Универсальные электроприборы, работающие в диапазоне напряжений 110 – 220 вольт
Возьмите любой ноутбук, смартфон или триммер, рассмотрите информацию, которая присутствует на зарядном устройстве или блоке питания. Вы обнаружите там диапазон допустимых напряжений электросети для безопасной работы. Ищите строку «INPUT». Обычно это 110 – 220 вольт, или же 100 – 240 вольт.
Вот стандартное зарядное устройство смартфона Samsung. В графе допустимого входного напряжения – «INPUT», указан диапазон от 100 до 240 вольт. Это означает что вы без проблем можете использовать его по всему миру.
Аналогичным образом выглядит зарядное устройство планшета Apple iPad, тот же диапазон напряжений: 100 – 240 вольт.
Или же любая электробритва, будь то Philips, Braun или Panasonic, все те же 100 – 240 вольт.
Можете не утруждать себя поисками данных о рабочих напряжениях беспроводных колонок, ноутбуков, виндеров (устройство для завода механических часов), видео и фотокамер. Всюду вы найдете универсальный рабочий диапазон напряжений.
На второй параметр, а именно частоту тока, указываемую в герцах также внимания можно не обращать, она универсальна по всему миру и составляет 50-60 герц.
Вывод? Не задумываясь вы можете приобретать мелкие электроприборы. Вы сразу сможете включить их в розетку при наличии специального переходника для вилки питания.
Почему в США напряжение 100–127 В?
Еще в 1880 году Томас Эдисон предложил и запатентовал трехпроводную электрическую сеть постоянного тока, в которой было два провода +110 и -110 В и нулевой проводник. Такая сеть свободно питала лампу накаливания. Для ее работы необходимо было 100 В, а 10% Эдисон накинул, учитывая потери при движении тока в проводе.
Со временем Джордж Вестингауз начал применять переменный ток для бытовых потребителей. С того момента началась так называемая «война токов», в которой постоянный ток Эдисона отчаянно проигрывал. В 1898 году люди начали массово переходить на применение переменного тока.
С того момента начал работать стандарт сетей в 100-127 В. В США ЭУ запитаны от переменного тока с заземлением TN-C-S. При этом одна фаза от вторичной обмотки понижающего трансформатора подается в трехпроводную сеть 120/240 В (с расчетами погрешности). Поэтому в дом к американскому жителю приходят три провода: две фазы и ноль. Между нулем и фазой напряжение 120 В — для маломощных потребителей, а между фазами — 240 В, для мощных бойлеров, варочных панелей и обогревателей.
Со временем в Европе начали использовать лампы с нитью накаливания из металла, для которой необходимо напряжение выше, чем 110 В. Так начали появляться сети с напряжением в 220 В. Потери электроэнергии в таких сетях вчетверо ниже, чем в сетях 110 В. Почему же тогда США не перешла на 220 В? Ответ кроется в экономической невыгодности таких реформ. Во-первых, сеть 110–127 В — это возможность борьбы с импортом техники, то есть американцы в большинстве своем используют устройства своего производства. Во-вторых, поражение электрическим током при 110 В гораздо слабее, чем при 220 В (многое зависит от времени воздействия тока). В-третьих, переход на «новую» сеть — это затраты миллиардов долларов на перестройку подстанций и других электроустановок.
Розетки и штепсели
В мире существует не менее 13 различных штепсельных вилок и розеток.
Тип А
Используется в Северной и Центральной Америке и в Японии.
Этот тип обозначается как Class II. Штепсельная вилка состоит из двух параллельных контактов. В японском варианте контакты одинакового размера. В американском – один конец чуть шире другого. Устройства с японской штепсельной вилкой можно использовать в американских розетках, но наоборот – не получится.
Тип В
Используется в Северной и Центральной Америке и в Японии.
Этот тип обозначается как Class I. Международное обозначение американского типа B – NEMA 5-15, канадского типа В – CS22.2, n°42 (CS = Canadian Standard). Максимальный ток – 15 А. В Америке тип В пользуется большой популярностью, в Японии он распространен значительно меньше. Нередко жители старых домов с розетками типа А, приобретая новые современные электроприборы с вилками типа В просто «откусывают» третий контакт-заземлитель.
Тип С
Используется во всех европейских странах, за исключением Великобритании, Ирландии, Кипра и Мальты.
Международное обозначение – CEE 7/16. Вилка представляет собой два контакта диаметром 4,0-4,8 мм на расстоянии 19 мм от центра. Максимальный ток – 3,5 А. Тип C – это устаревший вариант более новых типов E, F, J, K и L, которые сейчас используются в Европе. Все вилки типа С идеально подходят к новым розеткам..
Тип D
Используется в Индии, Непале, Намибии и на Шри-Ланке.
Международное обозначение – BS 546 (BS = British Standard). Представляет собой устаревшую штепсельную вилку британского образца, которая использовалась в метрополии до 1962 года. Максимальный ток – 5 А. Некоторые розетки типа D совместимы с вилками типов D и M. До сих пор розетки типа D можно встретить в старых домах Великобритании и Ирландии.
Тип Е
Используется в основном во Франции, Бельгии, Польше, Словакии, Чехии, Тунисе и Марокко.
Международное обозначение – CEE 7/7. Максимальный ток – 16 А. Тип Е немного отличается от CEE 7/4 (тип F), который распространен в Германии и других странах центральной Европы. Все вилки типа С идеально подходят к розеткам типа E.
Тип F
Используется в основном в Германии, Австрии, Нидерландах, Швеции, Норвегии, Финляндии, Португалии, Испании и странах Восточной Европы.
Международное обозначение CEE 7/4. Этот тип также известен под именем «Schuko». Максимальный ток – 16 А. Все вилки типа С идеально подходят к розеткам типа F. Этот же тип используется в России (в СССР он обозначался как ГОСТ 7396), разница лишь в том, что диаметр контактов, принятых в России, 4 мм, в то время как в Европе чаще всего используются контакты диаметром 4,8 мм. Таким образом, российские вилки легко входят в более широкие европейские розетки. А вот штепсельные вилки электронных приборов, сделанных для Европы, в российские розетки не влезают.
Тип G
Используется в Великобритании, Ирландии, Малайзии, Сингапуре, Гонконге, на Кипре и Мальте.
Международное обозначение – BS 1363 (BS = British Standard). Максимальный ток – 32 А. Туристы из Европы, посещая Великобританию, пользуются обычными адаптерами.
Тип H
Используется в Израиле.
Этот разъем обозначается символами SI 32. Штепсельная вилка типа С легко совместима с розеткой типа H.
Тип I
Используется в Австралии, Китае, Новой Зеландии, Папуа-Новой Гвинее и Аргентине.
Международное обозначение — AS 3112. Максимальный ток – 10 А. Розетки и вилки типов H и I не подходят друг к другу. Розетки и штепсели, которыми пользуются жители Австралии и Китая, хорошо подходят друг к другу.
Тип J
Используется только в Швейцарии и Лихтенштейне.
Международное обозначение – SEC 1011. Максимальный ток – 10 А. Относительно типа С, у вилки типа J есть еще один контакт, а в розетке есть еще одно отверстие. Однако штепсельные вилки типа C подходят к розеткам типа J.
Тип K
Используется только в Дании и Гренландии.
Международное обозначение — 107-2-D1. К датской розетке подходят вилки CEE 7/4 и CEE 7/7, а также розетки типа С.
Тип L
Используется только в Италии и очень редко в странах Северной Африки.
Международное обозначение – CEI 23-16/ВII. Максимальный ток – 10 А или 16 А. Все вилки типа С подходят к розеткам типа L.
Тип М
Используется в Южной Африке, Свазиленде и Лесото.
Тип М очень похож на тип D. Большинство розеток типа М совместимы со штепсельными вилками типа D.
Передача электрического тока на дальние расстояния
Итак, электрический ток мы получили. Теперь надо как-то передать его на дальние расстояния, не забывая про закон Джоуля-Ленца: Q=I2Rt . То есть нам надо каким-то чудом уменьшить силу тока, которая будет течь по проводам, так как в основном из-за нее происходят большие потери.
Для этих целей идеально подойдет трансформатор, но не простой, а трехфазный. Здесь используется замечательное свойство трансформатора: если повышаем напряжение, то понижаем силу тока, и наоборот, понижаем напряжение, увеличиваем силу тока. Поэтому, для того, чтобы передать полученную электроэнергию на дальние расстояния, нам нужно увеличить в несколько раз напряжение, тем самым мы в это же число раз уменьшим силу тока. Ниже на рисунке схема передачи электроэнергии от генератора ГЭС и до конечного потребителя, то есть для заводов, для электротранспорта и для нас с вами.
Передача электроэнергии от генератора до конечного потребителя
С ГЭС напряжение повышают до нескольких киловольт, чаще всего до 110 кВ. Все это достигается с помощью трехфазного высоковольтного повышающего трансформатора (2).
Трехфазный высоковольтный трансформатор
Далее высоковольтное напряжение идет по высоковольтной линии (3) и доходит до какого-либо города, либо райцентра.
Высоковольтная линия передачи электроэнергии
В каждом райцентре либо городе есть своя подстанция, где имеется уже свой высоковольтный понижающий трансформатор (4), который преобразует напряжение 110 кВ в 10 кВ, либо в 6 кВ (5).
Почему нельзя было сразу тянуть провода с генератора? Зачем надо было повышать, а потом снова понижать напряжение? Все опять же из за закона Джоуля-Ленца. Так как ГЭС находится на очень большом расстоянии от потребителей электроэнергии, приходится повышать напряжение, чтобы минимизировать потери на нагрев проводов. Как мы уже говорили, трансформатор повышает напряжение, но при этом уменьшает во столько же раз силу тока, поэтому потери в проводах на дальние расстояния сокращаются в разы, исходя из формулы Джоуля-Ленца Q=I2Rt.
Потом уже с подстанции напряжение расходится по трансформаторным «будкам», которые можно уже заметить в каждом районе.
Трансформатор 6 кВ в 380 В
От этих «будок» выходит после преобразования приблизительно 380 Вольт. Но здесь есть один нюанс. Везде используется три провода, а к нам в дома заходят чаще всего два провода. В чем же дело? А дело как раз в том, что есть такое понятие как линейное и фазное напряжение. Линейное напряжение замеряется между 3 проводами, по которым идут 380 В. Они называются фазами. То есть грубо говоря — это те же самые провода, которые вышли с генератора еще где-нибудь на ГЭС. Но если взять любую из фаз и замерять напряжение относительно нулевого проводника, то есть относительно нуля, то у нас будет фазное напряжение 220 В. Получается, к нам в дом заходит ОДНА фаза и НОЛЬ. Куда деваются другие фазы? Они равномерно распределяются между жильцами дома или вашего района. То есть к вашему соседу может придти другая фаза, но тот же самый ноль.
Трехфазное линия передачи электроэнергии
Переходник для вилки питания
Все без исключения электроприборы, которые продаются в Соединенных Штатах комплектуются вилкой питания с заземлением (тип B) или без оного (тип A). Первый вариант, вилка с заземлением встречается достаточно редко. Вот как они выглядят.
Вилка питания с заземляющим контактом
Вилка питания без заземляющего контакта
В Европейском Союзе, всех странах бывшего СССР, Китае, Японии, странах Африки привычной является вилка совершенно другой формы (тип C). Разница видна невооруженным, как говорится, глазом.
Вилки стандарта A (США) и C (Европа, Азия)
Решается эта проблема очень просто – путем покупки т.н. «универсального переходника». И если сетевая вилка купленного электроприбора имеет заземляющий контакт, то необходимо приобрести переходник, который подходит, как для вилок с заземляющим контактом, так и без. Если же заземляющий контакт на вилке отсутствует, то подойдет обычный переходник, без заземления.
Сетевые переходники с американской вилки шнура питания на европейскую. Для вилок без заземляющего контакта (справа) и универсальный (слева).
Переходник просто надевается на вилку и ваш электроприбор готов к работе.
Вариант покупки такого адаптера – универсальное решение. Стоит он обычно $1-2. Как правило они продаются в магазинах электротоваров. В наличии те или иные модели есть практически всегда. По отзывам многих пользователей без проблем такие переходники можно приобрести на радиорынках. Многие пользователи предпочитают приобретать их через интернет, обычно сразу по пять – десять штук, как правило покупая на китайской площадке Aliexpress.com, где они всегда продаются в широком ассортименте с бесплатной доставкой.
Но не гонитесь за дешевизной! Крайне низкая цена адаптера обычно означает приблизительно такое же качество. Крошащийся дурно пахнущий пластик, греющиеся и гнущиеся контакты, выпадающий из розетки полностью или по частям адаптер, плохо фиксирующаяся в адаптере вилка электроприбора – все это не надумано. Это реальные проблемы поджидающие вас, если решите сэкономить и купите откровенный мусор. Плюс опасность оплавления вилки, порчи электроприбора и даже возникновения пожара никто не отменял. Хороший адаптер прослужит много лет и стоит он 1-2 доллара, но никак не 10 центов.
Есть еще один вариант решения проблемы – замена на «европейский стандарт» вилки питания или всего шнура. Данная манипуляция не сложна и произвести ее можно в сервисном центре или же если вы дружите с отверткой и головой – просто дома. Единственное, что хочется отметить: при самостоятельной замене шнура или вилки рискуете испортить электроприбор и даже получить удар током, поэтому приступайте, только в том случае если на 100% уверены в себе.
Если будете менять вилку или шнур, то оптимально использовать оригинальные от другого электроприбора. Идущие «на замену» вилки и шнуры обычно очень низкого качества и с оригинальными не идут ни в какое сравнение.
Вот, например решение проблемы с вилкой питания, для полученного из США ноутбука. Оригинальный шнур (слева) отправился в мусор и просто был куплен новый шнур идущий от блока питания к розетке (справа). Это решение не самое лучшее, т.к. отдельно продающиеся шнуры, повторимся, качества, как правило низкого. Оптимально было бы купить качественный адаптер, сохранив оригинальный шнур.
Мнение специалистов
Всеобщая глобализация, охватившая мир в последние десятилетия, привела к тому, что производители бытовой техники и электроприборов стремятся приспособить свои товары к использованию абсолютно в любых условиях будь то американская глубинка или европейский город. Поэтому практически каждое новое устройство сегодня комплектуется производителем универсальными сетевыми адаптерами, блоками питания, зарядными устройствами. Это делается для того, чтобы каждый человек, оправляющийся в командировку в другое государство или на другой континент, имел возможность захватить с собой и свободно использовать в поездке необходимые ему приборы: электробритву, мобильный телефон, эпилятор, ноутбук и пр. Кроме того, узнать диапазон работы того или иного электроприбора совсем несложно. Необходимо просто внимательно изучить его свойства, указанные на наклейке на самом приборе или в инструкции к нему (как правило, такие сведения указываются в разделе «технические характеристики»). Также подробные сведения обо всех предлагаемых товарах всегда присутствуют на сайте компании-производителя. Так что даже более удобно ознакомиться со всеми характеристиками планируемой покупки еще до ее приобретения. Тогда Вы точно будете осведомлены о том, в каком диапазоне работает электроприбор. И самый простой способ выяснить все, что Вас интересует – спросить об этом продавца товара. Он обязательно даст профессиональную консультацию.
3-х фазная схема в нормальном режиме
Однако остается главный вопрос, как же это все взаимосвязано с обрывом нуля и перенапряжением в розетках? Дело в том, что напряжение изначально из трансформаторных будок ТП и КТП, выходит и приходит в щитовую дома по 3-х фазной схеме, а не по однофазной, как мы рисовали выше.
Что она из себя представляет? В общем случае это четыре проводника:
ноль
и три фазы А-В-С
От каждой фазы подключается отдельный потребитель (квартира, дом) или группа потребителей (несколько квартир в подъезде). При этом ноль у всех общий.
Между фазой и нолем будут привычные нам 220V, а между двух фаз — те самые 380V. При нормальных условиях все лампочки и токоприемники работают исправно.
Можно подключать разную нагрузку, разного номинала, это никак не будет вызывать перенапряжение. Ток в данной схеме течет по каждой фазе, проходит через своего потребителя и уходит через ноль.
На что влияет частота тока
В соответствии со стандартами на электростанциях всегда должен поддерживаться один уровень частоты переменного тока. В нашей стране это значение в 50 герц, плюс минус 0,2 герц. Минимальное отклонение от нормативов, ни на что не повлияет. А вот если отклонение от нормы выше минимального, то это будет влиять на работу электроприборов. Изменения в частоте тока негативно сказывается на работе электродвигателей, меняется скорость вращения, быстрее изнашиваются детали. На работу осветительных приборов это почти ни как не влияет. Большую нагрузку и сбой работы, изменение частоты тока, создаётся на электростанциях. Чтобы обеспечить безопасную и безаварийную работу всех электроприборов, на электростанциях предъявляют особые требования к частоте переменного тока.
Еще интересное о токе в розетках, в видео:
Почему именно переменное напряжение?
Не так давно по историческим меркам у человечества возникла дилемма: какой ток лучше? Переменный или постоянный? Этот период времени был известен, как «война токов». На самом деле были споры между Николой Теслой и Эдисоном — самыми великими учеными-изобретателями того времени. Эдисон был за постоянный ток, а Никола Тесла — за переменный. Это борьба продолжалось более 100 лет, даже после смерти этих великих ученых! Но все-таки в 2007 году окончательную победу одержал переменный ток.
Дело все в том, что постоянный ток при передаче на большие расстояния теряет свою энергию на нагрев проводов. Здесь во всем виноват закон Джоуля-Ленца
Q=I2Rt
где
Q — количество выделяемого тепла (Джоули)
I — сила тока, протекающего через проводник (Амперы)
R — сопротивление проводника (Омы)
t — время прохождения тока через проводник (Секунды)
Нетрудно догадаться, что чем больше сила тока будет протекать по проводам, и чем длиннее будут провода, тем больше они будут нагреваться, так как сопротивление провода выражается формулой:
сопротивление провода формула
Второй причиной было то, что в генераторе постоянного тока надо было использовать специальную конструкцию, которая бы позволяла снимать электрический ток с движущихся обмоток. Для этого на валу двигателя крепился так называемый коллектор, к которому припаивались обмотки генератора. Коллектор все время находился в движении, так как он закреплен на самом валу генератора. С коллектора с помощью графитовых щеток снималось напряжение. Тот же самый принцип до сих пор используется в генераторах и двигателях постоянного тока.
Принцип работы генератора постоянного тока
Минусом такой конструкции является то, что со временем щетки и коллектор изнашиваются. Поэтому, такой генератор надо часто обслуживать, вовремя заменять щетки и чистить коллектор. Чаще всего такой генератор имеет два провода: плюс и минус. Чем больше коллекторных пластин (ламелей) на таком генераторе, тем чище будет постоянный ток с такого генератора. Если такой генератор имеет множество ламелей и крутится с одинаковой скоростью, то на осциллографе можно увидеть примерно такую картину постоянного тока
осциллограмма постоянного тока
Таких недостатков лишен генератор переменного напряжения. Принцип его действия показан ниже
Принцип работы генератора переменного тока
В настоящее время в нем используются три обмотки, разнесенные друг от друга на 120 градусов. Один конец каждой обмотки соединяется с друг другом, образуя так называемый «ноль». В нашей стране такие генераторы на ТЭС или ГЭС стараются крутить со скоростью 50 оборотов/сек. Ну или 3000 оборотов/минуту. Неплохая такая скорость). В Америке же их крутят под 60 оборотов/сек. А что такое обороты в секунду? Это и есть частота. А частота, как вы помните, выражается в Герцах (Гц). Поэтому, у нас в розетках частота 50 Гц, в Америке 60 Гц.
Такие генераторы называют трехфазными, так как они имеют три фазы: A, B, C. В англо-язычной литературе можно увидеть обозначение R, S, T либо L1, L2, L3. Точка, где соединяется конец всех обмоток обозначается буквой N (ноль).
Генератор переменного тока
То есть по сути с генератора выходит 4 провода: фазы A,B,С и 0, он же нейтраль N, который соединяет один конец каждой из трех обмоток.
Обмотки генератора переменного тока
При вращении ротора-магнита в каждой обмотке создается электрический ток. Если с помощью осциллографа вывести осциллограммы сразу трех обмоток, то можно увидеть что-то типа этого:
Осциллограммы трехфазного напряжения
Разница между телевизором 100 Гц и 120 Гц
100/120гц это запас на будущее с 2017 года был принят новый стандарт портов HDMI 2.1, в котором реализована поддержка видео wВ 2017 году был принят новый стандарт портов HDMI (HDMI 2.1), поддерживающий изображение 4K и видео 120Гц. Помимо прочего, теперь телевизор будет проще использовать в качестве монитора.
Однако, как и в случае с 50 Гц/60 Гц, между 100 Гц и 120 Гц нет никакой разницы. Европейские модели указывают поддержку 100 Гц, но если телевизор предназначен для США, производитель указывает 120 Гц.
Также отметим, что в некоторых моделях телевизоров существуют режимы увеличения частоты кадров, которые позволяют создавать дополнительные кадры изображения, но, как показывает практика использования телевизоров, 98% пользователей не используют эти режимы.
В заключение отметим, что, приобретая телевизор с поддержкой частоты 100(120) Гц, вы получите телевизор с дисплеем, что положительно скажется на качестве изображения.
История
В Соединенных Штатах в 1920-х годах коммунальные предприятия сформировали совместные предприятия, чтобы совместно использовать покрытие пиковой нагрузки и резервное питание. В 1934 году, с принятием Закона о холдинговых компаниях коммунального обслуживания (США), электроэнергетические компании были признаны важными общественными благами, и им были даны определенные ограничения и регулирующий надзор за их деятельностью.
С 1967 года соединительные линии Востока и Запада были напрямую связаны друг с другом. Однако связи переменного тока не обладали большой пропускной способностью и подвержены колебаниям, поэтому их соединение оказалось ненадежным. В 1975 году связи переменного тока были отключены, поскольку было обнаружено , что связи постоянного тока работают более надежно.
Закон об энергетической политике 1992 г. требовал от владельцев линий электропередач предоставить компаниям-производителям электроэнергии открытый доступ к их сетям и привел к реструктуризации работы электроэнергетической отрасли с целью создания конкуренции в производстве электроэнергии. Электроэнергетические компании больше не строились как вертикальные монополии, где производство, передача и распределение осуществлялись одной компанией. Теперь три этапа можно разделить между различными компаниями, чтобы обеспечить справедливую доступность для передачи высокого напряжения. Закон об энергетической политике 2005 г. разрешил стимулы и гарантии по кредитам для производства альтернативной энергии и для продвижения инновационных технологий, позволяющих избежать выбросов парниковых газов .
Нападения со стороны зарубежных стран
В 2009 году The Wall Street Journal сообщила, что шпионы из Китая и России, а также из других стран «проникли в электрическую сеть США и оставили после себя программы, которые можно было использовать для нарушения работы системы». По словам официальных лиц США, шпионы не стремились повредить энергосистему; однако они могут сделать это во время войны или кризиса. Большинство вторжений было обнаружено американскими спецслужбами.
