为什么民用电电压是220V？

2015-02-03 09:10 来源:能源观察网微信

首先澄清一下并不是所有国家的民用电电压都是220V，也有110V的，也有些更奇葩的。

爱迪生的110V直流电

在电力使用的早期历史中，爱迪生(Thomas Edison)的通用电力公司在美国使用110V供给直流电。为啥选110V呢?因为电压越高，发电机的绝缘材料就要求越高，降低电压就能降低绝缘，使得发电机制造的更加紧凑，所以选择了100V左右。而定110V这个数，一方面可能是因为爱迪生老先生凭经验拍出一个安全些的人体电压，而且他制作的碳丝白炽灯，在110V电压下运行良好，爱迪生认为这是配电中安全经济的电压。高了触电就危险，低了灯泡发亮效果不好。

另一方面可能是为了计算方便，100多年前没有计算机，计算变压器的端口电压有如下公式：

E=4.44fNΦm

其中E是感应电动势，f是频率，N是线圈匝数，Φm是单匝线圈的最大磁通量(m是max的意思)。取E=110V、220V这样的电压等级，把4.44除到等式左边来，fNΦm就基本可以等于一个整数。这样大大方便了参数的计算，也就方便了设备的制造。

4.44其实是由2π/√2(2乘以圆周率π，除以根号2)出来的，至于为啥是这个，在这就不多说了，学习电机学什么的就都知道了。

特斯拉与交流电

爱迪生之后，特斯拉(Nikola Tesla)发明了3相的240V交流电。三相的意思是有三个不同相位的电力合并在一起以减弱供电中的电压波动。(从这里也看出来，特斯拉的240伏并不是4.44的整数倍，所以定为110V基本是爱迪生一个人拍出来的)

由于他和爱迪生著名的交流电和直流电之争，特斯拉后来以安全的名义把电压降低到了110V。那个时期电线都是裸线，绝缘橡胶工业不发达，当然电压低些更安全。

110V和220V到底哪个安全?

有人觉得110V电压低更安全;当然也有人说毛衣的火花放电有上万伏特，都没电死人，电死人的其实是电流，所以讨论110V和220V更安全没有意义。

引起触电死亡的确实是电流而不是电压。但说毛衣电火花电不死人的朋友忽略了电量的概念，电火花没什么电量，所以电流很小。但要是人真的碰触了电线，那接触到的电量可以说是无限大的，因为发电机在源源不断的发电。

根据欧姆定律电流=电压÷电阻，人在碰触110V和220V时电阻基本是不变的，于是电压越高当然通过人体的电流就越大，所以还是低压更安全。

顺便说一句，人体的安全电压是36V，也有24V这一档，是根据不同的环境定的，干燥环境安全电压就可以高一些。

欧洲使用50Hz与220V

电力最开始是在美国发展起来的，由于使用英制12进位制，于是特斯拉计算的最高效的供电频率是60Hz，这个小编之前也有一期节目讲过(可以查目录)。与此同时，德国AEG公司开始提供电力并且在欧洲处于垄断地位。他们决定用50Hz代替60Hz，因为他们用十进制，这样计算更方便，不过他们还是保留了110V的电压。

但50Hz的交流电效率不如60Hz， 50Hz的变压器需要更大的绕组，50Hz的电动机效率也比60Hz的低。因为他们采用了低频率导致他们必须花更多钱，来解决电力损失和更大的发热量的问题。

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。至于为什么“倍压”，以后小编谈到电压等级时会说。当然电压越高，同等功率下电流越小，损耗越少，不过对绝缘要求也高了。

英国为了和欧洲大陆保持一致，最后电压都改为220V，频率改为了50Hz。因为二战后欧洲还没有太多的电力设施，所以这次改变成本并不是很大。

美国依然使用60Hz和110V

美国也考虑改用220V来提供市电，但是有感觉这样太浪费了，因为有很多电气已经在用110V的电压了。最后妥协的方案是：220V电力进入家庭后会分为110V来给大部分电器供电，但是像电炉、电烘干机这种需要大功率的电器就用220V。

中国的选择

二十世纪初，中国大陆的电气设备大多数来自美、英、德、瑞等国，东北的电力则由南满铁路株式会社管理。这也就造成了各个电厂所提供的民用电压大小趋从于所进口国家电压的情况。

比如上海，清光绪十六年(1890)开始使用白炽灯，电压为100V。光绪二十七年(1901)上海公共租界开始日夜供电，电压改为200V。1913年，上海法商电车电灯公司改供电方式为交流单相110V，三相190V。

据《民国时期机电技术》中记载，关于用户的灯和电力合用的三相低电压，有220V、380V与110V、190V的区别，欧洲习惯都采用前者，而美洲习惯用后者。

建国以后，我们全面学习苏联，苏联是从欧洲大陆学来的，所以中国也就把国标定为220V/50Hz了。

奇葩的日本

电压采用100V，全球独此一家。日本经济产业省资源能源厅的说法是“一旦触电时，低电压对人体的冲击小，为防止事故的发生和重视安全性采用100V”。业界人士的说法“在统一电压的大正时代，市面上普及的灯泡都是100V”。虽然想和美国当时的电压110V相符，但“如果采用110V的话，灯泡的寿命会变短，所以下调到100V”。

另外在日本，所有地区的电压都一样，但是不同地区频率不一样。日本东部，包括东京，使用50Hz。西部包括大阪和京都使用60Hz。原因是二战后，日本东部和西部的电力系统的重建任务分别由英国和美国接手了。当时英国刚刚跟随欧陆使用了50Hz的交流电，而美国用的是60Hz。

总结

选择什么电压基本是由历史原因造成的，开始选择了110V，发电设备和用电设备就按照110V设计，那么更换成220V的成本就太大，反之亦然。

当然，至于一开始选择什么，是由各国国情和经济性决定的，后发展的国家希望电压能高些，这样电流小损耗少，尤其绝缘材料制造技术成熟后，比如我国正在推广特高压电网。

附录：

目前全球民用交流标准电压主要有两种：110V区域(100～130V)和220V区域(220～240V)。

我国内地、香港地区、英国、德国、法国、意大利、澳大利亚、印度、新加坡、泰国、荷兰、西班牙、希腊、奥地利、菲律宾、挪威等约120个国家和地区使用是交流220V电压区域;