Jak obliczyć moc, prąd i napięcie: zasady i przykłady obliczeń dla warunków domowych

Właściciele mieszkań, domów prywatnych i innych naelektryzowanych obiektów często stają przed pytaniem o określenie wartości głównych wielkości elektrycznych, ponieważ obliczenie mocy na podstawie dopuszczalnej siły prądu i znanego napięcia lub rozwiązanie problemu odwrotnego nie jest bardzo proste.

Bezpośrednie stosowanie słynnego prawa Ohma bez uwzględnienia funkcji domowych sieci i urządzeń może prowadzić do nieprawidłowego wyniku.

W tym materiale zrozumiemy, czym jest moc i porozmawiamy o tym, jak obliczyć ten wskaźnik.

Podstawowe pojęcia wielkości

Obliczenia elektryczne oparte są na dobrze znanych zależnościach między siłą prądu (I, amper), wartością napięcia (U, Volt), wartością mocy (P, Watt) i rezystancją (R, Ohm). Praktyczne obliczenia zwykle wymagają znajomości wartości pierwszych trzech.

Ostrzegamy cię, że wyrażenia liczbowe wymienionych wartości nie są wystarczające - potrzebujemy dodatkowych cech, które ujawnią tryb zużycia energii.

Prąd elektryczny

Obliczenie wystarczającego przekroju poprzecznego rdzeni i wartości znamionowej wyłącznika dla określonej gałęzi sieci elektroenergetycznej przeprowadza się zgodnie z wartością maksymalnego możliwego prądu dla tej sekcji. Jest to konieczne, aby zapobiec sytuacji pożaru w okablowaniu, która często prowadzi do pożaru.

Pracownicy parametry maszyny a RCD wybiera się zgodnie z wymogami regulacyjnymi. Aby określić dopuszczalny przekrój przewodów, w zależności od maksymalnej możliwej siły prądu, konieczne jest skorzystanie z tabeli dostarczonej przez producenta produktów, ponieważ kable są najczęściej produkowane zgodnie z TU, a nie zgodnie z GOST.

Mając to samo oznaczenie, kable produkowane zgodnie z GOST (po lewej) i TU (po prawej) różnią się zarówno wizualnie, jak i podstawowymi cechami

Ponieważ możliwe jest obliczenie siły prądu elektrycznego na podstawie mocy pobieranej przez urządzenia i napięcia sieciowego, konieczne jest prawidłowe określenie wartości tych dwóch wskaźników.

Napięcie w sieciach domowych

Wielu właścicieli mieszkań uważa, że ​​standardowe napięcie fazowe na potrzeby gospodarstwa domowego wynosi około 220 V.W większości przypadków jest to prawda. Chociaż przez GOST 29322-2014 od 01.10.2015 w Federacji Rosyjskiej miało nastąpić przejście na system 230 V zgodny z krajami EWG

Odchylenie 5% od normy jest dopuszczalne dla dowolnego okresu, a 10% dla okresu nieprzekraczającego 1 godziny. Tak więc, zgodnie ze starymi zasadami, wartość napięcia może wahać się w zakresie od 198 do 242 V, a zgodnie z aktualnym GOST - od 207 do 253 V.

Zdarzają się również przypadki, w których napięcie w sieci przez długi czas jest znacznie niższe niż normatywne. Taka sytuacja powstaje, gdy łączna moc urządzeń elektrycznych podłączonych do oddziału jest znacznie wyższa niż planowano, a gdy większość z nich jest włączona, następuje „zanik sieci”.

Problem ten powstaje w obszarze odpowiedzialności organizacji odpowiedzialnych za dostawy energii elektrycznej i jest związany z przeciążeniem transformatorów dystrybucyjnych, pogorszeniem się podstacji lub niewystarczającym przekrojem przewodów.

Zmniejszone napięcie wejściowe prowadzi nie tylko do zmiany parametru prądu i możliwego wyłączenia zabezpieczenia, ale także do szybkiego uszkodzenia urządzeń elektrycznych zawierających silniki asynchroniczne lub złożoną elektronikę

Aby poznać znaczenie prawdziwe napięcie konieczne jest okresowe mierzenie za pomocą woltomierza. Jeśli wskaźniki są bardzo „chodzące”, konieczne jest zastosowanie stabilizator lub droższy konwerter z funkcją magazynowania energii.

Niuanse w koncepcji mocy urządzeń elektrycznych

Wszystkie urządzenia zużywające prąd mają taki parametr jak moc. Im wyższy wskaźnik, tym więcej energii urządzenie pobiera z obwodu.

Istnieją trzy rodzaje mocy:

• Aktywny (P.). Charakteryzuje szybkość konwersji energii elektrycznej na inną formę, na przykład elektromagnetyczną lub termiczną. Należy wziąć to pod uwagę przy obliczaniu nieodwracalnych kosztów energii, a tym samym kosztu urządzenia. Jednostką miary jest W.
• Reaktywny (Q). Charakteryzuje energię, która pochodzi ze źródła (transformatora) do elementów reaktywnych konsumenta (kondensatory, uzwojenia silnika), ale następnie niemal natychmiast wraca do źródła. Jednostką miary jest W lub var (dekodowanie - reaktywne w woltach i amperach).
• Pełna (S.). Charakteryzuje obciążenie, które konsument wywiera na elementy obwodu. Służy do obliczania pola przekroju poprzecznego kabla i wyboru mocy znamionowej maszyn, to znaczy natężenia prądu oblicza się przy pełnej mocy wszystkich urządzeń elektrycznych podłączonych do obwodu. Jednostką miary jest W lub V * A (V * A to amper wolta).

Wszystkie te parametry można przeliczyć na podstawie kąta fazowego występującego między wektorem napięcia a prądem (f):

P. = S. * cos (f);

Q = S. * grzech (f);

S.² = P.² + Q².

Do urządzeń gospodarstwa domowego, w których całkowita moc może znacznie przewyższyć moc czynną, należą lodówki, pralki, świetlówki i niektóre lampy energooszczędne, a także jednostki energoelektroniczne.

Silniki zwykle wskazują moc czynną i współczynnik. W takim przypadku całkowitą moc oblicza się w następujący sposób: S = P / cos (f) = 750 / 0,78 = 962 W

Istnieje również coś takiego jak moc szczytowa lub początkowa. Faktem jest, że przyspieszenie silników wymaga znacznie więcej wysiłku niż utrzymanie ich obrotów. Dlatego po włączeniu takich urządzeń, jak lodówka lub pralka, na części obwodu występuje krótkotrwały wzrost obciążenia.

Prądy rozruchowe mogą być kilkakrotnie wyższe niż prądy robocze. Przy obliczaniu niezbędnego odcinki kablowe i wybór oceny maszyny powinien wziąć to pod uwagę.

Aby to zrobić, musisz określić urządzenie o największej różnicy w mocy rozruchowej i operacyjnej i dodać je do łącznej wartości. Prądy rozruchowe innych urządzeń można zignorować, ponieważ prawdopodobieństwo równoczesnej pracy przy włączeniu silników różnych odbiorców wynosi prawie zero.

Zależności liniowe i fazowe

Obecnie rozpowszechniła się praktyka łączenia obiektów gospodarstwa domowego z sieciami trójfazowymi.

Jest to uzasadnione z następujących powodów:

• Znaczne zużycie energii. W takim przypadku sumowanie sieci jednofazowej o dużej mocy będzie bardzo nieracjonalne ze względu na duży przekrój kabla i wysokie zużycie materiału przez transformator.
• Obecność urządzeń działających w trzech fazach. Realizacja obwodu do podłączenia takiego urządzenia do obwodu jednofazowego nie jest bardzo prosta i pełna zakłóceń, które występują na przykład podczas uruchamiania silnika indukcyjnego.

Istnieją dwa sposoby podłączenia urządzeń trójfazowych - „gwiazda” i „trójkąt”.

Schematy przesyłania energii elektrycznej w trzech fazach. Nazwę „gwiazda” i „trójkąt” otrzymali ze względu na geometryczne podobieństwo do tych obiektów

W obwodach typu gwiazdowego prądy liniowe i fazowe są identyczne, a napięcie liniowe jest 1,73 razy większe niż napięcie fazowe:

Ja_l = Ja_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Ta formuła wyjaśnia dobrze znany stosunek napięcia do domowych i niskonapięciowych sieci przemysłowych o częstotliwości 50 Hz: 220/380 V (zgodnie z nowym GOST: 230/400 V).

Przeciwnie, przy podłączaniu typu trójkąta napięcie pokrywa się, a prądy liniowe są większe niż prądy fazowe:

Ja_l = 1.73 * Ja_f;

U_l = U_f.

Te wzory można stosować tylko przy symetrycznym obciążeniu fazowym. Jeśli pobór prądu przez kable jest inny (odbiornik niezrównoważony), obliczenia są przeprowadzane przy użyciu reguł algebry wektorowej, a powstały prąd wyrównawczy jest kompensowany przez przewód neutralny. Jednak w sieciach z podłączonymi urządzeniami takie przypadki są rzadkie.

Zależność głównych wielkości

Najczęstszym problemem, przed którym stają zwykli konsumenci, jest obliczenie rzeczywistej siły prądu. Jak więc poprawnie obliczyć natężenie prądu zgodnie ze znanymi wartościami napięcia i mocy? Konieczne jest rozwiązanie tego, uzasadniając wartości przekroju rdzeni i ocenę maszyny, mając informacje techniczne o urządzeniach, które będą zasilane w tym obwodzie.

Po obliczeniu aktualnej wytrzymałości często wybiera się kabel o najmniejszym dopuszczalnym przekroju. Nie zawsze jest to jednak poprawne, ponieważ takie rozwiązanie prowadzi do znacznych ograniczeń, gdy konieczne jest dodanie nowych urządzeń elektrycznych do sieci.

Czasami konieczne jest przeprowadzenie odwrotnych obliczeń i określenie, jaką całkowitą moc można podłączyć do urządzeń przy znanym napięciu i maksymalnej dopuszczalnej sile prądu, która jest ograniczona istniejącym okablowaniem.

Możesz rozwiązać te dwa problemy dla obwodu jednofazowego, używając prostej formuły:

Ja = S. / U;

S. = U * Ja,

gdzie S. - całkowita moc pozorna wszystkich odbiorców elektrycznych.

Wykres kołowy odzwierciedlający prawo Ohma i wyrażający zależność mocy, prądu, napięcia i rezystancji nadaje się do obliczania parametrów obwodu jednofazowego

Aby rozwiązać problem obliczania siły prądu na podstawie znanych lub obliczonych wartości mocy i napięcia w obwodzie trójfazowym, musisz znać całkowite obciążenie nałożone na każdą fazę.

Wymagany przekrój przewodów kablowych i minimalna dopuszczalna moc znamionowa maszyny są wybierane wzdłuż najbardziej obciążonej linii, biorąc pod uwagę, że:

S. = 3 * maks. {S.₁, S.₂, S.₃}.

Ja = S. / (U * 1.73).

Dopuszczalną moc dla każdej fazy można obliczyć według następującego wzoru:

S._1,2,3 Ja * U / 1.73,

gdzie Ja - Maksymalny dopuszczalny prąd dla istniejącego okablowania.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Obliczanie siły prądu według mocy, aby wybrać odcinek kabla:

Określanie zużycia energii przez grupy urządzeń elektrycznych jako przykład domu prywatnego:

Obliczenie natężenia prądu w celu ustalenia parametrów okablowania lub określenia dopuszczalnej mocy w istniejącym obwodzie można wykonać niezależnie. Aby poprawnie rozwiązać problem, należy wziąć pod uwagę niuanse pojawiające się w praktyce, a nie tylko stosować dobrze znane formuły, które działają w „idealnych” warunkach.

Jeśli masz pytania dotyczące tematu artykułu lub możesz uzupełnić ten materiał interesującymi informacjami, zostaw swoje komentarze w poniższym bloku.