Der größte Teil der Weltbevölkerung (Europa, Afrika, Asien, Australien, Neuseeland) und ein großer Teil Südamerikas verwendet eine Versorgungsspannung, die innerhalb von 6 % von 230 V liegt. Im Vereinigten Königreich und in Australien beträgt die Nennspannung 230 V +10%/-6%, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die meisten Transformatoren immer noch auf 240 V eingestellt sind. Der 230-V-Standard hat sich durchgesetzt, so dass 230-V-Geräte in den meisten Teilen der Welt mit Hilfe eines Adapters oder einer Änderung des Gerätesteckers entsprechend der Norm des jeweiligen Landes verwendet werden können. Japan, Taiwan, Saudi-Arabien, Nordamerika, Mittelamerika und einige Teile des nördlichen Südamerikas verwenden eine Spannung zwischen 100 V und 127 V. Brasilien ist insofern ungewöhnlich, als es sowohl ein 127-V- als auch ein 220-V-Netz mit 60 Hz hat und außerdem austauschbare Stecker und Steckdosen zulässt. Saudi-Arabien und Mexiko haben gemischte Spannungssysteme; in Wohngebäuden und leichten Geschäftsgebäuden verwenden beide Länder 127 Volt, in gewerblichen und industriellen Anwendungen 220 Volt. Die saudische Regierung hat im August 2010 Pläne für die Umstellung des Landes auf ein vollständiges 230/400-Volt-System genehmigt, während Mexiko keine Pläne für eine Umstellung hat.
Messung der SpannungBearbeiten
Eine Unterscheidung sollte zwischen der Spannung am Einspeisepunkt (Nennspannung am Verbindungspunkt zwischen dem Stromversorgungsunternehmen und dem Benutzer) und der Nennspannung des Geräts (Nutzungsspannung) getroffen werden. Die Betriebsspannung ist in der Regel 3 bis 5 % niedriger als die Nennspannung des Netzes; so wird beispielsweise ein Netz mit einer Nennspannung von 208 V an Motoren angeschlossen, auf deren Typenschild „200 V“ steht. Damit wird der Spannungsabfall zwischen Gerät und Netz berücksichtigt. Bei den in diesem Artikel angegebenen Spannungen handelt es sich um die Nennversorgungsspannungen; die in diesen Systemen verwendeten Geräte weisen etwas niedrigere Nennspannungen auf. Die Spannung in Stromverteilungssystemen ist nahezu sinusförmig. Die Spannungen werden als Effektivspannung (RMS) angegeben. Die Spannungstoleranzen gelten für den stationären Betrieb. Kurzzeitige hohe Lasten oder Schaltvorgänge im Stromverteilungsnetz können zu kurzfristigen Abweichungen außerhalb des Toleranzbereichs führen, und Gewitter und andere ungewöhnliche Bedingungen können noch größere vorübergehende Schwankungen verursachen. Im Allgemeinen sind Stromversorgungen aus großen Netzen mit vielen Quellen stabiler als solche, die eine isolierte Gemeinde mit vielleicht nur einem einzigen Generator versorgen.
Wahl der SpannungBearbeiten
Die Wahl der Versorgungsspannung hat eher historische Gründe als eine Optimierung des Stromverteilungssystems – wenn eine Spannung einmal verwendet wird und Geräte, die diese Spannung verwenden, weit verbreitet sind, ist ein Wechsel der Spannung eine drastische und teure Maßnahme. Ein 230-Volt-Verteilungssystem benötigt weniger Leitermaterial als ein 120-Volt-System, um eine bestimmte Strommenge zu liefern, da der Strom und damit der Widerstandsverlust geringer ist. Während große Heizgeräte bei 230 V für die gleiche Leistung kleinere Leiter verwenden können, nutzen nur wenige Haushaltsgeräte annähernd die volle Kapazität der Steckdose, an die sie angeschlossen sind. Die Mindestdrahtgröße für handgehaltene oder tragbare Geräte wird in der Regel durch die mechanische Festigkeit der Leiter begrenzt. Elektrische Geräte werden in Haushalten sowohl in Ländern mit 230-V- als auch mit 120-V-Systemen häufig verwendet. Die nationalen Elektrovorschriften schreiben Verdrahtungsmethoden vor, die die Gefahr von Stromschlägen und Bränden minimieren sollen.
In vielen Gebieten, wie z. B. in den USA, in denen (nominell) 120 V verwendet werden, werden für die Versorgung von Großgeräten dreidrähtige, zweiphasige 240-V-Systeme eingesetzt. In diesem System hat eine 240-V-Versorgung einen in der Mitte angezapften Nullleiter, um zwei 120-V-Versorgungen zu erhalten, die auch 240-V-Lasten versorgen können, die zwischen den beiden Leitern angeschlossen sind. Dreiphasige Systeme können so angeschlossen werden, dass sich verschiedene Spannungskombinationen ergeben, die für die Verwendung durch unterschiedliche Geräteklassen geeignet sind. Wenn sowohl einphasige als auch dreiphasige Lasten von einem elektrischen System versorgt werden, kann das System mit beiden Spannungen gekennzeichnet werden, z. B. 120/208 oder 230/400 V, um die Spannung von Leitung zu Null und die Spannung von Leitung zu Leitung anzugeben. Große Lasten werden für die höhere Spannung angeschlossen. Andere dreiphasige Spannungen, bis zu 830 Volt, werden gelegentlich für spezielle Systeme wie Ölquellenpumpen verwendet. Große Industriemotoren (z. B. mit mehr als 250 PS oder 150 kW) können mit Mittelspannung betrieben werden. Bei 60-Hz-Systemen beträgt der Standard für Mittelspannungsgeräte 2.400/4.160 V (2.300/4.000 V in den USA), während 3.300 V der übliche Standard für 50-Hz-Systeme ist.
NormungBearbeiten
Bis 1987 betrug die Netzspannung in weiten Teilen Europas, einschließlich Deutschland, Österreich und der Schweiz, 220 ( ± 22 ) V {\displaystyle 220(\pm 22)\,\mathrm {V} }
, während im Vereinigten Königreich 240 ( ± 24 ) V {\displaystyle 240(\pm 24)\,\mathrm {V} }
. Die Norm ISO IEC 60038:1983 definierte die neue europäische Standardspannung auf 230 ( ± 23 ) V {\displaystyle 230(\pm 23)\,\mathrm {V} }
.
Ab 1987 erfolgte eine schrittweise Verschiebung in Richtung 230 – 23 + 13,8 V {\displaystyle 230_{-23}^{+13,8}\,\mathrm {V} }
umgesetzt. Ab 2009 darf die Spannung 230 ( ± 23 ) V betragen {\displaystyle 230(\pm 23)\,\mathrm {V} }
. Weder für das mitteleuropäische noch für das britische System war eine Änderung der Spannung erforderlich, da sowohl 220 V als auch 240 V in die unteren 230-V-Toleranzbereiche (230 V ±6 %) fallen. In einigen Gebieten des Vereinigten Königreichs gibt es aus alten Gründen immer noch 250 V, die aber ebenfalls in das 10 %ige Toleranzband von 230 V fallen. In der Praxis hat dies dazu geführt, dass die Länder mit der gleichen Spannung (220 oder 240 V) versorgt wurden, zumindest bis die vorhandenen Versorgungstransformatoren ersetzt werden. Die in diesen Ländern verwendeten Geräte (mit Ausnahme von Glühbirnen) sind so ausgelegt, dass sie für jede Spannung innerhalb des angegebenen Bereichs geeignet sind. In den Vereinigten Staaten und Kanada legen die nationalen Normen fest, dass die Nennspannung an der Quelle 120 V betragen sollte und einen Bereich von 114 V bis 126 V (RMS) (-5% bis +5%) zulässt. Historisch gesehen wurden zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Orten in Nordamerika 110 V, 115 V und 117 V verwendet. Bei der Netzspannung wird manchmal von 110 V gesprochen; die Nennspannung ist jedoch 120 V.
Im Jahr 2000 stellte Australien auf 230 V als Nennspannung mit einer Toleranz von +10%/-6% um und löste damit die alte 240-V-Norm AS2926-1987 ab. Wie im Vereinigten Königreich liegen 240 V innerhalb der zulässigen Grenzen, und „240 Volt“ ist im australischen und britischen Englisch ein Synonym für Netzspannung. In Japan erfolgt die Stromversorgung der Haushalte mit 100 V. Die östlichen und nördlichen Teile von Honshū (einschließlich Tokio) und Hokkaidō haben eine Frequenz von 50 Hz, während West-Honshū (einschließlich Nagoya, Osaka und Hiroshima), Shikoku, Kyūshū und Okinawa mit 60 Hz arbeiten. An der Grenze zwischen den beiden Regionen befinden sich vier Hochspannungs-Gleichstrom-Umspannwerke (HGÜ), die den Strom zwischen den beiden Netzen übertragen: Shin Shinano, Sakuma Dam, Minami-Fukumitsu und der Frequenzumrichter Higashi-Shimizu. Um den Unterschied auszugleichen, können in Japan vermarktete frequenzabhängige Geräte oft zwischen den beiden Frequenzen umgeschaltet werden.