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36V 是安全电压,但生活用电还是要用 220V

Discussion in '知乎日报' started by 漂亮的石头, 2015-12-15.

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 Staff Member

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    为什么生活用电用 220V 的电压,而不是用 36V 的更加安全的电压?

    [​IMG] Patrick Zhang,电气工程师

    有趣的问题。

    首先,回答第一个疑问:供电的标准电压是什么?

    在我们生活的生活中,电能是一种重要能源和资源,事实上现代社会已经离不开电能了。

    由于电能如此重要,因此 IEC 对供电的电网电压做了规定,这就是 IEC60038 国际标准,对应地,我国也有国家标准 GB156-2003《标准电压》。GB156 的前言如下:

    [​IMG]

    请注意到强制性这个词。

    国际标准和国家标准有强制性和推荐性的区别,以国家标准为例,若标准号是 GB XXXXX 则为强制性标准,若标准号是 GB/T XXXXX 则为推荐性标准。

    GB 156-2003 是强制性国家标准,它必须得到不折不扣地执行。

    同时,GB156-2003 又是基础标准,也即标准中的标准,它为其它标准提供了有关电压等级的基础数值。

    在前言中,我们会发现一件有点意思的说明:IEC60038 规定的 230;/400V 标称电压,在我国被修订为 220/380V 标称电压。

    来看看 GB 156-2003 对几个专有名词的解释:

    3.4:供电电压 supply voltage

    供电端出相对相或者相对中性导体的电压。

    3.5: 供电电压范围 supply voltage range

    供电端处的电压范围。

    3.6:用电电压 utilization voltage

    在设备的电源插座上或者端子上的相对相或相对中性导体的电压。

    3.7:用电电压范围 utilization voltage range

    在设备的电源插座上或端子是那个的电压范围。

    3.8:(设备的)额定电压 rated voltage (of equipment)

    通常由制造厂家确定,用以规定元件、器件或设备的工作条件的电压。

    注意:供电电压和用电电压的定义是不一样的。

    具体到低压配电系统,电力变压器的低压侧端口电压是 230/400V,这是供电电压。经过各极配电系统最后输送到我们身旁的插座上的用电电压,是 220/380V。用电电压的具体数值也是各类用电电器的额定电压。例如我们常见的微波炉、冰箱、电脑等单相用电设备,它们的额定电压是 220V;还有三相鼠笼电动机、变频器和各种生产机械等三相用电设备,它们的额定电压是 380V。

    供电电压与用电电压中间的差值,就是消耗在供配电线路电阻上电压降。

    我们来看 GB 156-2003 对标准电压的具体规定:

    [​IMG]

    可见 223/380V 的电压等级在这里被强制性地规定了。

    再看更高等级的电压:

    [​IMG]

    表中右侧的数值就是我们熟知的中压电压等级。

    我们再看看低于 100V 的电压等级:

    [​IMG]

    我们看到了 36V 这个电压等级,也就是题主提出疑问的用电电压值。

    对于 IEC60038 和 GB 156-2003 的区别,GB 156-2003 在附录 A 中作了解释,如下:

    [​IMG]

    注意到我用红框框起来的部分,这段文字规定了供电电压的最大偏差。

    现在我来解释为何供电电压要采用 220/380V,而不是 36V。

    其实这很容易理解的。因为供配电线路上有线路电阻,它会带来电压损失。以 230/400V 供电电压为例,此电压到了用户身边的插座上,已经降低为 220/380V,过程压降为 10V。如果我们用 36V 电压作为供电电压,且供电线路的电阻或者阻抗不变,为了保证用电负荷的功率,电压低了电流必然大增,于是到了用户身边的插座上,用电电压也许连 30V 都不到,我们还如何用电?

    这就是采用 220/380V 而不采用 36V 用电电压的原因。

    不过,在控制回路中,36V 安全电压还是用的挺多的。

    以下为我在评论中写的内容,我把它提到这里:

    GB156 上一个版本是 1993。为了靠向 IEC60038,在 GB 156-1993 中,提出从 1993 年到 2008 年过渡期内完成从 220/380V 到 230/400V 的转换,后来发现根本就做不到。一者是改造成本太大,无法承受;二者是国内已经习惯于使用 220/380V 用电电压,习惯和体制的惯性太大了,很难修改。

    因此,GB156-2003 版本也就删去了这一条,转而承认 220/380V 用电电压为我国的基本电压了。

    这里面的知识真的挺丰富的。

    发现没有?有关电气技术的方方面面,几乎每个知识点都可以有 N 多值得探讨的地方。

    题主的问题回答完了,现在我要延伸话题了。

    关于 50V 安全电压:

    我们都知道安全电压是 36V,其实这个电压等级是来自苏联的。我国改革开放后,国家标准全面靠向 IEC 标准。在 IEC 标准中,安全电压是 50V,见 IEC 60364 系列标准。

    IEC 60364 系列标准讲的是安全用电,它定义了各类接地系统,如 TN、TT 和 IT,还规定了安全电压等级,也即 50V 安全电压。

    50V 安全电压与我们的生活密切相关,只是我们没有意识到它的存在而已。

    大家都知道漏电开关,而且还知道保护人身安全的漏电开关动作电流为 30 毫安,这里的 30 毫安电流是根据人体承受电流冲击的最低值来确定的。

    在低压配电系统中,用于人身安全的 TN 接地系统十分常见,例如 TN-C、TN-S 和 TN-C-S 等等。TN 系统为大电流接地系统,当发生漏电时,它用断路器来执行保护跳闸。在这里,计算的依据就是漏电处用电设备外露导电部分的电压超过 50V 安全电压,这时就必须动作。

    具体到我们家里,家装配电系统其实有两套人身安全防护,如下:

    [​IMG]

    [​IMG]

    因为家装的接地系统基本上都是 TN-C-S,当出现漏电时,第一套方法就是依据 50V 安全电压,让断路器执行跳闸保护;第二套方法就是用漏电开关执行保护跳闸,确保漏电电流不超过 30 毫安。

    下图是典型的住家配电箱图片:

    [​IMG]

    注意看其中有主开关,有漏电开关,有插座的主开关等等。这些就是居家配电系统中用于人身安全防护的两套保护方法和具体措施。

    最后提个醒:在我们家装装修时,千万要配齐这两种线路保护哦!

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