Jak vypočítat výkon, proud a napětí: pochopení vztahu mezi těmito veličinami

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.

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 maximálního možného proudu pro tento úsek. To je nutné, aby se zabránilo vznícení elektroinstalace, což často vede k požáru.

Provozní parametry strojů a proudových chráničů se volí podle požadavků předpisů. Pro určení přípustného průřezu žil v závislosti na maximální možné proudové síle je nutné použít tabulku poskytnutou výrobcem produktu, protože kabely jsou nejčastěji vyráběny podle specifikací, nikoli podle GOST.

Kabely vyrobené v souladu s GOST (vlevo) a TU (vpravo) se stejnými značkami se liší jak vizuálně, tak v základních vlastnostech

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 01.10.2015 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.

Snížení vstupního napětí vede nejen ke změně parametru proudu a možnému vypnutí ochrany, ale také k rychlému výpadku elektrických spotřebičů obsahujících asynchronní elektromotory nebo složité elektroniky.

Chcete-li zjistit skutečnou hodnotu napětí, musíte pravidelně provádět měření pomocí voltmetru. Pokud ukazatele velmi kolísají, pak 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):

Mezi domácí spotřebiče, u kterých může celkový výkon výrazně převyšovat činný výkon, patří chladničky, pračky, zářivky a některé úsporné zářivky a také jednotky výkonové elektroniky.

Na motorech je obvykle uveden činný výkon a koeficient. V tomto případě se celkový výkon vypočítá následovně: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

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. Toto je třeba vzít v úvahu při výpočtu požadovaného průřezu kabelu a výběru jmenovitého výkonu stroje.

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“.

Schématická schémata přenosu výkonu ve třech fázích. Dostali jména „hvězda“ a „trojúhelník“ kvůli jejich geometrické podobnosti s těmito objekty

V obvodech hvězdicového typu jsou lineární a fázové proudy totožné a lineární napětí je 1,73krát větší než fázové napětí:

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:

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:

kde S – celkový celkový výkon všech elektrických spotřebičů.

Pro výpočet parametrů jednofázového obvodu je vhodný koláčový graf odrážející Ohmův zákon a vyjadřující závislost výkonu, proudu, napětí a odporu

Chcete-li vyřešit problém výpočtu síly proudu ze známých nebo vypočtených hodnot výkonu a napětí v třífázovém obvodu, musíte znát celkové zatížení každé fáze.

Jak požadovaný průřez žil kabelu, tak i minimální přípustný jmenovitý výkon stroje se volí podle nejvytíženější linky s ohledem na to, že:

Přípustný výkon pro každou fázi lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

kde I – 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.

Třífázové a jednofázové sítě jsou v soukromých a bytových domech rozmístěny přibližně stejně. Ale stojí za zmínku, že průmyslová síť je standardně třífázová a ve většině případů je třífázová síť vhodná pro ulici, kde se nacházejí soukromé domy, nebo pro bytový dům. A teprve poté se rozvětví na tři jednofázové a přivede ke konečnému proudovému spotřebiteli.

Výpočet byl proveden z nějakého důvodu, ale s cílem zajistit co nejefektivnější přenos elektřiny z elektrárny k vám a zároveň je sledován cíl co největšího snížení ztrát elektřiny v procesu přepravy, protože je proud odoláván vodičem, kterým protéká stejný proud.

Pokud vás zajímá, jakou síť máte ve svém domě nebo bytě, pak je její určení celkem jednoduché. Pokud otevřete elektrický panel a podíváte se, kolik drátů se používá pro váš byt, pak pokud vidíte 2 nebo 3 dráty, jedná se o jednofázovou síť, vodiče 1 a 2 jsou fázové a nulové, vodič 3, pokud je přítomen, je uzemnění. V třífázové síti vodičů bude buď 4 nebo 5. Tři fáze A, B, C, nula a pokud je přítomen, zemnící vodič.

Počet fází je také určen tzv. pouzdrem, vstupním jističem. Pro jednofázovou síť je přidělen 2 nebo 1 dvojitý kabel a v třífázové síti bude 1 trojitý kabel a jeden. Zapomínat bychom ale neměli ani na napětí, na které je potřeba dávat velký pozor.

Aby bylo možné vypočítat podle proudu a vypočítat podle napětí pro zjištění výkonu, není obtížné, zpravidla třífázové sítě vyžadují velké spotřebitele energie. Pomocí vzorce uvedeného v článku můžete snadno vypočítat výkon pomocí hodnot proudu a napětí.

Zjistěte spotřebu elektrické energie

Takže pojďme k věci, potřebujeme zjistit sílu elektřiny proudem a napětím. Nejprve musíte vědět, kolik energie budete spotřebovávat. To lze snadno zjistit porovnáním všech spotřebitelů energie ve vaší domácnosti. Vyberme tu nejběžnější techniku, bez které se moderní lidé neobejdou. Mimochodem, kolik konkrétní zařízení spotřebuje, můžete zjistit v pasových údajích vašeho elektrického zařízení nebo na štítku, který může být na pouzdru. Začněme s nejvyšší spotřebou napětí:

• Pračka – 2700 Watt
• Ohřívač vody (bojler) – 2000 Watt
• Železo – 1875 Watt
• Kávovar – 1200W
• Vysavač – 1000W
• Mikrovlnná trouba – 800 Watt
• Počítač – 500 wattů
• Osvětlení – 500W
• Chladnička – 300 wattů
• TV – 100W

Podle vzorce musíme přidat vše a dělit 1000pro převod z wattů na kilowatty.

Celkem jsme dostali 10975 wattů, převedeme to na kilowatty, děleno 1000.

Naše celková spotřeba je 10.9 kW.

Pro běžného člověka jedna fáze docela stačí. Zvláště pokud se nechystáte vše zapnout současně, což je samozřejmě nepravděpodobné.

Ale musíte si uvědomit, že současná spotřeba může být výrazně vyšší, zvláště pokud žijete v soukromém domě a / nebo máte garáž, pak spotřeba jednoho zařízení může být 4-5 kW. Pak dáte přednost třífázové síti, jelikož je výkonnější a umožňuje připojit výrazně výkonnější současné spotřebiče.

Třífázová síť

Podívejme se blíže na třífázovou síť, protože je pro nás výhodnější. Pro začátek Uveďme srovnávací popis jednofázové a třífázové sítě. Zdůrazněme některá pro a proti.

Při použití třífázové sítě existuje možnost, že zátěž bude v každé fázi rozložena nerovnoměrně. Pokud jsou například elektrokotel a výkonný ohřívač napájeny z první fáze a TV a chladnička jsou napájeny z druhé fáze, dojde k jevu, jako je „fázová nerovnováha“ – napěťová a proudová asymetrie, která může být důsledek selhání některých současných spotřebitelů. Aby se předešlo takové situaci, mělo by být rozložení zátěže pečlivě naplánováno v počáteční fázi návrhu sítě.

Rovněž bude vyžadována třífázová síť více drátů, kabely a jističe, které přenášejí proud, protože výkon bude mnohem vyšší, a proto bude instalace takové sítě dražší.

Jednofázová síť je z hlediska možného potenciálního výkonu horší než třífázová síť. Pokud tedy očekáváte použití velkého množství výkonných současných spotřebitelů, pak bude druhá možnost odpovídajícím způsobem lepší. Pokud například do domu přichází z elektrického vedení dvouvodičový (třížilový, pokud je uzemněn) kabel o průřezu 16 mm2, pak by celkový výkon všech elektrických spotřebičů v domě neměl překročit 14 kW, jako ve výše uvedeném příkladu.

Ale pokud použijete stejný průřez drátu pro třífázovou síť, ale podle toho kabel bude 4-5 žilový, pak i tehdy bude maximální celkový výkon již 42 kW.

Vypočítáme výkon třífázové sítě

Pro výpočet si vezmeme určitou výrobní dílnu, ve které třicet elektromotorů. Do dílny vstupuje čtyřvodičové vedení, nezapomeňte, že se jedná o 3 fáze: A, B, C a nulový vodič (nula). Jmenovité napětí 380/220 voltů. Celkový výkon všech motorů je Ru1 – 48 kW, na dílně máme i osvětlovací lampy, jejichž celkový výkon je Ru2 – 2 kW.

• Ru – celkový instalovaný výkon skupiny spotřebitelů, který se rovná součtu jejich deklarovaných kapacit, měřený v kW.
• Kc je koeficient poptávky při nejvyšším zatížení. Faktor poptávky zohledňuje největší možný počet aktivací přijímačů skupiny. U elektromotorů musí faktor poptávky zohledňovat jejich zatížení.

Koeficient potřeby pro světelnou (osvětlovací) zátěž, tedy osvětlení, je Ks2-0,9 a pro výkonovou zátěž, tedy elektromotory, Ks1 = 0,35. Průměrný účiník pro všechny spotřebiče cos(φ) = 0,75. Nutné najděte vypočítaný proud vedení.

Výpočet

Vypočítejme vypočtené výkonové zatížení P1 = 0,35*48 = 16,8 kW

a vypočtená světelná zátěž P2 = 0,9 *2 = 1.8 kW.

Plné návrhové zatížení P = 16,8+1,8=18,6 kW;

Jmenovitý proud Vypočítáme pomocí vzorce:

P je odhadovaný výkon spotřebiče (elektromotory a osvětlení), kW;

Un – jmenovité napětí na svorkách přijímače, které se rovná sdruženému (lineárnímu, když je fáze a fáze spojena, tj. 380 V), to znamená napětí v síti, ze které je napájen , V;

cos(φ) je účiník přijímače.

Tak jsme vyráběli výpočet aktuálního výkonu, který vám umožní pochopit třífázové sítě. Ale při přechodu přímo k instalaci systému nezapomeňte na bezpečnostní opatření, protože proud a napětí jsou nebezpečné jevy pro váš život.