Почему напряжение 220 Вольт

Напряжение в 220 В, используемое в бытовой электросети, является опасным для жизни. Почему бы не начать устраивать в домах 12-вольтовые сети и выпускать соответствующие электроприборы? Оказывается, такое решение оказалось бы весьма нерациональным.

Мощность, выделяемая на нагрузке, равна произведению напряжения на ней и проходящего через нее тока. Отсюда следует, что одну и ту же мощность можно получить, используя бесконечное количество сочетаний токов и напряжений - главное, чтобы произведение всякий раз получалось одинаковым. Например, мощность в 100 Вт может быть получена при 1 В и 100 А, или 50 В и 2 А, или при 200 В и 0,5 А, и так далее. Главное - изготовить нагрузку с таким сопротивлением, чтобы при желаемом напряжении через нее проходил необходимый ток (согласно закону Ома).

Но мощность выделяется не только на нагрузке, но и на подводящих проводах. Это - вредное явление, поскольку эта мощность теряется бесполезно. Теперь представьте себе, что для питания нагрузки мощностью в 100 Вт используются проводники с суммарным сопротивлением в 1 Ом. Если нагрузка питается напряжением в 10 В, то для получения такой мощности через нее придется пропустить ток в 10 А. То есть, нагрузка будет должна сама иметь сопротивление в 1 Ом, сопоставимое с сопротивлением проводников. А значит, на них будет теряться ровно половина питающего напряжения, и, следовательно, мощности. Чтобы при такой схеме питания нагрузка развила 100 Вт, придется повысить напряжение с 10 до 20 В, причем, на нагрев проводников будет бесполезно расходоваться еще 10 В * 10 А = 100 Вт.

Если же 100 Вт получаются при сочетании напряжения в 200 В и тока в 0,5 А, на проводниках сопротивлением в 1 Ом будет падать напряжение, составляющее всего 0,5 В, а мощность, выделяемая на них, составит всего 0,5 В * 0,5 А = 0,25 Вт. Согласитесь, такой потерей вполне можно пренебречь.

Казалось бы, при 12-вольтовом питании тоже возможно уменьшить потери, применив более толстые проводники, имеющие меньшее сопротивление. Но они получатся очень дорогими. Поэтому низковольтное питание применяют лишь там, где проводники являются очень короткими, а значит, их можно позволить себе сделать толстыми. Например, в компьютерах такие проводники расположены между блоком питания и материнской платой, в транспортных средствах - между аккумулятором и электрооборудованием.

А что будет, если, наоборот, применить в домашней электросети очень большое напряжение? Ведь тогда проводники можно будет сделать очень тонкими. Оказывается, такое решение тоже непригодно для практического применения. Высокое напряжение способно пробивать изоляцию. В этом случае опасно было бы касаться не только оголенных проводов, но и изолированных. Поэтому высоковольтными делают лишь линии электропередачи, что позволяет экономить огромное количество металла. Перед подачей в дома это напряжение понижают до 220 В при помощи трансформаторов.

Напряжение в 240 В, как компромиссное (с одной стороны, не пробивающее изоляцию, а с другой, позволяющее использовать для бытовой проводки сравнительно тонкие проводники), предложил использовать Никола Тесла. Но в США, где он жил и работал, к этому предложению не прислушались. Там до сих пор применяют напряжение в 110 В - тоже опасное, но в меньшей степени. В Западной Европе напряжение в сети составляет 240 В, то есть, ровно столько, сколько предложил Тесла. В СССР первоначально использовались два напряжения: 220 В в сельской местности и 127 в городах, затем было принято решение перевести на первое из этих напряжений и города. Оно и сегодня повсеместно используется в России и странах СНГ. Наиболее низковольтной же является японская электросеть. Напряжение в ней составляет всего 100 В.