Kako izračunati snagu, struju i napon: načela i primjeri izračuna za domaće uvjete

Vlasnici stanova, privatnih kuća i drugih elektrificiranih objekata često se suočavaju s pitanjem određivanja vrijednosti osnovnih električnih veličina, budući da izračunavanje snage na temelju dopuštene jakosti struje i poznatog napona ili rješavanje inverznog problema nije vrlo jednostavno. .

Izravna primjena dobro poznatog Ohmovog zakona bez uzimanja u obzir karakteristika kućanskih mreža i uređaja može dovesti do netočnog rezultata.

U ovom materijalu ćemo razumjeti što je snaga i reći vam kako izračunati ovaj pokazatelj.

Osnovni pojmovi o količinama

Električni izračuni temelje se na dobro poznatim odnosima između struje (I, Amper), napona (U, Volt), vrijednosti snage (P, Watt) i otpora (R, Ohm). Praktični izračuni obično zahtijevaju poznavanje vrijednosti prva tri.

Upozoravamo vas da numerički izrazi navedenih vrijednosti nisu dovoljni - potrebne su dodatne karakteristike koje otkrivaju način potrošnje energije.

Jačina električne struje

Izračun dovoljnog presjeka vodiča i nazivne snage prekidača za određenu granu električne mreže provodi se prema vrijednosti najveće moguće jakosti struje za ovaj odjeljak. To je neophodno kako bi se spriječilo da se ožičenje zapali, što često rezultira požarom.

Radnici parametrima stroja i RCD-ovi se odabiru prema regulatornim zahtjevima.Da biste odredili dopušteni presjek žila ovisno o najvećoj mogućoj jakosti struje, potrebno je koristiti tablicu koju je dostavio proizvođač proizvoda, jer se kabeli najčešće proizvode prema specifikacijama, a ne prema GOST-u.

S istim oznakama, kabeli proizvedeni prema GOST-u (lijevo) i TU (desno) razlikuju se i vizualno i po osnovnim karakteristikama

Budući da se snaga električne struje može izračunati na temelju snage koju uređaji troše i mrežnog napona, potrebno je pravilno odrediti vrijednosti ova dva pokazatelja.

Napon kućanstva

Mnogi vlasnici stanova vjeruju da je standardni fazni napon za potrebe kućanstva približno 220 V. U većini slučajeva to je istina. Iako GOST 29322-2014 od 01.10.2015 unutar Ruske Federacije trebao je doći do prijelaza na sustav od 230 V kompatibilan sa zemljama EEZ.

Odstupanje od 5% od standarda prihvatljivo je za bilo koje razdoblje, a 10% za razdoblje koje ne prelazi 1 sat. Dakle, prema starim pravilima, vrijednost napona može varirati u rasponu od 198 do 242 V, a prema trenutnom GOST-u - od 207 do 253 V.

Postoje i slučajevi kada je napon u mreži dugo vremena znatno niži od standardnog. Ova situacija nastaje kada je ukupna snaga električnih uređaja priključenih na granu znatno veća od planirane i kada je većina njih uključena dolazi do „pada mreže“.

Ovaj problem se javlja u području odgovornosti organizacija odgovornih za opskrbu električnom energijom, a povezan je s preopterećenjem distributivnih transformatora, dotrajalošću trafostanica ili nedovoljnim presjekom žice.

Smanjeni ulazni napon dovodi ne samo do promjene parametra struje i mogućeg aktiviranja zaštite, već i do brzog kvara električnih uređaja koji sadrže asinkrone elektromotore ili složenu elektroniku

Da saznam smisao stvarni napon morate povremeno vršiti mjerenja pomoću voltmetra. Ako pokazatelji jako variraju, tada je potrebno koristiti stabilizator ili skuplji pretvarač s funkcijom skladištenja električne energije.

Nijanse u konceptu snage električnih uređaja

Svi uređaji koji troše električnu energiju imaju takav parametar kao snaga. Što je ovaj pokazatelj veći, to više energije uređaj uzima iz kruga.

Postoje tri vrste snage:

• Aktivno (P). Karakterizira brzinu pretvorbe električne energije u drugi oblik, na primjer elektromagnetski ili toplinski. Mora se uzeti u obzir pri izračunu nepovratnih troškova električne energije, a time i troškova rada uređaja. Mjerna jedinica - W.
• Reaktivno (Q). Karakterizira energiju koja dolazi od izvora (transformatora) do reaktivnih elemenata potrošača (kondenzatori, namoti motora), ali se zatim gotovo trenutno vraća u izvor. Mjerna jedinica je W ili var (tumačenje je reaktivni volt-amper).
• pun (S). Karakterizira opterećenje koje potrošač nameće elementima kruga. Koristi se pri izračunavanju površine poprečnog presjeka kabela i odabiru ocjene strojeva, odnosno, trenutna snaga izračunava se na temelju pune snage svih električnih uređaja spojenih na krug. Mjerna jedinica je W ili V*A (V*A – volt amper).

Svi ovi parametri mogu se ponovno izračunati kroz fazni kut koji se javlja između vektora napona i struje (f):

P = S *jer(f);

Q = S *grijeh(f);

S² = P² + Q².

U kućanske uređaje kod kojih ukupna snaga može značajno premašiti djelatnu snagu ubrajaju se hladnjaci, perilice rublja, fluorescentne i neke štedne svjetiljke, kao i jedinice energetske elektronike.

Na motorima se obično označava aktivna snaga i koeficijent. U ovom slučaju, ukupna snaga izračunava se na sljedeći način: S = P / cos(f) = 750 / 0,78 = 962 W

Postoji i nešto poput vršne ili početne snage. Činjenica je da ubrzanje motora zahtijeva puno više napora nego održavanje njihove vrtnje. Stoga, kada uključite uređaje kao što su hladnjak ili perilica rublja, na dijelu kruga dolazi do kratkotrajnog skoka opterećenja.

Struje pokretanja mogu biti nekoliko puta veće od radnih struja. Pri proračunu potrebnih kabelske sekcije Prilikom odabira nazivne vrijednosti stroja, to treba uzeti u obzir.

Da biste to učinili, morate odrediti uređaj s najvećom razlikom u startnoj i radnoj snazi ​​i dodati ga ukupnoj vrijednosti. Struje pokretanja drugih uređaja mogu se zanemariti, jer je vjerojatnost istovremenog uključivanja motora za različite potrošače praktički nula.

Linearni i fazni odnosi

Danas je praksa povezivanja kućanskih predmeta s trofaznom električnom mrežom postala široko rasprostranjena.

To je opravdano iz sljedećih razloga:

• Značajna potrošnja energije. U ovom slučaju, spajanje jednofazne mreže velike snage bit će vrlo neracionalno zbog velikog presjeka kabela i velike potrošnje materijala transformatora.
• Dostupnost uređaja koji rade na tri faze. Implementacija kruga za spajanje takvog uređaja na jednofazni krug nije vrlo jednostavna i puna je smetnji koje se javljaju, na primjer, prilikom pokretanja asinkronog motora.

Postoje dva načina za spajanje trofaznih uređaja - "zvijezda" i "trokut".

Sheme prijenosa električne energije u tri faze. Naziv "zvijezda" i "trokut" dobili su zbog svoje geometrijske sličnosti s tim objektima

U krugovima tipa zvijezda, linearna i fazna struja su identične, a linearni napon je 1,73 puta veći od faznog napona:

ja_l = ja_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Ova formula objašnjava poznati omjer napona za kućanstvo i niskonaponske industrijske mreže s frekvencijom od 50 Hz: 220 / 380 V (prema novom GOST-u: 230 / 400 V).

S trokutastom vezom, naprotiv, napon je isti, a linearne struje su veće od faznih struja:

ja_l = 1.73 * ja_f;

U_l = U_f.

Ove formule mogu se koristiti samo sa simetričnim faznim opterećenjima. Ako je potrošnja struje kroz kabele različita (neuravnoteženi prijemnik), tada se izračuni provode prema pravilima vektorske algebre, a rezultirajuća struja izjednačenja kompenzira se neutralnom žicom. Međutim, za mreže s povezanim kućanskim aparatima takvi su slučajevi rijetki.

Odnos između osnovnih veličina

Najčešći zadatak s kojim se suočavaju obični potrošači je izračunavanje stvarne jakosti struje. Dakle, kako ispravno izračunati amperažu na temelju poznatih vrijednosti napona i snage? Potrebno ga je riješiti opravdavanjem vrijednosti poprečnog presjeka jezgri i ocjenom stroja, posjedovanjem tehničkih informacija o uređajima koji će se napajati u ovaj krug.

Nakon izračuna struje često se biraju kabeli s najmanjim dopuštenim presjekom. Međutim, to nije uvijek ispravno, jer takvo rješenje dovodi do značajnih ograničenja kada je potrebno dodati nove električne uređaje u mrežu.

Ponekad je potrebno izvršiti obrnute izračune i odrediti koja se ukupna snaga može priključiti na uređaje pri poznatom naponu i najvećoj dopuštenoj struji, koja je ograničena postojećim ožičenjem.

Možete riješiti ova dva problema za jednofazni krug pomoću jednostavne formule:

ja = S / U;

S = U * ja,

Gdje S – ukupna ukupna snaga svih potrošača električne energije.

Tortni dijagram koji odražava Ohmov zakon i izražava ovisnost o snazi, struji, naponu i otporu prikladan je za izračun parametara jednofaznog kruga

Da biste riješili problem izračuna struje koristeći poznate ili izračunate vrijednosti snage i napona u trofaznom krugu, morate znati ukupno opterećenje nametnuto svakoj fazi.

I potrebni poprečni presjek žila kabela i minimalna dopuštena snaga stroja odabiru se prema najopterećenijem vodu, uzimajući u obzir sljedeće:

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

ja = S / (U * 1.73).

Dopuštena snaga za svaku fazu može se izračunati pomoću sljedeće formule:

S_1,2,3 ja * U / 1.73,

Gdje ja – najveća dopuštena struja za postojeće ožičenje.

Zaključci i koristan video na tu temu

Izračun jakosti struje po snazi ​​za odabir poprečnog presjeka kabela: