Jak vypočítat výkon, proud a napětí: principy a příklady výpočtu pro domácí podmínky

Majitelé bytů, soukromých domů a jiných elektrifikovaných objektů často čelí otázce stanovení hodnot hlavních elektrických veličin, protože není příliš jednoduché spočítat energii z přípustné síly proudu a známého napětí nebo vyřešit inverzní problém.

Přímé použití slavného Ohmova zákona bez zohlednění vlastností domácích sítí a zařízení může vést k nesprávnému výsledku.

V tomto materiálu pochopíme, co je moc, a mluvíme o tom, jak vypočítat tento ukazatel.

Základní pojmy veličin

Elektrické výpočty jsou založeny na dobře známých vztazích mezi proudovou silou (I, Ampér), hodnotou napětí (U, Volt), hodnotou výkonu (P, Watt) a odporem (R, Ohm). Praktické výpočty obvykle vyžadují znalost hodnot prvních tří.

Upozorníme vás, že číselné vyjádření uvedených hodnot nestačí - potřebujeme další charakteristiky, které odhalí režim spotřeby energie.

Elektrický proud

Výpočet dostatečného průřezu jader a jmenovitého proudu vypínače pro konkrétní větev energetické sítě se provádí podle hodnoty maximálního možného proudu pro tento úsek. To je nutné, aby se zabránilo požární situaci v elektroinstalaci, která často vede k požáru.

Dělníci parametry stroje a RCD jsou vybírány podle regulačních požadavků. Pro stanovení přípustného průřezu vodičů v závislosti na maximální možné proudové síle je nutné použít tabulku poskytovanou výrobcem výrobků, protože kabely jsou nejčastěji vyráběny podle TU, nikoli podle GOST.

Kabely vyrobené podle GOST (vlevo) a TU (vpravo) mají stejné označení, vizuálně i v základních charakteristikách

Protože je možné vypočítat sílu elektrického proudu z energie spotřebované zařízeními a síťového napětí, je nutné správně určit hodnoty těchto dvou indikátorů.

Napětí v domácích sítích

Mnoho majitelů bytů se domnívá, že standardní fázové napětí pro potřeby domácnosti je přibližně 220 V.Ve většině případů je to pravda. Přestože GOST 29322-2014 od 1. 10. 2015 v Ruské federaci se měl uskutečnit přechod na systém 230 V kompatibilní se zeměmi EHS

Odchylka 5% od normy je přijatelná pro jakékoli období a 10% pro období nepřesahující 1 hodinu. Podle starých pravidel se tedy hodnota napětí může pohybovat v rozmezí 198 až 242 V a podle současného GOST - od 207 do 253 V.

Existují také případy, kdy napětí v síti je po dlouhou dobu výrazně nižší než normativní. Taková situace nastává, když je celkový výkon elektrických spotřebičů připojených k větvi mnohem vyšší, než se plánovalo, a když je zapnuta většina z nich, dojde k „výpadku sítě“.

Tento problém vyvstává v oblasti odpovědnosti organizací odpovědných za dodávku elektřiny a je spojen s přetížením distribučních transformátorů, poškozováním rozvoden nebo nedostatečným průřezem vodičů.

Snížené vstupní napětí vede nejen ke změně aktuálního parametru a možné ochranné jištění, ale také k rychlému výpadku elektrických spotřebičů obsahujících asynchronní motory nebo komplexní elektroniku

Zjistit význam skutečné napětí je nutné pravidelně měřit pomocí voltmetru. Pokud jsou indikátory velmi „chůzi“, je nutné aplikaci stabilizátor nebo dražší převodník s funkcí ukládání energie.

Nuance v pojetí výkonu elektrických spotřebičů

Všechna zařízení spotřebovávající elektřinu mají takový parametr jako napájení. Čím vyšší je tento indikátor, tím více energie zařízení odebírá z obvodu.

Existují tři typy energie:

• Aktivní (P). Charakterizuje rychlost přeměny elektrické energie na jinou formu, například elektromagnetickou nebo tepelnou. Je třeba to vzít v úvahu při výpočtu nevratných nákladů na energii, a tedy i nákladů na zařízení. Měrnou jednotkou je W.
• Reaktivní (Q). Charakterizuje energii, která přichází ze zdroje (transformátoru) do reaktivních prvků zákazníka (kondenzátory, vinutí motoru), ale pak se téměř okamžitě vrací ke zdroji. Měrnou jednotkou je W nebo var (dekódování - volt-ampérová reaktivní).
• Plný (S). Charakterizuje zátěž, kterou spotřebitel způsobuje na prvky obvodu. Používá se při výpočtu průřezové plochy kabelu a výběru jmenovitého výkonu strojů, to znamená, že proudová síla se počítá při plném výkonu všech elektrických spotřebičů připojených k obvodu. Měrnou jednotkou je W nebo V * A (V * A je ampér voltů).

Všechny tyto parametry lze přepočítat pomocí fázového úhlu, který se vyskytuje mezi vektorem napětí a proudem (f):

P = S * cos (f);

Q = S * hřích (f);

S² = P² + Q².

K domácím spotřebičům, ve kterých může celkový výkon výrazně převyšovat aktivní, patří ledničky, pračky, zářivky a některé energeticky úsporné lampy, jakož i jednotky výkonové elektroniky.

Motory obvykle označují činný výkon a koeficient. V tomto případě se celkový výkon vypočítá takto: S = P / cos (f) = 750 / 0,78 = 962 W

Existuje také něco jako špičková nebo spouštěcí síla. Faktem je, že zrychlení motorů vyžaduje mnohem více úsilí než udržení jejich rotace. Proto když zapnete zařízení, jako je lednička nebo pračka, dojde ke krátkodobému nárůstu zatížení v části obvodu.

Startovací proudy mohou být několikrát vyšší než pracovní. Při výpočtu nezbytných kabelové sekce a výběr hodnocení stroje by to mělo brát v úvahu.

Chcete-li to provést, musíte určit zařízení s největším rozdílem v počátečním a provozním výkonu a přidat jej k celkové hodnotě. Startovací proudy jiných zařízení lze ignorovat, protože pravděpodobnost současného provozu při zahrnutí motorů od různých spotřebitelů je téměř nulová.

Lineární a fázové vztahy

V dnešní době se rozšířila praxe spojování domácích předmětů s třífázovými rozvodnými sítěmi.

Toto je odůvodněné z následujících důvodů:

• Významná spotřeba energie. V tomto případě bude sčítání jednofázové vysoce výkonné sítě velmi iracionální kvůli velkému průřezu kabelů a vysoké spotřebě materiálu transformátoru.
• Přítomnost zařízení pracujících ze tří fází. Realizace obvodu pro připojení takového zařízení k jednofázovému obvodu není příliš jednoduchá a plná rušení, ke kterému dochází například při spouštění indukčního motoru.

Existují dva způsoby připojení třífázových zařízení - „hvězda“ a „trojúhelník“.

Schémata přenosu elektřiny ve třech fázích. Jméno „hvězda“ a „trojúhelník“, které dostali kvůli geometrické podobnosti s těmito objekty

V obvodech hvězdného typu jsou lineární a fázové proudy identické a lineární napětí je 1,73krát větší než fázové napětí:

Já_l = Já_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Tento vzorec vysvětluje známý poměr napětí pro domácí a nízkonapěťové průmyslové sítě s frekvencí 50 Hz: 220/380 V (podle nového GOST: 230/400 V).

Při připojení typu trojúhelníku se naopak napětí shoduje a lineární proudy jsou větší než fázové proudy:

Já_l = 1.73 * Já_f;

U_l = U_f.

Tyto vzorce lze použít pouze se symetrickým fázovým zatížením. Pokud je odběr proudu přes kabely odlišný (nevyvážený přijímač), pak se výpočty provádějí podle pravidel vektorové algebry a výsledný vyrovnávací proud je kompenzován neutrálním drátem. U sítí s připojenými zařízeními jsou však tyto případy vzácné.

Vztah hlavních veličin

Nejběžnějším problémem, kterému čelí běžní spotřebitelé, je výpočet skutečné aktuální síly. Jak správně vypočítat proud podle známých hodnot napětí a výkonu? Je třeba to vyřešit při doložení hodnot průřezu jader a jmenovitého výkonu stroje, s technickými informacemi o zařízeních, která budou v tomto obvodu napájena.

Po výpočtu proudové síly je často vybrán kabel s nejmenším přípustným průřezem. To však není vždy správné, protože takové řešení vede ke značným omezením, pokud je nutné do sítě přidat nová elektrická zařízení.

Někdy je nutné provést inverzní výpočty a určit, jaký celkový výkon může být připojen k zařízením se známým napětím a maximální přípustnou proudovou silou, která je omezena stávajícím zapojením.

Tyto dva problémy můžete vyřešit u jednofázového obvodu pomocí jednoduchého vzorce:

Já = S / U;

S = U * Já,

kde S - celkový zdánlivý výkon všech elektrických spotřebičů.

Výsečový graf odrážející Ohmův zákon a vyjadřující závislost výkonu, proudu, napětí a odporu je vhodný pro výpočet parametrů jednofázového obvodu

Chcete-li vyřešit problém výpočtu aktuální síly ze známých nebo vypočtených hodnot energie a napětí v třífázovém obvodu, musíte znát celkovou zátěž vyvolanou každou fázi.

A požadovaný průřez kabelových vodičů a minimální přípustné jmenovité hodnoty stroje jsou vybírány v nejrušnější linii, vzhledem k tomu, že:

S = 3 * max {S₁, S₂, S₃}.

Já = S / (U * 1.73).

Přípustný výkon pro každou fázi lze vypočítat podle následujícího vzorce:

S_1,2,3 Já * U / 1.73,

kde Já - Maximální přípustný proud pro stávající zapojení.

Závěry a užitečné video na toto téma

Výpočet síly proudu podle výkonu pro výběr úseku kabelu:

Stanovení spotřeby energie skupin elektrických spotřebičů jako příkladu soukromého domu:

Výpočet intenzity proudu pro stanovení parametrů zapojení nebo stanovení přípustného výkonu ve stávajícím obvodu lze provést nezávisle. Pro správné řešení problému je nutné vzít v úvahu nuance, které se vyskytují v praxi, a nejen používat známé vzorce, které fungují za „ideálních“ podmínek.

Máte-li dotazy k tématu článku nebo můžete tento materiál doplnit zajímavými informacemi, zanechte prosím své komentáře v níže uvedeném bloku.