Сколько вольт в розетке?

Мы настолько привыкли к электричеству в быту, что, вставляя штепсельную вилку в розетку, практически не задумываемся о том, какой ток в розетке и сколько вольт в питающей фазе. И уж тем более о том, откуда появились цифры 220, 380 и 50. А история эта весьма интересна и поучительна.

Битва титанов

Пальма первенства в бытовом применении электричества принадлежит американскому изобретателю Томасу Эдисону. О том, кому принадлежат авторские права на лампу накаливания с угольными стержнями можно спорить, но вот идея использовать электричество повсеместно – как раз его. Как и знаменитый резьбовой цоколь типоразмера Е, который мы до сих пор применяем.

Во второй половине XIX века человечеству было известно только об одном типе электрического тока – постоянном. Поэтому основанная Эдисоном компания Edison Machine Works производила электрические машины – генераторы и двигатели – постоянного тока, на нем же работали и дуговые лампы, используемые для освещения.

Опытным путем было определено, что этот прибор лучше всего работает при напряжении 45 вольт, а для устойчивого горения дуги в схему требуется включить еще и балластное напряжение, гасящее пусковой ток и рассеивающее еще 20 вольт. Итого, в питающей сети должно было быть 65 вольт, но одной лампы было совершенно недостаточно для эффективного освещения. Поэтому последовательно с ней включалась еще одна. Итого в линии должно оказаться (45х2+20) 110 вольт.

Однако постоянный ток имеет свойство сильно затухать на больших расстояниях от генератора. Для расширения количества абонентов электростанции номинал генерируемого напряжения увеличили до 220 вольт и создали трехпроводную воздушную линию, состоящую из двух фазных и одного нейтрального проводника.

В 1884 году в компанию Edison Machine Works был принят мало кому на тот момент известный изобретатель Никола Тесла, эмигрант из Европы. Вот он считал, что именно переменный ток сулит большие выгоды в деле распространения электричества, чем постоянный.

Дело в том, что его генерация была связана с меньшими трудностями, а главное в том, что он поддавался трансформации (увеличению и уменьшению силы) путем использования довольно нехитрого изобретения, состоящего из двух катушек индуктивности на одном металлическом сердечнике. Тесла с Эдисоном не сошлись, что называется, характерами. В частности потому, что неизвестный никому инженер сумел значительно улучшить характеристики машин постоянного тока и предложить свои 24 варианта.

Уволенный из компании Эдисона Тесла еще три года бедствовал и жил чуть ли не на улице. До тех пор, пока благодаря меценатам (инженер Браун) не основал в 1888 году свою бизнес-структуру Tesla Electric Company, занявшуюся тем же, что и его первый работодатель, но на основе переменного тока.

И оказался более успешным, поскольку изменяющий направление движения поток электронов оказался более дешевым в производстве и легким в управлении. Благодаря ему Никола Тесла воплотил в жизнь идею-фикс Томаса Эдисона о том, что электрическая лампочка должна быть в каждом доме и стоить не дороже 2,5 цента.

Проложенные Эдисоном линии электропередач можно было не менять, поскольку генераторы переменного тока были трехфазными. А для того чтобы номинал межфазного напряжения остался теми же 220 вольтами, в каждой из них было 127 вольт – 220, поделенное на √3. Для справки: в центральных районах Нью-Йорка, в зданиях начала XX века, до сих пор работают лифты, приводимые в действие электродвигателями Эдисона, питающиеся от постоянного тока напряжением 110 вольт.

Как появились 220, 380 и 50

В нашей стране бытовое напряжение 127 вольт существовало до середины 60-х годов прошлого века. Из-за увеличения числа потребителей перед инженерами встала проблема: как увеличить подаваемую мощность без переделки линий электропередач. Чтобы не увеличивать сечение проводов, питающее напряжение подняли до 220 вольт. В результате этого межфазное стало 220∙√3=380 вольт.

Частота переменного тока в розетке так же выбиралась опытным путем. Один из отцов-основателей теории трехфазного переменного тока, русский инженер Доливо-Добровольский предложил номинал в 30-40 Гц. Оказалось, что для двигателей внутреннего сгорания (они приводили в действие генераторы) оптимальной является частота вращения коленвала, равная около 3 тыс. оборотов в минуту.

Делим это значение на 60 и получаем 50 Гц – 50 колебаний в одну секунду. Это и есть номинал промышленной частоты переменного тока в России. В других странах, например, в США, она равна 60 Гц. На меньших значениях становится заметной пульсация ламп накаливания, а при больших возрастают потери на передачу электричества.

Вместе с номиналом электрического напряжения изменилась и силовая нагрузка в цепи. До 70-х годов XX века бытовая электротехническая арматура – розетки, выключатели – была рассчитана на 5 ампер. Сейчас фаза в розетке имеет силу тока, равную 16 ампер. И минимальный номинал тока для приборов защиты – пробок, автоматических выключателей равен тому же значению.

Подробно о параметрах напряжения и частоты переменного напряжения домашней сети читайте тут.

От электростанции до бытовой розетки

Электрические линии Эдисона были не длиннее 2 миль. Изобретение Николой Тесла трехфазных генераторов переменного тока позволило передавать электричество на сотни и тысячи километров. Однако для достижения этого результата вырабатываемое напряжение должно быть в десятки тысяч раз больше, чем то, что есть в нашей бытовой розетке.

По пути от электростанции оно поддерживается и постепенно снижается, для чего используются трансформаторные станции. По своему назначению линии электропередач бывают следующих типов:

• Сверхдальние высоковольтные линии. Напряжение в них от 500 киловольт. Они используются для того, чтобы связать воедино несколько энергетических систем. В России их семь – Средней Волги, Урала, Юга, Северо-Запада, Центра, Востока и Сибири.
• Магистральные высоковольтные линии. Напряжение 220-330 кВ. Применяются для связи региональных энергетических систем (в нашей стране их 70) и электростанций внутри них.
• Распределительные высоковольтные линии. Напряжение 150, 110 и 35 кВ. Последние используются для обеспечения электричеством территориальных образований областного подчинения (районов).
• Высоковольтные линии для питания населенных пунктов и кондоминиумов. Напряжение 20, 10 и 6 киловольт. Они находятся в собственности и на обслуживании районных РЭС.
• Низковольтные линии для обеспечения электроэнергией потребителей. Те самые 380 вольт, которые вследствие применения схемы с глухозаземленной нейтралью позволяют перейти от линейного (межфазного) к фазному напряжению 220 вольт.

Энергопотребление постоянно растет. Уже сейчас многие квартиры и частные дома потребляют столько электричества, которого в середине прошлого века хватало на целую улицу. Поэтому вполне возможно, что настанет такой момент, когда бытовое напряжение станет 380 вольт.