Стандарти напруги та частот у різних країнах світу

У світі найбільш поширені два основні стандарти напруги та частоти. Це американський стандарт 100-127 вольт 60 герц та європейський стандарт 220-240 вольт 50 герц.

Більшість країн світу прийняли один із цих двох стандартів, хоча зустрічаються також перехідні та унікальні стандарти.

Американський стандарт

Американський стандарт пов’язаний з ім’ям винахідника та підприємця Томаса Едісона.

Томас Едісон

Саме йому перші електричні мережі США зобов’язані своєю напругою у 110 вольт. У 1880 році Едісон запропонував та запатентував трипровідну електричну мережу постійного струму, у якій було два дроти +110 і -110 В, а також заземлений нейтральний провід. Така мережа вільно живила лампу розжарювання з вугільною ниткою, для роботи якої потрібно було 100 В, а 10% Едісон заклав, враховуючи втрати при русі струму у дроті. Саме тому робоча напруга першої електростанції Едісона була 110 вольт.

У січні 1882 року Едісон запускає першу електростанцію в Лондоні, а кількома місяцями пізніше – на Мангеттені. До 1887 року у США існувало більше сотні електростанцій постійного струму, які працювали на трипровідній системі Едісона.

З того часу і почав працювати стандарт мереж 100-127 В, а у США закріпилася трипровідна мережа.

Джордж Вестінгауз

Система Едісона передбачала живлення від однієї теплової електростанції з генератором постійного струму та супроводжувалася великою втратою потужності у проводах. Так, 10 з 110 вольт просто зникали у процесі передачі, розсіюючись у проводах у формі тепла за законом Джоуля-Ленца. Виявивши це, компанія іншого американського вченого-інженера та успішного підприємця Джорджа Вестінгауза у 1886 році розробила альтернативну систему передачі електроенергії – систему змінного струму. Ця система передбачала використання високої напруги у системах змінного струму, застосовуючи для зниження напруги трансформатори і дозволила застосовувати змінний струм для побутових споживачів. З того моменту розпочалась низка подій, що увійшла в історію як «війна струмів», з якої, в результаті, переможцем вийшов змінний струм, а постійний струм Едісона програв.

Застосування високої напруги у системах змінного струму дозволило передавати енергію на сотні кілометрів високовольтними магістральними лініями від великих електростанцій і забезпечити електропостачання цілих міст та віддалених районів країни.

На сьогоднішній день у Північній Америці типовою системою живлення електроустановок будівель є трифазна система електропостачання, що працює від змінного струму із заземленням, яка, по суті, є еквівалентом оригінальної трипровідної системи постійного струму Едісона. Вона поширена для живлення житлових та невеликих комерційних приміщень.

У приміщення подаються дві лінії змінного струму 120 В, які не збігаються по фазі на 180 градусів одна з одною і нейтральний провід, що підключається до заземлення на центральному відводі понижуючого трансформатора. Таким чином до американських будинків підводяться три дроти – дві фази та нуль. Два дроти від різних «плечей» низьковольтної обмотки трансформатора, і один – від «заземленого» середнього відведення низьковольтної обмотки трансформатора. В результаті маємо два ланцюги, що працюють у протифазі, та дозволяють отримати 240 В і підключати прилади, розраховані як на 100-127, так і на 200-240 В.

У ланцюгах освітлення, для розеток невеликих електроприладів та інших малопотужних споживачів використовуються ланцюги 120 В – вони підключаються між однією з ліній та нейтраллю за допомогою однополюсного автоматичного вимикача. А для живлення кондиціонерів, варильних панелей, пральних машин, обігрівачів, бойлерів та інших потужних споживачів використовується живлення від ланцюгів 240 В змінного струму, що підключаються між двома лініями змінного струму на 120 В.

Слід зазначити, що при тій же споживаній потужності використання нижчої напруги призводить до споживання приладом більшого струму і збільшення втрат при передачі енергії. Саме тому в країнах, де номінальна напруга становить 100-127 В часто відмовляються від розподільних мереж низької напруги, а середня напруга (5-15 кВ) перетворюється на низьку максимально близько до споживача. З цієї причини в США для кожного будинку (висотного або приватного) встановлюється окрема компактна електрична підстанція (англ. pole pig), що складається з розподільних трансформаторів, які забезпечують остаточне перетворення напруги в розподільній електричній системі до рівня, що використовується споживачами.

На сьогоднішній день основна напруга мережі у Сполучених Штатах становить 120 В (від 114 до 126 В), а загальноприйнята частота змінного струму – 60 Гц.

Європейський стандарт

У Європі, на відміну від США, стандарт 220 вольт виник відразу, що було пов’язано з широким використанням мереж змінного струму.

Нікола Тесла

Масова електрифікація Європейського континенту розпочалася з винаходом Нікола Тесла у 1883 році асинхронного двигуна змінного струму та появою ламп розжарювання з металевою ниткою. Використання ламп з металевою ниткою замість вугільної вимагало подвоїти напругу. Спочатку 220 вольт отримували шляхом паралельного з’єднання двох ліній по 110 вольт. Однак це було нетехнологічно і економічно невигідно. Тож згодом почали використовувати тільки один кабель або дріт, який одразу підводив до споживачів необхідні 220 В.

Першим містом електрифікованим за «новою» схемою став Берлін. В результаті застосування стандарту 220 В втрати у потужності при передачі електроенергії скоротилися аж на 75%! Так і почали з’являтися мережі з напругою 220 вольт. Слід зазначити, що існувала думка спробувати ще більший вольтаж, проте від неї все ж відмовилися, оскільки загроза для людського життя зростала пропорційно напрузі.

У Радянському Союзі, як і в США, тривалий час застосовувалося напруга 100-127 В. Однак у середині 60-х років зі збільшенням кількості споживачів мережа почала не справлятися. Необхідно було або збільшувати переріз дротів, або підвищувати напругу в мережі до 220 В. Економічно вигіднішим було використання більш високої напруги. Це дозволило знизити витрати на матеріали дротів, оскільки сила струму при збільшенні напруги та збереженні тієї ж потужності зменшується, тож відповідно, площу перерізу дроту теж можна зменшити.

Перехід на 220 вольт у Радянському Союзі відбувався безсистемно. Трансформатори, що відслужили свій термін, на підстанціях замінювали на нові і відразу встановлювали з вихідною напругою 220 вольт замість 110-127 вольт.

Наступна глобальна електрифікація країни призвела до того, що стандарт 220 50 Гц став поширений у всіх країнах пострадянського простору.

На сьогоднішній день напруга в електричній мережі в Європі варіюється від 220 до 240 В. А у більшості країн Європи напруга мережі становить 230 В частотою 50 Гц.

В Україні, Росії, Латвії, Литві та Естонії стандартною напругою в мережі також є напруга 230 В. Зміна стандартної напруги 220 на 230 В була проведена з метою повної відповідності європейським стандартам якості електроенергії. При цьому електричне обладнання, що випускається у зазначених країнах, має нормально працювати при напрузі і 220, і 230 В.

Аналізуючи вищевикладене, може виникнути доцільне питання: якщо більш висока напруга в мережі знижує втрати при передачі електроенергії, дозволяє зменшити витрати на матеріали проводів, використовувати електроприлади з більшою потужністю і в цілому є економічно вигіднішою чому ж тоді США та інші країни не перейшли на «європейський стандарт»? Відповідь проста – перехід на іншу напругу в масштабах країни вимагає величезних фінансових витрат на переобладнання і переоснащення трансформаторних підстанцій та інших електроустановок, а також заміну розеток та вилок. При тому, що дорожнеча заходу є основною причиною відсутності єдиного стандарту напруги мережі у світі, потрібно також відзначити й інші фактори. Зокрема, мережа 110-127 В дозволяє обмежувати імпорт техніки і стимулювати використання пристроїв вітчизняного виробництва, а також є більш безпечною для людини адже ураження електричним струмом при 110 В набагато слабше, ніж при 220 В.

Інші стандарти

На сьогодні більшість країн світу прийняли європейський стандарт напруги в мережі. Американський стандарт закріпився в США, Канаді, Американському Самоа, Мексиці, на островах Мікронезії, у більшості країн Центральної Америки: Гватемалі, Гондурасі, Коста-Ріці, Нікарагуа, Панамі та Сальвадорі, островах Карибського моря та прилеглих островах: Арубі, Гаїті та Домініканській республіці, Кайманових островах, Кубі, Пуерто-Ріко, Тринідад і Тобаго, Ангільї, Бермудських, Віргінських та Багамських островах. А також у низці країн Південної Америки – Венесуелі, Колумбії, Суринам, Еквадорі.

При цьому у світі залишається чимало місць з різними варіаціями напруги та частоти, які не вкладаються у жодні рамки. Приміром, у Бразилії та Бейлізі просто немає єдиного стандарту і в різних регіонах країн напруга в мережі може бути 115, 127 або 220 В частотою 60 Гц. І навіть один і той самий населений пункт може бути підживлений відразу від декількох різних підстанцій, в результаті навіть у сусідніх будинках характеристики струму можуть цілком відрізнятися.

Карибський острів Бонайре та африканська Лівія використовують напругу мережі 127 В при частоті 50 Гц. Острів Барбадос – 115 В частотою 50 Гц, а острови Сент-Кітс та Невіс – 110 та 230 В частотою 60 Гц.

В африканській Ліберії одночасно використовується 120 і 240 В при частоті 50 Гц.

Поряд із напругою мережі 220 В використовують також напругу 127 В частотою 50 Гц у Марокко, Монако, на Мадагаскарі та Нідерландських Антильських островах, а з частотою 60 Гц – у Саудівській Аравії.

На островах Ямайці і Таїті параметри струму у побутових мережах можуть бути і 110, і 220 В при цьому частота на Ямайці – 50 Гц, а на Таїті зустрічається як 50, так і 60 Гц.

У Японії прийнято єдину напругу мережі 100 В при цьому у східних областях переважає частота 50 Гц, а у західних – 60 Гц. Крім того, у деяких регіонах, де мережі мають частоту 60 Гц, є великі міські райони з живленням 220 В, хоча загалом правила облаштування електроустановок близькі до північноамериканських.

У Південній Кореї, Перу та Філіппінах використовується напруга 220 В з частотою 60 Гц, на карибських островах Антигуа та Барбуда – 230 В 60 Гц, а в Гайані – 240 В 60 Гц.

Також сьогодні у багатьох країнах світу характеристики струму відрізняються для місцевих жителів та гостей. Готелі навмисне обладнують своїми окремими підстанціями з трансформаторами та розетками різних конфігурацій. Здебільшого системи адаптують під 220 В та розетки, які найчастіше експлуатуються у країнах з такою напругою.

Довговічна робота електроприладів та оптимальна величина напруги в побутовій мережі

Якість електропостачання характеризується кількома критеріями. У тому числі одне з найважливіших – рівень напруги. Побутові електроприлади розраховані на тривалу роботу, в рамках офіційного терміну експлуатації, за наявності в мережі напруги, що характеризується певними допустимими значеннями. Яка ж напруга в побутовій мережі є оптимальною?

Рівень напруги

Зазначимо, що на цей показник впливають багато факторів. Так, сама електрика від електростанції до кінцевого споживача проходить кілька стадій перетворення. Наприклад, для початку величину напруги підвищують для того, щоб передати його на великі відстані електросистемою. Далі його величини перетворять до тих значень, які можуть використовуватися в побутових цілях.
Неможливо забезпечити якусь одну, фіксовану напругу на різних ділянках енергосистеми, при проходженні електрики. Так, тут відбуваються різні процеси, такі як збільшення та зниження навантаження. Як результат, змінюється кількість електроенергії, що виробляється на електростанціях, можуть виникати непередбачені аварійні ситуації на різних відрізках шляху. Звичайно, ці та інші фактори впливають на рівні напруги. Щоб це мінімізувати, у місцях перетворення напруги використовуються спеціальні механізми регулювання рівня напруги – зменшуючи чи збільшуючи її, потрапляю у потрібні рамки допустимих значень. Кінцевий етап вимагає зниження напруги до величин, які можуть використовуватись у побуті, тобто 220 або 380 Вольт.
Найчастіше використовується напруга 220 Вольт і його допустимі відхилення коливаються в межах плюс/мінус 5 % (тобто нормою будуть значення 209-231 В). У разі виникнення аварійних ситуацій та режимів роботи допускається ще одна норма, де допустиме відхилення становить не більше плюс/мінус 10 % від основної норми (198-242 В). Такі показники є короткочасними і, по суті, допускаються на час усунення проблеми.

Оптимальна напруга для роботи електроприладів у побутовій мережі

Вище ми торкнулися теми загальних норм напруги електромережі. У більшості випадків їхнє нормальне функціонування розраховане на гранично допустимі відхилення напруги (18-242 В). Зазначимо, що електричний пристрій не повинен виходити з ладу при нетривалому підвищенні напруги вище 242 В.
При більш детальному розгляді паспорта приладів побутового призначення можна виділити дві групи. Перша – найменше схильна до впливу перепадів напруги. Наприклад, бойлер, холодильник, електрочайник, свч-піч, електроконвектор та інші прилади, де основним елементом дії є нагрівальний елемент. Друга група – це, відповідно, ті пристрої та прилади, які піддаються різким змінам напруги. До них можна віднести комп’ютери, оргтехніку, аудіо- та відеотехніку, інші електроприлади, де присутні і є основними складні електронні схеми та перетворювачі.
У паспорті пристрою, що відноситься до першої групи, прописано норму робочої напруги – 220 Вольт. При цьому при нижчому показники вони працюватимуть, але з меншою ефективністю. Друга група електроприладів виконується з урахуванням роботи у широких діапазонах. Досить часто показники напруги можуть виходити за межі норми. В результаті, ми знаємо, що зарядний пристрій для телефону або блок живлення аудіоапаратури можуть функціонувати в межах 100-240 В.
В окрему групу виділяють прилади, які мають у своєму пристрої насос, компресор або електродвигун. Їх номінальна робоча напруга, як правило, становить 220-230 В. Зниження величини нижче за норму, призводить до того, що збільшується струм навантаження в двигуні, насосі або компресорі. В результаті перегрівається обмотка і знижується термін служби ізоляції. Отже, що нижча електронапруга, то менший термін служби приладів такого типу.
Враховуючи всі вищенаведені факти та нормативи, можна зробити висновок: для всіх побутових пристроїв та приладів електричного типу, найбільш оптимальною є напруга 230 В. Такий показник є загальним для будь-яких видів електроприладів, незалежно від складності пристрою, основних конструктивних елементів та призначення. Сьогодні досить часто використовують для захисту електроприладів спеціальні пристрої – реле контролю напруги.
Зазначимо, що важливим є не лише рівень напруги, а й її стабільність. Стабільність є за своєю суттю відсутність стрибків напруги у бік або зменшення або збільшення.

Яка напруга в контактній мережі електропоїзда

Калькулятор визначення вартості послуги зі стандартного приєднання електроустановок замовника до електричних мереж операторів систем розподілу

Стандартне приєднання

Це приєднання електроустановки замовника до діючих мереж оператора системи розподілу на відстань, що не перевищує 300 метрів по прямій лінії від місця забезпечення потужності до місця приєднання, яке диференціюється за ступенем потужності:

• перший ступінь – до 16 кВт включно;
• другий ступінь – від 16 кВт до 50 кВт включно.

Послуга зі стандартного приєднання електроустановок замовників до системи розподілу є платною послугою та надається оператором системи розподілу відповідно до договору про стандартне приєднання.