# Почему 220, или Девять лет ползучей революции

Леонид Александрович Ашкинази

Автор - Михаил Владимирович Кожевников, Саратов; я - лишь редактор. Статью отказались публиковать некоторые научно-популярные журналы с мотивировкой "много цифр". Завтра им станет "многа букаф"...

Почему 220, или Девять лет ползучей революции


М.В.Кожевников


Папа работает трансформатором:


получает 380, пропивает 220,


гудит и домой несет 127.


(анекдот 1960-1970-х годов)


Предполагалась революция


Электросетями переменного тока мы пользуемся ежедневно - дома, в лабораториях, на производстве. Чаще всего из стены на нас смотрит розетка однофазной сети, для более мощного оборудования подводят трехфазную сеть. Последние 15-20 лет это делают и в квартирах, в частности там, где установлены электроплиты. До начала 1960-х годов в розетках были номинальные напряжения 110, 127 и 220 В, но сначала исчезли сети с напряжением 110 В, а в середине 1990-х и последние с напряжением 127 В. Всего 10-15 лет назад в СНГ на некоторых заводах, шахтах и других крупных потребителях энергии, имеющих собственные трансформаторные понижающие подстанции, эксплуатировались локальные сети 127 В. Например, в Казани - до реконструкции оперного театра к 1000-летнему юбилею города. Локальная сеть 127 В есть и сейчас - в московском и санкт-петербургском метро, а совсем уж локальные сети - где их только нет; например сеть 36 В для помещений с опасными в смысле поражения электричеством условиями. Вообще-то локальные сети 127 В и 110 В будут существовать еще долго, потому что любая сеть - это и подключенное к ней оборудование, например мощные электродвигатели. И замена сети превращается в проблему замены всего подключенного к ней оборудования, а оно еще может работать и работать. Да и не факт, что новые электродвигатели подойдут для того, для чего использовались старые и т.д. Но далее речь пойдет о сетях больших масштабов.


Там, где установлено мощное оборудование, кроме трехфазных сетей 220/380 В (первое напряжение - фазное, второе - линейное), имеются еще и сети 380/660 и 660/1140 В. Необходимость в повышении напряжения с ростом мощности - следствие ограничений по току: начинают греться провода. По классификации энергетиков низковольтными считаются переменные напряжения до 1000 В, трехфазная сеть 660/1140 В и постоянные напряжения до 1500 В. У врачей-реаниматоров понятие о низковольтности свое, так что будьте с электричеством осторожны.


С 01 января 1993 года был введен в действие ГОСТ 29322-92, который ужесточил требования к стабильности напряжения в бытовой сети. Ранее норма была разной для бытовых и промышленных сетей, для первых допускалось понижение напряжения на 15% и превышение на 10%. ГОСТ установил единый допуск на предельное отклонение напряжения ? 10%. Но главное - стандарт предусмотрел предельный срок 31 декабря 2002 года (с тех прошло девять лет!) для перевода трехфазных электросетей переменного тока частоты 50 Гц с номинального напряжения 220/380 на 230/400 В. Это была революция в самых массовых электросетях, но произошла она так же, как многое у нас делается.


Немного о самом стандарте. До сего дня в этот стандарт ни разу не вносились изменения, а сам он - отечественная версия авторитетных рекомендаций МЭК 38-83 (Международного электротехнического комитета), имеющая силу межгосударственного стандарта. Это означает, что революция должна была произойти не только в СНГ, но и во всех остальных странах, имеющих частоту 50 Гц в своих сетях. Между прочим, и в половине Японии - ибо в Стране восходящего солнца граница между электросетями 50 и 60 Гц проходит немного южнее Токио (американские фирмы электрофицировали юг, европейские - север). А вот напряжение у них единое - 100 В. Симпатичная картинка распределения стран мира по напряжениям и частотам показана на рис. 1


http://www.travel.ru/info/107603.html Но вот текстом, который ее сопровождает, надо пользоваться осторожно - его писали не вполне электрики :)


В бытовых однофазных сетях всех стран с сетями 50 Гц ранее использовались номинальные напряжения от 100 до 130 В и от 190 до 277 В, должно же в соответствии с ГОСТом стать единое 230 В. Соответственно вместо ряда (геометрической прогрессии) номинальных напряжений 127-220-380-660-1140 В должен был начать применяться ряд 133-230-400-690-1200 В. Для однофазных электросетей частоты 60 Гц тот же ГОСТ вводил два единых напряжения - 120 и 240 В.


Что произошло в реальности?


В местных службах эксплуатации электросетей до сих пор на вопросы о переходе с 220 на 230 В пожимают плечами: "Пока не было указаний...." Но при замерах напряжения в моей домашней сети (центр Саратова) оно близко к 230 В уже несколько лет. Импортная бытовая техника давно маркируется "230 V". Последствия перевода сетей на 230/400 В - самые разнообразные, вот два первоочередных.


Во-первых, из ассортимента ламп накаливания придется исключить все, маркируемые по максимальному напряжению менее 245 В, поскольку наиболее вероятное отклонение равно 5,8% (10%/-3). Соответственно, наиболее вероятное повышенное напряжение - 243 В. Осветительные и декоративные лампы накаливания общего назначения маркируют либо диапазонами рабочих напряжений: 215-225, 220-230, 225-235, 235-245, 245-255 В, либо средними значениями, соответственно 220, 225, 230, 240. 250. В случае повышения напряжения пригодными к эксплуатации станут только лампы двух последних типов. Продажу ламп с другими диапазонами давно надо запретить, ведь срок службы при повышенном напряжении резко сокращается, особенно у ламп, которые включаются ночью, когда суммарная нагрузка в сети уменьшается, а напряжение повышается. Однако в последние шесть лет из розничной торговли практически исчезли лампы, маркированные двумя последними диапазонами напряжений. То ли изготовители и оптовики избавляются от старых запасов, то ли сознательно не выпускают ламп с большими рабочими напряжениями, то есть более долговечных.


Во-вторых, на вводах сети в различное оборудование массовой замене подлежат контрольные стрелочные вольтметры со шкалами 0-250 В (для 220 В) и 0-400 В (для 380 В) - вольтметрами со шкалами 0-300 В (для однофазных сетей 230 В) и 0-500 В (для трехфазных сетей 400 В). Поскольку 110% от номинальных значений равны 253 и 440 В.

А вы чего хотели? - изменение стандарта в сфере массового потребления - это еще то приключение. Страшнее был бы только переход с 60 секунд и 60 минут на чего-то 100.


Прощай, лампочка Ильича


Более того --- с первого января 2011 года постановлением правительства РФ должен прекратиться оборот (производство и продажа) ламп накаливания с потребляемой мощностью 100 Вт и более. Двумя годами позже под запрет подпадут лампы 75 Вт и более, в 2014 году - 25 Вт и более. Так что мы будем энергосберегать, а фанаты ламп накаливания - вешать гирлянды из 15-ваттных ламп для холодильников. С соответствующей потерей надежности и ростом стоимости. Европа перейдет на энергосберегающие лампы на два, а Америка - на год раньше России.


До 2010 года лампы должны были производиться со следующими мощностями: 15, 25, 36, 40, 54, 60, 75, 93, 100, 150, 200, 300, 500, 750, 1000 Вт. Впрочем, реально существовали не все перечисленные. Баллоны бывали из прозрачного стекла, из синего (для светомаскировки), а также светорассеивающие: из молочного стекла, из опалового, и с матовым покрытием изнутри. Выпускались и разнообразные декоративные лампы для иллюминации, оформления витрин и других целей. Их баллоны могли иметь сложную форму (например, витой свечки) или быть окрашенными изнутри или в массе стекла. Лампы накаливания для освещения были первыми серийными вакуумными приборами, с них началась вся электровакуумная промышленность. Вторым типом вакуумных приборов стали в конце XIX века рентгеновские трубки, в начале XX века к ним добавились радиолампы. Главные достоинства ламп накаливания по сравнению с конкурентами: они дешевы, им не страшны ни мороз, ни жара, они включаются без пускорегулирующего аппарата. Недостатки - низкий световой выход, хрупкость, большие габариты.


Как возникли номинальные напряжения


В 1882 году в Нью-Йорке Эдисон построил первую в мире электросеть общего пользования. Нагрузками этой сети у абонентов были осветительные лампы накаливания и коллекторные электродвигатели. Напряжение в сети было постоянное, а точнее - однополярное пульсирующее, от коллекторного генератора. Счетчики потребленного электричества были гальванические - по привесу медного электрода, опущенного в электролит: время от времени контролеры обходили потребителей и взвешивали. Номинальное напряжение Эдисон выбрал равным 100 В: во-первых, круглое число, а, во-вторых, изоляционные материалы той поры позволяли строить долговечные надежные конструкции с рабочим напряжениями не более 150 В и плохо переносили пульсации.


Механически прочных пластмасс (карболита, гетинакса, текстолита) для изолирующих корпусов и деталей, поливинилхлорида для изоляции проводов - всего этого еще не было. Фарфор, пропитанные парафином бумага и картон, шеллачный лак, шелковые и хлопчатобумажные нити, резина (причем из природного каучука) - все, чем располагал Эдисон.


С учетом синусоидальной формы полуволн однополярного пульсирующего напряжения, при амплитуде 150 В действующее (эффективное, среднеквадратичное) напряжение будет равно 105 В. Лампы накаливания, серийное производство которых впервые в мире наладил Эдисон, выпускались для номинального напряжения 100 В (как до сих пор в Японии!). Однако для компенсации потерь напряжения в проводах городской сети генераторы вырабатывали 110 В. Сети переменного тока в США возникли позднее ("Вестингауз Электрик", ставшая потом основой "Дженерал Электрик"), и они были вынуждены следовать фактически внедренным стандартам Эдисона, в том числе для электрического освещения лампами накаливания. Номинальное напряжение 110 В в сетях США сохранилось до конца XX века.


К середине 1930-х годов прогресс электроизоляционных материалов позволил удвоить напряжение - 220 В. Так, в центре Саратова перевод старых городских сетей со 110 В пульсирующего однополярного тока на 220 В переменного с частотой 50 Гц происходил с 1938 по 1940 годы. Новые однофазные сети в городе сразу строили с напряжением 220 В, а трехфазные - 220/380 В. Удвоение напряжения позволило увеличить нагрузку без увеличения сечения проводов.


В трехфазных сетях 127/220 В линейное напряжение (между фазными проводами) равнялось 220 В, а фазное (от фазного провода до нулевого) - 127 В. В больших городах с давно развитыми электросетями 110 В было бы очень дорого менять всю проводку и ее арматуру (патроны, выключатели, розетки) на новые. Поэтому заменили 110 на 127 В (Москва, Ленинград, Баку, Казань) - это было компромиссное решение. На новых промышленных предприятиях этих городов трехфазные сети сразу строили с напряжением 220/380 В. Так в СССР возникли два стандарта - 127/220 и 220/380 В. А трехфазные асинхронные двигатели в СССР специально делали с возможностью переключения статорных обмоток: "треугольником" для 127/220 В, "звездой" для 220/380 В. Кое-где сохранялась сети 110 В, их переводили с пульсирующего однополярного на переменный ток (50 Гц). Нагревательные приборы и лампы накаливания общего назначения (осветительные и декоративные) до конца 1980-х годов производили для трех номинальных напряжений - 110, 127 и 220 В. Однако к началу 1970-х исчезли сети общего пользования 110 В, а в середине 1990-х и 127 В (последние - внутри Бульварного кольца Москвы).


Бытовая радиоэлектронная аппаратура по ГОСТ 5651-51 могла питаться переменным током (50 Гц) с напряжениями 110, 127 и 220 В, для чего в каждом аппарате имелся переключатель на три положения. Тогда (в начале 1950-х) возможность питания постоянным (пульсирующим однополярным) током уже была необязательной. И по ГОСТ 5651-64 в бытовой радиоэлектронной оставались два обязательные напряжения - 127 и 220 В. В последнем по времени стандарте - ГОСТ 5651-89 - требования к сетевым напряжениям совсем отсутствуют: видимо, негласно предполагали единое номинальное значение 220 В (с перспективой перехода на 230 В).


Как возникли номинальные частоты


Первые однофазные сети переменного тока в США в 1880-е годы имели частоту 133 Гц (это удобно для обрабатывающего оборудования). Но исследованиями ведущих электротехников конца XIX века (Чарльз Штейнмец, Никола Тесла и другие) было установлено, что при реальном качестве трансформаторных сталей оптимальная частота равна приблизительно 55 Гц. В Америке выбрали "круглую" частоту 60 Гц, ориентируясь на улучшение качества. Консервативные немцы приняли 50 Гц, чтобы можно было использовать сталь с ухудшенным качеством. Так и разошлись жизненные пути Старого и Нового света... В начале 1950-х годов появились новые магнитные сплавы (пермаллой и т.п.), позволявшие строить электросети с частотой 400 Гц, по общей экономичности превосходящие традиционные - 50 и 60 Гц. Но техническая инерция не дала это сделать: пришлось бы заменить все трансформаторы и другое оборудование на электростанциях всех видов, все асинхронные и синхронные электродвигатели, индукционные электросчетчики и многие другие устройства, для работы которых важна частота сети.


До конца Первой мировой войны каждая из фирм, выпускавших пластинки, записывала фонограммы со своей скоростью вращения, а патефоны делали с перестройкой центробежного регулятора Уатта в достаточно широких пределах. Но с 1919 по 1927 годы появились ручные электроинструменты (электропаяльники, электродрели, электропилы, электрорубанки) и бытовые электроприборы (утюги, чайники, электроплитки, вентиляторы), а также электропатефоны - пружинный привод, часто заводимый вручную, заменили асинхронным двигателем. И от американского сетевого стандарта 60 Гц произошел другой, на полвека ставший общемировым (до конца 1960-х годов) - единая скорость вращения патефонных пластинок 78 об/мин. Почему выбрали редуктор с замедлением именно в 46 раз, не известно; возможно, просто взяли то, что оказалось под руками. Но он замедлял скорость вращения малонагруженного ротора 3600 об/мин (скорость вращения магнитного поля при минимальном количестве полюсов) до 78,26 об/мин.


А у нас в розетке...


В основном мир поделен так: в Старом Свете (Европа, Африка, Азия, Австралия и Океания) - 50 Гц, в Новом Свете (Америка от Канады до Бразилии и Перу) - 60 Гц. Отклонения многочисленны и многообразны, вот большинство из них.

В Азии 60 Гц - Саудовская Аравия, Тайвань, Филиппины, остров Диего-Гарсия (наследие США), обе Кореи (японское наследие), Бахрейн и часть Японии.

В Океании 60 Гц - острова под управлением США (бывшие и остающиеся), а также Французская Полинезия (Таити и другие острова).

В Африке 60 Гц - Либерия: государство основано в XIX в. неграми - выходцами из США, связи сохраняются.

В Северной Америке 50 Гц - Гренландия (датское владение).

В Центральной Америке 50 Гц - на мелких островах Карибского бассейна, бывших и остающихся колониях Великобритании и Франции (Барбадос, Гренада, Ямайка и другие), там же на Гаити, Аруба (владение Нидерландов) - 50 и 60 Гц.

В Южной Америке 50 Гц - Гайана (бывшая британская колония), Французская Гвиана, Аргентина, Боливия, Парагвай, Уругвай, Чили (кроме гостиницы на острове Пасхи - там 60 Гц).


По справочным данным за 2000-2006 годы в странах зоны 50 Гц наряду с сетями от 220 до 240 В некоторые сохраняли сети 110 В - Люксембург, Бахрейн, Ливан, Ливия, Науру, Боливия, Ямайка. Были и другие варианты: 115 В - в Тунисе, 127 В - во Вьетнаме, Гонконге, Того, Арубе. На Барбадосе и на Гаити имелись только сети 110 В. Кое-где имелись сети и большим наряжением: 380 В - в Боливии, 400 В - в Индии, 410 В - в Самоа, 440 В - в Бангладеш и на Кокосовых островах.


В те же годы в странах зоны 60 Гц применялись номинальные напряжения 100 В в Японии и в КНДР, 200 В в КНДР, 220, 230 и 240 В в Доминиканской республике. В соседних США и Канаде - разные номинальные напряжения: 110 и 120 В, а на Кубе присутствуют сети по обоим этим стандартам. Три страны имели сети с тремя разными номинальными напряжениями: в КНДР 100, 200 и 220 В, в Боливии - 110, 220 и 380 В, на Кокосовых островах - 110, 220 и 440 В. Мировой рекорд - в Суринаме, бывшей колонии Нидерландов - там аж четыре номинальных напряжения: 110, 115, 127 и 220 В.


По справочнику WRTH (World Radio & Television Handbook), изданному в 2000 году, две страны, бывшие британские колонии Индия и ЮАР, имели еще и сети постоянного тока, но в изданиях последующих лет (2004 и 2006) это уже не значилось.


А что на транспорте?


Для железных дорог на постоянном токе в США первоначально соединяли пять стандартных генераторов Эдисона по 110 В -- получалось 550 В. Потом стали делать специальные генераторы 275 В и соединять их по два. На внутригородских трамваях часто применяли половинное напряжение, то есть 275 В - ради увеличения долговечности изоляторов. Выбор материалов тогда ограничивался стеклом, фарфором и пропитанной древесиной.


В СССР городские трамваи переводили с 275 В на 550 В во второй половине 30-х годов, поскольку к этому времени качество изоляционных материалов улучшилось, и выбор стал больше. Причем еще в 20-е годы были разработаны шестифазные выпрямители на ртутных газоразрядных вентилях, при питании от 220 В переменного напряжения они давали 540 В с относительно небольшими по амплитуде пульсациями на частоте 300 Гц (при питании от 240 В они давали 600 В). На сегодняшний день напряжение 275 В сохранилось на шахтных узкоколейных электровозах, более высокое напряжение там использовать нельзя из-за высокой влажности и наличия проводящей пыли. Троллейбусы с самого начала строили на те же напряжения, что и трамваи и питались они от тех же подстанций.


В 50-60-е годы в СССР и других странах пытались перевести троллейбус и трамвай на 1200 В (два генератора по 600 В), но проблемы с изоляцией решить не удалось. По-видимому, 800 В в метро - это эксплуатационный предел в городских условиях, поскольку в метро есть и наземные участки. В 50-е годы Румыния первой в мире перевела трамвай и троллейбус на 750 В. В стандартах МЭК 38-83 и ГОСТе 29322-92 указано, что 750 В - это минимальное напряжение для электротранспорта с контактной сетью постоянного тока. Упоминается там и 600 В, но это напряжение не рекомендовано для новых сетей.


После 1945 года в СССР сложилось кризисное положение с трамваями - во многих городах во время оккупации рельсы и провода были вывезены как лом в Германию. Восстанавливали трамвай только в больших городах (Киев, Одесса, Львов, Минск), а в областных центрах это не делали, причем во многих городах, не бывших под оккупацией, трамвай снимали, так как предполагался переход на троллейбус и автобус.


Тем временем однофазное переменное напряжение в тяговых контактных сетях довели до 6,25 кВ, затем до 25 кВ (под нагрузкой, на холостом ходу - 27,5 кВ). А в Германии, как только появились управляемые ртутные вентили (игнитроны), построили делители частоты 50 Гц на три и получили 16 и 2/3 Гц при напряжении 15 кВ путем сложения низкочастотной синусоиды из трех кусков, взятых из разных фаз. При втрое меньшей частоте втрое медленнее вращается ротор электродвигателя. В 1945 году из восточной зоны оккупации вывезли в СССР эти преобразователи, но так и не ввели их в эксплуатацию, а потом передали ГДР.


В США и Канаде, там, где частота 60 Гц, напряжения на железной дороге те же - 6,25 и 25 кВ, причем второе - основное.


Наследие Эдисона


Когда в 1882 году в Нью-Йорке Эдисон построил первую в мире электросеть общего пользования, ему поневоле пришлось изобретать много второстепенных устройств: выключатели, патроны для лампочек, штепсельную разъемную пару - розетку и вилку. Первым типом выключателя был поворотный. Патрон - резьбовой. Штепсельный разъем - с цилиндрическими контактными штифтами. Их базовые размеры сохранились до наших дней: диаметр цоколя у наиболее массовых ламп накаливания равен 27 мм (1,1 дюйма), диаметр контактных штифтов штепсельной вилки - 3,8 мм (0,15 дюйма), а межцентровое расстояние - 19 мм (0,75 дюйма).


В наше время на смену эдисоновской вилке постепенно приходят евророзетка и евровилка, штепсельные двухполюсные с цилиндрическими штифтами и с заземляющим контактом. Предельная нагрузка увеличилась с 6 А до 10 А для постоянного и 16 А для переменного тока. Соответственно двухпроводная однофазная система подключения к сети постепенно заменяется трехпроводной - с проводом защитного заземления. Причем вставляя вилку в розетку, мы сперва соединяемся с заземлением, а лишь потом с двумя силовыми проводами.


Надо знать еще вот что: вилки и розетки не рассчитаны на частое замыкание и размыкание нагрузочного тока, хотя в стандартах и оговорен ресурс, исчисляемый в тысячах циклов включения-отключения. В реальной жизни контактные детали в вилках и в розетках через какое-то время обгорают, поэтому мощные нагрузки должны иметь свой встроенный выключатель. В 1960-70-е годы дополнительно к эдисоновским внедряли штепсельные разъемы с плоскими штифтами, причем трех несовместимых типов - с разным взаимным расположением плоских штифтов. Но межцентровое расстояние было единым - полдюйма. Для сетей от 12 до 42 В (электроинструмент и местное освещение на производстве) плоскости были взаимно перпендикулярны, что обеспечивало правильную полярность подключения к сетям постоянного тока. Для сетей от 110 до 220 В плоскости были параллельны, и они перпендикулярно располагаясь относительно продольной оси симметрии вилки. Сечение штифтов на 10 А в обоих типах вилок - 6 на 1,5 мм.


Для проводных радиосетей (30 В - наибольшее пиковое значение действующего напряжения звуковых частот до 10 кГц) штифты на вилке тоже были параллельны, но повернуты на угол 45 градусов относительно продольной оси симметрии вилки. Штифты - тоньше, чем 1,5 мм для тока 10 А. Именно эти вилки и получили наибольшее распространение на практике. Большинство абонентских громкоговорителей комплектовали со второй половины 1960-х годов такими вилками. Новые радиорозетки стали универсальными - они позволяли вставить как старую эдисоновскую, так и новую специальную радиовилку. Наушники для радиосетей (ТОН-2 и ТОН-2м завода "Октава" в Туле, ныне - изготовитель микрофонов) продолжали комплектовать эдисоновскими вилками. Новую специальную радиовилку невозможно вставить в любую сетевую розетку, что иногда случалось по рассеянности со старыми эдисоновскими (в абонентском громкоговорителе сгорал понижающий трансформатор).


Двухполюсные вилки с плоскими штифтами с заземляющим контактом на ток до 10 А имели круглый корпус и три штифта в вершинах правильного треугольника. Центры штифтов отстояли от центра корпуса на 7,92 мм (5/16 дюйма), заземляющий штифт был длиннее на 3 мм. Такими вилками комплектовали, например, малогабаритные насосы для сада-огорода. Розетки для них делали как для монтажа внутри помещений (в двух исполнениях - для скрытой проводки и открытой), так и для наружной установки (водозащищенные, с откидной крышкой и резиновыми уплотнителями). Но в 1983 году вилки с плоскими штифтами и ответные им розетки на ток до 10 А исключили из советских стандартов, их оставили только для радиосетей, а с цилиндрическими -штифтами оставили и эдисоновские и "евро".


Мир в целом медленно идет к стандартизации, но все время возникает что-то новенькое, рождается и умирает, или выживает, иногда вытесняет старое, чтобы когда-нибудь в свою очередь уступить место...


...уступить место под звездами - новым вилкам и розеткам, новым напряжениям и новым частотам.