Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Власники квартир, приватних будинків і інших електрифікованих об'єктів часто стикаються з питанням визначення значень основних електричних величин, так як розрахувати потужність по допустимої силі струму і відомому напрузі або вирішити зворотну задачу не дуже просто.

Пряме застосування відомого закону Ома без урахування особливостей побутових мереж і приладів може призвести до невірного результату.

У цьому матеріалі ми розберемося, що таке потужність і розповімо про те, як обчислити цей показник.

Основні поняття величин

Для електричного струму існує відомі залежності між основними величинами, такими як сила (I, ампер), напруга (U, вольт), потужність (P, ват) і опір ланцюга (R, ом). Зазвичай, для вирішення реальних завдань, використовують перші три параметри, кожен з яких на практиці має свої нюанси.

Сила електричного струму

Розрахунок достатнього перетину жив і номіналу автоматичного вимикача для конкретної гілки електромережі проводять відповідно до значення максимально можливої для цієї ділянки сили струму. Це необхідно для запобігання ситуації загоряння проводки, що часто призводить до виникнення пожежі.

Робочі параметри автоматів і УЗО вибирають згідно з нормативними вимогами. Для визначення допустимого перетину жил в залежності від максимально можливої сили струму необхідно використовувати таблицю, надану виробником продукції, тому що кабелю найчастіше зроблені по ТУ, а не по ГОСТ.

Маючи однакову маркування, кабелю, вироблені за ГОСТом (зліва) і по ТУ (праворуч) відрізняються як візуально, так і за основними характеристиками

Так як розрахувати силу електричного струму можна по споживаної приладами потужності і напрузі мережі, то необхідно правильно визначити значення цих двох показників.

Напруга в побутових мережах

Багато власників квартир вважають, що стандартна напруга в фазі для побутових потреб приблизно дорівнює 220 В. В більшість випадків це дійсно так. Хоча по ГОСТ 29322-2014 з 01.10.2015 в межах Російської Федерації повинен був відбутися перехід на сумісну з країнами ЄЕС систему 230 В.

Відхилення в 5% від еталону є допустимим на будь-який термін, а 10% - на період, що не перевищує 1 годину. Таким чином за старими правилами значення напруги може коливатися в діапазоні від 198 до 242 В, а за чинним ГОСТу - від 207 до 253 В.

Також є випадки, коли напруга в мережі тривалий час значно нижче нормативного. Така ситуація виникає тоді, коли сумарна потужність підключених до гілки електроприладів набагато вище запланованої і при включенні більшості з них відбувається "просадка мережі".

Ця проблема виникає в зоні відповідальності організацій, що відповідають за постачання електроенергії, і пов'язана вона з перевантаженням розподільних трансформаторів, зношеністю підстанцій або з недостатнім перетином проводів.

Знижений вхідна напруга призводить не тільки до зміни параметра сили струму і можливого спрацьовування захисту, а й до швидкої поломки електроприладів, що містять асинхронні електродвигуни або складну електроніку

Для з'ясування значення реального напруги потрібно періодично проводити виміри з використанням вольтметра. Якщо показники сильно "гуляють", то необхідно застосування стабілізатора або більш дорогого перетворювача з функцією накопичувача електроенергії.

Нюанси в понятті потужності електроприладів

Все споживають електрику пристрої мають такий параметр як потужність. Чим більше цей показник, тим більше енергії забирає прилад з ланцюга.

Всього існує три види потужності:

  • Активна (P). Характеризує швидкість перекладу електричної енергії в інший вид, наприклад електромагнітний або теплової. Її потрібно враховувати при розрахунку необоротних витрат електроенергії, а значить, і вартості роботи приладу. Одиниця виміру - пн.
  • Реактивна (Q). Характеризує енергію, яка приходить від джерела (трансформатора) до реактивних елементів споживача (конденсатори, обмотки двигуна), але потім практично миттєво повертається до джерела. Одиниця виміру - Вт або вар (розшифровка - вольт-ампер реактивний).
  • Повна (S). Характеризує навантаження, яку споживач накладає на елементи ланцюга. Її використовують при обчисленні площі перетину кабелю і виборі номіналу автоматів, тобто розрахунок сили струму виробляють по повній потужності всіх підключених в ланцюг електроприладів. Одиниця виміру - Вт або V * A (В * А - вольт ампер).

Всі ці параметри можна перерахувати через кут зсуву фаз, який виникає між вектором напруги і струмом (f):

P = S * cos (f);

Q = S * sin (f);

S 2 = P 2 + Q 2.

До побутових пристроїв, у яких повна потужність може істотно перевищувати активну, відносять холодильники, пральні машини, люмінесцентні і деякі енергозберігаючі лампи, а також блоки силової електроніки.

На двигунах зазвичай вказують активну потужність і коефіцієнт. У цьому випадку повна потужність обчислюється так: S = P / cos (f) = 750 / 0.78 = 962 Вт

Також є таке поняття як пікова або стартова потужність. Справа в тому, що для розгону двигунів потрібно набагато більше зусиль, ніж для підтримки їх обертання. Тому при включенні таких приладів як холодильник або пральна машина відбувається короткочасний сплеск навантаження на ділянці ланцюга.

Стартові струми можуть бути вище робітників у кілька разів. При розрахунку необхідного перетину кабелів і підборі номіналу автомата слід це враховувати.

Для цього потрібно визначити прилад з найбільшою різницею стартовою і робочої потужності і додати її до загального значення. Стартові струми інших пристроїв можна не враховувати, тому що ймовірність одночасного спрацьовування на включення двигунів у різних споживачів практично дорівнює нулю.

Лінійні і фазні співвідношення

Зараз набула поширення практика підключення побутових об'єктів до трифазних електромереж.

Це обгрунтовано з наступних причин:

  • Значне споживання електроенергії. В цьому випадку підведення однофазної мережі великої потужності буде дуже нераціонально через великого перерізу кабелю і високою матеріаломісткості трансформатора.
  • Наявність приладів, що працюють від трьох фаз. Реалізація схеми підключення такого пристрою до однофазної кола не дуже проста і чревата перешкодами, які виникають, наприклад, при старті асинхронного двигуна.

Існує два способи підключення трифазних приладів - "зірка" і "трикутник".

Принципові схеми передачі електроенергії по трьох фазах. Назва "зірка" і "трикутник" вони отримали завдяки геометричній схожості з цими об'єктами

У ланцюгах типу "зірка" лінійні і фазні струми ідентичні, а лінійна напруга більше фазного в 1, 73 рази:

I л = I ф;

U л = 1.73 * U ф.

Ця формула пояснює відоме співвідношення напруг для побутових і низьковольтних промислових мереж частоти 50 Гц: 220/380 В (за новим ГОСТом: 230/400 В).

При з'єднанні типу трикутник, навпаки, напруга збігається, а лінійні струми більше фазних:

I л = 1.73 * I ф;

U л = U ф.

Ці формули можна застосовувати тільки при симетричному навантаженні фаз. Якщо споживання струму по кабелях відрізняється (несиметричний приймач), то розрахунки проводять з використанням правил векторної алгебри, а що виникає вирівнюючий струм компенсують за рахунок нейтрального проводу. Однак для мереж з підключеними побутовими приладами такі випадки рідкісні.

Взаємозв'язок основних величин

Найпоширеніша завдання, з якою стикаються пересічні споживачі, полягають в розрахунках реально діючої сили струму. Так як же правильно розрахувати ампераж за відомими значеннями напруги і потужності? Вирішити її необхідно при обгрунтуванні значень перетину жил і номіналу автомата, маючи технічну інформацію про пристрої, які будуть в цей ланцюг запитані.

Після обчислення сили струму часто вибирають кабелю з найменшим допустимим перетином. Однак це не завжди правильно, тому що таке рішення призводить до суттєвих обмежень при необхідності додавання нових електроприладів в мережу.

Іноді необхідно провести зворотні обчислення і визначити який сумарної потужності можна підключити прилади при відомому напрузі і максимально допустимої силі струму, яка обмежена вже існуючої проводкою.

Вирішити ці два завдання для однофазної ланцюга можна за допомогою простої формули:

I = S / U;

S = U * I,

де S - сумарна повна потужність всіх електроспоживачів.

Кругова діаграма, що відображає закон Ома і виражає залежність потужності, сили струму, напруги та опору підходить для обчислення параметрів однофазної ланцюга

Для вирішення задачі розрахунку сили струму по відомим або обчисленими значеннями потужності і напруги в трифазного ланцюга треба знати сумарне навантаження, що накладаються на кожну фазу.

І необхідний перетин жил кабелю, і мінімально допустимий номінал автомата підбирають по найзавантаженішій лінії, вважаючи що:

S = 3 * max {S 1, S 2, S 3}.

I = S / (U * 1.73).

Допустиму потужність для кожної з фаз можна обчислити за такою формулою:

S 1, 2, 3 <S / 3 = I * U / 1.73,

де I - максимально допустима сила струму для існуючої проводки.

Висновки і корисне відео по темі

Обчислення сили струму по потужності для підбору перетину кабелю:

Визначення споживаної потужності груп електроприладів на прикладі приватного будинку:

Обчислення сили струму для визначення параметрів проводки або визначення допустимої потужності в уже існуючій ланцюга можна зробити самостійно. Для правильного вирішення поставленого завдання необхідно врахувати нюанси, що виникають на практиці, а не тільки використовувати відомі формули, які працюють при "ідеальних" умовах.

Якщо з'явилися питання по темі статті або ви можете доповнити цей матеріал цікавою інформацією, будь ласка, залишайте свої коментарі в розташованому нижче блоці.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Електрик