Jak vypočítat výkon, proud a napětí: principy a příklady výpočtů pro domácí podmínky
Majitelé bytů, soukromých domů a dalších elektrifikovaných objektů se často potýkají s otázkou stanovení hodnot základních elektrických veličin, protože výpočet výkonu na základě přípustné intenzity proudu a známého napětí nebo řešení inverzního problému není příliš jednoduché. .
Přímá aplikace známého Ohmova zákona bez zohlednění vlastností domácích sítí a zařízení může vést k nesprávnému výsledku.
V tomto materiálu pochopíme, co je síla, a řekneme vám, jak vypočítat tento indikátor.
Obsah článku:
Základní pojmy veličin
Elektrické výpočty jsou založeny na dobře známých vztazích mezi proudem (I, Ampere), napětím (U, Volt), hodnotou výkonu (P, Watt) a odporem (R, Ohm). Praktické výpočty obvykle vyžadují znalost hodnot prvních tří.
Upozorňujeme, že číselné vyjádření uvedených hodnot nestačí - jsou potřeba další charakteristiky, které odhalí režim spotřeby energie.
Síla elektrického proudu
Výpočet dostatečného průřezu vodičů a jmenovitého výkonu jističe pro konkrétní větev elektrické sítě se provádí podle hodnoty maximální možné proudové síly pro tento úsek. To je nutné, aby se zabránilo vznícení elektroinstalace, což často vede k požáru.
Dělníci parametry stroje a RCD se vybírají podle regulačních požadavků.Pro stanovení přípustného průřezu žil v závislosti na maximální možné proudové síle je nutné použít tabulku poskytnutou výrobcem produktu, protože kabely se nejčastěji vyrábějí podle specifikací, a ne podle GOST.
Protože sílu elektrického proudu lze vypočítat na základě energie spotřebované zařízeními a síťového napětí, je nutné správně určit hodnoty těchto dvou indikátorů.
Napětí v domácnosti
Mnoho majitelů bytů se domnívá, že standardní fázové napětí pro potřeby domácnosti je přibližně 220 V. Ve většině případů je to pravda. Ačkoli GOST 29322-2014 od 1.10.2015 v rámci Ruské federace mělo dojít k přechodu na systém 230 V kompatibilní se zeměmi EHS.
Odchylka 5 % od normy je přijatelná pro jakékoli období a 10 % pro období nepřesahující 1 hodinu. Podle starých pravidel tedy může hodnota napětí kolísat v rozmezí od 198 do 242 V a podle současné GOST - od 207 do 253 V.
Existují i případy, kdy je napětí v síti dlouhodobě výrazně nižší než standardní. Tato situace nastává, když je celkový výkon elektrospotřebičů připojených na pobočku mnohem vyšší, než je plánováno a při zapnutí většiny z nich dochází k „výpadku sítě“.
Tento problém se vyskytuje v oblasti odpovědnosti organizací odpovědných za dodávku elektřiny a je spojen s přetěžováním distribučních transformátorů, zhoršováním stavu rozvoden nebo nedostatečným průřezem vodičů.
Abych zjistil význam skutečné napětí musíte pravidelně provádět měření pomocí voltmetru. Pokud indikátory silně kolísají, je nutné použít stabilizátor nebo dražší měnič s funkcí akumulace elektřiny.
Nuance v pojetí výkonu elektrických spotřebičů
Všechna zařízení, která spotřebovávají elektřinu, mají takový parametr jako výkon. Čím vyšší je tento indikátor, tím více energie zařízení odebírá z obvodu.
Existují tři typy napájení:
- Aktivní (P). Charakterizuje rychlost přeměny elektrické energie na jinou formu, například elektromagnetickou nebo tepelnou. Je třeba ji zohlednit při výpočtu nevratných nákladů na elektrickou energii, a tedy i nákladů na provoz zařízení. Jednotka měření - W.
- Reaktivní (Q). Charakterizuje energii, která přichází ze zdroje (transformátoru) do reaktivních prvků spotřebiče (kondenzátory, vinutí motoru), ale poté se téměř okamžitě vrací do zdroje. Jednotkou měření je W nebo var (interpretace je jalový voltampér).
- Plný (S). Charakterizuje zatížení, které spotřebitel působí na prvky obvodu. Používá se při výpočtu průřezové plochy kabelu a výběru jmenovitého výkonu strojů, to znamená, že proudová síla se vypočítá na základě plného výkonu všech elektrických spotřebičů připojených k obvodu. Jednotkou měření je W nebo V*A (V*A – voltampéry).
Všechny tyto parametry lze přepočítat pomocí fázového úhlu, který vzniká mezi vektorem napětí a proudem (F):
P = S *cos(F);
Q = S *hřích(F);
S2 = P2 + Q2.
Mezi domácí spotřebiče, u kterých může celkový výkon výrazně převyšovat činný výkon, patří ledničky, pračky, zářivky a některé úsporné zářivky a také jednotky výkonové elektroniky.
Existuje také něco jako špičkový nebo startovací výkon. Faktem je, že zrychlení motorů vyžaduje mnohem více úsilí než udržení jejich rotace. Když tedy zapnete spotřebiče, jako je lednička nebo pračka, dojde na části okruhu ke krátkodobému rázu zátěže.
Startovací proudy mohou být několikanásobně vyšší než provozní proudy. Při výpočtu požadovaného kabelové sekce Při výběru jmenovité hodnoty stroje je třeba to vzít v úvahu.
K tomu je třeba určit zařízení s největším rozdílem ve startovacím a provozním výkonu a přidat jej k celkové hodnotě. Startovací proudy jiných zařízení lze ignorovat, protože pravděpodobnost současné aktivace motorů pro různé spotřebiče je prakticky nulová.
Lineární a fázové vztahy
V současné době se rozšířila praxe připojení domácích předmětů k třífázovým elektrickým sítím.
To je oprávněné z následujících důvodů:
- Značná spotřeba energie. V tomto případě bude připojení vysoce výkonné jednofázové sítě velmi iracionální kvůli velkému průřezu kabelu a vysoké spotřebě materiálu transformátoru.
- Dostupnost zařízení pracujících na třech fázích. Realizace obvodu pro připojení takového zařízení k jednofázovému obvodu není příliš jednoduchá a je zatížena rušením, ke kterému dochází například při spouštění asynchronního motoru.
Existují dva způsoby připojení třífázových zařízení - „hvězda“ a „trojúhelník“.
V obvodech hvězdicového typu jsou lineární a fázové proudy totožné a lineární napětí je 1,73krát větší než fázové napětí:
jál = jáF;
Ul = 1.73 * UF.
Tento vzorec vysvětluje známý poměr napětí pro domácnosti a průmyslové sítě nízkého napětí s frekvencí 50 Hz: 220 / 380 V (podle nového GOST: 230 / 400 V).
U trojúhelníkového zapojení je naopak napětí stejné a lineární proudy jsou větší než fázové proudy:
jál = 1.73 * jáF;
Ul = UF.
Tyto vzorce lze použít pouze se symetrickým fázovým zatížením. Pokud je odběr proudu přes kabely odlišný (nesymetrický přijímač), provedou se výpočty pomocí pravidel vektorové algebry a výsledný vyrovnávací proud je kompenzován neutrálním vodičem. U sítí s připojenými domácími spotřebiči jsou však takové případy vzácné.
Vztah mezi základními veličinami
Nejběžnějším úkolem běžných spotřebitelů je výpočet skutečné intenzity proudu. Jak tedy správně vypočítat proud na základě známých hodnot napětí a výkonu? Je nutné to vyřešit zdůvodněním průřezových hodnot jader a jmenovitého výkonu stroje s technickými informacemi o zařízeních, která budou napájena do tohoto obvodu.
Po výpočtu proudu se často volí kabely s nejmenším přípustným průřezem. To však není vždy správné, protože takové řešení vede k výrazným omezením, když je nutné do sítě přidat nové elektrické spotřebiče.
Někdy je nutné provést zpětné výpočty a určit, jaký celkový výkon lze připojit k zařízením se známým napětím a maximálním přípustným proudem, který je omezen stávajícím zapojením.
Tyto dva problémy pro jednofázový obvod můžete vyřešit pomocí jednoduchého vzorce:
já = S / U;
S = U * já,
Kde S – celkový celkový výkon všech elektrických spotřebičů.
Chcete-li vyřešit problém výpočtu proudu pomocí známých nebo vypočítaných hodnot výkonu a napětí v třífázovém obvodu, musíte znát celkové zatížení kladené na každou fázi.
Jak požadovaný průřez žil kabelu, tak i minimální přípustný jmenovitý výkon stroje se volí podle nejvytíženější linky s ohledem na to, že:
S = 3 * max{S1, S2, S3}.
já = S / (U * 1.73).
Přípustný výkon pro každou fázi lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:
S1,2,3 já * U / 1.73,
Kde já – maximální přípustný proud pro stávající vedení.
Závěry a užitečné video k tématu
Výpočet síly proudu podle výkonu pro výběr průřezu kabelu:
Určení příkonu skupin elektrických spotřebičů na příkladu soukromého domu:
Můžete vypočítat proudovou sílu a určit parametry zapojení nebo sami určit přípustný výkon ve stávajícím obvodu. Pro správné vyřešení problému je nutné vzít v úvahu nuance, které se objevují v praxi, a nejen používat známé vzorce, které fungují za „ideálních“ podmínek.
Pokud máte dotazy k tématu článku nebo můžete k tomuto materiálu přidat zajímavé informace, zanechte prosím své komentáře v bloku níže.
Ve výrobě se obvykle používají třífázové obvody, protože tam je potřeba velký výkon. V domech a bytech stačí jedna fáze. Můžete provést výpočty, nebo si jen vzpomenout: pro osvětlení stačí měděný drát o průřezu 1,5 mm2, ale pro zásuvky je lepší vzít průřez 2,5. To je dostatečné pro domácí spotřebiče. Ale velké ohřívače vody jsou napájeny samostatným kabelem o průřezu 4 kV a připojeny na samostatné vedení s vlastním automatickým jističem.
Nechápu, když je u každého bytu vše tak jednoduché a standardní, tak proč je vůbec tato informace uvedena výše? "Můžeš počítat, nebo se můžeš jen učit nazpaměť." A jak to funguje? Proč je tedy dělat, když už známe výsledek. To je hodně kontroverzní tvrzení, na tvém místě bych s takovými výroky a komentáři přibrzdil, jinak někomu uděláš problémy.
Dobrý den, Sergeyi.
Máte pravdu – není to tak jednoduché. Vladimírův komentář je založen na informacích kolujících po síti – často „zapomínají“ na „Pravidla pro stavbu elektroinstalace“ a o průřezech bytové elektroinstalace hovoří takto: „obvykle se používají dráty...“ a pak se mluví o 1,5, 2,5 čtvercích, o kterých se zmínil Vladimír.
PUE, zdůrazňuji, vyžaduje výpočty, varování: pokud je výsledek menší než minimální úsek uvedený v tabulce, měl by se použít tabulkový úsek. Ke svému komentáři jsem připojil snímek obrazovky tohoto požadavku.