Как се изчислява мощност, ток и напрежение: принципи и примери за изчисление за битови условия

Собствениците на апартаменти, частни къщи и други електрифицирани обекти често се сблъскват с проблема за определяне на стойностите на основните електрически величини, тъй като не е много просто да се изчисли мощността от допустимата сила на тока и известното напрежение или да се реши обратният проблем.

Директното прилагане на известния закон на Ом, без да се вземат предвид характеристиките на домакинските мрежи и устройства, може да доведе до неправилен резултат.

В този материал ще разберем какво е мощността и ще говорим как да изчислим този показател.

Основни понятия за количествата

Електрическите изчисления се основават на добре известни връзки между силата на тока (I, Ampere), стойността на напрежението (U, Volt), стойността на мощността (P, Watt) и съпротивлението (R, Ohm). Практическите изчисления обикновено изискват познаване на стойностите на първите три.

Ще ви предупредим, че числовите изрази на изброените стойности не са достатъчни - имаме нужда от допълнителни характеристики, които разкриват режима на консумация на енергия.

Електрически ток

Изчисляването на достатъчно напречно сечение на сърцевините и номиналното ниво на прекъсвача за определен клон на електропреносната мрежа се извършва според стойността на максималния възможен ток за този участък. Това е необходимо, за да се предотврати пожарна ситуация в окабеляването, която често води до пожар.

работническата параметри на машината и RCD са избрани в съответствие с регулаторните изисквания. За да се определи допустимото напречно сечение на проводниците, в зависимост от максималната възможна сила на тока, е необходимо да се използва таблицата, предоставена от производителя на продуктите, тъй като кабелите най-често се произвеждат според TU, а не според GOST.

С еднаква маркировка, кабелите, произведени в съответствие с GOST (вляво) и TU (вдясно), се различават както визуално, така и по основни характеристики

Тъй като е възможно да се изчисли силата на електрическия ток от консумираната от устройствата мощност и мрежовото напрежение, е необходимо правилно да се определят стойностите на тези два показателя.

Напрежение в домакинските мрежи

Много собственици на апартаменти смятат, че стандартното фазово напрежение за нуждите на домакинството е приблизително 220 V.В повечето случаи това е вярно. Въпреки че от ГОСТ 29322-2014 от 01.10.2015 г. в рамките на Руската федерация трябваше да се извърши преход към 230 V система, съвместима със страните от ЕИО

Отклонение от 5% от стандарта е приемливо за всеки период и 10% за период не по-дълъг от 1 час. Така според старите правила стойността на напрежението може да се колебае в диапазона от 198 до 242 V, а според сегашния GOST - от 207 до 253 V.

Има и случаи, когато напрежението в мрежата за дълго време е значително по-ниско от нормативното. Такава ситуация възниква, когато общата мощност на електрическите уреди, свързани към клона, е много по-висока от планираната и когато по-голямата част от тях са включени, настъпва „прекъсване на мрежата“.

Този проблем възниква в зоната на отговорност на организациите, отговорни за доставката на електроенергия, и е свързан с претоварване на разпределителни трансформатори, влошаване на подстанции или с недостатъчно напречно сечение на проводниците.

Намаленото входно напрежение води не само до промяна на текущия параметър и възможно изключване на защитата, но и до бърза повреда на електрически уреди, съдържащи асинхронни двигатели или сложна електроника

За да разберете смисъла реално напрежение е необходимо периодично да се измерва с помощта на волтметър. Ако индикаторите са много „ходещи“, тогава е необходимо прилагане стабилизатор или по-скъп преобразувател с функция за съхранение на енергия.

Нюанси в концепцията за мощността на електрическите уреди

Всички устройства, консумиращи електричество, имат такъв параметър като мощност. Колкото по-висок е този индикатор, толкова повече енергия заема устройството от веригата.

Има три типа мощност:

• Активен (P). Той характеризира скоростта на преобразуване на електрическата енергия в друга форма, например, електромагнитна или топлинна. Трябва да се вземе предвид при изчисляването на необратимите разходи за енергия, а следователно и на цената на устройството. Мерната единица е W.
• Реактивен (Q). Тя характеризира енергията, която идва от източника (трансформатора) до реактивните елементи на потребителите (кондензатори, намотки на двигателя), но след това почти моментално се връща към източника. Мерната единица е W или var (декодиране - волт-ампер реактивна).
• Пълно (S). Той характеризира натоварването, което потребителят налага върху елементите на веригата. Използва се при изчисляване на площта на напречното сечение на кабела и избор на рейтинг на машините, тоест силата на тока се изчислява при пълната мощност на всички електрически уреди, свързани към веригата. Мерната единица е W или V * A (V * A е волтов ампер).

Всички тези параметри могат да бъдат преизчислени чрез фазовия ъгъл, който възниква между вектора на напрежението и тока (е):

P = S * cos (е);

Q = S * грех (е);

S² = P² + Q².

Към домакински уреди, при които общата мощност може значително да надвиши активната, се включват хладилници, перални, флуоресцентни и някои енергоспестяващи лампи, както и модули за силова електроника.

Двигателите обикновено показват активна мощност и коефициент. В този случай общата мощност се изчислява, както следва: S = P / cos (f) = 750 / 0.78 = 962 W

Има и такова нещо като върхова или начална сила. Факт е, че за ускоряване на двигателите са необходими много повече усилия, отколкото да се поддържа тяхното въртене. Ето защо, когато включите устройства като хладилник или пералня, на част от веригата възниква краткосрочно скока на натоварването.

Стартовите токове могат да бъдат няколко пъти по-високи от работещите. При изчисляване на необходимото кабелни секции и изборът на рейтинг на машината трябва да отчита това.

За да направите това, трябва да определите устройството с най-голяма разлика в стартовата и работна мощност и да го добавите към общата стойност. Началните токове на други устройства могат да бъдат игнорирани, тъй като вероятността за едновременна работа по включването на двигатели от различни потребители е почти нулева.

Линейни и фазови отношения

В наши дни се разпространи практиката за свързване на домакински обекти към трифазни електрически мрежи.

Това е оправдано поради следните причини:

• Значителна консумация на енергия. В този случай сумирането на еднофазна мрежа с висока мощност ще бъде много нерационално поради голямото напречно сечение на кабела и високата консумация на материал на трансформатора.
• Наличието на устройства, работещи от три фази. Изпълнението на схемата за свързване на такова устройство към еднофазна верига не е много просто и изпълнено с смущения, които се появяват например при стартиране на индукционен двигател.

Има два начина за свързване на трифазни устройства - „звезда“ и „триъгълник“.

Схематични диаграми на предаването на електроенергия в три фази. Името „звезда“ и „триъгълник“ те получиха поради геометричното сходство с тези обекти

В схемите от звезден тип линейните и фазовите токове са идентични, а линейното напрежение е 1,73 пъти по-голямо от фазовото напрежение:

аз_л = аз_е;

U_л = 1.73 * U_е.

Тази формула обяснява добре познатото съотношение на напрежение за домакински и нисковолтови промишлени мрежи с честота 50 Hz: 220/380 V (според новия GOST: 230/400 V).

Когато свързвате тип триъгълник, напротив, напрежението съвпада, а линейните токове са по-големи от фазовите:

аз_л = 1.73 * аз_е;

U_л = U_е.

Тези формули могат да се прилагат само при симетрично фазово натоварване. Ако консумацията на ток през кабелите е различна (небалансиран приемник), изчисленията се извършват, като се използват правилата на векторната алгебра, и полученият изравняващ ток се компенсира от неутралния проводник. За мрежи със свързани уреди обаче такива случаи са редки.

Връзката на основните количества

Най-често срещаният проблем, с който се сблъскват обикновените потребители, е да се изчисли действителната сила на тока. И така, как правилно да се изчисли амперажът според известни стойности на напрежение и мощност? Необходимо е да се реши, когато се обосноват стойностите на напречното сечение на сърцевините и степента на машината, като има техническа информация за устройствата, които ще се захранват в тази схема.

След изчисляване на силата на тока често се избира кабел с най-малкото допустимо напречно сечение. Това обаче не винаги е правилно, тъй като такова решение води до значителни ограничения, когато е необходимо да се добавят нови електрически уреди в мрежата.

Понякога е необходимо да се извършат обратни изчисления и да се определи каква обща мощност може да бъде свързана към устройства с известно напрежение и максимално допустима сила на тока, която е ограничена от съществуващо окабеляване.

Можете да решите тези два проблема за еднофазна верига, като използвате проста формула:

аз = S / U;

S = U * аз,

където S - обща видима мощност на всички консуматори на електроенергия.

Кругова диаграма, отразяваща закона на Ом и изразяваща зависимостта на мощността, тока, напрежението и съпротивлението, е подходяща за изчисляване на параметрите на еднофазна верига

За да решите проблема с изчисляването на силата на тока от известни или изчислени стойности на мощност и напрежение в трифазна верига, трябва да знаете общото натоварване, наложено на всяка фаза.

И необходимото напречно сечение на кабелните проводници и минималната допустима оценка на машината се избират по най-натоварената линия, като се има предвид, че:

S = 3 * макс {S₁, S₂, S₃}.

аз = S / (U * 1.73).

Допустимата мощност за всяка фаза може да се изчисли по следната формула:

S_1,2,3 аз * U / 1.73,

където аз - Максимално допустимият ток за съществуващите проводници.

Изводи и полезно видео по темата

Изчисляване на силата на тока по мощност за избор на секция на кабела:

Определяне на консумацията на енергия на групи електрически уреди като пример за частна къща:

Изчисляването на силата на тока за определяне на параметрите на окабеляването или определяне на допустимата мощност в съществуваща верига може да се извърши независимо. За правилното решение на проблема е необходимо да се вземат предвид нюансите, които възникват на практика, а не просто да се използват добре известни формули, които работят при „идеални“ условия.

Ако имате въпроси по темата на статията или можете да допълнете този материал с интересна информация, моля, оставете коментарите си в блока по-долу.