Как да изчислим мощност, ток и напрежение: принципи и примери за изчисления за домашни условия

Собствениците на апартаменти, частни къщи и други електрифицирани обекти често се сблъскват с въпроса за определяне на стойностите на основните електрически величини, тъй като изчисляването на мощността въз основа на допустимата сила на тока и известно напрежение или решаването на обратния проблем не е много просто .

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

В този материал ще разберем какво е мощност и ще ви кажем как да изчислите този индикатор.

Основни понятия за величини

Електрическите изчисления се основават на добре известни връзки между ток (I, ампер), напрежение (U, волт), стойност на мощността (P, ват) и съпротивление (R, ом). Практическите изчисления обикновено изискват познаване на стойностите на първите три.

Предупреждаваме ви, че числените изрази на изброените стойности не са достатъчни - необходими са допълнителни характеристики, които разкриват режима на консумация на енергия.

Сила на електрически ток

Изчисляването на достатъчното напречно сечение на проводниците и номиналната стойност на прекъсвача за конкретен клон на електрическата мрежа се извършва според стойността на максималната възможна сила на тока за тази секция. Това е необходимо, за да се предотврати запалването на кабелите, което често води до пожар.

работници параметри на машината и RCDs се избират според нормативните изисквания.За да се определи допустимото напречно сечение на жилата в зависимост от максималната възможна сила на тока, е необходимо да се използва таблицата, предоставена от производителя на продукта, тъй като кабелите най-често се произвеждат според спецификациите, а не според GOST.

Имайки еднакви маркировки, кабелите, произведени в съответствие с GOST (вляво) и TU (вдясно), се различават както визуално, така и по основни характеристики

Тъй като силата на електрическия ток може да се изчисли въз основа на мощността, консумирана от устройствата, и мрежовото напрежение, е необходимо да се определят правилно стойностите на тези два индикатора.

Битово напрежение

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

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

Има и случаи, когато напрежението в мрежата за дълго време е значително по-ниско от стандартното. Тази ситуация възниква, когато общата мощност на електрическите уреди, свързани към клона, е много по-висока от планираната и когато повечето от тях са включени, се получава „изчерпване на мрежата“.

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

Намаленото входно напрежение води не само до промяна на параметъра на тока и възможно задействане на защитата, но и до бърза повреда на електрически уреди, съдържащи асинхронни електродвигатели или сложна електроника

За да разберете смисъла реално напрежение трябва периодично да правите измервания с помощта на волтметър. Ако индикаторите се колебаят значително, тогава е необходимо да се използва стабилизатор или по-скъп конвертор с функция за съхранение на електроенергия.

Нюанси в концепцията за мощност на електрическите уреди

Всички устройства, които консумират електроенергия, имат такъв параметър като мощност. Колкото по-висок е този индикатор, толкова повече енергия отнема устройството от веригата.

Има три вида мощност:

• Активен (П). 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 електроенергия и следователно разходите за работа на устройството. Мерна единица - W.
• Реактивен (Q). Характеризира енергията, която идва от източника (трансформатор) към реактивните елементи на потребителя (кондензатори, намотки на двигателя), но след това почти моментално се връща към източника. Мерната единица е W или var (тълкуване е реактивен волт-ампер).
• пълен (С). Характеризира натоварването, което потребителят налага на елементите на веригата. Използва се при изчисляване на площта на напречното сечение на кабела и избор на номинална мощност на машините, т.е. силата на тока се изчислява въз основа на пълната мощност на всички електрически уреди, свързани към веригата. Мерната единица е W или V*A (V*A – волт ампери).

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

П = С *защото(f);

Q = С *грях(f);

С² = П² + Q².

Домакинските устройства, в които общата мощност може значително да надвишава активната мощност, включват хладилници, перални, луминесцентни и някои енергоспестяващи лампи, както и силови електронни устройства.

На двигателите обикновено се посочват активната мощност и коефициентът. В този случай общата мощност се изчислява, както следва: S = P / cos(f) = 750 / 0,78 = 962 W

Има и такова нещо като пикова или стартова мощност. Факт е, че ускоряването на двигателите изисква много повече усилия, отколкото поддържането на въртенето им. Ето защо, когато включите уреди като хладилник или пералня, на участък от веригата възниква краткотраен скок на натоварване.

Стартовите токове могат да бъдат няколко пъти по-високи от работните токове. При изчисляване на необходимите кабелни секции Когато избирате номиналната стойност на машината, това трябва да се вземе предвид.

За да направите това, трябва да определите устройството с най-голяма разлика в стартовата и работната мощност и да го добавите към общата стойност. Пусковите токове на други устройства могат да бъдат пренебрегнати, тъй като вероятността за едновременно задействане на двигатели за различни потребители е практически нулева.

Линейни и фазови зависимости

В наши дни практиката за свързване на битови предмети към трифазни електрически мрежи стана широко разпространена.

Това е оправдано поради следните причини:

• Значителна консумация на енергия. В този случай свързването на мощна еднофазна мрежа ще бъде много нерационално поради голямото напречно сечение на кабела и високата консумация на материал на трансформатора.
• Наличие на устройства, работещи на три фази. Изпълнението на схема за свързване на такова устройство към еднофазна верига не е много просто и е изпълнено със смущения, които възникват например при стартиране на асинхронен двигател.

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

Принципни схеми на предаване на мощността в три фази. Те получиха името "звезда" и "триъгълник" поради геометричното си сходство с тези обекти

Във вериги тип звезда линейните и фазовите токове са идентични, а линейното напрежение е 1,73 пъти по-голямо от фазовото напрежение:

аз_л = аз_f;

U_л = 1.73 * U_f.

Тази формула обяснява известното съотношение на напрежението за битови и промишлени мрежи с ниско напрежение с честота 50 Hz: 220 / 380 V (според новия GOST: 230 / 400 V).

При триъгълна връзка, напротив, напрежението е същото, а линейните токове са по-големи от фазовите токове:

аз_л = 1.73 * аз_f;

U_л = U_f.

Тези формули могат да се използват само със симетрични фазови натоварвания. Ако консумацията на ток през кабелите е различна (небалансиран приемник), тогава изчисленията се извършват по правилата на векторната алгебра и полученият изравнителен ток се компенсира от нулевия проводник. За мрежи с свързани домакински уреди обаче такива случаи са рядкост.

Връзка между основните величини

Най-честата задача, пред която са изправени обикновените потребители, е изчисляването на действителната сила на тока. И така, как да изчислим правилно ампеража въз основа на известни стойности на напрежението и мощността? Необходимо е да го решите, като обосновете стойностите на напречното сечение на ядрата и рейтинга на машината, като имате техническа информация за устройствата, които ще бъдат захранвани в тази верига.

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

Понякога е необходимо да се извършат обратни изчисления и да се определи каква обща мощност може да бъде свързана към устройства при известно напрежение и максимално допустим ток, което е ограничено от съществуващото окабеляване.

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

аз = С / U;

С = U * аз,

Където С – обща обща мощност на всички електрически консуматори.

Кръгова 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 разрешите проблема с изчисляването на тока, като използвате известни или изчислени стойности на мощността и напрежението в трифазна верига, трябва да знаете общото натоварване, наложено на всяка фаза.

Както необходимото напречно сечение на жилата на кабела, така и минимално допустимата мощност на машината се избират според най-натоварената линия, като се има предвид, че:

С = 3 * макс{С₁, С₂, С₃}.

аз = С / (U * 1.73).

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

С_1,2,3 аз * U / 1.73,

Където аз – максимално допустим ток за съществуващо окабеляване.

Изводи и полезно видео по темата

Изчисляване на силата на тока по мощност за избор на напречно сечение на кабела: