Різні країни з різною напругою у мережі

Посилання на сторінку сайту Магазину Gtest(R) з номенклатурою мультиметрів, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цієї Розділу

Ще на початку 20 століття Едісон багато експериментував, щоб знайти «золоту середину» напруги для ламп розжарювання. Тобто найбільша кількість люменів проти терміну служби нитки розжарювання. Він зупинився на 110 вольтах як на кращому компромісі з огляду на тодішній сучасний стан конструкції нитки розжарювання. 60-цикловий змінний струм був визначений Теслой як потрібна швидкість для асинхронних двигунів. Крім того, в 1890 було вирішено, що дугові лампи працюють краще, використовуючи 60 циклів замість нижчих частот. На початку 1970-х років електротехнічна промисловість у США підняла напругу до 120/240 вольт, зі 110/220 вольт у США. Можливо, це було зроблено для того, щоб пристосуватися до споживання електроенергії, що зростає споживачами.

Більш висока напруга дозволяє використовувати дроти меншого розміру для тієї ж потужності (ват), оскільки ват дорівнює вольтам, помноженим на ампери, можна подвоїти напругу, як у Європі, і споживати половину сили струму, щоб отримати ту ж потужність. Це дозволяє використовувати дроти меншого розміру.

Нагрів проводів обумовлений низкою факторів, таких як:

1. Тип дроту, наприклад, мідний або алюмінієвий.

2. Розмір дроту, наприклад, № 12 або № 14.

3. Число ампер, що протікають по дроту.

4. Ізоляція, що покриває провід.

5. Повітряний потік навколо дроту.

6. Температура довкілля.

Попри інтуїцію, у цьому прикладі більший розмір дроту — № 12, а не 14. № 10 більше, ніж № 12.

Вища напруга не викликає безпосереднього нагрівання, на відміну від вищої сили струму, за інших рівних умов.

Таким чином, використовуючи більш високу напругу, можна зменшити переріз проводу при тій же величині потужності, що передається (ват).

Інший приклад — при передачі великої кількості енергії на великі відстані, як це роблять енергетичні компанії, напруга є надзвичайно високою, наприклад, сотні тисяч вольт, що дозволяє енергетичним компаніям використовувати кабелі меншого розміру. Оскільки теплові втрати в провідниках переважно залежать від АМПЕРА, більш висока напруга знижує втрати в лінії. Є й інші фактори, які слід враховувати, такі як втрати на корону (іонізацію повітря) при використанні надзвичайно високої напруги. Повітря фактично починає проводити електрику.

Європа, спостерігаючи за розвитком електротехніки в США, подвоїла 110/220 вольт до 220/240, щоб зменшити розмір дротів і, отже, витрати на електропроводку. Європа, вивчивши плюси та мінуси 60 циклів та струму 110/240 В, вирішила, що 50 циклів та 220 В вольт більш рентабельні, ніж система США. Вони також вибрали 50 циклів замість 60 циклів, тому що генерація струму 50 циклів допускала повільніші швидкості первинного двигуна, такі як швидкість дизельного двигуна, швидкість турбіни і т. д., що зменшувало знос обладнання.

З точки зору використання, різниця між 50 циклами та 60 циклами невелика. Шість із одного і півдюжини з іншого. Однак, нижчі частоти вимагають трохи більше трансформаторного заліза, тому були потрібні трохи важчі розміри трансформатора, що, мабуть, компенсувалося зниженням витрат на проводку. Крім того, менші розміри проводів знижують витрати на встановлення, оскільки менший провід простіше в установці.

Іншим фактором при передачі потужності на великі відстані, як в електромережі, є те, що більш високі частоти викликають великі втрати в лінії через зростання впливу індуктивності і ємності. На вищих частотах слід враховувати скін-ефект. При 50-60 циклах скін-ефект незначно впливає на провідники.

Як тільки ми дістаємося радіочастот в діапазоні кілогерц, починає мати значення скін-ефект. Скін-ефект обумовлений вихровими струмами в кабелі, які викликані індуктивністю змінного струму, що «підштовхує» струм до поверхні провідника, що ефективно зменшує площу поперечного перерізу провідника, що збільшує опір.

Комерційні літаки використовують 400 циклів, оскільки економія ваги на літаках важлива, а менші бортові трансформатори та електрообладнання заощаджують вагу. Розмір трансформаторів обернено пропорційний використовуваній частоті. Тому в системах з більш високою частотою можна використовувати менші та легші трансформатори.

І, як уже зазначалося, щойно інфраструктура буде налаштована на конкретні напруги та частоти, витрати на перехід з одного стандарту на інший стануть непотрібними та непомірно високими.

Працювати з напругою 240 вольт небезпечніше, ніж зі 120 вольтами, тому що при заданому опорі, наприклад опорі людського тіла, сила струму, що проходить через тіло, буде вищою. Тіло чутливе до струму (амперів), що проходить через нього, особливо через серце. Тривалий струм силою близько 30–50 міліампер уб'є більшість людей через електричні перешкоди серцевому ритму.

Люди запитують, що небезпечніший, змінний чи постійний струм? Змінний струм порушує серцевий ритм і може спричинити фібриляцію шлуночків серця, яка, якщо її не лікувати негайно, призведе до смерті. Знаки попередження про високу напругу мають на увазі, що висока напруга вбиває. Насправді вбиває сила струму, але напруга штовхає ампери, тому попередження про високу напругу насправді означають, що напруга досить високо, щоб проштовхнути достатньо ампер, щоб убити вас. Для смерті не потрібно великої сили струму через груди, 10 мА часто досить.

Постійний струм має тенденцію змушувати м'язи хапатися за провідник, тому жертва не може його відпустити. Ефект нагрівання через опір тіла є важливим фактором при ударах постійним струмом.

Коли я служив на флоті помічником електрика, корабельне харчування вироблялося на 450 вольт 60 циклів і досі на багатьох кораблях ВМФ. Нас часто попереджали, що 120 вольт — це «смертельний корабельний товариш», можливо тому, що електрики вважали 120 вольт безпечнішими, ніж 450 вольт, і були безтурботнішими. Я бачив спалахи дуги в 450 вольт, і скажу вам, спалахи дуги ВРАЖАЮЧІ і небезпечні.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник мультиметрів до України: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry