Какое напряжение в сети

Стандарты напряжения в России.

04.05.2018

«Каким должно быть напряжение в розетке домашней электросети?» – на этот вопрос большинство ошибочно ответит: «220 Вольт». Не многие знают, что введённый в 2015 году ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) устанавливает на территории Российской Федерации величину стандартного бытового напряжения не 220 В, а 230 В. В данной статье мы сделаем небольшой экскурс в историю электрического напряжения в России и выясним с чем связан переход к новой норме.

В СССР вплоть до 60-х годов XX века эталоном бытового напряжения считались 127 В. Это значение обязано своим появлением талантливому инженеру русско-польского происхождения Михаилу Доливо-Добровоольскому, разработавшему в конце XIX века трёхфазную систему передачи и распределения переменного тока, отличную от ранее предложенной Николой Тесла – двухфазной. Изначально в трехфазной системе Добровольского линейное напряжение (между двумя фазными проводниками) составляло 220 В. Фазное напряжение (между нейтральным и фазным проводником), которое мы используем в бытовых целях, меньше линейного на «корень из трёх» – соответственно для данного случая получаем указанные 127 В:

Дальнейшие развитие электротехники и появление новых электроизоляционных материалов привели к повышению указанных значений: сначала в Германии, а затем и во всей Европе был принят стандарт 380 В – для линейного напряжения и 220 В – для фазного (бытового). Сделано это было с целью экономии – при росте напряжения (с сохранением установленной мощности) в цепи снижается сила тока, что позволило использовать проводники с меньшей площадью сечения и сократить потери в кабельных линиях.

В Советском Союзе, несмотря на наличие прогрессивного стандарта 220/380 В, при реализации плана массовой электрификации, строили сети переменного тока преимущественно по устаревшей методике – на 127/220 В. Первые попытки перейти на напряжение европейского образца были предприняты в нашей стране ещё в 30-х годах XX века. Однако массовый переход был начат лишь в послевоенное время, его причиной стала возрастающая нагрузка на энергосистему, которая поставила инженеров перед выбором – либо увеличивать толщину кабельных линий, либо повышать номинальное напряжение. В итоге остановились на втором варианте. Определённую роль в этом сыграл не только фактор экономии материалов, но и привлечение к работе немецких специалистов, имевших прикладной опыт использования электрической энергии с напряжением 220/380 В.

Переход растянулся на десятилетия: новые подстанции строили уже под номинал 220/380 В, а большинство старых переводили лишь после плановой замены отслуживших свой срок трансформаторов. Поэтому в СССР долгое время параллельно сосуществовали два стандарта для сетей общего пользования – 127/220 В и 220/380 В. Окончательное переключение на 220 В некоторых однофазных потребителей, по свидетельствам очевидцев, произошло только в конце 80-х — начале 90-х годов.

Потребление электрического тока постоянно росло и в конце ХХ века в Европе было принято решение о дальнейшем увеличении номинальных напряжений в трехфазной системе переменного тока: линейного с 380 В до 400 В и, как следствие, фазного с 220 В до 230 В. Это позволило повысить пропускную способность существующих цепей питания и избежать массовой прокладки новых кабельных линий.

В целях унификации параметров электрических сетей новые общеевропейские стандарты были предложены Международной электротехнической комиссией и другим странам мира. Российская Федерация согласилась их принять и разработала ГОСТ 29322-92, предписывающий электроснабжающим организациям перейти на 230 В к 2003 году. ГОСТ 29322-2014, как уже выше упоминалось, устанавливает значение номинального напряжения между фазой и нейтралью в трехфазной четырехпроводной или трехпроводной системе равным 230 В, однако допускает применение и систем с 220 В.

Стоит отметить, что не все страны перешли на общий стандарт напряжения. Например, в США установленное напряжение однофазной бытовой сети – 120 В, при этом к большинству жилых домов подводятся не фаза и нейтраль, а нейтраль и две фазы, позволяющие в случае необходимости запитать мощных потребителей линейным напряжением. Кроме того, в Соединённых Штатах отлична и частота – 60 Гц, в то время как общеевропейский стандарт – 50 Гц.

Вернёмся к отечественным электросетям. Пятипроцентное изменение их номинала не должно сказаться на функционировании привычных бытовых электроприборов, так как они имеют определённый диапазон допустимых значений питающего напряжения. Обе величины – 220 и 230 В, в большинстве случаев, входят в этот диапазон. Однако определённые трудности при переходе на европейские стандарты всё-таки могут возникнуть. Они, в первую очередь, коснутся работы осветительного оборудования с лампами накаливания, рассчитанными на 220 В. Увеличение входного напряжения вызовет перенакал вольфрамовой нити, что негативно скажется на её долговечности – такие лампы будут чаще перегорать. Поэтому покупателям следует быть внимательнее и выбирать электролампы, допускающие включение в сеть 230 В (номинальное напряжение обычно указывается в маркировке прибора).

В заключение следует сказать, что различные нештатные ситуации, возникающие в отечественных электросетях (резкие перепады напряжения или прекращение подачи электричества), представляют для электрооборудования намного большую опасность, чем плановый переход на европейские стандарты электропитания. Кроме того, энергоснабжающие компании часто не соблюдают требования к качеству электроэнергии, допуская сильные отклонения от установленных номинальных значений.

Защитить современную технику от пагубных влияний различных сетевых колебаний могут специальные устройства – стабилизаторы напряжения и источники бесперебойного питания. Группа компаний «Штиль» выпускает данное оборудование с различными значения выходного напряжения: 220 В, 230 В или 240 В.

Подробнее о стабилизаторах напряжения «Штиль»:

Инверторные стабилизаторы напряжения «Штиль». Модельный ряд.

Электрическое напряжение

У этого термина существуют и другие значения, см. Напряжение.

Напряже́ние

U, V

Размерность

Единицы измерения

СИ

вольт

Классическая электродинамика

Электричество · Магнетизм

Ковариантная формулировка

См. также: Портал:Физика

Электрическое напряжение
Сила тока
Электрическая мощность

Электрическое сопротивление

Электри́ческое напряже́ние между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля (включающего сторонние поля), совершаемой при переносе единичного пробного электрического заряда из точки A в точку B.

При этом считается, что перенос пробного заряда не изменяет распределения зарядов на источниках поля (по определению пробного заряда). Напряжение в общем случае формируется из вкладов двух работ: работы электрических сил A A B e l {\displaystyle A_{AB}^{el}} и работы сторонних сил A A B e x {\displaystyle A_{AB}^{ex}} . Если на участке цепи не действуют сторонние силы (то есть A A B e x = 0 {\displaystyle A_{AB}^{ex}=0} ), работа по перемещению включает только работу потенциального электрического поля A A B e l {\displaystyle A_{AB}^{el}} (которая не зависит от пути, по которому перемещается заряд), и электрическое напряжение U A B {\displaystyle U_{AB}} между точками A и B совпадает с разностью потенциалов между этими точками (поскольку φ A − φ B = A A B e l / q {\displaystyle \varphi _{A}-\varphi _{B}=A_{AB}^{el}/q} ). В общем случае напряжение U A B {\displaystyle U_{AB}} между точками A и B отличается от разницы потенциалов между этими точками на работу сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда. Эту работу называют электродвижущей силой E A B {\displaystyle {\mathcal {E}}_{AB}} на данном участке цепи: E A B = A A B e x / q . {\displaystyle {\mathcal {E}}_{AB}=A_{AB}^{ex}/q.}

U A B = φ A − φ B + E A B . {\displaystyle U_{AB}=\varphi _{A}-\varphi _{B}+{\mathcal {E}}_{AB}.}

Определение электрического напряжения можно записать в другой форме. Для этого нужно представить работу A A B e f {\displaystyle A_{AB}^{ef}} как интеграл вдоль траектории L, проложенной из точки A в точку B.

U A B = ∫ L E → e f d l → {\displaystyle U_{AB}=\int \limits _{L}{\vec {E}}_{ef}d{\vec {l}}} — интеграл от проекции эффективной напряжённости поля E → e f {\displaystyle {\vec {E}}_{ef}} (включающего сторонние поля) на касательную к траектории L, направление которой в каждой точке траектории совпадает с направлением вектора d l → {\displaystyle d{\vec {l}}} в данной точке. В электростатическом поле, когда сторонних сил нет, значение этого интеграла не зависит от пути интегрирования и совпадает с разностью потенциалов.

Размерность электрического напряжения в Международной системе величин (англ. International System of Quantities, ISQ), на которой основана Международная система единиц (СИ), — L2MT-3I-1. Единицей измерения напряжения в СИ является вольт (русское обозначение: В; международное: V).

Понятие напряжение ввёл Георг Ом в работе 1827 года, в которой предлагалась гидродинамическая модель электрического тока для объяснения открытого им в 1826 году эмпирического закона Ома: U = I R {\displaystyle U\!=IR} .

Напряжение в цепях переменного тока

См. также: Сетевое напряжениеНе прикасаться, корпус под напряжением. Запрещающий знак, Германия.

Для описания цепей переменного тока применяются следующие напряжения:

  • мгновенное напряжение;
  • амплитудное значение напряжения;
  • среднее значение напряжения;
  • среднеквадратическое значение напряжения;
  • средневыпрямленное значение напряжения.

Мгновенное напряжение есть разность потенциалов между двумя точками, измеренная в данный момент времени. Зависит от времени (является функцией времени):

u = u ( t ) . {\displaystyle u=u(t).}

Амплитудное значение напряжения есть максимальное по модулю значение мгновенного напряжения за весь период колебаний:

U M = max ( | u ( t ) | ) . {\displaystyle U_{M}=\max(|u(t)|).}

Для гармонических (синусоидальных) колебаний напряжения мгновенное значение напряжения выражается как:

u ( t ) = U M sin ⁡ ( ω t + ϕ ) . {\displaystyle u(t)=U_{M}\sin(\omega t+\phi ).}

Для сети переменного синусоидального напряжения со среднеквадратическим значением 220 В амплитудное напряжение равно приблизительно 311,127 В.

Амплитудное напряжение можно измерить с помощью осциллографа.

Среднее значение напряжения (постоянная составляющая напряжения) есть напряжение, определяемое за весь период колебаний, как:

U m = 1 T ∫ 0 T u ( t ) d t . {\displaystyle U_{m}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}u(t)dt.}

Для синусоиды среднее значение напряжения равно нулю.

Среднеквадратическое значение напряжения (устаревшие наименования: действующее, эффективное) есть напряжение, определяемое за весь период колебаний, как:

U q = 1 T ∫ 0 T u 2 ( t ) d t . {\displaystyle U_{q}={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}u^{2}(t)dt}}.}

Среднеквадратическое значение напряжения наиболее удобно для практических расчётов, так как на линейной активной нагрузке оно совершает ту же работу (например, лампа накаливания имеет ту же яркость свечения, нагревательный элемент выделяет столько же тепла), что и равное ему постоянное напряжение.

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

U q = 1 2 U M ≈ 0 , 707 U M ; U M = 2 U q ≈ 1 , 414 U q . {\displaystyle U_{q}={1 \over {\sqrt {2}}}U_{M}\approx 0,707U_{M};\qquad U_{M}={\sqrt {2}}U_{q}\approx 1,414U_{q}.}

В технике и быту при использовании переменного тока под термином «напряжение» имеется в виду именно среднеквадратическое значение напряжения, и все вольтметры проградуированы, исходя из его определения. Однако конструктивно большинство приборов фактически измеряют не среднеквадратическое, а средневыпрямленное (см. ниже) значение напряжения, поэтому для несинусоидального сигнала их показания могут отличаться от истинного значения.

Средневыпрямленное значение напряжения есть среднее значение модуля напряжения:

U m = 1 T ∫ 0 T | u ( t ) | d t . {\displaystyle U_{m}={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}|u(t)|dt.} См. также: Выпрямитель

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

U m = 2 π U M ( ≈ 0 , 637 U M ) = 2 2 π U q ( ≈ 0 , 9 U q ) . {\displaystyle U_{m}={2 \over \pi }U_{M}(\approx 0,637U_{M})={2{\sqrt {2}} \over \pi }U_{q}(\approx 0,9U_{q}).}

На практике используется редко, однако большинство вольтметров переменного тока (те, в которых ток перед измерением выпрямляется) фактически измеряют именно эту величину, хотя их шкала и проградуирована по среднеквадратическим значениям.

Характерные значения и стандарты

Объект Тип напряжения Значение (на вводе потребителя) Значение (на выходе источника)
Электрокардиограмма Импульсное 1—2 мВ
Телевизионная антенна Переменное высокочастотное 1—100 мВ
Гальванический цинковый элемент типа АА («пальчиковый») Постоянное 1,5 В
Литиевый гальванический элемент Постоянное 3—3,5 В (в исполнении пальчикового элемента, на примере Varta Professional Lithium, AA)
Логические сигналы компьютерных компонентов Импульсное 3,3 В; 5 В
Батарейка типа 6F22 («Крона») Постоянное 9 В
Силовое питание компьютерных компонентов Постоянное 5 В, 12 В
Электрооборудование автомобилей Постоянное 12/24 В
Блок питания ноутбука и жидкокристаллических мониторов Постоянное 19 В
Сеть «безопасного» пониженного напряжения для работы в опасных условиях Переменное 36—42 В
Напряжение наиболее стабильного горения свечи Яблочкова Постоянное 55 В
Напряжение в телефонной линии (при опущенной трубке) Постоянное 60 В
Напряжение в электросети Японии Переменное трёхфазное 100/172 В
Напряжение в домашних электросетях США Переменное трёхфазное 120 В / 240 В (сплит-фаза)
Напряжение в бытовых электросетях России Переменное трёхфазное 220/380 В 230/400 В
Разряд электрического ската Постоянное до 200—250 В
Контактная сеть трамвая и троллейбуса Постоянное 550 В 600 В
Разряд электрического угря Постоянное до 650 В
Контактная сеть метрополитена Постоянное 750 В 825 В
Контактная сеть электрифицированной железной дороги (Россия, постоянный ток) Постоянное 3 кВ 3,3 кВ
Распределительная воздушная линия электропередачи небольшой мощности Переменное трёхфазное 6—20 кВ 6,6—22 кВ
Генераторы электростанций, мощные электродвигатели Переменное трёхфазное 10—35 кВ
На аноде кинескопа Постоянное 7—30 кВ
Статическое электричество Постоянное 1—100 кВ
На свече зажигания автомобиля Импульсное 10—25 кВ
Контактная сеть электрифицированной железной дороги (Россия, переменный ток) Переменное 25 кВ 27,5 кВ
Пробой воздуха на расстоянии 1 см 10—20 кВ
Катушка Румкорфа Импульсное до 50 кВ
Пробой слоя трансформаторного масла толщиной 1 см 100—200 кВ
Воздушная линия электропередачи большой мощности Переменное трёхфазное 35 кВ, 110 кВ, 220 кВ, 330 кВ 38 кВ, 120 кВ, 240 кВ, 360 кВ
Электрофорная машина Постоянное 50—500 кВ
Воздушная линия электропередачи сверхвысокого напряжения (межсистемные) Переменное трёхфазное 500 кВ, 750 кВ, 1150 кВ 545 кВ, 800 кВ, 1250 кВ
Трансформатор Тесла Импульсное высокочастотное до нескольких МВ
Генератор Ван де Граафа Постоянное до 7 МВ
Грозовое облако Постоянное От 2 до 10 ГВ

> См. также

  • Источник напряжения
  • Список параметров напряжения и силы электрического тока
  • Закон Пашена

силовое напряжение

Смотреть что такое «силовое напряжение» в других словарях:

  • Электрическое напряжение — У этого термина существуют и другие значения, см. Напряжение. Напряжение Единицы измерения СИ вольт Электрическое напряжение между точками A и … Википедия

  • Никонова, Виктория Павловна — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Никонова. Виктория Никонова … Википедия

  • ВОЗМОЖНОСТЬ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТЬ — основополагающие философские и богословские категории, обнаруживаемые уже в первых попытках познания Бога, мира и человека в культуре разных народов. Специальному анализу категории В. и д. были подвергнуты в античной философии. Лат. actus et… … Православная энциклопедия

  • Электропоезд ЭР2 — ЭР2 ЭР2 1290 «Карелия» на станции Невская Дубровка Основные данные … Википедия

  • ЭР2 — 1290 «Карелия … Википедия

  • Поезд спутник — Электропоезд ЭР2 ЭР2 1290 «Карелия» на станции Невская Дубровка В эксплуатации с 1962 Производитель Рижский вагоностроительный, Рижский электромашиностроительный, Калининский вагоностроительный Серия … Википедия

  • ЭС2 — Электропоезд ЭР2 ЭР2 1290 «Карелия» на станции Невская Дубровка В эксплуатации с 1962 Производитель Рижский вагоностроительный, Рижский электромашиностроительный, Калининский вагоностроительный Серия … Википедия

  • Электропоезд ЭМ4 — Электропоезд ЭР2 ЭР2 1290 «Карелия» на станции Невская Дубровка В эксплуатации с 1962 Производитель Рижский вагоностроительный, Рижский электромашиностроительный, Калининский вагоностроительный Серия … Википедия

  • ЭМ4 — Электропоезд ЭР2 ЭР2 1290 «Карелия» на станции Невская Дубровка В эксплуатации с 1962 Производитель Рижский вагоностроительный, Рижский электромашиностроительный, Калининский вагоностроительный Серия … Википедия

  • ЭМ-4 — Электропоезд ЭР2 ЭР2 1290 «Карелия» на станции Невская Дубровка В эксплуатации с 1962 Производитель Рижский вагоностроительный, Рижский электромашиностроительный, Калининский вагоностроительный Серия … Википедия

  • ЭМ4 «Спутник» — Электропоезд ЭР2 ЭР2 1290 «Карелия» на станции Невская Дубровка В эксплуатации с 1962 Производитель Рижский вагоностроительный, Рижский электромашиностроительный, Калининский вагоностроительный Серия … Википедия

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *