Como calcular potência, corrente e tensão: princípios e exemplos de cálculo para condições domésticas

Os proprietários de apartamentos, casas particulares e outros objetos eletrificados enfrentam frequentemente a questão de determinar os valores das principais quantidades elétricas, uma vez que não é muito simples calcular a potência a partir da força de corrente permitida e da tensão conhecida ou resolver o problema inverso.

A aplicação direta da famosa lei de Ohm, sem levar em conta os recursos de redes e dispositivos domésticos, pode levar a um resultado incorreto.

Neste material, entenderemos o que é poder e falaremos sobre como calcular esse indicador.

Conceitos básicos de quantidades

Os cálculos elétricos são baseados em relações conhecidas entre a força da corrente (I, Ampere), o valor da tensão (U, Volt), o valor da potência (P, Watt) e a resistência (R, Ohm). Cálculos práticos geralmente requerem conhecimento dos valores dos três primeiros.

Avisaremos que as expressões numéricas dos valores listados não são suficientes - precisamos de características adicionais que revelem o modo de consumo de energia.

Corrente elétrica

O cálculo de uma seção transversal suficiente dos núcleos e a classificação do disjuntor para um ramo específico da rede elétrica são realizados de acordo com o valor da corrente máxima possível para esta seção. Isso é para evitar uma situação de incêndio na fiação, o que geralmente leva a um incêndio.

Trabalhadores parâmetros da máquina e os RCDs são selecionados de acordo com os requisitos regulamentares. Para determinar a seção transversal permitida dos condutores, dependendo da força máxima possível da corrente, é necessário usar a tabela fornecida pelo fabricante dos produtos, porque os cabos são mais frequentemente produzidos de acordo com a TU, e não de acordo com a GOST.

Com a mesma marcação, os cabos produzidos de acordo com GOST (esquerda) e TU (direita) diferem visualmente e nas características básicas

Como é possível calcular a força da corrente elétrica a partir da energia consumida pelos dispositivos e da tensão da rede, é necessário determinar corretamente os valores desses dois indicadores.

Tensão nas redes domésticas

Muitos proprietários de apartamentos acreditam que a tensão de fase padrão para as necessidades domésticas é de aproximadamente 220 V.Na maioria dos casos, isso é verdade. Embora por GOST 29322-2014 a partir de 01.10.2015, na Federação Russa, ocorreria uma transição para um sistema de 230 V compatível com os países da CEE

Um desvio de 5% do padrão é aceitável por qualquer período e 10% por um período não superior a 1 hora. Assim, de acordo com as regras antigas, o valor da tensão pode variar na faixa de 198 a 242 V e, de acordo com a corrente GOST - de 207 a 253 V.

Também existem casos em que a tensão na rede por um longo período é significativamente menor que a normativa. Essa situação ocorre quando a energia total dos aparelhos elétricos conectados à filial é muito maior do que o planejado e quando a maioria deles é ligada, ocorre o “rebaixamento da rede”.

Esse problema surge na área de responsabilidade das organizações responsáveis ​​pelo fornecimento de energia elétrica e está associado à sobrecarga de transformadores de distribuição, deterioração de subestações ou seção transversal insuficiente dos fios.

Uma tensão de entrada reduzida leva não apenas a uma mudança no parâmetro de corrente e ao possível disparo de proteção, mas também a uma rápida quebra de aparelhos elétricos que contêm motores assíncronos ou eletrônicos complexos

Para descobrir o significado tensão real é necessário medir periodicamente usando um voltímetro. Se os indicadores estiverem muito “andando”, a aplicação é necessária estabilizador ou conversor mais caro com a função de armazenamento de energia.

Nuances no conceito de potência de aparelhos elétricos

Todos os dispositivos que consomem eletricidade têm um parâmetro como energia. Quanto mais alto esse indicador, mais energia o dispositivo consome do circuito.

Existem três tipos de poder:

• Ativo (P). Caracteriza a taxa de conversão de energia elétrica em outra forma, por exemplo, eletromagnética ou térmica. Isso deve ser levado em consideração ao calcular os custos irreversíveis de energia e, portanto, o custo do dispositivo. A unidade de medida é W.
• Reativo (Q). Caracteriza a energia que vem da fonte (transformador) para os elementos reativos do consumidor (capacitores, enrolamentos do motor), mas depois retorna quase instantaneamente à fonte. A unidade de medida é W ou var (decodificação - volt-ampère reativa).
• Cheio (S). Caracteriza a carga que o consumidor impõe aos elementos do circuito. É usada no cálculo da área de seção transversal do cabo e na escolha da classificação das máquinas, ou seja, a força da corrente é calculada na potência total de todos os aparelhos elétricos conectados ao circuito. A unidade de medida é W ou V * A (V * A é um volt ampère).

Todos esses parâmetros podem ser recalculados pelo ângulo de fase que ocorre entre o vetor de tensão e a corrente (f):

P = S * cos (f);

Q = S * pecado (f);

S² = P² + Q².

Para eletrodomésticos, nos quais a energia total pode exceder significativamente o ativo, incluem geladeiras, máquinas de lavar, lâmpadas fluorescentes e algumas lâmpadas economizadoras de energia, bem como unidades de eletrônica de potência.

Os motores geralmente indicam potência e coeficiente ativos. Nesse caso, a potência total é calculada da seguinte forma: S = P / cos (f) = 750 / 0,78 = 962 W

Também existe algo como pico ou potência inicial. O fato é que acelerar os motores exige muito mais esforço do que manter sua rotação. Portanto, quando você liga dispositivos como uma geladeira ou uma máquina de lavar, ocorre um aumento de carga de curto prazo em uma seção do circuito.

As correntes de partida podem ser várias vezes maiores que as correntes de trabalho. Ao calcular o necessário seções de cabos e a seleção da classificação da máquina deve levar isso em consideração.

Para fazer isso, você precisa determinar o dispositivo com a maior diferença de potência inicial e operacional e adicioná-lo ao valor total. As correntes de partida de outros dispositivos podem ser ignoradas, já que a probabilidade de operação simultânea na inclusão de motores de diferentes consumidores é quase nula.

Relações lineares e de fase

Atualmente, a prática de conectar objetos domésticos a redes elétricas trifásicas se espalhou.

Isso se justifica pelos seguintes motivos:

• Consumo de energia significativo. Nesse caso, resumir uma rede monofásica de alta potência será muito irracional devido à grande seção transversal do cabo e ao alto consumo de material do transformador.
• A presença de dispositivos operando em três fases. A implementação do circuito para conectar esse dispositivo a um circuito monofásico não é muito simples e está repleta de interferências que ocorrem, por exemplo, ao iniciar um motor de indução.

Existem duas maneiras de conectar dispositivos trifásicos - "estrela" e "triângulo".

Diagramas esquemáticos da transmissão de eletricidade em três fases. O nome "estrela" e "triângulo" que receberam devido à semelhança geométrica com esses objetos

Em circuitos do tipo estrela, as correntes lineares e de fase são idênticas e a tensão linear é 1,73 vezes maior que a tensão de fase:

Eu_eu = Eu_f;

você_eu = 1.73 * você_f.

Esta fórmula explica a conhecida taxa de tensão para redes domésticas e industriais de baixa tensão com uma frequência de 50 Hz: 220/380 V (de acordo com o novo GOST: 230/400 V).

Ao conectar um tipo de triângulo, pelo contrário, a tensão coincide e as correntes lineares são maiores que as da fase:

Eu_eu = 1.73 * Eu_f;

você_eu = você_f.

Essas fórmulas podem ser aplicadas apenas com uma carga de fase simétrica. Se o consumo de corrente nos cabos for diferente (receptor desbalanceado), os cálculos serão realizados usando as regras da álgebra vetorial, e a corrente de equalização resultante será compensada pelo fio neutro. No entanto, para redes com dispositivos conectados, esses casos são raros.

A relação das principais quantidades

O problema mais comum enfrentado pelos consumidores comuns é calcular a força real atual. Então, como calcular corretamente a amperagem de acordo com os valores conhecidos de tensão e potência? É necessário resolvê-lo ao substanciar os valores da seção transversal dos núcleos e a classificação da máquina, com informações técnicas sobre os dispositivos que serão alimentados neste circuito.

Depois de calcular a força da corrente, o cabo com a menor seção transversal permitida é frequentemente selecionado. No entanto, isso nem sempre é correto, pois essa solução leva a limitações significativas quando é necessário adicionar novos dispositivos elétricos à rede.

Às vezes, é necessário realizar cálculos inversos e determinar qual potência total pode ser conectada aos dispositivos com uma tensão conhecida e força de corrente máxima permitida, o que é limitado por uma fiação existente.

Você pode resolver esses dois problemas para um circuito monofásico usando uma fórmula simples:

Eu = S / você;

S = você * Eu,

Onde S - potência aparente total de todos os consumidores de eletricidade.

O gráfico de pizza que reflete a lei de Ohm e expressa a dependência de potência, corrente, tensão e resistência é adequado para calcular os parâmetros de um circuito monofásico

Para resolver o problema de calcular a força da corrente a partir de valores conhecidos ou calculados de potência e tensão em um circuito trifásico, é necessário conhecer a carga total imposta em cada fase.

E a seção transversal necessária dos condutores de cabos e a classificação mínima permitida da máquina são selecionadas ao longo da linha mais movimentada, considerando que:

S = 3 * no máximo {S₁, S₂, S₃}.

Eu = S / (você * 1.73).

A potência permitida para cada fase pode ser calculada pela seguinte fórmula:

S_1,2,3 Eu * você / 1.73,

Onde Eu - A corrente máxima permitida para a fiação existente.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Cálculo da força da corrente por potência para selecionar a seção do cabo:

Determinando o consumo de energia de grupos de aparelhos elétricos como exemplo de uma casa particular:

O cálculo da força da corrente para determinar os parâmetros de fiação ou determinar a potência permitida em um circuito existente pode ser feito independentemente. Para a solução correta do problema, é necessário levar em consideração as nuances que surgem na prática, e não apenas usar fórmulas conhecidas que funcionam sob condições “ideais”.

Se você tiver perguntas sobre o tópico do artigo ou pode complementar este material com informações interessantes, deixe seus comentários no bloco abaixo.