Ещё в начале XX века Эдисон много экспериментировал, чтобы найти золотую середину напряжения для ламп накаливания
То есть светимость против долговечности нити накаливания. Эдисон остановился на 110 В, как на лучшем компромиссе. Частота в 60 Гц была определена Теслой, как наиболее подходящая для работы асинхронных двигателей. Кроме того в 1890 было выяснено, что дуговые лампы лучше работают на 60 Гц.
В начале 1970-х электротехническая промышленность США повысила напряжение до 120/240 вольт с 110/220 на территории своей страны. Вероятно, что это было сделано в угоду растущему потреблению электроэнергии.
Более высокие напряжения позволяют использовать провода меньших размеров при той же мощности, которая измеряется в ваттах. Ватт это вольт, умноженный на ампер. Можно удвоить напряжение, как Европе
и использовать половину силы тока, чтобы получить ту же мощность.
На нагрев проводов влияют сразу несколько факторов: тип проволоки, размер провода, сила тока, изоляция, окружающий воздушный поток, температура окружающей среды.
Более высокое напряжение не вызывает нагрева, при прочих равных условиях этому способствует более высокая сила тока. Таким образом, используя большее напряжение, можно использовать меньший провод
для передачи той же необходимой мощности.
При передаче больших объёмов электричества на большие расстояния напряжения чрезвычайно высоки, порядка сотен тысяч вольт. Более высокие напряжения уменьшают теплопотери. Но стоит учитывать,
что при таких высоких напряжениях возникает ионизация воздуха,
и он начинает проводить электричество.
Европа, наблюдавшая за развитием электротехники в США, удвоила напряжение c 110/220 вольт до 220/240, чтобы уменьшить размер провода, и соответственно затраты. Также европейцы выбрали частоту 50 Гц, потому что она позволяет снизить скорость первичного двигателя, тем самым уменьшая износ оборудования.
Для более низких частот требуется немного больше трансформаторного железа. Но меньше проводов, которые легче монтировать.
При передаче мощности на большие расстояния, более высокие частоты вызывают большие потери из-за повышенного влияния индуктивности
и ёмкости. На более высоких частотах возникает скин-эффект, который
на 50-60 Гц мало влияет на проводники.
Скин-эффект чётко проявляется, когда частота достигает несколько килогерц. Вихревые токи в кабеле выталкивают поток к поверхности проводника, что уменьшает эффективность площади поперечного сечения
и увеличивает сопротивление.
Япония имеет напряжение 100 В, но в западной части используется частота 60 Гц, а в восточной — 50 Гц. Разные частоты возникли на заре электрификации (1890-е), когда не было единого стандарта. Компании конкурировали друг с другом. Токио купил немецкие генераторы, работающие на 50 Гц, а Осака обзавелась американскими с 60 Гц.
Сначала разницу не замечали, но позже оказалось, что это на руку сетевым компаниям. Предприятия могли закупать электричество только
у одного поставщика. Поэтому часто вынуждены были платить очень высокую цену. Поставщики богатели и становились могущественнее, поэтому не были заинтересованы в переходе на единую частоту.
Как только инфраструктура настроена на определённые напряжения
и частоты, затраты на переход к другому стандарту становятся ненужными и непомерно высокими. Важную роль играют политические соображения, как в Японии. Если одна страна не может иметь единую частоту, ещё сложнее сделать это во всём мире.
Обязательно подписывайтесь, Вам также понравится:
• Медь известна как хороший проводник и уступает только серебру. Но почему её не используют в линиях электропередач?
• Насколько комфортно чувствовал бы себя современный человек в условиях 400 000 000 лет до н.э.?
• Почему субмарина имеет более высокую максимальную скорость при погружении, а не на поверхности?
• Один из самых экстремальных химических элементов таблицы Менделеева