Kako izračunati moč, tok in napetost: načela in primeri izračuna za domače razmere

Lastniki stanovanj, zasebnih hiš in drugih elektrificiranih objektov se pogosto srečujejo z vprašanjem določanja vrednosti osnovnih električnih veličin, saj izračunati moč glede na dovoljeno jakost toka in znano napetost ali rešiti obratno nalogo ni ravno preprosto.

Neposredna uporaba znanega Ohmovega zakona brez upoštevanja posebnosti gospodinjskih omrežij in naprav lahko privede do napačnega rezultata.

V tem gradivu bomo razumeli, kaj je moč, in povedali, kako izračunati ta kazalnik.

Osnovni pojmi veličin

Elektrotehnični izračuni temeljijo na splošno znanih razmerjih med jakostjo toka (I, amper), napetostjo (U, volt), močjo (P, vat) in uporom (R, ohm). Praktični izračuni običajno zahtevajo poznavanje vrednosti prve trojice.

Številčnih izrazov naštetih veličin, opozorimo, ni dovolj – potrebne so dodatne značilnosti, ki razkrivajo način porabe električne energije.

Jakost električnega toka

Izračun zadostnega prereza žil in nazivne vrednosti odklopnika za določeno vejo električnega omrežja se izvaja glede na vrednost največjega možnega toka za ta odsek. To je potrebno za preprečitev situacije vžiga napeljave, kar pogosto povzroči požar.

Delovne parametre odklopnikov in zaščitnih naprav (RCD) izbirajo v skladu z normativnimi zahtevami. Za določitev dovoljenega prereza žil glede na največjo možno jakost toka je treba uporabiti tabelo, ki jo je zagotovil proizvajalec izdelka, ker so kabli večinoma izdelani po tehničnih pogojih (TU) in ne po standardu (GOST).

Z enako oznako se kabli, izdelani po GOST (levo) in po TU (desno), razlikujejo tako vizualno kot po osnovnih značilnostih.

Ker je mogoče jakost električnega toka izračunati glede na porabo moči naprav in omrežno napetost, je treba pravilno določiti vrednosti teh dveh kazalnikov.

Napetost v gospodinjskih omrežjih

Mnogi lastniki stanovanj menijo, da je standardna napetost v fazi za gospodinjske potrebe približno 220 V. V večini primerov to dejansko drži. Čeprav bi moral po GOST 29322-2014 od 01.10.2015 v okviru Ruske federacije potekati prehod na sistem 230 V, ki je združljiv z državami EES.

Odstopanje za 5 % od standarda je dovoljeno za poljubno obdobje, 10 % pa za obdobje, ki ne presega 1 ure. Tako se po starih pravilih lahko vrednost napetosti giblje v območju od 198 do 242 V, po veljavnem GOST-u pa od 207 do 253 V.

Obstajajo tudi primeri, ko je napetost v omrežju dalj časa znatno nižja od normativne. Takšna situacija nastane, ko je skupna moč električnih naprav, priključenih na vejo, precej višja od načrtovane, in ob vklopu večine le-teh pride do “padec napetosti v omrežju”.

Ta težava se pojavlja na področju odgovornosti organizacij, ki skrbijo za dobavo električne energije, in povezana je s preobremenitvijo distribucijskih transformatorjev, dotrajanostjo postaj ali nezadostnim presekom vodnikov.

Znižana vhodna napetost ne povzroči le spremembe parametra toka in morebitnega delovanja zaščite, ampak tudi hitro okvaro električnih naprav, ki vsebujejo asinhronske elektromotorje ali zahtevno elektroniko.

Za ugotavljanje vrednosti dejanske napetosti je treba občasno izvajati meritve z uporabo voltmetra. Če vrednosti močno “nihajo”, je potrebna uporaba stabilizatorja ali dražjega pretvornika s funkcijo shranjevalnika električne energije.

Nianse v pojmu moči električnih naprav

Vse naprave, ki porabljajo elektriko, imajo parameter, kot je moč. Večji kot je ta kazalnik, več energije naprava odvzame iz tokokroga.

Obstajajo tri vrste moči:

• Delovna (P). Označuje hitrost pretvorbe električne energije v drugo obliko, na primer elektromagnetno ali toplotno. Upoštevati jo je treba pri izračunu nepovratnih stroškov električne energije, torej tudi stroškov delovanja naprave. Merska enota – W.
• Jalova (Q). Označuje energijo, ki prihaja od vira (transformatorja) do reaktivnih elementov porabnika (kondenzatorji, navitja motorja), vendar se nato skoraj v trenutku vrne k viru. Merska enota – W ali var (okrajšava – reaktivni volt-amper).
• Navidezna (S). Označuje obremenitev, ki jo porabnik nalaga elementom tokokroga. Uporablja se pri izračunu preseka kabla in izbiri nazivne vrednosti odklopnikov, to pomeni, da se izračun toka izvaja glede na navidezno moč vseh električnih naprav, priključenih v tokokrog. Merska enota – W ali V*A (V*A – volt-amperi).

Vse te parametre je mogoče preračunati preko kota faznega zamika, ki nastane med vektorjem napetosti in tokom (f):

P = S * cos(f);

Q = S * sin(f);

S² = P² + Q².

Med gospodinjske naprave, pri katerih lahko navidezna moč znatno presega delovno moč, spadajo hladilniki, pralni stroji, fluorescenčne in nekatere varčne sijalke ter napajalniki močnostne elektronike.

Na motorjih običajno navajajo delovno moč in faktor. V tem primeru se navidezna moč izračuna tako: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Obstaja tudi koncept konične ali zagonne moči. Gre za to, da za zagon motorjev potrebujemo precej več napora kot za ohranjanje njihovega vrtenja. Zato pri vklopu naprav, kot sta hladilnik ali pralni stroj, pride do kratkotrajnega sunka obremenitve v delu tokokroga.

Zagonni tokovi so lahko večkrat višji od delovnih. Pri izračunu potrebnega preseka kablov in izbiri nazivne vrednosti odklopnika je treba to upoštevati.

Za to je treba določiti napravo z največjo razliko med zagonno in delovno močjo ter to razliko prišteti k skupni vrednosti. Zagonnih tokov drugih naprav ni treba upoštevati, ker je verjetnost hkratnega vklopa motorjev pri različnih porabnikih skoraj nična.

Linijske in fazne relacije

Trenutno se je uveljavila praksa priključevanja gospodinjskih objektov na trifazna električna omrežja.

To je utemeljeno iz naslednjih razlogov:

• Znatna poraba električne energije. V tem primeru bi bila napeljava enofaznega omrežja velike moči zelo neracionalna zaradi velikega preseka kabla in visoke materialne intenzivnosti transformatorja.
• Prisotnost naprav, ki delujejo na treh fazah. Izvedba sheme priključitve take naprave na enofazni tokokrog ni zelo preprosta in je polna motenj, ki nastanejo na primer pri zagonu asinhronskega motorja.

Obstajata dva načina priključitve trifaznih naprav – “zvezda” in “trikot”.

Principialne sheme prenosa električne energije po treh fazah. Imeni “zvezda” in “trikot” sta dobili zaradi geometrijske podobnosti s tema objektoma.

V tokokrogih tipa “zvezda” so linijski in fazni tokovi enaki, linijska napetost pa je 1,73-krat večja od fazne:

I_l = I_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Ta formula pojasnjuje znano razmerje napetosti za gospodinjska in nizkonapetostna industrijska omrežja frekvence 50 Hz: 220 / 380 V (po novem GOST-u: 230 / 400 V).

Pri povezavi tipa trikot so, nasprotno, napetosti enake, linijski toki pa so večji od faznih:

I_l = 1.73 * I_f;

U_l = U_f.

Te formule se lahko uporabljajo samo pri simetrični obremenitvi faz. Če se poraba toka po kablih razlikuje (asimetrični sprejemnik), se izračuni izvajajo z uporabo pravil vektorske algebre, nastali izravnalni tok pa se kompenzira s pomočjo nevtralnega vodnika. Vendar so takšni primeri v omrežjih s priključenimi gospodinjskimi aparati redki.

Medsebojna povezanost osnovnih veličin

Najpogostejša naloga, s katero se srečujejo običajni potrošniki, je izračun dejanske jakosti toka. Kako torej pravilno izračunati amperažo glede na znane vrednosti napetosti in moči? To je treba rešiti pri utemeljitvi vrednosti prereza žil in nazivne vrednosti odklopnika, ob tehničnih informacijah o napravah, ki bodo priključene v to vezje.

Po izračunu jakosti toka pogosto izberejo kable z najmanjšim dovoljenim prerezom. Vendar to ni vedno pravilno, saj takšna odločitev vodi do znatnih omejitev, kadar je treba v omrežje dodati nove električne naprave.

Včasih je treba izvesti obratne izračune in določiti, kakšno skupno moč je mogoče priključiti ob znani napetosti in največji dovoljeni jakosti toka, ki je omejena z obstoječo napeljavo.

Ti dve nalogi za enofazno vezje je mogoče rešiti s preprosto formulo:

I = S / U;

S = U * I,

kjer je S skupna polna moč vseh električnih porabnikov.

Krožni diagram, ki odraža Ohmov zakon in izraža odvisnost moči, jakosti toka, napetosti in upora, je primeren za izračun parametrov enofaznega vezja.

Za rešitev naloge izračuna jakosti toka iz znanih ali izračunanih vrednosti moči in napetosti v trifaznem vezju je treba poznati skupno obremenitev posamezne faze.

Tako zahtevani prerez kabelskih žil kot minimalno dovoljeno nazivno vrednost odklopnika se izbira glede na najbolj obremenjeno linijo, pri čemer velja:

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

I = S / (U * 1,73).

Dovoljeno moč za vsako od faz je mogoče izračunati po naslednji formuli:

S_1,2,3 < S / 3 = I * U / 1.73,

kjer je I največja dovoljena jakost toka za obstoječo napeljavo.

Zaključki in koristen video na to temo

Izračun jakosti toka iz moči za izbiro prereza kabla:

Določitev porabe moči skupin električnih naprav na primeru zasebne hiše:

Izračun jakosti toka za določitev parametrov napeljave ali določitev dovoljene moči v že obstoječem vezju je mogoče opraviti samostojno. Za pravilno rešitev zastavljene naloge je treba upoštevati nianse, ki se pojavljajo v praksi, in ne samo uporabljati znane formule, ki delujejo v “idealnih” pogojih.

Če se vam porajajo vprašanja v zvezi s temo članka ali če želite ta material dopolniti z zanimivimi informacijami, prosimo, pustite svoje komentarje v spodnjem bloku.