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

Właściciele mieszkań, domów prywatnych i innych obiektów zelektryfikowanych często stają przed problemem określenia wartości podstawowych wielkości elektrycznych, ponieważ obliczenie mocy na podstawie dopuszczalnego natężenia prądu i znanego napięcia lub rozwiązanie odwrotnego problemu nie jest zbyt proste .

Bezpośrednie zastosowanie dobrze znanego prawa Ohma bez uwzględnienia charakterystyki sieci i urządzeń domowych może prowadzić do nieprawidłowego wyniku.

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

Podstawowe pojęcia wielkości

Obliczenia elektryczne opierają się na dobrze znanych zależnościach pomiędzy prądem (I, amper), napięciem (U, wolt), wartością mocy (P, wat) i rezystancją (R, om). Praktyczne obliczenia zwykle wymagają znajomości wartości pierwszych trzech.

Ostrzegamy, że wyrażenia liczbowe wymienionych wartości nie wystarczą - potrzebne są dodatkowe cechy, które ujawnią tryb zużycia energii.

Siła prądu elektrycznego

Obliczenie wystarczającego przekroju przewodów i wartości znamionowej wyłącznika dla określonej gałęzi sieci elektrycznej przeprowadza się zgodnie z wartością maksymalnego możliwego natężenia prądu dla tej sekcji. Jest to konieczne, aby zapobiec zapaleniu się przewodów, co często kończy się pożarem.

Pracownicy parametry maszyny i RCD są wybierane zgodnie z wymogami regulacyjnymi.Aby określić dopuszczalny przekrój żył w zależności od maksymalnej możliwej wartości prądu, należy skorzystać z tabeli dostarczonej przez producenta produktu, ponieważ kable są najczęściej produkowane według specyfikacji, a nie według GOST.

Mając te same oznaczenia, kable wyprodukowane zgodnie z GOST (po lewej) i TU (po prawej) różnią się zarówno wizualnie, jak i podstawowymi właściwościami

Ponieważ siłę prądu elektrycznego można obliczyć na podstawie mocy pobieranej przez urządzenia i napięcia sieciowego, konieczne jest prawidłowe określenie wartości tych dwóch wskaźników.

Napięcie domowe

Wielu właścicieli mieszkań uważa, że ​​​​standardowe napięcie fazowe dla potrzeb gospodarstwa domowego wynosi około 220 V. W większości przypadków jest to prawdą. Chociaż GOST 29322-2014 od 10.01.2015 na terenie Federacji Rosyjskiej miało nastąpić przejście na system 230 V zgodny z krajami EWG.

Dopuszczalne jest odchylenie 5% od normy w dowolnym okresie i 10% w okresie nie dłuższym niż 1 godzina. Zatem zgodnie ze starymi zasadami wartość napięcia może wahać się w zakresie od 198 do 242 V, a zgodnie z obecnym GOST - od 207 do 253 V.

Zdarzają się również przypadki, gdy napięcie w sieci przez długi czas jest znacznie niższe niż standardowe. Sytuacja taka ma miejsce, gdy łączna moc urządzeń elektrycznych podłączonych do oddziału jest znacznie większa niż planowano i gdy większość z nich zostanie załączona, następuje „pobór sieci”.

Problem ten występuje w obszarze odpowiedzialności organizacji odpowiedzialnych za dostawę energii elektrycznej i wiąże się z przeciążeniem transformatorów rozdzielczych, zniszczeniem podstacji lub niewystarczającym przekrojem drutu.

Obniżone napięcie wejściowe prowadzi nie tylko do zmiany parametru prądu i ewentualnego zadziałania zabezpieczenia, ale także do szybkiej awarii urządzeń elektrycznych zawierających asynchroniczne silniki elektryczne lub skomplikowaną elektronikę

Aby poznać znaczenie napięcie rzeczywiste należy okresowo dokonywać pomiarów za pomocą woltomierza. Jeśli wskaźniki znacznie się wahają, konieczne jest ich użycie stabilizator lub droższy konwerter z funkcją magazynowania energii elektrycznej.

Niuanse w koncepcji mocy urządzeń elektrycznych

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

Istnieją trzy rodzaje mocy:

• Aktywny (P). Charakteryzuje szybkość przemiany energii elektrycznej na inną postać, na przykład elektromagnetyczną lub cieplną. Należy to uwzględnić przy kalkulacji nieodwracalnych kosztów energii elektrycznej, a co za tym idzie, kosztów eksploatacji urządzenia. Jednostka miary – W.
• Reaktywny (Q). Charakteryzuje energię, która pochodzi ze źródła (transformatora) do elementów reaktywnych odbiornika (kondensatory, uzwojenia silnika), ale następnie niemal natychmiast powraca do źródła. Jednostką miary jest W lub var (interpretacja to woltoamper bierny).
• Pełny (S). Charakteryzuje obciążenie, jakie konsument nakłada na elementy obwodu. Służy do obliczania pola przekroju poprzecznego kabla i wybierania wartości znamionowych maszyn, to znaczy natężenie prądu oblicza się na podstawie pełnej mocy wszystkich urządzeń elektrycznych podłączonych do obwodu. Jednostką miary jest W lub V*A (V*A – woltoampery).

Wszystkie te parametry można przeliczyć poprzez kąt fazowy występujący pomiędzy wektorem napięcia a prądem (F):

P = S *sałata(F);

Q = S *grzech(F);

S² = P² + Q².

Do urządzeń gospodarstwa domowego, w których moc całkowita może znacząco przekraczać moc czynną, zalicza się lodówki, pralki, świetlówki i niektóre świetlówki energooszczędne, a także urządzenia energoelektroniki.

W przypadku silników zwykle wskazywana jest moc czynna i współczynnik. W tym przypadku moc całkowitą 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 przyspieszanie silników wymaga znacznie więcej wysiłku niż utrzymywanie ich obrotów. Dlatego po włączeniu urządzeń takich jak lodówka czy pralka na części obwodu następuje krótkotrwały wzrost obciążenia.

Prądy rozruchowe mogą być kilkakrotnie wyższe niż prądy robocze. Przy obliczaniu wymaganego odcinki kabli Przy doborze wartości nominalnej maszyny należy to uwzględnić.

Aby to zrobić, należy określić urządzenie o największej różnicy mocy rozruchowej i roboczej i dodać je do wartości całkowitej. Prądy rozruchowe innych urządzeń można zignorować, ponieważ prawdopodobieństwo jednoczesnego uruchomienia silników dla różnych odbiorców jest praktycznie zerowe.

Zależności liniowe i fazowe

Obecnie praktyka podłączania obiektów gospodarstwa domowego do trójfazowych sieci elektrycznych stała się powszechna.

Jest to uzasadnione z następujących powodów:

• Znaczące zużycie energii. W takim przypadku podłączenie sieci jednofazowej dużej mocy będzie bardzo nieracjonalne ze względu na duży przekrój kabla i duże zużycie materiału transformatora.
• Dostępność urządzeń pracujących na trzech fazach. Wykonanie obwodu do podłączenia takiego urządzenia do obwodu jednofazowego nie jest bardzo proste i jest obarczone zakłóceniami, które występują na przykład podczas uruchamiania silnika asynchronicznego.

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

Schematy ideowe przenoszenia mocy w trzech fazach. Otrzymali nazwę „gwiazda” i „trójkąt” ze względu na geometryczne podobieństwo do tych obiektów

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

I_l = I_F;

U_l = 1.73 * U_F.

Wzór ten wyjaśnia znany stosunek napięcia dla sieci domowych i przemysłowych niskiego napięcia o częstotliwości 50 Hz: 220/380 V (zgodnie z nowym GOST: 230/400 V).

Przeciwnie, w przypadku połączenia trójkątnego napięcie jest takie samo, a prądy liniowe są większe niż prądy fazowe:

I_l = 1.73 * I_F;

U_l = U_F.

Wzory te można stosować tylko w przypadku symetrycznych obciążeń fazowych. Jeżeli pobór prądu w kablach jest inny (odbiornik niezbalansowany), wówczas obliczenia przeprowadza się z wykorzystaniem zasad algebry wektorowej, a powstały prąd wyrównawczy kompensuje przewód neutralny. Jednak w przypadku sieci z podłączonymi urządzeniami gospodarstwa domowego takie przypadki są rzadkie.

Zależność między wielkościami podstawowymi

Najczęstszym zadaniem stojącym przed zwykłymi konsumentami jest obliczenie rzeczywistej siły prądu. Jak więc poprawnie obliczyć natężenie prądu na podstawie znanych wartości napięcia i mocy? Należy go rozwiązać, uzasadniając wartości przekroju rdzeni i moc znamionową maszyny, mając informacje techniczne o urządzeniach, które będą zasilane w ten obwód.

Po obliczeniu prądu często wybiera się kable o najmniejszym dopuszczalnym przekroju. Jednak nie zawsze jest to prawidłowe, gdyż takie rozwiązanie prowadzi do znacznych ograniczeń w przypadku konieczności dodania do sieci nowych urządzeń elektrycznych.

Czasami konieczne jest przeprowadzenie obliczeń odwrotnych i określenie, jaką całkowitą moc można podłączyć do urządzeń przy znanym napięciu i maksymalnym dopuszczalnym prądzie, który jest ograniczony istniejącym okablowaniem.

Możesz rozwiązać te dwa problemy dla obwodu jednofazowego za pomocą prostego wzoru:

I = S / U;

S = U * I,

Gdzie S – całkowita całkowita moc wszystkich odbiorników energii elektrycznej.

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

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

Zarówno wymagany przekrój żył kabla, jak i minimalna dopuszczalna obciążalność maszyny dobierane są według najbardziej obciążonej linii, biorąc pod uwagę, że:

S = 3 * maks.{S₁, S₂, S₃}.

I = S / (U * 1.73).

Dopuszczalną moc dla każdej fazy można obliczyć korzystając ze wzoru:

S_1,2,3 I * U / 1.73,

Gdzie I – maksymalny dopuszczalny prąd dla istniejącego okablowania.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Obliczanie natężenia prądu według mocy dla doboru przekroju kabla: