In den USA sind die gängigen Spannungspegel für Haushaltsanwendungen 120V und 240V. Der Rest der Welt, insbesondere die Länder in der EU, Großbritannien, verwendet 230V, während Australien usw. 220V, 230V und 240V verwenden.
Heute werden wir die Unterschiede, Standardisierung, Bewertungen, Vorteile und Anwendungen von sowohl 120V als auch 240V/230V-Netzspannungen diskutieren.
Was ist der Unterschied zwischen 120V, 230V und 240V AC-Strom?
Wir alle wissen, dass in den USA für Haushaltsanwendungen die Spannungspegel 120V und 240V üblich sind. In anderen Teilen der Welt, insbesondere in der EU, Großbritannien usw., werden jedoch 230V verwendet. In Australien usw. verwendet man 220V, 230V und 240V.
Im 19. Jahrhundert brachte Thomas Edison den 110V-Gleichstrom mit einem Drei-Draht-Stromverteilungssystem auf den Markt. Er verwendete die Konfiguration von zwei 110V + einem Neutralleiter, um ein 220V-Gleichstromsystem zu bilden. Später übernahm Nikola Tesla den 110V-Wechselstrom für geringere Belastungen (wie Glühlampen) und 220V-Wechselstrom für große Belastungen.
Am Ende des 19. Jahrhunderts kamen eine große Anzahl von elektrischen Geräten und Maschinen auf den US-Markt und wurden von Haushalten und Unternehmen übernommen. Daher wurde ein Standardspannungspegel für verschiedene Anwendungen benötigt. Daher wurden die Systeme 120V und 240V im Jahr 1967 standardisiert, nachdem sie von anfänglich 110V, 115V und 220V stammten.
Im Jahr 1891 endete das Zeitalter der Gleichstromversorgung, als die Dreiphasen-Wechselstromversorgung bei der Elektro-Technischen Ausstellung in Frankfurt am Main, Deutschland, eingeführt wurde.
Um die Effizienz der Stromübertragung und -verteilung zu verbessern, wechselte die EU von der ursprünglich etablierten 120V-Stromversorgung auf das 220-240V-System. Die USA wollten ebenfalls wechseln, entschieden sich jedoch für 120V mit einem zusätzlichen 240V-Zweiphasen-System. Dies liegt daran, dass eine Modifizierung der bestehenden und gut etablierten Infrastruktur zu teuer gewesen wäre. Um den Aufwand und die kostenintensive Migration zu vermeiden, entschied man sich für eine zusätzliche Zweiphasen-240V-Netzspannung. Deshalb haben US-Haushalte sowohl 240V- als auch 120V-Wechselstrom.
120V
Der gängige Spannungspegel in US-Haushalten für kleine Belastungen wie Beleuchtungspunkte, Kühlschrank, Ladepunkte für Mobiltelefone und Fernseher beträgt 120V-Wechselstrom. Er ist zwischen einem beliebigen Heißleiter (schwarz oder rot) und dem Neutralleiter verfügbar. Es wird eine Dreileiter-Konfiguration verwendet, um eine einphasige Belastung zu erhalten und mit Strom zu versorgen.
Spannung zwischen Schwarz (Heißleiter) und Weiß (Neutralleiter) + Grün oder unbeschichteter Leiter (Erde) = 120V-60 Hz-Wechselstrom.
Gut zu wissen:
- In den gängigen US-Haushalten gibt es sowohl 120V (für geringere Lasten) als auch 240V (für höhere Lasten) Netzspannungen.
- Einige Länder wie Japan und Taiwan verwenden nur einen Spannungspegel von 100V bis 127V einphasiger Wechselstrom.
240V
Einige stromhungrige Geräte benötigen viel Energie, um betrieben zu werden. Beispielsweise benötigen Öfen, Trockner, Wassererhitzer und Elektroherde zusätzliche Leistung, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Hier benötigen US-Haushalte eine 240V-60Hz-Wechselstromversorgung.
Die 240V-Wechselspannung ist in US-Haushalten zwischen zwei Heißleitern verfügbar. Es wird eine Drei- oder Vierleiter-Konfiguration (in einigen Fällen wird ein Neutralleiter benötigt) verwendet, um eine Zweiphasen-240V-Belastung zu erhalten und mit Strom zu versorgen.
Spannung zwischen Schwarz (Heißleiter 1) und Rot (Heißleiter 2) + Grün oder unbeschichteter Leiter (Erde) = 240V-60 Hz-Wechselstrom.
Ein Vorteil von 240V-Strom ist, dass er doppelt so viel Leistung liefert wie 120V-Wechselstrom. Er hat weniger Amperes und benötigt eine kleinere Drahtgröße, um dieselbe Menge Leistung zu übertragen. Denn die Leistung (in Watt) entspricht dem Produkt aus Spannung (in Volt) und Stromstärke (in Ampere), P = V x I oder Watt = Volt x Ampere.
Gut zu wissen: Eine 240V-Steckdose liefert fast doppelt so viel elektrische Energie wie eine 120V-Steckdose.
230V
Es ist ähnlich wie 240V-Wechselstrom, aber in den USA nicht anwendbar. Tatsächlich handelt es sich um eine einphasige 230V-50Hz-Wechselstromversorgung, die in Großbritannien, der EU, Australien und anderen Ländern verwendet wird, die den IEC-Normen folgen.
Die 230V-Wechselstromversorgung ist über die drei Leiter (2 + 1) verfügbar.
Spannung zwischen Braun (Phase) und Blau (Neutralleiter) + Grün mit gelben Streifen (Erde) = 230V-50Hz-Wechselstrom.
Gut zu wissen: Die Länder, die den IEC-Normen folgen, wie Großbritannien, Australien, Neuseeland, die VAE, Saudi-Arabien, Indien, Pakistan und andere EU-Länder, haben nur einen einphasigen Spannungspegel von 220 bis 230V mit einer Frequenz von 50 Hz.
Unterschied zwischen 120V, 240V und 230V
240V (US-Norm) und 230V (UK, EU-IEC) sind fast identische Spannungspegel. Daher werden wir einen Vergleich zwischen 240V und 120V stattfinden lassen.
Um ehrlich zu sein, gibt es keinen bemerkenswerten Unterschied zwischen 240V und 120V Spannungspegeln für Verbraucher und Endbenutzergeräte. Dennoch wollen wir die Hauptunterschiede zwischen den beiden Spannungspegeln zeigen:
- 240V und 230V Wechselstromversorgung ist effizienter als 120V Wechselstrom, d.h. sie überträgt mehr (fast doppelte Spannung) Leistung als 120V Wechselstrom.
- 240V erfordert eine geringere Drahtgröße für dieselbe Menge Leistung, die an eine bestimmte Last übertragen werden soll.
- In einem 240V-Stromkreis wird eine dünnere Drahtgröße benötigt, während in einem 120V-Stromkreis eine dickere Drahtgröße für die gleiche Leistungsbewertung von Geräten wie Warmwasserbereitern benötigt wird.
- 240V ist für große Elektromotoren bevorzugt, da es zum Starten in der Anfangsphase hohe Ampere benötigt.
- 240V/230V ist für den menschlichen Körper gefährlicher als 120V, wenn er direkt damit in Berührung kommt.
- Spannungsabfall und I2R ist bei 120V größer als bei 240V für dieselbe Entfernung, Drahtgröße und Watt-Anwendung.
- Sie können 240V von einem 120V-Panel erhalten, aber nicht umgekehrt.
Vorteile der 240V-Netzspannung gegenüber der 120V-Netzspannung
- Mit Hilfe von 240V-Stromkreisen können Sie fast die doppelte Leistung übertragen als mit 120V-Stromkreisen.
- Sie können Geräte mit höherer Leistung mit 240V-Steckdosen betreiben. Dies ist bei einer 120V-Steckdose nicht möglich. Sie müssen eine separate Steckdose vom Verteilungskasten installieren.
- Nicht alle Geräte können an die einzige verfügbare 120V-Stromversorgung angeschlossen werden. Elektroherde und Warmwasserbereiter benötigen eine dedizierte 240V-Stromversorgung, die bei einer 120V-Versorgung nicht möglich ist.
- Ein 30A-240V-Schutzschalter liefert potenziell mehr Leistung als zwei 15A-120V-Schutzschalter. Zum Beispiel können insgesamt 6 Stück 5A-120V-Glühbirnen an zwei 15 Ampere-120V-Kreise angeschlossen werden, während Sie 12 Stück 5A-120V-Glühbirnen an einen 30A-240V-Kreis anschließen können.
Gut zu wissen: Verbinden Sie niemals die bewertete Belastung für 120V mit der 240V-Steckdose, da die 240V mehr Leistung als die bewertete Leistung verbraucht. Dies kann dazu führen, dass sich die Drähte und Kabel erhitzen, was zu gefährlichem Brand führen kann und das Gerät beschädigen kann. Darüber hinaus löst dies unerwünschte Abschaltungen des zugehörigen Schutzschalters aus.
Auf der anderen Seite erzeugt das Anschließen eines 240V-Lastgeräts (z. B. Warmwasserbereiter) an eine 120V-Stromversorgung nur 25% der Nennleistung. Darüber hinaus können kleine motorbasierte Geräte durch den Betrieb bei der falschen Spannung beschädigt werden.
Daher wird empfohlen, das Gerät nur mit dem richtigen Nennspannungspegel zu verwenden. Sie können die Bewertung des Geräts mit dem Benutzerhandbuch des Herstellers oder den auf dem Namensschild gedruckten Daten überprüfen. Zusätzlich können nur für Spannungen von 100V bis 250V bewertete Geräte an 120V-, 230V- und 240V-Steckdosen angeschlossen werden.
Ist 240V billiger als 120V Stromversorgung?
Kurze Antwort: Nein, aber ein kleines bisschen ja.
Lange Antwort: Gemäß dem Joule’schen Gesetz entspricht die Leistung in Watt der Spannung multipliziert mit dem Strom (P = V x I). Jetzt könnten Sie denken, dass die doppelte Spannung (bei 240V im Vergleich zu 120V) eine doppelte Leistung bedeutet. Ja, das ist korrekt. Aber das ist nicht das, wofür die Stromversorgungsunternehmen Sie belasten. Es ist die Leistung, die das Produkt aus Spannung und Stromstärke ist.
Wenn Sie beispielsweise eine 100W-Glühbirne an eine 120V-Stromversorgung anschließen, zieht sie 0,833 Ampere. Wenn Sie dieselbe Glühbirne an eine 240V-Stromversorgung anschließen, zieht sie 0,4166 Ampere. Sie sehen, dass der Strom in einem 240V-Stromkreis geringer ist als in einem 120V-Stromkreis, aber die Leistungsaufnahme in beiden Fällen gleich ist, d.h. 100W.
Wenn Sie jetzt die Gesamtleistung berechnen (für die Ihnen der Stromversorger in Rechnung stellt), erhalten Sie:
240V x 0,4166 A = 99,9≈100 W und
120V x 0,833 A = 99,9≈100 W.
Daher bleibt Ihre Stromrechnung gleich, unabhängig davon, welche Spannung für die gleiche Leistungsbewertung verwendet wurde.
Das zweite Szenario betrifft die Drahtgröße. Wenn Sie beispielsweise einen 3000-Watt-Warmwasserbereiter haben, benötigen Sie eine Drahtgröße von 8 Gauge (dicker) bei Verbindung mit einem 120V-Stromkreis und eine Drahtgröße von 12 Gauge (dünner) im Falle eines 240V-Stromkreises. (Denken Sie daran, dass P = V x I).
I = P / V
I = 3000W / 120V = 25A.
I = 3000W / 240V = 12,5A.
Wir sehen, dass im Fall von 240V-Stromkreisen weniger (fast die Hälfte) Strom fließt. Wenn wir die 20%ige Sicherheitsmarge hinzufügen, benötigen wir eine Drahtgröße von 12 Gauge bei 240V und eine Drahtgröße von 8 Gauge bei 120V. Daher können Sie beim Auswahl der Drahtgröße und Dimensionierung der Schutzeinrichtungen wie Leitungsschutzschalter etwas sparen, da kleinere Stromstärkeprodukte kleiner in Größe und Kosten sind.
Darüber hinaus arbeiten AC/DC-Inverter und -Wandler effizienter, wenn sie bei höheren Spannungspegeln betrieben werden. Das Betreiben dieser Geräte mit 240V anstelle von 120V spart also geringfügig, macht Sie aber nicht reich.
