Почему в сети 50 гц. Системный оператор единой энергетической системы
«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.
Толчок в развитии электричества пришелся на вторую половину XIX века. Именно в это время ученые сделали ряд открытий в этой области, которые позволили найти электричеству практическое применение. Тома Эдиссон изобрел первую электрическую лампочку и, пообещав всем очень дешевое освещение, принялся за строительство электростанций.
Первые лампы были дуговые, в них разряд происходил на открытом воздухе между двумя угольными стержнями. В это время эмпирически было установлено, что наиболее подходящим для горения дуги является напряжение 45 В. Чтобы уменьшить токи короткого замыкания, которые возникали в момент зажигания ламп (при соприкосновении углей), и для более устойчивого горения дуги включали последовательно с дуговой лампой балластный резистор. Так же было найдено, что сопротивление балластного резистора должно быть таким, чтобы падение напряжения на нем при нормальной работе составляло примерно 20 В. Таким образом, общее напряжение в установках постоянного тока сначала составляло 65 В, и это напряжение применялось долгое время. Однако часто в одну цепь включали последовательно две дуговые лампы, для работы которых требовалось 2x45 = 90 В, а если к этому напряжению прибавить еще 20 В, приходящиеся на сопротивление балластного резистора, то получится напряжение 110 В.
Ошибка Томаса Эдиссона была в том, что он для выработки тока использовал генераторы постоянного тока, и пытался передавать по проводам постоянный ток. Радиус электроснабжения не превышал нескольких сотен метров и имел громадные потери. Попытки расширить границы района электроснабжения привели к рождению так называемой трехпроводной системы постоянного тока (110x2=220 В).
Одновременно Никола Тесла вел разработку и внедрение генераторов и систем переменного тока. Применение переменного тока напряжением в несколько тысяч Вольт позволило упростить и удешевить электрическую сеть и увеличить радиус электроснабжения (более 2 км при потере до 3 % напряжения в магистральных проводах вместо 17-20 % в сетях постоянного тока). А при на выходе к потребителям через трансформаторы напряжение понижалось до 127 вольт (3 фазы= 220 вольт, 1 фаза= 127 вольт по формуле √220/3).
Так продолжалось до 60-x годов прошлого века и в СССР, пока колличество электроприборов не обогнало колличество на селения. Чтобы как-то снизить нагрузку нужно было или утолщать провода в кабельных линиях или увеличить напряжение (I=U/R). Выбрали меньшее из зол и увеличили напряжение в сети до тех же 220 вольт только на каждую фазу.
Русский ученый Доливо-Добровольский первым предложил разложить ток на активную и пассивную состовляющие и рекомендовал принять в качестве основной формы кривой тока синусоиду. В отношении частоты тока он высказался за 30-40 Гц. Позднее в результате критического отбора получили применение лишь две частоты промышленного тока: 60 Гц в Америке и 50 Гц в других странах. Эти частоты оказались оптимальными, ибо повышение частоты ведет к чрезмерному возрастанию скоростей вращения электрических машин (при том же числе полюсов), а снижение частоты неблагоприятно сказывается на равномерности освещения.
Вот поэтому у нас в розетках 220 В 50 Гц
Бытовая техника из Кореи или любая другая техника зарубежного производства нередко бывает предназначена для работы от электрической сети, частота переменного тока в которой составляет 60 Гц. Естественно, у владельцев таких приборов возникает резонный вопрос – можно ли их использовать в России или других странах с частотой питающей сети 50 Гц? Ответ прост, как таблица умножения: можно! Но с учетом, что техника рассчитана на питание от сети с напряжением 220-230 Вольт. Например, если на шильдике соковыжималки из Кореи указана рабочая частота 60 Гц, а напряжение 220-230V, то прибор будет исправно работать.
Откуда они вообще взялись?
Электрифицироваться мир начал в конце XIX-го – начале XX-го веков. В Америке у ее истоков стояли Эдисон и Вестингауз, Европу «приучали» к электроэнергетике в основном инженеры немецкой компании «Сименс». Стандартные частоты 50 и 60 Гц были выбраны, в общем-то, относительно случайно из диапазона 40...60 Гц. Вот границы диапазона были выбраны не случайно: при частоте ниже 40 Герц не могли работать дуговые лампы, бывшие в то время основным электрическим источником искусственного освещения, а при частоте выше 60 Гц – не работали асинхронные электродвигатели конструкции Николы Теслы, наиболее распространенные в тот период...
В Европе был выбран стандарт 50 Гц («золотая середина»!), у американцев прижился стандарт 60 Гц – на этой частоте стабильнее работали дуговые лампы. Прошло больше века, дуговые лампы стали раритетом, а стандарты остались – и на работоспособности электрооборудования эта разница в 10 Гц практически не отражается. Гораздо важнее напряжение в электрической сети – во многих странах оно примерно вдвое ниже, чем в России! А частота... в Японии, например, в трети префектур установлен стандарт 60Гц, в оставшихся двух третях – стандарт 50 Гц.
Можно? Можно!
Можно смело утверждать, что от частоты питающей электросети работоспособность бытовой техники не зависит. С точки зрения физики вообще и электротехники – в частности, это вполне очевидно: у вала 60-герцового электромотора переменного тока, подключенного к сети 50 Гц, частота вращения уменьшится всего на несколько процентов; незначительно снизиться мощность самого электродвигателя. Иными словами, он станет работать в щадящем режиме – в тех же, например, шнековых соковыжималках холодного отжима это только к лучшему.
В приборах с двигателями постоянного тока частота питающей сети вообще не играет никакой роли – установленные в блоке питания выпрямительные диоды справляются с напряжением любой формы и «герцовости». Возникающая из-за изменения частоты питающей сети разность величин выпрямленных напряжений будет просто мизерной; к тому же, выпрямленное напряжение обычно стабилизируется электронной «начинкой» прибора.
Все вышесказанное абсолютно справедливо и для бытовой техники, имеющей встроенный или внешний импульсный блок питания. Еще проще дело обстоит, если в состав блока питания входит обычный понижающий трансформатор – его выходные характеристики от изменения частоты напряжения в первичной обмотке изменяются незначительно. Работоспособность еще одного типа приборов – нагревательных – вообще не зависит от частоты питающей электрической сети, для таких устройств куда большее значение имеет величина сетевого напряжения...
Можно! Только... внимательно!
Приборы, спроектированные для питания от сети с частотой 60 Гц, можно смело включать в электросеть с частотой 50 Гц. Это, кстати, подтверждается одним не слишком известным фактом: если вскрыть какой-нибудь достаточно старый прибор с электромотором – пылесос, фен, миксер, соковыжималку холодного отжима – и внимательно прочитать надписи на шильдике двигателя, можно увидеть: «частота питающей сети... 50-60 Гц»! Частота 60 Гц используется в технике из Кореи, США, Японии и некторых других стран. Поэтому если вы заказали, к примеру, соковыжималку из Кореи, то теперь вы знаете, что хоть её рабочая частота и отличается от наших сетей, подключать прибор можно!
Справедливости ради нужно отметить, что есть все же тип электроприборов, которые в отечественную электросеть лучше не включать – это электрооборудование, в котором используется однофазный асинхронный двигатель. И дело тут даже не в том, что у таких электромоторов скорость вращения зависит не от частоты питающей сети, а от приложенной к валу нагрузки - дело в том, что из-за принципа своей работы асинхронные электродвигатели очень чувствительны к частоте сети при пуске. Рассчитанный на 60 Гц «асинхронник» при 50 Гц просто не запустится... К прмиеру, та же соковыжималка из Кореи может иметь те же 60 Гц в своих характеристиках, но если у неё отличается тип двигателя, то будьте готовы к тому, что прибор не включится. То же самое касается и любой техники из Кореи, Японии, США.
Вот на что ещё обязательно нужно обращать внимание при выборе техники из Кореи, Японии, Тайваня, США и ряда других стран – на требования к величине питающего напряжения! Во многих странах, производящих технику (Корея, Япония и т.д.), электросети имеют рабочее напряжение 110 В, а не 220, как у нас. Включить прибор, рассчитанный на 110 В, без переходного трансформатора можно только один раз – первый и последний... в лучшем случае аппарат «перегорит», в худшем – взорвется прямо в руках! Поэтому сли соковыжималка из Кореи или другой страны, и имеет рабочее напряжение по своим характеристикам 110V, то такой прибор для наших сетей не годится. Выбирая соковыжималку холодного отжима, обращайте внимание на рабочее напряжение прибора - оно должно быть 220V!
Под этим термином "переменный электрический ток" следовало бы понимать ток, изменяющийся во времени любым образом, соответственно введенному в математику понятию "переменная величина". Однако в электротехнику термин "переменный электрический ток" вошел в значении электрического тока, вменяющегося по направлению (в противовес ), а следовательно, и по величине, так как физически нельзя представлять себе изменения электрического тока по направлению без соответствующих изменений по величине.
Движение электронов в проводе сначала в одну сторону, а затем в другую называют одним колебанием переменного тока. За первым колебанием следует второе, затем третье и т. д. При колебаниях тока в проводе вокруг него происходит соответствующее колебание магнитного поля.
Время одного колебания называют периодом и обозначают буквой Т. Период выражают в секундах или в единицах, составляющих доли секунды. К ним относятся: тысячная доля секунды - миллисекунда (мс), равная 10 -3 с, миллионная доля секунды - микросекунда (мкс), равная 10 -6 с, и миллиардная доля секунды - наносекунда (нс), равная 10 -9 с.
Важной величиной, характеризующей , является частота. Она представляет собой число колебаний или число периодов в секунду и обозначается буквой f или F. Единицей частоты служит герц, названный в честь немецкого ученого Г. Герца и обозначаемый сокращенно буквами Гц (или Hz). Если в одну секунду происходит одно полное колебание, то частота равна одному герцу. Когда в течение секунды совершается десять колебаний, то частота составляет 10 Гц. Частота и период являются обратными величинами:
и
При частоте 10 Гц период равен 0,1 с. А если период равен 0,01 с, то частота составляет 100 Гц.
Частота - важнейшая характеристика переменного тока. Электрические машины и аппараты переменного тока могут нормально работать только на той частоте, на которую они рассчитаны. Параллельная работа электрических генераторов и станций на общую сеть возможна только на одной и той же частоте. Поэтому во всех странах частота переменного тока, производимого электростанциями, стандартизуется законом.
В электрической сети переменного тока частота равна 50 Гц. Ток пятьдесят раз в секунду идет в одну сторону и пятьдесят раз в обратную. Сто раз в секунду он достигает амплитудного значения и сто раз становится равным нулю, т. е. сто раз меняет свое направление при переходе через нулевое значение. Лампы, включенные в сеть, сто раз в секунду притухают и столько же раз вспыхивают ярче, но глаз этого не замечает, благодаря зрительной инерции, т. е. способности сохранять полученные впечатления около 0,1 с.
При расчетах с переменными токами пользуются также угловой частотой, она равна 2пиf или 6,28f. Ее следует выражать не в герцах, а в радианах в секунду.
При принятой частоте промышленного тока 50 гц максимально возможное число оборотов генератора - 50 об/сек (р = 1). На такое число оборотов строятся турбогенераторы, т. е. генераторы, приводимые паровыми турбинами. Число оборотов гидротурбин и приводимых ими гидрогенераторов зависит от природных условий (прежде всего от напора) и колеблется в широких пределах, снижаясь иногда до 0,35 - 0,50 об/сек.
Число оборотов оказывает большое влияние на экономические показатели машины - габаритные размеры и вес. Гидрогенераторы с несколькими оборотами в секунду имеют наружный диаметр в 3 - 5 раз больший и вес во много раз больший, чем турбогенераторы той же мощности с n = 50 об/сек. В современных генераторах переменного тока вращается их магнитная система, а проводники, в которых индуктируется э.д.с, размещаются в неподвижной части машины.
Переменные токи принято разделять по частоте. Токи с частотой меньше 10000 Гц называют токами низкой частоты (токами НЧ). У этих токов частота соответствует частоте различных звуков человеческого голоса или музыкальных инструментов, и поэтому они иначе называются токами звуковой частоты (за исключением токов с частотой ниже 20 Гц, которые не соответствуют звуковым частотам). В радиотехнике токи НЧ имеют большое применение, особенно в радиотелефонной передаче.
Однако главную роль в радиосвязи выполняют переменные токи с частотой более 10000 Гц, называемые токами высокой частоты, или радиочастоты (токи ВЧ). Для измерения частоты этих токов применяют единицы: килогерц (кГц), равный тысяче герц, мегагерц (МГц), равный миллиону герц, и гигагерц (ГГц), равный миллиарду герц. Иначе килогерц, мегагерц и гигагерц обозначают kHz, MHz, GHz. Токи частотой в сотни мегагерц и выше называют токами сверхвысокой или ультравысокой частоты (СВЧ и УВЧ).
Радиостанции работают с помощью переменных токов ВЧ, имеющих частоту от сотен килогерц и выше. В современной радиотехнике для специальных целей применяются токи с частотой в миллиарды герц и имеются приборы, позволяющие точно измерять такие сверхвысокие частоты.
Что значит 50 Гц?
Пятьдесят Герц означает, что прибор рассчитан на работу от переменного тока частотой 50 Гц. То есть он изменяется от нуля до полного напряжения в обе стороны пятьдесят раз в секунду. Дело в том, что принятая в Европе частота промышленного переменного тока в 50 Гц - не универсальна и в других частях света частота промышленного тока другая! В США, например, 60 Гц. А если другая частота, то прибор, в котором есть электромотор, может сгореть - так как от частоты переменного тока напрямую зависит частота вращения синхронного электродвигателя переменного тока. Также, если в приборе есть трансформатор, то ток в нм будет преобразовываться неправильно, хотя входное напряжение будет тем, на которое рассчитан прибор, но после прохождения через внутренний трансформатор пониженные (или повышенные) напряжения будут другими.
В России частота промышленного тока в сети 50 Гц, на не и нужно покупать бытовую технику.
Герц - это единица измерения частоты периодического процесса. То есть если есть какая-то величина, которая вс время меняется туда-сюда (по фигу какая - напряжение, координата, проекция вектора скорости, концентрация вещества в растворе, число особей в популяции...), то для не можно ввести понятие частоты. То есть сколько таких изменений туда и потом обратно происходит в единицу времени. В секунду, или в минуту, или хоть в год, но в физике принято относить к секунде. И если за 1 секунду происходит 50 таких изменений туда и потом обратно к исходному значению (любому исходному значению - то есть какое бы мгновенное значение переменной величины мы ни взяли, мы с гарантией будет возвращаться именно к этому значению через равные промежутки времени), то частота равна 50 колебаниям в секунду, или 50 герцам.
В сети с такой частотой меняется знак напряжения. Форма напряжения соответствует синусу. так что если в розетку воткнуть осциллограф, на его экране будет нарисована синусоида амплитудой примерно 310 вольт (да-да! Амплитуда там вовсе не 220...), и если цена деления экрана 1 секунда, то на каждую клеточку придтся 50 периодов этой синусоиды.
Почему на некоторых приборах это пишут: потому что точность показаний, в зависимости от типа измерительной системы, может зависеть от частоты. Может и не зависеть, но может и зависеть. И обозначение 50 Гц (или, в международном обозначении этой единицы, 50 Hz) означает, что вот при такой частоте сети гарантируется паспортная точность прибора.
Цифра 50Гц на обозначениях электрических приборов означает, что для их работы необходимо использовать напряжение сети переменного тока частотой 50Гц. Переменным электрическим током называется периодический процесс который изменяется по величине и направлению по синусоидальному закону. Для любого периодического процесса главной характеристикой является частота процесса. Частота определяет количество колебаний в единицу времени. Системной единицей частоты является 1 Герц - одно колебание в секунду. Таким образом значение 50 Гц означает, что за одну секунду направление и величина тока поменяется 50 раз. Такой стандарт напряжения сети принят в нашей стране и многих других. Существуют сети 60Гц, 400Гц.
В бытовых электросетях используется переменный ток. Переменный ток, это когда периодически меняется полярность. Частота 50 или 60 герц, указывает на то, что полярность тока меняется соответствующее количество раз в секунду. Эта частота выбрана не случайно и она является единым стандартом в мире сегодня. На этой частоте оптимальны потери от сопротивления проводов. Вся аппаратура рассчитана на питание от переменного тока этой частоты. Если вдруг изменится частота, то аппаратура перестанет работать, а электродвигатели просто сгорят. Раньше важно было и напряжение в 220 вольт, но сегодня все рассчитано на больший разброс по напряжению. Но частота не должна выходить за пределы от 50 до 60 герц.
Это частота. 1 Гц - 1 раз в секунду. 50 Гц - 50 раз в секунду, именно с такой частотой меняет направление переменный ток в российских розетках. В США - другие стандарты, там 60 Гц частота сети. Это не лучше и не хуже, просто другая.
А ещ 50 Гц - это низкий такой, басовый звук. Через динамики ноутбука или дешевые наушники - не услышать.
Это частота. Частота звука)Частота колебательной системы.
Это говорит о том, что данные приборы необходимо включать в розетку с напряжением частоты в 50 Герц. Вообщем в стандартную квартирную розетку. 50 Герц - это частота, с которой в розетке меняется переменный ток.
Это значит, что электроприбор рассчитан на электричество с колебаниями 50 000 раз в секунду.
Так сколько раз появляется + на одном из двух проводах за одну секунду при 50 герцах? 50 или 25 раз?