Почему в розетке 220 вольт кратко

Обновлено: 05.07.2024

В конце 19 века благодаря американскому изобретателю Томасу Эдисону во всем мире использовали напряжение в 110 Вольт. В том числе в Санкт-Петербурге, по запросу Николая II, освещение дворцов и улиц было по стандарту Эдисона.

Спустя время стало очевидно, что напряжение нужно повышать для передачи энергии на большие расстояния, так как мощные генераторы было невозможно устанавливать в жилых домах. Для использования далеко расположенных электростанций напряжение также нужно было повышать.

Российский физик-электротехник и изобретатель Михаил Осипович Доливо-Добровольский продемонстрировал первую рабочую линию электропередачи, генератор переменного тока и трехфазный электродвигатель. В этом случае переменное напряжение повышалось трансформатором до нескольких тысяч Вольт, а затем снижалось до уровня работы электродвигателя.

Через какое-то время все пришли к выводу, что напряжение следует повысить до 220 Вольт, так как при хорошей изоляции оно считается безопасным для людей, а также позволяет экономить на толщине проводов и размерах электроприборов. Окончательный переход на это напряжение случился после Второй мировой войны.

Откуда берется напряжение

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

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

Ну или это может быть даже ветряк

Короче говоря, принцип везде один и тот же.

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?

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?

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=I 2 Rt

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:

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.

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

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

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).

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.

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:

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=I 2 Rt . 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.

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

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

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=I 2 Rt.

Напряжение 220 Вольт

— Какой ток 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.

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

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.

Что такое 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.

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.

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 ;-)

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.

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

U_Д — это действующее напряжение, В

U_max — максимальное напряжение, В

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.

Когда это всё только-только изобрели, то за стандарт взяли 100 Вольт - красивое ровное число. К тому же такая величина более-менее большая, чтобы делать провода не слишком толстыми, и более-менее маленькая, чтобы не делать изоляцию слишком толстой.

Но поскольку было большое падение напряжения (сеть постоянного тока, несовершенные технологии и прочие связанные с ограничениями времени штуки) - то чтобы напряжение не падало ниже положенного и электроприборы могли нормально работать, надо было поддерживать напряжение источника немного выше - так и получилось значение 110 В.

По мере развития техники выяснилось, что для мощных потребителей 110 Вольт - маловато.

Тогда решили делать систему из трёх проводов. Потребителю в розетки и на лампочки отправляли по-старому: "0" и "+110" (или "0" и "-110") - и у него было 110 Вольт, а вот на более мощные присоединения (котельные, прачечные и тому подобное): "-110" и "+110" - и там было 220 Вольт.

Собственно, с развитием техники и переходом на переменный ток ничего не изменилось, и число 220 осталось стандартным - просто ради совместимости существующего оборудования. А более низкое напряжение (правда, уже не 110, а 127 Вольт - из-за того, что у переменного тока чуть другие формулы расчёта) со временем кануло в лету.

Единственная поправка - последние лет пятнадцать стандартной величиной почти во всей Европе и в России является 230 Вольт. Оборудование всё равно делается с запасом, а такое увеличение позволило снизить потери и увеличить допустимую нагрузку в электросетях. Ну и в других странах эти же самые 100 Вольт могли пройти несколько другой путь развития и прийти к другим числам (например, в Японии так и осталось 100 Вольт, а в странах Америки - 110-120), но источник у всех этих стандартов один - 100 Вольт, которые были заложены в первых электрических сетях постоянного тока.

Электричество – одно из главных благ современной цивилизации. Указанный вид энергии сегодня используется во всех областях жизнедеятельности человека, начиная от производственной и заканчивая бытовой. Привычные для россиян бытовые электросети создают условия для комфортного существования. Живущие в окружении многочисленных помощников – бытовых электроприборов, мы с детства знаем, что внутри штепсельных розеток обитает напряжение 220 вольт. Конечно же, на практике оно может отличаться от означенной цифры, все зависит от расстояния удаления потребителя от трансформаторной подстанции – приведено стандартное значение, хотя и несколько устаревшее.

Современный стандарт (ГОСТ 29322-2014) регламентирует напряжение для подключения электроприборов однофазной сети цифрой 230 вольт, соответствующей, например британскому стандарту (BS). И хотя это напряжение стандартизировано сравнительно недавно, в российских электросетях по-прежнему встречается 220 В.

В различных странах значения напряжений разнятся:

так для европейского стандарта значения напряжений составляет 220-240 вольт;
американский стандарт предусматривает напряжения 100-127 вольт;
те же 100 вольт допускает японский стандарт.

Так почему же именно 220 (позднее 230 В), а не какая ни будь иная цифра, попробуем разобраться. Конечно же, величина напряжения 220 вольт – это фазное напряжение трехфазной сети 380 вольт (по современному стандарту 400В), но ответом на поставленный вопрос это не является.

Все очень просто

Чтобы найти ответ, следует обратиться к эволюции использования человеком электроэнергии. Изначально практическим применением электрического тока считалось искусственное освещение, пришедшее на смену газовым и масляным фонарям. Оптимальным напряжением для угольных ламп, подобранным эмпирическим путем считалось 45 вольт. Для освещения дома двумя лампами, включенными последовательно, напряжение удваивалось, а токовые потери в проводах требовали увеличения напряжения. Таким образом, в США появилась цифра 110 вольт, которая сохранила свое значение даже после перехода с постоянного тока на переменный.

Последнее было продиктовано энергосбережением, поскольку переменный ток проще трансформировать. Высоковольтные электросети позволяют передавать электроэнергию на большие расстояния, минимизируя при этом электрические потери. Так почему же у потребителя высокое напряжение превращается сегодня в 230/400В, а несколько раньше в 220/380?

В СССР до 60-х годов прошлого столетия стандартным напряжением было признано 127 вольт. Электропроводки и силовые линии, рассчитанные исключительно на освещение прекрасно справлялись с такими нагрузками. Однако с ростом парка бытовых приборов, нагрузки существенно возросли и выходом из сложившейся ситуации оказались два варианта: увеличивать нагрузочную способность электрических сетей либо повысить напряжение в сети.

Предпочтение было отдано менее затратному второму варианту, заставшие то время (переходный период) пожилые люди, наверняка помнят наличие у любого электрического прибора переключателя 127В/220В.

Различными для разных стран признаны не только напряжения в электросети, но и типы штепсельных вилок с розетками. Как правило, они имеют контакты заземления, повышающие электробезопасность приборов. При выборе последних, стоит не только ориентироваться на питающее напряжение, но и подумать о возможности подключения, например с помощью универсальных переходников.

Читайте также: