Come calcolare potenza, corrente e tensione: principi ed esempi di calcolo per le condizioni domestiche

I proprietari di appartamenti, case private e altri oggetti elettrificati affrontano spesso il problema di determinare i valori delle principali quantità elettriche, poiché non è molto semplice calcolare la potenza dalla potenza corrente ammissibile e la tensione nota o risolvere il problema inverso.

L'applicazione diretta della famosa legge di Ohm senza tener conto delle caratteristiche delle reti e dei dispositivi domestici può portare a un risultato errato.

In questo materiale, capiremo cos'è il potere e parleremo di come calcolare questo indicatore.

Concetti di base sulle quantità

I calcoli elettrici si basano su relazioni ben note tra intensità di corrente (I, Ampere), valore di tensione (U, Volt), valore di potenza (P, Watt) e resistenza (R, Ohm). I calcoli pratici di solito richiedono la conoscenza dei valori dei primi tre.

Ti avvertiremo che le espressioni numeriche dei valori elencati non sono sufficienti - abbiamo bisogno di caratteristiche aggiuntive che rivelino la modalità di consumo energetico.

Corrente elettrica

Il calcolo di una sezione trasversale sufficiente dei nuclei e della potenza dell'interruttore per un particolare ramo della rete elettrica viene effettuato in base al valore della corrente massima per questa sezione. Ciò è necessario per prevenire una situazione di incendio nel cablaggio, che spesso porta a un incendio.

lavoro parametri macchina e RCD sono selezionati in base ai requisiti normativi. Per determinare la sezione consentita dei conduttori, in base alla massima resistenza di corrente possibile, è necessario utilizzare la tabella fornita dal produttore del prodotto, poiché i cavi sono spesso prodotti secondo TU e non secondo GOST.

Avendo la stessa marcatura, i cavi prodotti secondo GOST (a sinistra) e TU (a destra) differiscono sia visivamente che nelle caratteristiche di base

Poiché è possibile calcolare l'intensità della corrente elettrica dalla potenza consumata dai dispositivi e dalla tensione di rete, è necessario determinare correttamente i valori di questi due indicatori.

Tensione nelle reti domestiche

Molti proprietari di appartamenti ritengono che la tensione di fase standard per le esigenze domestiche sia di circa 220 V.Nella maggior parte dei casi questo è vero. Anche se di GOST 29322-2014 dal 01.10.2015 all'interno della Federazione Russa, avrebbe avuto luogo il passaggio a un sistema a 230 V compatibile con i paesi della CEE

Una deviazione del 5% dallo standard è accettabile per qualsiasi periodo e del 10% per un periodo non superiore a 1 ora. Pertanto, secondo le vecchie regole, il valore della tensione può oscillare nell'intervallo da 198 a 242 V e secondo l'attuale GOST - da 207 a 253 V.

Ci sono anche casi in cui la tensione nella rete per lungo tempo è significativamente inferiore a quella normativa. Una situazione del genere si presenta quando la potenza totale degli apparecchi elettrici collegati alla filiale è molto più elevata del previsto e quando la maggior parte di essi viene accesa, si verifica uno "svuotamento della rete".

Questo problema sorge nell'area di responsabilità delle organizzazioni responsabili della fornitura di energia elettrica ed è associato al sovraccarico dei trasformatori di distribuzione, al deterioramento delle sottostazioni o alla sezione dei cavi insufficiente.

Una tensione di ingresso ridotta porta non solo a una modifica del parametro corrente e al possibile intervento di protezione, ma anche a una rapida rottura di apparecchi elettrici contenenti motori asincroni o elettronica complessa

Per scoprire il significato tensione reale è necessario misurare periodicamente usando un voltmetro. Se gli indicatori sono molto "a piedi", è necessaria l'applicazione stabilizzatore o convertitore più costoso con la funzione di accumulo di energia.

Sfumature nel concetto di potenza degli apparecchi elettrici

Tutti i dispositivi che consumano elettricità hanno un parametro come l'energia. Più alto è questo indicatore, maggiore è l'energia che il dispositivo prende dal circuito.

Esistono tre tipi di alimentazione:

• Attivo (P). Caratterizza il tasso di conversione dell'energia elettrica in un'altra forma, ad esempio elettromagnetica o termica. Deve essere preso in considerazione nel calcolo dei costi energetici irreversibili e quindi del costo del dispositivo. L'unità di misura è W.
• Reattivo (Q). Caratterizza l'energia che proviene dalla sorgente (trasformatore) per gli elementi reattivi di consumo (condensatori, avvolgimenti del motore), ma poi ritorna quasi istantaneamente alla sorgente. L'unità di misura è W o var (decodifica - volt-ampere reattivo).
• Pieno (S). Caratterizza il carico che il consumatore impone sugli elementi del circuito. Viene utilizzato nel calcolo dell'area della sezione trasversale del cavo e nella scelta della potenza nominale delle macchine, ovvero la resistenza attuale viene calcolata alla piena potenza di tutti gli apparecchi elettrici collegati al circuito. L'unità di misura è W o V * A (V * A è un volt ampere).

Tutti questi parametri possono essere ricalcolati attraverso l'angolo di fase che si verifica tra il vettore di tensione e la corrente (f):

P = S * cos (f);

Q = S * sin (f);

S² = P² + Q².

Per gli elettrodomestici, in cui la potenza totale può superare significativamente quella attiva, includono frigoriferi, lavatrici, lampade fluorescenti e alcune lampade a risparmio energetico, nonché unità di elettronica di potenza.

I motori di solito indicano potenza attiva e coefficiente. In questo caso, la potenza totale viene calcolata come segue: S = P / cos (f) = 750 / 0,78 = 962 W

Esiste anche qualcosa come picco o potenza iniziale. Il fatto è che accelerare i motori richiede molto più sforzo che mantenere la loro rotazione. Pertanto, quando si accendono dispositivi come un frigorifero o una lavatrice, si verifica un'impennata a breve termine del carico su una sezione del circuito.

Le correnti di avviamento possono essere più volte superiori a quelle di lavoro. Nel calcolare il necessario sezioni dei cavi e la selezione della valutazione della macchina dovrebbe tenerne conto.

Per fare ciò, è necessario determinare il dispositivo con la maggiore differenza in termini di potenza iniziale e operativa e aggiungerlo al valore totale. Le correnti di avviamento di altri dispositivi possono essere ignorate, poiché la probabilità di funzionamento simultaneo sull'inclusione di motori di diversi consumatori è quasi zero.

Relazioni lineari e di fase

Oggi si è diffusa la pratica di collegare oggetti domestici a reti elettriche trifase.

Ciò è giustificato per i seguenti motivi:

• Consumo energetico significativo. In questo caso, riassumere una rete monofase ad alta potenza sarà molto irrazionale a causa della grande sezione del cavo e dell'elevato consumo di materiale del trasformatore.
• La presenza di dispositivi che operano da tre fasi. L'implementazione del circuito per il collegamento di un tale dispositivo a un circuito monofase non è molto semplice e irta di interferenze che si verificano, ad esempio, all'avvio di un motore a induzione.

Esistono due modi per collegare i dispositivi trifase: "stella" e "triangolo".

Diagrammi schematici della trasmissione di elettricità in tre fasi. Il nome "stella" e "triangolo" hanno ricevuto a causa della somiglianza geometrica con questi oggetti

Nei circuiti a stella, le correnti lineari e di fase sono identiche e la tensione lineare è 1,73 volte maggiore della tensione di fase:

io_l = io_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Questa formula spiega il noto rapporto di tensione per reti domestiche e industriali a bassa tensione con una frequenza di 50 Hz: 220/380 V (secondo il nuovo GOST: 230/400 V).

Quando si collega un tipo di triangolo, al contrario, la tensione coincide e le correnti lineari sono maggiori di quelle di fase:

io_l = 1.73 * io_f;

U_l = U_f.

Queste formule possono essere applicate solo con un carico di fase simmetrico. Se il consumo di corrente sui cavi è diverso (ricevitore asimmetrico), i calcoli vengono eseguiti utilizzando le regole dell'algebra vettoriale e la corrente di compensazione risultante viene compensata dal filo neutro. Tuttavia, per le reti con apparecchi collegati, tali casi sono rari.

La relazione delle principali quantità

Il problema più comune affrontato dai consumatori ordinari è calcolare la reale forza attuale. Quindi, come calcolare correttamente l'amperaggio in base ai valori noti di tensione e potenza? È necessario risolverlo quando si confermano i valori della sezione trasversale dei nuclei e la valutazione della macchina, con informazioni tecniche sui dispositivi che verranno alimentati in questo circuito.

Dopo aver calcolato la resistenza attuale, viene spesso selezionato il cavo con la sezione trasversale minima consentita. Tuttavia, ciò non è sempre corretto, dal momento che una tale soluzione comporta limitazioni significative quando è necessario aggiungere nuovi apparecchi elettrici alla rete.

A volte è necessario eseguire calcoli inversi e determinare quale potenza totale può essere collegata ai dispositivi a una tensione nota e alla massima intensità di corrente consentita, che è limitata da un cablaggio esistente.

Puoi risolvere questi due problemi per un circuito monofase usando una semplice formula:

io = S / U;

S = U * io,

dove S - potenza apparente totale di tutti i consumatori elettrici.

Il grafico a torta che riflette la legge di Ohm ed esprime la dipendenza di potenza, corrente, tensione e resistenza è adatto per il calcolo dei parametri di un circuito monofase

Per risolvere il problema del calcolo dell'intensità di corrente da valori noti o calcolati di potenza e tensione in un circuito trifase, è necessario conoscere il carico totale imposto su ciascuna fase.

E la sezione richiesta dei conduttori del cavo e la valutazione minima consentita della macchina vengono selezionate lungo la linea più occupata, considerando che

S = 3 * max {S₁, S₂, S₃}.

io = S / (U * 1.73).

La potenza consentita per ciascuna fase può essere calcolata con la seguente formula:

S_1,2,3 io * U / 1.73,

dove io - La corrente massima consentita per il cablaggio esistente.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Calcolo della potenza attuale per potenza per selezionare la sezione del cavo:

Determinazione del consumo di energia di gruppi di apparecchi elettrici come esempio di una casa privata:

Il calcolo dell'intensità di corrente per determinare i parametri di cablaggio o determinare la potenza consentita in un circuito esistente può essere eseguito in modo indipendente. Per la corretta soluzione del problema, è necessario tenere conto delle sfumature che sorgono nella pratica e non usare solo formule ben note che funzionano in condizioni "ideali".

Se hai domande sull'argomento dell'articolo o puoi integrare questo materiale con informazioni interessanti, lascia i tuoi commenti nel blocco sottostante.