Por que a rede elétrica às vezes 110V e outras vezes 120V?

(A mesma pergunta pode ser aplicada a locais com rede elétrica de 220 / 240V, se não me engano.)

Frequentemente, vejo classificações mistas indicando que algo é adequado para 110, 115, 118 ou 120V (nos EUA). Eu sempre me referi à energia da rede elétrica como 120V, mas com o entendimento de que ela varia devido a:

Diferentes meios de geração (número de fases, etc.)
Perdas de linha e condições imperfeitas

Ao projetar algo, deve-se sempre testar usando a menor tensão esperada (110)? Que razões existem para as diferenças na tensão da rede?

voltage mains

— JYelton
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Veja isso para os padrões dos EUA. A situação na Europa é ainda mais complicada; para primer veja isso .

— Fizz

Respostas:

Nos EUA, as concessionárias de energia elétrica devem fornecer energia a clientes residenciais em qualquer lugar entre 110 e 125 VCA RMS. O valor 117 (ou 117,5 ou 118) geralmente é visto nos produtos, porque esse é o meio do intervalo especificado.

Se você estiver desenvolvendo um produto para venda em geral, seria prudente adicionar uma margem de teste de pelo menos 5% ou até 10% além da faixa nominal - talvez 100 a 140 VCA RMS.

— Dave Tweed
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O mesmo vale para a rede elétrica do Reino Unido - agora dizemos 230V para a maioria dos produtos, porque a faixa tende a estar entre 220V e 240V.

— Polinômio

Na verdade, no Reino Unido, a tensão era geralmente especificada em 240V +/- 6%, enquanto a Europa continental usava 220V, em ambos os casos com algumas variações regionais até que as redes fossem amarradas. Como parte da harmonização da UE, foi alcançado o compromisso de 230V +/- 10%, cobrindo as duas faixas anteriores em termos práticos.

— Brian Drummond

Então o número geralmente varia porque a voltagem do laboratório de teste no receptáculo era de 115V vs. 120V? Ou a escolha da voltagem listada em uma etiqueta geralmente é arbitrária? Para mim, as lâmpadas são as mais irritantes, porque às vezes o brilho / consumo de energia e a vida útil são listados com tensões diferentes. Por exemplo, uma lâmpada pode ser rotulada como "100W 120V", mas o mesmo pacote da lâmpada alegará que deve durar 2000 horas a 115V.

— Rob

@rob: Eu realmente não tenho certeza do que você está perguntando. O fabricante é responsável pelo que diz o rótulo. Isso pode ou não ter nada a ver com os testes reais feitos por um "laboratório de testes". As lâmpadas incandescentes são particularmente problemáticas porque sua vida útil é proporcional ao inverso de algo como a quarta potência da tensão. Portanto, o teste da vida será realizado na tensão mais baixa que eles sentirem que podem "se safar".

— Dave Tweed

Somando-se as respostas aqui a respeito de porque a empresa de energia faz jogo com a tensão: Eles vão fazer o seu melhor para manter aceita de seus países hertz valor, normalmente a 50 ou 60 ciclos. Eles sacrificam a tensão ( queda de energia ) para garantir a variável mais importante para o equipamento, a hertz. Qualquer alteração fará os motores girarem mais rápido ou mais devagar, o que significa que os temporizadores e similares não funcionarão corretamente. Uma queda de tensão pode ser causada por 'condições imperfeitas', mas a variação de hertz é absolutamente inaceitável.

— Mazura
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Isso não aborda a questão. Embora seja uma nota lateral útil sobre as frequências da linha de energia, ela perde o objetivo da pergunta.

— precisa saber é o seguinte

Talvez se você mencionar que, para um contexto adicional, seria útil.

— precisa saber é o seguinte

IMHO, este é o definitivo '[razão pela qual existem diferenças na tensão da rede]'.

— Mazura

@JYelton é perfeitamente aceitável como resposta e até fica sozinho. Mas mesmo a inclusão como informação complementar deve ser incentivada. Muitas vezes temos pessoas empilhando e repetindo as mesmas informações antigas.

— placeholder

Provavelmente também vale a pena mencionar aqui, os grandes e principais geradores de energia 'primários' síncronos são projetados para funcionar a 50 ou 60Hz (dependendo do seu país), e os desvios dessa frequência representam alterações em sua "velocidade do eixo", como sintoma de sobrecarga ou sobretensão nesses geradores. Outra razão pela qual "a variação hertz é absolutamente inaceitável".

— Robherc KV5ROB

Abordando apenas a razão pela qual a tensão varia, você está correto ao pensar que as perdas na linha desempenham um papel. Nenhum fio normal é um condutor perfeito. Os supercondutores são muito próximos, mas para aqueles que trabalham com componentes elétricos normais, os fios são apenas pequenos resistores de valor. Como tal, eles experimentam uma queda de tensão quando a corrente flui através deles, pela lei de Ohm. É também por isso que a transmissão de energia de longa distância é feita em alta tensão e diminui o mais próximo possível do cliente.

Você pode observar isso diretamente quando um motor em sua geladeira, ar condicionado ou secador de roupas liga: a alta corrente de partida do motor diminui a tensão em sua casa, diminuindo as luzes incandescentes. É claro que a corrente de funcionamento é muito menor, portanto as luzes parecem retornar ao brilho original, mas se você medisse com cuidado, descobriria que elas são um pouco mais escuras do que sem o motor funcionando. Com um compressor CA grande, mesmo a corrente após a partida é significativa o suficiente para diminuir as luzes até desligar.

É claro que a empresa elétrica tenta mitigar esse efeito, mas nada é perfeito.

— Phil Frost
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Para sua informação, se suas luzes ficarem mais brilhantes sob cargas pesadas, você terá uma conexão neutra com defeito, provavelmente no poste. Ligue para a companhia de energia.

— Mazura

Phil, isso é muito estranho: a corrente em sua casa não deve variar sensivelmente quando a geladeira é ligada, a menos que, talvez, você use geladeiras monstruosas. Parece que você tem um grande problema em sua instalação elétrica.

— MikeTeX