Стандарты напряжений и частот в разных странах мира

В мире наиболее распространены два основных стандарта напряжения и частоты. Это американский стандарт 100-127 вольт 60 герц и европейский стандарт 220-240 вольт 50 герц.

Большинство стран приняло один из этих двух стандартов, хотя встречаются переходные и уникальные стандарты.

Американский стандарт

Американский стандарт связан с именем изобретателя и предпринимателя Томаса Эдисона.

Именно ему первые электрические сети в США обязаны своим напряжением в 110 вольт. В 1880 году Эдисон предложил и запатентовал трехпроводную электрическую сеть постоянного тока, в которой было два провода +110 и -110 В и заземлённый нейтральный провод. Такая сеть свободно питала лампу накаливания с угольной нитью, для работы которой было необходимо 100 В, а 10% Эдисон заложил, учитывая потери при движении тока в проводе. По этой причине рабочее напряжение первой электростанции Эдисона было именно 110 вольт.

В январе 1882 года Эдисон запускает первую электростанцию в Лондоне, а несколькими месяцами позже – на Манхэттене. К 1887 году в США существовало более сотни электростанций постоянного тока, работавших на трёхпроводной системе Эдисона.

С того времени и начал работать стандарт сетей в 100-127 В, а в США закрепилась трехпроводная сеть.

Система Эдисона предполагала питание от одной тепловой электростанции с генератором постоянного тока и сопровождалась большой потери мощности в проводах. Так, 10 из 110 вольт попросту пропадали в процессе передачи, рассеиваясь в проводах в форме тепла по закону Джоуля-Ленца. Обнаружив это, компания другого американского ученого-инженера и успешного предпринимателя Джорджа Вестингауза в 1886 году разработала альтернативную систему передачи электроэнергии – систему переменного тока. Эта система предполагала использование высокого напряжения в системах переменного тока, применяя для понижения напряжения трансформаторы и позволила применять переменный ток для бытовых потребителей. С того момента началась чреда событий, вошедшая в историю как «война токов», из которой, в итоге, победителем вышел переменный ток, а постоянный ток Эдисона проиграл.

Применение высокого напряжения в системах переменного тока позволило передавать энергию на сотни километров по высоковольтным магистральным линиям от крупных электростанций и обеспечить электроснабжение целых городов и удаленных районов страны.

На сегодняшний день в Северной Америке типичной системой питания электроустановок зданий является трёхфазная система электроснабжения, работающая от переменного тока с заземлением, являющаяся, по сути, эквивалентом оригинальной трехпроводной системы постоянного тока Эдисона. Она распространена для питания жилых и небольших коммерческих помещений.

В помещения подаются две линии переменного тока 120 В, которые не совпадают по фазе на 180 градусов друг с другом и нейтральный провод, который подключается к заземлению на центральном отводе понижающего трансформатора. Таким образом к американским домам подводятся три провода – две фазы и ноль. Два провода от разных «плечей» низковольтной обмотки трансформатора, и один – от «заземлённого» среднего отвода низковольтной обмотки трансформатора. В результате получаются две цепи, работающие в противофазе, что позволяет получить 240 В и подключать приборы, рассчитанные как на 100-127 В, так и на 200-240 В.

В цепях освещения, для розеток небольших электроприборов и других маломощных потребителей используются цепи 120 В – они подключаются между одной из линий и нейтралью с помощью однополюсного автоматического выключателя. А для питания кондиционеров, варочных панелей, стиральных машин, обогревателей, бойлеров и других мощных потребителей используется питание от цепей 240 В переменного тока, подключающиеся между двумя линиями переменного тока на 120 В.

Следует отметить, что при той же потребляемой мощности, использование более низкого напряжения приводит к потреблению прибором большего тока и увеличению потерь при передаче энергии. Именно поэтому в странах, где номинальное напряжение составляет 100-127 В часто отказываются от распределительных сетей низкого напряжения, а среднее напряжение (5-15 кВ) преобразуется в низкое максимально близко к потребителю. По этой причине в США для каждого дома (высотного или частного) устанавливается отдельная компактная электрическая подстанция (англ. pole pig), состоящая из распределительных трансформаторов обеспечивающих окончательное преобразование напряжения в распределительной электрической системе до уровня, используемого потребителями.

На сегодняшний день основное напряжение сети в Соединенных Штатах Америки составляет 120 В (от 114 до 126 В), а общепринятая частота переменного тока – 60 Гц.

Европейский стандарт

В Европе, в отличии от США, стандарт 220 вольт появился сразу, что было связано с широким внедрением сетей переменного тока.

Массовая электрификация Европейского континента началась с изобретением Никола Тесла в 1883 году асинхронного двигателя переменного тока и появлением ламп накаливания с металлической нитью. Использование ламп с металлической нитью вместо угольной требовало удвоить напряжение. Изначально 220 вольт получали путем параллельного соединения двух линий по 110 вольт. Однако это было нетехнологично и экономически невыгодно. Поэтому со временем начали использовать только один кабель или провод, который сразу подводил к потребителям необходимые 220 В.

Первым городом, электрифицированным по «новой» схеме, стал Берлин. В результате применения стандарта 220 В потери в мощности при передаче электроэнергии сократились на 75%! Так и начали появляться сети с напряжением 220 вольт. Следует отметить, что было мнение попробовать еще больший вольтаж, однако от него все же отказались, поскольку угроза для человеческой жизни возрастала пропорционально напряжению.

В Советском Союзе, 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 либо увеличивать сечение проводов, либо повышать напряжение в сети до 220 В. Экономически выгоднее стало использовать более высокое напряжение. Это позволило снизить затраты на материалы проводов поскольку сила тока при увеличении напряжения и сохранении той же мощности уменьшается, а значит, площадь сечения провода тоже можно уменьшить.

Переход на 220 вольт в Советском Союзе происходил бессистемно. Отслужившие свой срок трансформаторы на подстанциях заменяли на новые и сразу устанавливали с выходным напряжением 220 вольт вместо 110-127 вольт.

Последующая глобальная электрификация страны привела к тому, что стандарт 220 В 50 Гц стал распространен во всех странах постсоветского пространства.

На сегодняшний день напряжение в электрической сети в Европе варьируется от 220 В до 240 В. Но в большинстве стран Европы сетевое напряжение составляет 230 В частотой 50 Гц.

В Украине, России, Латвии, Литве и Эстонии стандартным напряжением в сети также является напряжение 230 В. Изменение стандартного напряжения 220 В на 230 В было проведено с целью полного соответствия европейским стандартам качества электроэнергии. При этом электрическое оборудование, выпускаемое в указанных странах, должно нормально работать при напряжении и 220 В, и 230 В.

Анализируя вышеизложенное может возникнуть резонный вопрос: если более высокое напряжение в сети снижает потери при передаче электроэнергии, позволяет уменьшить затраты на материалы проводов, использовать электроприборы с большей мощностью и в целом является экономически более выгодным почему же тогда США и другие страны не перешли на «европейский стандарт»? Ответ прост – переход на другое напряжение в масштабах страны требует огромных финансовых затрат на переоборудование и переоснащение трансформаторных подстанций и других электроустановок, а также замену розеток и вилок. При том, что дороговизна мероприятия является основной причиной отсутствия единого стандарта напряжения сети в мире нужно также отметить и другие факторы. В частности, сеть 110-127 В позволяет ограничивать импорт техники и стимулировать использование устройств отечественного производства, а также является более безопасной для человека ведь поражение электрическим током при 110 В гораздо слабее, чем при 220 В.

Другие стандарты

На сегодняшний день большинство стран мира приняли европейский стандарт напряжения в сети. Американский стандарт закрепился в США, Канаде, Американском Самоа, Мексике, на островах Микронезии, в большинстве стран Центральной Америки: Гватемале, Гондурасе, Коста-Рике, Никарагуа, Панаме и Сальвадоре, островах Карибского моря и близлежащих островах: Арубе, Гаити, Доминиканской Республике, Каймановых островах, Кубе, Пуэрто-Рико, Тринидад и Тобаго, Ангилье, Бермудских, Виргинских и Багамских островах. А также в ряде стран Южной Америки – Венесуэле, Колумбии, Суринам, Эквадоре.

При этом в мире остается немало мест с разными вариациями напряжения и частоты, которые не укладываются ни в какие рамки. К примеру, в Бразилии и Бейлизе просто нет единого стандарта и в разных регионах стран напряжение в сети может быть 115, 127 или 220 В частотой 60 Гц. И даже один и тот же населенный пункт может питаться сразу от нескольких разных подстанций, в результате даже в соседних домах характеристики тока могут полностью отличаться.

Карибский остров Бонайре и африканская Ливия используют напряжение сети 127 В при частоте 50 Гц. Остров Барбадос – 115 В частотой 50 Гц, а острова Сент-Китс и Невис – 110 и 230 В частотой 60 Гц.

В африканской Либерии одновременно используется 120 и 240 В при частоте 50 Гц.

Наряду с напряжением сети 220 В используют также напряжение 127 В частотой 50 Гц в Марокко, Монако, на Мадагаскаре и Нидерландских Антильских островах, а с частотой 60 Гц – в Саудовской Аравии.

На островах Ямайке и Таити параметры тока в бытовых сетях могут быть и 110, и 220 В, при этом частота на Ямайке – 50 Гц, а на Таити встречается как 50, так и 60 Гц.

В Японии принято единое напряжение сети 100 В, при этом в восточных областях преобладает частота 50 Гц, а в западных – 60 Гц. Кроме того, в некоторых регионах, где сети имеют частоту 60 Гц, есть большие городские районы с питанием 220 В, хотя в целом правила обустройства электроустановок близки к североамериканским.

В Южной Корее, Перу и Филиппинах используется напряжение 220 В с частотой 60 Гц, на карибских островах Антигуа и Барбуда – 230 В 60 Гц, а в Гайане – 240 В 60 Гц.

Также сегодня во многих странах мира характеристики тока отличаются для местных жителей и гостей. Отели специально оборудуют собственными отдельными подстанциями с трансформаторами и розетками различных конфигураций. В основном системы адаптируют под 220 В и розетки, наиболее часто эксплуатируемые в странах с таким напряжением.