Mnie też interesowało dlaczego częstotliwość prądu w gniazdkach wynosi 50Hz i dlaczego napięcie jest właśnie 220, a teraz 240V. Odpowiedź znalazłem na elektroda.pl. Niejaki Quarz daje taką odpowiedź:
"Witam,
wartość (skuteczna) napięcia 220V to zaszłość historyczna i związana z pierwszym praktycznym wykorzystaniem energii elektrycznej wytwarzanej wtedy w prądnicach pradu stałego.
Było to oświetlenie (uliczne, chyba w Paryżu) za pomocą lamp łukowych (żarówka nie była jeszcze wtedy wynaleziona) w których wartość napięcia łuku elektrycznego wynosi ok. 55V, ale jedna lampa łukowa paliła się niestabilnie ze względu na swą nieliniową charakterystykę prądowo - napięciową i ujemną (w pewnym przedziale) rezystancję dynamiczną.
Dlatego też nominalna wartość napięcia w pierwszych sieciach elektrycznych wynosiła 110V, a lampy łukowe łączono po dwie szeregowo.
Niedługo potem Dolivo-Dobrowolski wynalazł swój układ, czyli połączenie szeregowe dwóch prądnic prądu stałego po 110V każda.
I tak już było napięcie 220V na skrajnych przewodach trójprzewodowej sieci i służące do zasilania silników elektrycznych (większa wartość mocy) i po 110V (względem środkowego) służące do oświetlenia.
Zaczęła się produkcja odbiorników energii elektrycznej, np. grzejniki, a potem żarówki (najpierw z włóknem węglowym) na nominalną wartość napięcia 110V.
Kiedy Tesla zaczął w USA preferować napięcie przemienne, a to ze względu na możliwość transformacji i przesyłu energii elektrycznej na znacznie odległości, z pierwszych elektrowni wodnych zbudowanych na licznych (bocznych) wodospadach Niagary, to nie było już alternatywy; trzeba było przyjąć taką wartość nominalną napięcia na jaką już były odbiorniki prądu stałego, czyli 110V.
Wartość 220V była zwykłym następstwem minimalizacji strat energii w liniach przesyłowych n.n.
Choć w Ameryce nadal jest stosowane napięcie 110V, gdzie preferowany jest inny niż w Europie sposób rozsyłu energii elektycznej do odbiorcy.
Mianowicie tam każdy dom jednorodzinny, mieszkanie, ma swój inwidualny transformator obniżający z 6kV (przeważnie) na 110V, a więc na stosunkowo niewielkich odległościach te straty w rezystancjach przewodów nie są duże.
W Europie przyjęty jest powszechnie model sieci z jednym transformatorem trójfazowym obniżającym napięcie ze średniego na niskie dla lokalnej sieci i stąd dwukrotnie większa wartość tego napięcia minimalizuje straty.
Choć Amerykanie (ze swymi inwidualnymi transformatorami) mają te straty - na drodze rozdzielnia średniego napięcia, odbiorca końcowy - przy takiej samej wartości mocy pobieranej, niższe.
Nie bez znaczenia jest tu również filtrujące działanie transformatora, a więc energia w linii średniego napięcia jest lepszej jakości (mniej zawartości wyższych harmonicznych w przebiegu prądu).
Dlatego też, co widać, wartość nominalną napięcia w sieciach n.n. napięcia podnoszona jest metodą małych kroków, by urządzenia wyprodukowane wcześniej na niższą wartość nominalną mogły jeszcze jakiś czas pracować przy podwyższonej wartości nominalnej (najpierw 230V, a dalej 240V) i z czasem "umrzeć w sposób naturalny".
Natomiast urządzenia nowowyprodukowane są z reguły przystosowane do pracy z niższą wartością nominalną (pomijając żarówki, które wtedy kiepsko świecą) napięcia.
Teraz dwa słowa o wartości częstotliwości (choć już we wcześniejszym poście jest linka do strony gdzie to wyjaśniono dostatecznie) napięcia przemiennego.
W Europie inżynierowie (przede wszystkim niemieccy) doszli do wniosku, iż wystarczającą wartością będzie 50Hz (przede wszystkim ze względu na rosnące wraz z kwadratem częstotliwości straty na prądy wirowe w blachach transformatorowych i prądnicowych).
W USA przyjęto 60Hz, co dla silnika (prądnicy) synchronicznego z jedną parą biegunów daje prędkość synchroniczną 3600obr./min. (w Europie 3000obr./min.), czyli 60obr./sek., ale (jak czytałem kiedyś dzienniki Tomasz Alvy Edisona) nie tylko to było powodem przyjęcia takiej wartości, o której Edison (który był samoukiem) tylko wspominał nie uzasadniając tego dokładnie."
I jeszcze Paweł Es:
"Na świecie (przed unifikacją) istniały systemy pracujące na częstotliwościach od 16 i 2/3Hz do 133 1/3Hz. Rozrzut wynikał z przyjętych rozwiązań technicznych napędu (turbiny parowe, turbiny wodne) i konstrukcji samego generatora.
Wyboru 60 Hz w USA dokonał George Westinghouse a 50Hz w Europie niemiecka firma AEG.
60Hz wynikało z optymalizacji oświetlenia łukowego, stwierdzono, że pracuje ono stabilniej przy zasilaniu 60 Hz (mniejsze migotanie). Gdzieś tez czytałem, że Nicoli Tesli wyszło z obliczeń, że optymalniejszą częstotliwością dla urządzeń prądu przemiennego jest 60 Hz.
Edison był zwolennikiem prądu stałego, nawet do tego stopnia, że w swoim "własnoręcznie" wynalezionym krześle elektrycznym zastosował prąd przemienny by jasno wykazać, że propagowany przez Westinghouse'a prąd przemienny jest bardzo niebezpieczny. ;)
Częstotliwości poniżej 50Hz powodują nieprzyjemne męczące migotanie oświetlenia, szczególnie przy oświetleniu źródłami oświetleniowymi o niskiej bezwładności (lampy fluorescencyjne, urządzenia łukowe).
We wczesnych latach oświetlenia żarowego typowe generatory pracowały przy obrotach 2000 obr/min mając 4 pary biegunów co dawało częstotliwość 133 i 1/3 Hz.
Firma Westinghouse Electric zdecydowała się ustandaryzować częstoliwość sieciową na niższej wartości, by zasilać urządzenia oświetleniowe i silniki indukcyjne z tej samej sieci.
Jak już pisałem wybrano 60Hz, bo oświetlenie łukowe dawało lepsze, mniej migotliwe światło przy tej częstotliwości.
Częstotliwości dużo poniżej 50Hz powodowały widoczne migotanie oświetlenia (także żarowego).
AEG ustaliło jako częstotliwość roboczą sieci 50Hz też w wyniku obserwacji migotania światła tyle, że przy częstotliwościach niższych (40Hz na tej częstotliwości pracowała 175 km linia przesyłowa z Lauffen do Frankfurtu w 1891 roku i w tym też roku ustalono wyższą wartość częstotliwości).
W 1893 roku General Electric stowarzyszone z AEG w Niemczech, wybudowało w Mill Creek w Kaliforni, elektrownię pracującą na 50Hz (dla umożliwienia pracy na tej samej linii oświetlenia i wynalezionych w 1888 roku, przez Teslę, silników indukcyjnych) później podwyższyło częstotliwość na 60Hz ze względów rynkowych (zgodność ze standardem Westinghouse'a).
Pierwsze generatory (konstrukcji Westinghouse'a) w elektrowni wodnej na wodospadzie Niagara pracowały na częstotliwości 25Hz ale było to w 1895 roku przed standaryzacją (a częstotliwość wynikła z wyboru użytej prądnicy przed wyborem systemu transmisji).
Najstarsza (zbudowana w 1897 roku) obecnie pracująca elektrownia wodna w Mechanicsville w stanie Nowy Jork, pracuje na częstotliwości 40Hz i łączy się z siecią energetyczną przez konwertery częstotliwości (40 na 60 Hz). Miała być w 1996 roku zamknięta ale chyba ją odrestaurowano i działa dalej choć nie wiem czy z pełną mocą czy raczej jako zabytek."
