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电压为什么是220v(为什么电压是220v而不是200)

  前记:有师弟问我怎么样思考问题。其实不一定思考很"高大上"的问题,一些我们习以为常的东西,你去认真想想,就会发现里面有很多东西可以学到。借以前写的一篇文章作为简单的例子。中国的家用电电压是220V,这个很多人都清楚,但是问一下:为什么会是220V,而不选100v,200v啊这样的"好看的数字"呢?估计就很少有人能答得上来了,有人说是学了苏联的,这个确实是的,但苏联为什么选220V呢?
  作为一个学电气工程的,我对这个问题也是大二某天才认真思考,但是没有得到一些很有说服力的解释。初中学物理开始接触220V,一直到现在,这样一个基本的问题都没能搞清楚,深感惭愧。下面就自己收集到的知识,以及自己的一些见解,对这个问题做一个系统的论述。
  首先说一下交流电,交流电的发明者,我最佩服的三个物理大神之一——Nikola Tesla(尼古拉·特斯拉,关于这个大神,我在其他地方已经有文章介绍过,这里不再赘述,有兴趣的百度一下这个人,你会被他吓到)。商用交流电最早的频率是60Hz(英制12进制,用60计算比较方便,参考前一篇《为什么是50Hz》),电压是110V,其发明Nikola Tesla受美国西屋电气公司老板的资助实现,商用交流电网也是在美国首次投入运营。美国是采用英制单位的,为计算方便采用了60Hz/110V的规格。这个就是商用/民用交流电的始祖,所以说当年选了110v可以说只是为了一个计算方便,至于为什么计算方便,那就跟英制单位有关了,有人觉得100v这样的数字可能会更好,事实上,110/220只是电压的有效值,很多电力计算是要瞬时值得,或者幅值,对于三相交流电,则要在有效值的基础上乘以根号3的,这时就会发现100看起来数字很"整齐",但结果就很"丑"了,所以说100、200这样的数字实际上和110、220在计算的时候是没有很大的意义的,仅仅是看起来舒服,而已!事实上,现在很多国家使用的电压等级也是千奇百怪的,家用电源规格会按地区而有不同,但一般来说,电压值通常在100V到240V之间,而最常见的频率值是50H和60Hz。部分国家的境外属地的数据与其母国差异很大,因此另外列出而不和母国放在一起。另外像是大型工厂或海外军事基地之类的特殊地域,常会有电压或频率与值与附近地区不同的情形。下面是一些国家使用的电压值;世界各各国电压概况
  100V :日本、朝鲜
  110~130V:台湾、美国、加拿大、巴拿马、古巴、黎巴嫩、墨西哥
  220~230V : 英国、德国、法国、中国、新加坡、香港(200V)、义大利、西班牙、希腊、奥地利、荷兰、菲律、泰国、挪威、新加坡、印度、纽西兰、澳洲
  注1:采用220~230V电压的国家里,亦有视地区需要并用110~130V电压等情形,如瑞典、俄罗斯。
  所以说电压的等级在世界各国都不是统一的,更多的是一种习惯,而对于中国来说,电压是引用苏联老大哥的,而苏联又是从欧洲引进的技术。
  商用交流电大获成功之后,欧洲迅速引进了交流发电、馈电技术。欧洲除英国外均使用公制单位,为计算方便将频率改为了50Hz。后因110V电压较低,电网传输损耗较大,为改善这种状况,在交流电网没有大规模建设因而没有"负担"的欧陆国家,采用了220V的电压规格,这是由110V倍压而来,技术改造相对最简单,于是在欧陆国家就形成了220V/50Hz的交流电网标准。中国最早的交流电网并没有统一的标准,只是局部的小型电网,设备由各发达工业国提供,规格五花八门。中国基本统一后,选定了公制为中国的度量衡标准,故电网的建设开始全面转向公制基础。1949年以后,中国的工业化全面转向苏联模式,电网建设也遵照苏联标准,而苏联采用的也是欧洲标准,于是220V/50Hz最终定为中国的电网标准。由于历史遗留原因,东北地区及上海市有部分原租界地区,用的是 110V电压标准,直到上世纪60年代后期,才统一使用220V电压。
  那么,是选用110V呢,还是220V?供电方式没有什么先进之分,只有是否适合所使用环境。目前各国的高压电网区别不大,只是在低压的配变电网(用户级)有区别。目前各国的低压电网分为3大类。欧洲及我国的3ø380/1ø220×50Hz(三相线电压380V,相电压220V,频率50Hz,下同);中美州、北美州的3ø208/1ø120×60Hz;还有日本香港等使用3ø200V ×50Hz/1ø100V×50Hz。 一个国家选定的低压电网电压等级有很多因素,像历史、地理因素。比如我国,我国在20世纪50年代是紧跟"苏联老大哥"的步伐,什么都套用"苏制"。前苏联幅员辽阔,人烟稀少,根据电路知识,电压等级越高供电能力及范围就越大,这样的话就节约有色金属了。同样根据电路知识,电压等级越高设备的绝缘要求就会越高,当然设备制造成本就增加,而且对用户危险性加大,低压电网用户为非专业人员,这样就会增加触电事故。 所以电压等级选择就需要考虑:供电能力及范围、人员的稠密程度、设备绝缘、有色金属消耗量、用电安全等,其实就是经济合理性与用电安全两大类。以上是从技术角度考虑的,当然历史与政治的原因也不可忽视,如殖民地等。
  就目前来说,经过历史的选择,最后剩下了两大派系:110和220,个别国家的奇葩电压等级这里就不予以考虑了,选择哪里电压等级好,这个一直存在争论的。比如,前一段时间日本就想提高电压等级达到节能的目的,这引起了国内的很多讨论。
  选用的电压等级是极其复杂的一件事情,实际上,选择高一些的电压,对确实可以节省很多导线,但是,它会增加开关或者电子元件的成本,也节省不了多少钱。如果我们开始发展电力的时候选择100-120VAC,会在直接利用整流电路的用电器方面减少很多资金,也会更安全,甚至电力线路干扰源会减少很多。
  电力越来越紧张,动力设备使用变频技术也越来越多,由于整流电路功率因数比较低,所以改善功率因数的FPC电路也会在不久的将来普及,那个时候,110/200VAC的供电电路比220/400VAC有着更高的优势!
  就目前而言,对于电压等级的选择版本而言,主要有以下几个方面的考虑:
  从使用方面来讲,和220V和110V是完全一样的,不存在节能,但在实际输送电方面来讲,220V的输送距离比较远,覆盖面积大,而110V输送得比较近,覆盖面积小,因为同样的功率电压低电流就要大,线路损耗就大,从安全角度来讲,电压低,就意味着安全,110V触电死亡要远远低于220V触电死亡,所以110V电压是相对安全得多。
  电压的220比110的优点: 第一,传输耗电小,减少了能量损耗,这个原理和超高压输电一样。 第二,传输相同的电量,在传输损耗相同的情况下,使用的导线截面积小一倍,这可是个惊人的数字,如果全中国的线路加起来,那么220比110不知节省了多少的铜和其他一些金属。这对于中国这样的资源贫乏的大穷国,意味着什么,不言而喻。 第三,相比110伏特,可以减少变电器的工作负荷,使变电这一个关键而脆弱的节点有更多的安全保证,这对于中国国情也比较合适。 第四,可以对偷电,改电,以及盗窃导线的人有一定的威胁。
  绝大多数的国家就是220V 50HZ或者110V 60HZ的民用交流电。
  其实在民用电历史上是先有110V的电网,主要是当时的发电机性能所限,但是后来有了更好的220V交流电后,别国可以实行,但是你不能逼本国所有电器都报废重买220V的吧?而且还要涉及电网改造、电网的变电设备全都重换,所以110V市电的国家就这么延用下来了。
  所以说220V的电压等级,看起来好像是没什么特别的地方,其实里面涉及到的东西有很多很多,一些看似简单的东西认真一想却发现里面大有乾坤。

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