V mnoha evropských státech bylo po dlouhou dobu minulého století, kterému se někdy říkalo století elektřiny, provozováno i napětí nižší než 220V (nyní 230V). Běžné bývalo napětí 110 až 127V. Bylo tomu tak obvykle ve velkých městech, kde se s elektrifikací začínalo nejdříve. Elektrické spotřebiče byly rovněž vyráběny na dvě různá napětí nebo byly uzpůsobeny tak, aby je bylo možné po jednoduchém zásahu zapojit do obou sítí. S postupnou rekonstrukcí sítí směrem k vyššímu napětí vyvstala někdy potřeba připojit spotřebič vyrobený pro nižší napětí k síti s vyšším napětím. Také ze zahraničních cest si občané přiváželi spotřebiče, které nebyly vždy vhodné k provozování u nás. A přestože se celá Evropa před více než dvaceti lety sjednotila na jmenovitém napětí 230V pro běžné jednofázové spotřebiče, ve velké části světa se stále používá poloviční střídavé napětí, často s frekvencí 60Hz.

Jeden příklad za všechny
Náš bývalý občan se po dvacetiletém pobytu v USA vrátil v polovině 90. let minulého století zpět a dovezl si i automatickou pračku. Usadil se v Polsku a od tamního opraváře motorů si nechal navinout převodový transformátor, aby mohl zapojit přivezenou pračku. Jak se taková pračka uvede do provozu?

Oddělovací transformátor o jmenovitém výkonu 2 kV-A má hmotnost přibližně 30kg. Problematické již je, kam takový transformátor umístit, jaké použít krytí, jak zmenšit nárazový proud při zapojení transformátoru k síti, zda ponechat transformátor stále zapnutaý v chodu naprázdno, jak odvádět z transformátoru teplo, jaké budou ztráty transformátoru. Transformátor lze zmenšit, jestliže se použije úspornější varianta zapojení jako autotransformátor. Autotransformátor s převodem napětí 230/115V s průchozím výkonem 2kV-A má jádro s typovým výkonem 1kV-A. Při polovičním typovém výkonu je jeho hmotnost zhruba 20kg.

Shrnutí: Před dvaceti lety mohla být obvyklá cena transformátoru o výkonu 2kV-A dva tisíce korun a cena pračky deset tisíc korun. Stejný transformátor má nyní cenu třikrát vyšší, tj. stejnou, jako je cena levnějších provedení praček, které ale vykazují lepší užitné vlastnosti než pračky starších verzí. Oproti tomu úprava spotřebiče na napětí 230V může být snadná např. u vypalovací pece se sudým počtem topných těles, kde lze zapojit vždy dvě topná tělesa do série.


Provozování spotřebičů z individuálních dovozů
Elektrické spotřebiče a zvláště spotřební elektronika bývaly zatíženy spotřební daní a výběr spotřebičů nebyl vždy uspokojivý. Stávaly se tak častým předmětem nákupů našich turistů na zahraničních cestách. Zvláště oblíbené byly cenově výhodné nákupy v bývalém Sovětském svazu, odkud se dovážely spotřebiče všeho druhu. Obvykle nenaplnily, co se od nich očekávalo, a proto se těmto výrobkům říkalo, že z nich byla dvojí radost. Nejprve když je člověk koupil a podruhé, když se jich zbavil. Spotřebiče třídy I neměly ochranný vodič PE. V SSSR byly provozovány sítě s napětím 220V a také 127V. Sovětské televizní přijímače byly nápadně těžší než jiné, jejich napájecí část obsahovala výstupní transformátor s možností napojení na napětí 220 a 127V (obr. 1).


Ze zájezdu do Sovětského svazu si návštěvník dovezl frézový holicí přístroj s napájecími napětími 220 a 127V. Již s uvedením do chodu doma vznikla potíž. Vidlici s podobou poloviny rozřezané hrušky nebylo možné pro její plochý tvar zasunout do zásuvky. Rovněž nebylo možné vyměnit přívodní kabel za jiný s naší vidlicí. V tělese vidlice byl zabudován přepínač napětí 220/127V spolu se srážecím rezistorem, bez něhož nebylo možné holicí přístroj provozovat při napětí 220V. Aby bylo možné tento přístroj uvést do chodu, bylo nutné vyrobit adaptér, a to tak, že se ořezala jedna stěna zásuvky z rozdvojky, včetně kolíku.

Počátkem 70. let minulého století k nám přijel na odborný pobyt vietnamský občan, který si cestou v Moskvě zakoupil žehličku se jmenovitou hodnotou 1000W/127V. Tehdy jsem uvažoval o možnosti připojení pomocí kondenzátoru zapojeného do série (obr. 2). Vhodný kondenzátor s kapacitou 138µF nebyl k dispozici. Místo kondenzátoru by bylo možné použít tlumivku ze rtuťového svítidla 1000W. Tehdejší žehličky měly topnou spirálu obvykle zalitou v šamotu, náhradní spirály se běžně prodávaly a žehličky se opravovaly. Později se topná spirála stala kompaktní částí žehlicí plochy. Nyní se žehličky vyjma přívodního kabelu neopravují. Vietnamský občan se po ukončení válečných událostí vrátil zpět do Vietnamu i se žehličkou na napětí 127V. Ve Vietnamu se používalo napětí 220V i 127V.

Elektrické spotřebiče s napětím 120V se od nás někdy i vyvážely. Cestoval jsem vlakem z Prahy se spolucestujícím i ze Slovenska. Byli to montážní pracovníci z dosud existující energetické firmy a chystali se na Kubu montovat kotle do elektrárny. Elektrické spotřebiče byly na Kubě vzácné, a proto bylo účelné si před vycestováním na Kubu zajet do Prahy koupit vařiče na napětí 120V. V Praze totiž zanikla síť s rozvodem 120V až v 80. letech minulého století. Proto tam byly k dostání i spotřebiče na 120V.


Regulace výkonu pomocí diody
Regulace výkonu vysoušečů vlasů (fénů) je nejčastěji řešena jedním ze dvou způsobů. První způsob je přepojování mezi delší nebo kratší částí topné spirály, čímž se dosáhne menšího nebo většího výkonu, včetně otáček motoru, který je zapojen do série s topnou spirálou. Druhý způsob regulace spočívá v zapojení druhého stupně - snížení výkonu pomocí diody (obr. 3), a stejně jako u předchozího zapojení se zapojí topná spirála, motor a dioda do série. U nižšího stupně poklesne příkon vysoušeče vlasů na polovinu. Co se stane u nás po zapojení vysoušeče vlasů dovezeného z USA, který je na poloviční napětí, než je u nás, má jmenovitý příkon 1500/750W a regulaci nižšího stupně pomocí diody?

Při dvojnásobném napětí vzroste výkon (U²/R) čtyřikrát, což je 6000/3000W, a vysoušeč velmi rychle shoří. Cestovní vysoušeče vlasů bývají vybaveny přepínačem napětí a mohou být stejně dobře použity u nás i v USA. Topná spirála se skládá ze dvou stejných částí a ty zapojí se na menší napětí paralelně a na větší napětí do série. Při obou napětích mají stejný příkon a funkce přepínání regulace výkonu zůstává zachována. Použije-li se náš vysoušeč vlasů 1500/750W v USA, jeho příkon poklesne na čtvrtinu, tj. 375/187,5W. Při cestě do oblastí, kde se používá poloviční napětí, je vhodné se vybavit vysoušečem vlasů na dvojí napětí. Při návratu se nesmí zapomenout přepnout ho na vyšší napětí, aby nedošlo k poškození. Protože také nelze opomenout pořízení adaptéru zásuvek pro příslušnou zemi, je lépe koupit vysoušeč vlasů v místě pobytu.

Jednocestné napájení, připojení pomocí polovodičové diody
Snížení výkonu vysoušeče vlasů pomocí diody na polovinu může vést k názoru, že lze přes diodu připojit spotřebič určený na poloviční napětí, aniž by se změnil výkon. Při dvojnásobném napětí vzroste výkon čtyřikrát a při ořezání jedné půlvlny v tomto případě bude dvojnásobný, což povede k poškození spotřebiče.

Příklad 1
Popisovaný holicí strojek ze SSSR se připojuje na napětí 127V přímo a na napětí 220V přes omezovači rezistor. Jak se změní odpor rezistoru a jeho ztrátový výkon při půlvlnném napájení, při zanedbání vlivu m otoru? Příkon holicího přístroje je P=15W. Ztráta na omezovacím rezistoru:



Na omezovacím rezistoru bude napětí:



Odpor rezistoru:



Při připojení přes diodu je třeba počítat s efektivním napětím pro výpočet omezovacího rezistoru



Ztráta na rezistoru poklesne na přibližně 30% původní ztráty. Příkon holicího přístroje klesne při napájecím napětí 220V z 26 na 18,3W. Při přepočtu na současné jmenovité napětí 230V by bylo třeba počítat s efektivním napětím 162,6V.

Příklad 2
Aby se ušetřilo na hmotnosti a jednoduchosti konstrukce, bylo napájení černobílých televizorů řešeno bez síťového transformátoru. Žhavení televizních elektronek řady P se v televizoru zapojovalo do série spolu s omezovacím termistorem nárazového proudu a vyrovnávacím rezistorem (obr. 4). Při jmenovitém žhavicím proudu elektronek 300mA byl příkon žhavení 66W. Na jednotlivých elektronkách bylo napětí od 6,3 do 25V. Ke konci 60. let minulého století začaly být televizní přijímače postupně osazovány polovodiči a s každým novým typem se zmenšoval počet elektronek. Při každém zmenšení počtu elektronek bylo třeba zvětšit odpor vyrovnávacího rezistoru o hodnotu vyřazené elektronky, aby nevzrostl žhavicí výkon elektronek. Rostl ale ztrátový výkon na vyrovnávacím rezistoru. Když pokleslo napětí žhavicího řetězce pod hodnotu U_max/2=155,5V, použilo se půlvlnné napájení žhavicího řetězce.

Příkon žhavicího řetězce poklesl o 30%, tj. přibližně o 20W. Snížilo se také oteplení televizního přijímače,a tím kleslo i riziko požáru u špatně větraných přijímačů, které bývaly těsně zasunuty do nábytku.



Měření proudu a napětí
Aby byly při měření při půlvlnném napájení naměřeny správné hodnoty, je třeba si uvědomit, jakou hodnotu použité měřidlo udává. Magnetoelektrický měřicí systém (deprézský) měří střední hodnotu. Jaká hodnota bude naměřena při půlvlnném žhavení televizních elektronek se žhavicím proudem 300mA? Efektivní hodnota těchto elektronek je při celovlnném žhavení 300mA, tomu odpovídá maximální hodnota:



Při půlvlnném žhavení bude maximální hodnota 600mA. Ampérmetr v tomto případě naměří hodnotu
xI_max=x600=190mA. Střední hodnota proudu je =0,637. Vynásobí-li se tímto údajem jmenovitý žhavicí proud elektronky 300mAx0,637=190mA, získá se hodnota, která musí být při nastavování obvodu naměřena. Stejné hodnoty platí pro měření napětí. Na elektronce, která má jmenovité napětí 6,3V, se při půlvlnném žhavení naměří hodnota 6,3x0,637=4V.

Půlvlnné napájení a jeho důsledky
Při půlvlnném napájení může nastat případ, kdy proud v nulovém vodiči bude mít větší efektivní hodnotu než proud ve fázových vodičích. Je to zřejmé ze schématu uzlového zapojení třífázového usměrňovače. Proud protékající nulovým vodičem způsobuje zvláště na konci sítě úbytek napětí. Bude-li nulový vodič uzemněn, protékající stejnosměrný proud způsobí korozi zemnícího materiálu. Při rekonstrukci hromosvodu budovy stojící na konci vzdušné napájecí sítě AlFe 4x35mm² bylo nové uzemnění hromosvodu položeno na stejné místo. Odkopávaný zemnic FeZn 10mm měl vlivem koroze způsobené protékajícím proudem poloviční průměr. Ve výkopu ležel podélně uzemňovací materiál, který nebyl vodivě propojen s hromosvodem a zůstal po dvaceti letech v zemi zcela neporušený. Po tomto poznatku byla na zkoušku částečně odkopána uzemňovací tyč pro ochranný vodič v síti TT za proudovým chráničem v domě. Po deseti letech nebyly viditelné známky zkorodování. Koroze uzemnění a také potrubí vodovodu, plynu nebo kabelových plášťů se projevuje např. ve městech v blízkosti tramvajových kolejí. Je známa pod názvem bludné proudy. Stejnosměrnou složku protékající vedením způsobuje téměř veškerá elektronika.

Závěr
Evropský způsob rozvodu nn vedl od počátku elektrifikace směrem k vyššímu napětí, ke třífázové soustavě 3x220V. Zvýšením napětí na 380V a zavedením nulového vodiče vznikla soustava 3x380/220V. Při stejných průřezech vedení a stejném proudu vzrostl přenášený výkon s násobkem  a nadále mohly být nezměněně provozovány jednofázové spotřebiče. U nás je v distribučních sítích provozováno vysoké napětí 22 nebo 35kV. V ostatních evropských státech jsou obvyklá napětí 10, 11, 13, 15, 20kV.