Com calcular potència, corrent i tensió: principis i exemples de càlcul per a condicions domèstiques

Els propietaris d'apartaments, cases particulars i altres objectes electrificats solen afrontar el problema de determinar els valors de les principals quantitats elèctriques, ja que no és molt senzill calcular la potència a partir de la força de corrent admissible i la tensió coneguda o de resoldre el problema invers.

L’aplicació directa de la famosa llei d’Ohm sense tenir en compte les característiques de les xarxes i dispositius domèstics pot comportar un resultat incorrecte.

En aquest material, entendrem què és la potència i parlarem de com calcular aquest indicador.

Conceptes bàsics de quantitats

Els càlculs elèctrics es basen en relacions conegudes entre la força de corrent (I, Ampere), el valor de tensió (U, Volt), el valor de potència (P, Watt) i la resistència (R, Ohm). Els càlculs pràctics solen requerir coneixement dels valors dels tres primers.

Us advertirem que no són suficients les expressions numèriques dels valors enumerats: necessitem característiques addicionals que revelin el mode de consum d'energia.

Corrent elèctric

El càlcul d’una secció transversal suficient dels nuclis i la qualificació de l’interruptor de circuit per a una branca determinada de la xarxa elèctrica es realitza d’acord amb el valor del màxim de corrent possible per a aquesta secció. Això és necessari per evitar una situació d’incendi al cablejat, que sovint provoca un incendi.

Obrers paràmetres de la màquina i els RCD es seleccionen segons els requisits normatius. Per determinar la secció transversal de conductors, segons la màxima resistència possible, cal utilitzar la taula proporcionada pel fabricant del producte, ja que els cables es produeixen més sovint segons TU i no segons GOST.

Tenint la mateixa marca, els cables produïts d’acord amb GOST (esquerra) i TU (dreta) difereixen tant visualment com en característiques bàsiques

Com que es pot calcular la força del corrent elèctric a partir de la potència consumida pels dispositius i la tensió de xarxa, cal determinar correctament els valors d’aquests dos indicadors.

Tensió a les xarxes domèstiques

Molts propietaris d'apartaments creuen que el voltatge de fase estàndard per a les necessitats de la llar és d'aproximadament 220 V.En la majoria dels casos, això és cert. Encara que per sobre GOST 29322-2014 des del 01.10.2015 a la Federació Russa, s'havia de produir la transició cap a un sistema de 230 V compatible amb els països de la CEE

Una desviació del 5% de la norma és acceptable per a qualsevol període, i del 10% per a un període no superior a 1 hora. Així, segons les antigues regles, el valor de tensió pot oscil·lar en el rang des de 198 a 242 V, i segons el GOST actual - de 207 a 253 V.

També hi ha casos en què la tensió a la xarxa durant molt de temps és significativament inferior a la normativa. Aquesta situació es produeix quan la potència total dels aparells elèctrics connectats a la sucursal és molt superior a la prevista i quan la majoria d’ells s’encén, es produeix un “desplegament de xarxa”.

Aquest problema sorgeix en l’àrea de responsabilitat de les organitzacions responsables del subministrament d’electricitat i s’associa amb la sobrecàrrega de transformadors de distribució, el deteriorament de les subestacions o amb una secció de cables insuficient.

Una tensió d’entrada reduïda no només comporta un canvi en el paràmetre actual i el possible desplaçament de protecció, sinó també a una ràpida avaria dels aparells elèctrics que contenen motors asíncrons o electrònica complexa.

Per esbrinar el significat tensió real cal mesurar periòdicament mitjançant un voltímetre. Si els indicadors són molt “caminants”, cal aplicar-los estabilitzador o convertidor més car amb la funció d’emmagatzematge d’energia.

Nuances en el concepte de potència dels electrodomèstics

Tots els dispositius que consumeixen electricitat tenen un paràmetre com potència. Com més gran sigui aquest indicador, més energia agafa el circuit del circuit.

Hi ha tres tipus de potència:

• Actiu (Pàg). Caracteritza la velocitat de conversió d’energia elèctrica en una altra forma, per exemple, electromagnètica o tèrmica. Cal tenir en compte a l’hora de calcular els costos d’energia irreversibles i, per tant, el cost del dispositiu. La unitat de mesura és W.
• Reactiu (P). Caracteritza l’energia que arriba des de la font (transformador) als elements reactius del consumidor (condensadors, bobinats del motor), però després gairebé instantàniament torna a la font. La unitat de mesura és W o var (descodificació - volt-ampere reactiu).
• Completa (S). Caracteritza la càrrega que el consumidor imposa sobre els elements del circuit. S’utilitza per calcular l’àrea de secció del cable i triar la qualificació de les màquines, és a dir, la força actual es calcula a tota potència de tots els aparells elèctrics connectats al circuit. La unitat de mesura és W o V * A (V * A és un volt amperi).

Tots aquests paràmetres es poden recalcular mitjançant l’angle de fase que es produeix entre el vector de tensió i el corrent (f):

Pàg = S * cos (f);

P = S * pecat (f);

S² = Pàg² + P².

Entre els electrodomèstics, en què la potència total pot superar significativament l’actiu, inclouen frigorífics, rentadores, làmpades fluorescents i algunes d’estalvi d’energia, així com unitats d’electrònica de potència.

Els motors solen indicar la potència i el coeficient actius. En aquest cas, la potència total es calcula de la següent manera: S = P / cos (f) = 750 / 0,78 = 962 W

També existeix la potència màxima o la potència de partida. El fet és que accelerar els motors requereix molt més esforç que mantenir la seva rotació. Per tant, quan enceneu dispositius com un refrigerador o una rentadora, es produeix un augment de càrrega a curt termini en una secció del circuit.

Els corrents inicials poden ser diverses vegades superiors als que funcionen. En calcular el necessari seccions de cable i la selecció de la qualificació de la màquina ha de tenir en compte això.

Per fer-ho, heu de determinar el dispositiu amb la major diferència en la potència d’inici i funcionament i afegir-lo al valor total. Es poden ignorar les corrents inicials d’altres dispositius, ja que la probabilitat de funcionament simultani en la inclusió de motors de diferents consumidors és gairebé nul.

Relacions lineals i de fase

Avui en dia, la pràctica de connectar objectes domèstics a les xarxes elèctriques trifàsiques s’ha estès.

Això es justifica per les següents raons:

• Consum energètic important. En aquest cas, la suma d'una xarxa monofàsica d'alta potència serà molt irracional a causa de la gran secció del cable i l'elevat consum de material del transformador.
• Presència de dispositius que funcionen des de tres fases. La implementació del circuit per connectar un dispositiu a un circuit monofàsic no és gaire senzilla i plena d’interferències que es produeixen, per exemple, en iniciar un motor d’inducció.

Hi ha dues maneres de connectar dispositius trifàsics: "estrella" i "triangle".

Esquemes esquemàtics de la transmissió d’electricitat en tres fases. El nom "estrella" i "triangle" rebuts per la similitud geomètrica amb aquests objectes

En circuits tipus estrella, els corrents lineals i de fase són idèntics, i el voltatge lineal és 1,73 vegades major que el voltatge de fase:

Jo_l = Jo_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Aquesta fórmula explica la coneguda relació de tensió per a xarxes domèstiques i de baixa tensió industrial amb una freqüència de 50 Hz: 220/380 V (segons el nou GOST: 230/400 V).

Al connectar un tipus de triangle, al contrari, la tensió coincideix i els corrents lineals són majors que els de fase:

Jo_l = 1.73 * Jo_f;

U_l = U_f.

Aquestes fórmules només es poden aplicar amb una càrrega de fase simètrica. Si el consum de corrent dels cables és diferent (receptor asimètric), els càlculs es realitzen mitjançant les regles de l'àlgebra vectorial, i el corrent igualador resultant es compensa amb el fil neutre. Tanmateix, per a les xarxes amb aparells connectats, aquests casos són rars.

La relació de les principals quantitats

El problema més comú a què s’enfronten els consumidors habituals és calcular la força actual actual. Llavors, com calcular correctament l'amperage segons els valors coneguts de tensió i potència? Cal solucionar-ho quan es demostrin els valors de la secció transversal dels nuclis i la qualificació de la màquina, tenint informació tècnica sobre els dispositius que s’alimentaran en aquest circuit.

Després de calcular la força actual, sovint se selecciona el cable amb la secció transversal més petita permesa. Tanmateix, això no sempre és correcte, ja que una solució comporta limitacions importants quan cal afegir nous aparells elèctrics a la xarxa.

De vegades és necessari fer càlculs inversos i determinar quina potència total es pot connectar als dispositius amb una tensió coneguda i una intensitat màxima de corrent permesa, que està limitada per un cablejat existent.

Podeu resoldre aquests dos problemes per a un circuit monofàsic mitjançant una fórmula senzilla:

Jo = S / U;

S = U * Jo,

on S - la potència aparent total de tots els consumidors elèctrics.

El gràfic que reflecteix la llei d'Ohm i que expressa la dependència de potència, corrent, tensió i resistència és adequat per calcular els paràmetres d'un circuit monofàsic.

Per resoldre el problema de càlcul de la força actual a partir de valors coneguts o calculats de potència i tensió en un circuit trifàsic, heu de conèixer la càrrega total imposada a cada fase.

I la secció necessària de conductors de cable i la qualificació mínima admissible de la màquina es seleccionen a la línia de més ocupat, tenint en compte que:

S = 3 * màxim {S₁, S₂, S₃}.

Jo = S / (U * 1.73).

La potència admesa per a cada fase es pot calcular mitjançant la següent fórmula:

S_1,2,3 Jo * U / 1.73,

on Jo - El màxim de corrent admissible pel cablejat existent.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Càlcul de la força actual per potència per seleccionar la secció de cable:

Determinar el consum d'energia de grups d'aparells elèctrics com a exemple de casa privada:

El càlcul de la força actual per determinar els paràmetres de cablejat o determinar la potència admissible en un circuit existent es pot fer de manera independent. Per a la correcta solució del problema, cal tenir en compte els matisos que sorgeixen a la pràctica i no només utilitzar fórmules conegudes que funcionin en condicions “ideals”.

Si teniu preguntes sobre el tema de l’article o podeu complementar aquest material amb informació interessant, deixeu els vostres comentaris al bloc següent.