типа С подходят к розеткам типа L.

Тип M

используется в Южной Африке, Свазиленде и Лесото.

Тип М очень похож на тип D. Большинство розеток типа М совместимы со штепсельными вилками типа D.

АДАПТЕРЫ, КОНВЕРТОРЫ, ТРАНСФОРМАТОРЫ

Для того, чтобы вилку от вашего устройства можно было бы вставить в розетку в той или иной стране мира, часто бывает необходим переходник или адаптер. В продаже бывают универсальные переходники. Кроме того, в хороших отелях переходник обычно можно попросить в отеле на ресепшене.

Адаптеры не влияют на напряжение и потоки электричества. Они лишь помогают совместить штепсельную вилку одного типа с розеткой другого. Универсальные адаптеры чаше всего продаются в магазинах беспошлинной торговли. Так же в гостиницах часто можно попросить адаптер во временное использование у горничных.

Конвертеры способны обеспечить непродолжительное преобразование местных параметров электросети. Например, они удобны в дороге, где позволяют использовать фен, утюг, электробритву, чайник или небольшой вентилятор ровно столько, сколько нужно.

При этом они невелики по размерам, и в силу слабой аппаратной базы их не рекомендуется использовать дольше полутора-двух часов подряд, поскольку перегрев конвертера может привести к поломке использующего его электроприбора.

Трансформаторы - более мощные, габаритные и дорогие преобразователи напряжения, способные поддерживать длительный режим работы. Трансформаторы без ограничений можно использовать для таких "серьезных" электрических приборов, как радиоприемники, аудио-проигрыватели, зарядные устройства, компьютеры, телевизоры и т.п.

Большая часть современной техники, в том числе ноутбуки и зарядки, приспособлена для использования в обеих сетях - и 110 и 220 В - без использования трансформатора. Необходимы только соответствующие адаптеры-переходники для вилок и розеток.

НАПРЯЖЕНИЕ И ЧАСТОТА

Из 214 стран мира, 165 стран пользуются напряжением 220-240 В (50 или 60 Гц), а 39 стран - 100-127 В.

Напряжение и частота на карте мира

 

Интересное Наука