Πώς να υπολογίσετε ισχύ, ένταση ρεύματος και τάση: αρχές και παραδείγματα υπολογισμού για οικιακές συνθήκες.

Οι ιδιοκτήτες διαμερισμάτων, ιδιωτικών κατοικιών και άλλων ηλεκτροδοτούμενων αντικειμένων συχνά αντιμετωπίζουν το ζήτημα του προσδιορισμού των τιμών των βασικών ηλεκτρικών μεγεθών, καθώς το να υπολογίσει κανείς την ισχύ με βάση την επιτρεπόμενη ένταση ρεύματος και τη γνωστή τάση ή να λύσει το αντίστροφο πρόβλημα δεν είναι πολύ απλό.

Η άμεση εφαρμογή του γνωστού νόμου του Ohm χωρίς να ληφθούν υπόψη οι ιδιαιτερότητες των οικιακών δικτύων και συσκευών μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένο αποτέλεσμα.

Σε αυτό το υλικό θα κατανοήσουμε τι είναι η ισχύς και θα σας πούμε πώς να υπολογίσετε αυτή την παράμετρο.

Βασικές έννοιες των μεγεθών

Οι ηλεκτροτεχνικοί υπολογισμοί βασίζονται σε ευρέως γνωστές σχέσεις μεταξύ της έντασης ρεύματος (I, Αμπέρ), της τάσης (U, Βολτ), της ισχύος (P, Βατ) και της αντίστασης (R, Ωμ). Οι πρακτικοί υπολογισμοί συνήθως απαιτούν τη γνώση των τιμών της πρώτης τριάδας.

Οι αριθμητικές εκφράσεις των αναφερόμενων μεγεθών, προειδοποιούμε, δεν επαρκούν – χρειάζονται πρόσθετα χαρακτηριστικά που αποκαλύπτουν τον τρόπο ηλεκτρικής κατανάλωσης.

Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος

Ο υπολογισμός της επαρκούς διατομής των αγωγών και της ονομαστικής τιμής του αυτόματου διακόπτη για ένα συγκεκριμένο κλάδο του ηλεκτρικού δικτύου γίνεται σύμφωνα με την τιμή της μέγιστης δυνατής έντασης ρεύματος για αυτό το τμήμα. Αυτό είναι απαραίτητο για την αποφυγή κατάστασης ανάφλεξης της καλωδίωσης, η οποία συχνά οδηγεί σε πυρκαγιά.

Οι λειτουργικές παράμετροι των αυτόματων διακοπτών και των RCD επιλέγονται σύμφωνα με τις κανονιστικές απαιτήσεις. Για τον προσδιορισμό της επιτρεπόμενης διατομής αγωγών ανάλογα με τη μέγιστη δυνατή ένταση ρεύματος, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί ο πίνακας που παρέχεται από τον κατασκευαστή του προϊόντος, επειδή τα καλώδια συνήθως κατασκευάζονται σύμφωνα με τεχνικές προδιαγραφές (TU) και όχι σύμφωνα με το GOST.

Έχοντας την ίδια σήμανση, τα καλώδια που κατασκευάζονται σύμφωνα με το GOST (αριστερά) και με το TU (δεξιά) διαφέρουν τόσο οπτικά όσο και ως προς τα βασικά χαρακτηριστικά.

Δεδομένου ότι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να υπολογιστεί από την ισχύ που καταναλώνουν οι συσκευές και την τάση του δικτύου, είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν σωστά οι τιμές αυτών των δύο μεγεθών.

Τάση στα οικιακά δίκτυα

Πολλοί ιδιοκτήτες διαμερισμάτων πιστεύουν ότι η πρότύπη τάση ση φάση γηα οικιακές ανάγκες είναί περίπου 220 V. Στις περισσότερες περιπτώσεις, αυτό ίσχύε. Ωστόσο, σύμφωνα με το ΓΟΣΤ 29322-2014 από τις 01.10.2015, εντός της Ρωσικής Ομοσπονδίας θα έπρεπε να είχε γίνει μετάβαση στο σύστημα 230 V, το οποίο είναι συμβατό με τις χώρες της ΕΟΚ.

Απόκλιση 5% από το πρότυπο είναι αποδεκτή για οποιαδήποτε διάρκεια, και 10% για περίοδο που δεν υπερβαίνει τη 1 ώρα. Έτσι, σύμφωνα με τους παλιούς κανόνες, η τιμή της τάσης μπορεί να κυμαίνεται από 198 έως 242 V, ενώ σύμφωνα με το ισχύον ΓΟΣΤ από 207 έως 253 V.

Υπάρχουν επίσης περιπτώσεις όπου η τάση στο δίκτύο είναί σημαντικά χαμηλότερη από την κανονική γία μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτή η κατάσταση προκύπτεί όταν η σύνόλική ίσχύς των σύνδεδεμένων στη γραμμή ηλεκτρικών σσυκευών είναί πολύ μεγαλύτερη από την προγραμματισμένη καί όταν ενεργοποιούνταί οί περισσότερες από αυτές, σημβαίνει «πτώση τάσης δικτύου».

Αυτό το πρόβλημα εμφανίζεταί στην περίοχή ευθύνης των οργανισμών που είναί υπεύθυνοί για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας καί σχετίζεταί με υπερφόρτωση των μεταςχηματιστών διανομής, φθορά των υποσταθμών ή ανεπαρκή διατομή των καλωδίων.

Η μειωμένη τάση εισόδου οδηγεί όχι μόνο σε αλλαγή της παραμέτρου της έντασης ρεύματος και πιθανή ενεργοποίηση της προστασίας, αλλά και σε γρήγορη βλάβη ηλεκτρικών συσκευών που περιέχουν ασύγχρονους ηλεκτροκινητήρες ή περίπλοκα ηλεκτρονικά.

Για να διαπιστωθεί η τιμή της πραγατικής τάσης, πρέπει να γίνονται περιοδικές μετρήσεις με χρήση βολτομέτρου. Εάν οι ενδείξεις «κυμαίνονται» έντονα, τότε είναί απαραίτητη η εφαρομογή σταθεροποιητή ή ενός πιο ακριβού μετασχηματιστή με λειτουργία αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας.

Λεπτομέρειες στην έννοια της ισχύος των ηλεκτρικών συσκευών

Όλες οι συσκευές που καταναλώνουν ηλεκτρισμό έχουμια παράμετρο όπως η ισχύς. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η τιμή, τόσο περισσότερη ενέργεια αντλεί η συσκευή από το κύκλωμα.

Συνολικά υπάρχουν τρία είδη ισχύος:

• Ενεργός (P). Χαρακτηρίζει το ρυθμό μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλη μορφή, π.χ. ηλεκτρομαγνητική ή θερμική. Πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον υπολογισμό των μη αντιστρέψιμων δαπανών ηλεκτρικής ενέργειας, και επομένως και του κόστους λειτουργίας της συσκευής. Μονάδα μέτρησης – W.
• Αντιδραστική (Q). Χαρακτηρίζει την ενέργεια που φτάνει από την πηγή (μετασχηματιστής) στα αντιδραστικά στοιχεία του καταναλωτή (πυκνωτές, περιελίξεις κινητήρα), αλλά και στη συνέχεια επιστρέφει σχεδόν ακαριαία στην πηγή. Μονάδα μέτρησης – W ή Var (επεξήγηση – βολτ-αμπέρ αντιδραστικό).
• Φαινόμενη (S). Χαρακτηρίζει το φορτίο που επιβάλλει ο καταναλωτής στα στοιχεία του κύκλώματος. Χρησιμοποιείταί γία τονοπολογίσμο της διατομής του καλωδίου καί την επιλογή της ονομαστικής τιμής των αυτόματων διακοπτών, δηλαδή ο υπολογισμός της έντασης ρεύματος γίνεται με βάση τη φαινόμενη ισχύ όλων των συνδεδεμένων στο ηλεκτρικών συσκευών. Μονάδα μέτρησης – W ή V·A (V·A – βολτ-αμπέρ).

Όλες αυτές οι παράμετροι μπορούν να υπολογιστούν εκ νέου μέσω της γωνίας μετατόπισης φάσης που δημιουργείται μεταξύ του διανύσματος τάσης και του ρεύματος (f):

P = S * cos(f);

Q = S * sin(f);

S² = P² + Q².

Στις οικιακές συσκευές των οποίων η φαινόμενη ισχύς μπορεί να υπερβαίνει σημαντικά την ενεργό, περιλαμβάνονται ψυγεία, πλυντήρια ρούχων, λαμπτήρες φθορισμού και ορισμένοι λαμπτήρες εξοικονόμησης ενέργειας, καθώς και μονάδες ισχύος ηλεκτρονικών.

Στους κινητήρες συνήθως αναγράφεται η ενεργός ισχύς και ο συντελεστής. Σε αυτήν την περίπτωση, η φαινόμενη ισχύς υπολογίζεται ως: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W.

Υπάρχει επίσης η έννοια της μέγιστης ή της ισχύος εκκίνησης. Το γεγονός είναι ότι για την επιτάχυνση των κινητήρων απαιτείται πολύ περισσότερη προσπάθεια από ό,τι για τη διατήρηση της περιστροφής τους. Επομένως, κατά την ενεργοποίηση συσκευών όπως ψυγεία ή πλυντήρια ρούχων, συμβαίνει μια στιγμιαία αύξηση του φορτίου στο τμήμα του κυκλώματος.

Τα ρεύματα εκκίνησης μπορεί να είναι αρκετές φορές υψηλότερα από τα ρεύματα λειτουργίας. Κατά τον υπολογισμό της απαιτούμενης διατομής καλωδίων και την επιλογή της ονομαστικής τιμής του αυτόματου διακόπτη, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη αυτό.

Για αυτό, πρέπει να προσδιοριστεί η συσκευή με τη μεγαλύτερη διαφορά μεταξύ ισχύος εκκίνησης και λειτουργίας και να προστεθεί στη συνολική τιμή. Τα ρεύματα εκκίνησης των άλλων συσκευών μπορούν να αγνοηθούν, καθώς η πιθανότητα ταυτόχρονης ενεργοποίησης κινητήρων σε διαφορετικούς καταναλωτές είναι σχεδόν μηδενική.

Γραμμικές και φασικές σχέσεις

Τώρα έχει διαδοθεί η πρακτική σύνδεσης οικιακών εγκαταστάσεων σε τριφασικά ηλεκτρικά δίκτυα.

Αυτό δικαιολογείται για τους ακόλουθους λόγους:

• Σημαντική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Σε αυτήν την περίπτωση, η παροχή μονοφασικού δικτύου μεγάλης ισχύος θα είναι πολύ αναποτελεσματική λόγω της μεγάλης διατομής καλωδίου και των υψηλών υλικών του μετασχηματιστή.
• Ύπαρξη συσκευών που λειτουργούν από τρεις φάσεις. Η υλοποίηση του σχήματος σύνδεσης μιας τέτοιας συσκευής σε μονοφασικό κύκλωμα δεν είναι πολύ απλή και επιφέρει παρεμβολές, που προκύπτουν, για παράδειγμα, κατά την εκκίνηση ενός ασύγχρονου κινητήρα.

Υπάρχουν δύο τρόποι σύνδεσης τριφασικών συσκευών – “αστέρι” και “τρίγωνο”.

Σχηματικά διαγράμματα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μέσω τριών φάσεων. Ονομάστηκαν “αστέρι” και “τρίγωνο” λόγω της γεωμετρικής ομοιότητάς τους με αυτά τα αντικείμενα.

Στα κυκλώματα τύπου “αστέρι”, τα γραμμικά και τα φασικά ρεύματα είναι πανομοιότυπα, ενώ η γραμμική τάση είναι 1,73 φορές μεγαλύτερη από τη φασική τάση:

I_γ = I_φ;

U_γ = 1.73 * U_φ.

Αυτός ο τύπος εξηγεί τη γνωστή σχέση τάσεων για οικιακά και βιομηχανικά δίκτυα χαμηλής τάσης συχνότητας 50 Hz: 220 / 380 V (σύμφωνα με το νέο GOST: 230 / 400 V).

Στη σύνδεση τύπου τρίγωνο, αντιθέτως, η τάση συμπίπτει, ενώ τα γραμμικά ρεύματα είναι μεγαλύτερα από τα φασικά:

I_γ = 1.73 * I_φ;

U_γ = U_φ.

Αυτοί οι τύποι μπορούν να εφα ρμοστούν μόνο όταν η φό ρτιση των φάσεων είναι συμ με τρική. Αν η κατανάλωση ρεύματος στα καλώδια διαφέρει (ασύμμε τρος δέκτης), οι υπο λογισμοί γίνονται χρησιμοποιώντας κανόνες διανυσματικής άλγεβρας, και το ρεύμα εξισορρόπησης που προκύπτει αντισταθμίζεται μέσω του ουδέτερου αγωγού. Ωστόσο, για δίκτυα με συνδεδεμένες οικιακές συσκευές, τέτοιες περιπτώσεις είναι σπάνιες.

Αλληλεξάρτηση των βασικών μεγεθών

Το πιο συνηθισμένο πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι κοινοί καταναλωτές είναι ο υπολογισμός της πραγματικής έντασης ρεύματος. Πώς λοιπόν να υπολογίσετε σωστά την ένταση σε αμπέρ με βάση γνωστές τιμές τάσης και ισχύος; Πρέπει να το λύσετε όταν αιτιολογείτε τις τιμές της διατομής των αγωγών και της ονομαστικής τιμής του διακόπτη, έχοντας τεχνικές πληροφορίες για τις συσκευές που θα τροφοδοτηθούν σε αυτό το κύκλωμα.

Μετά τον υπολογισμό της έντασης ρεύματος, συχνά επιλέγονται καλώδια με την ελάχιστη επιτρεπόμενη διατομή. Ωστόσο, αυτό δεν είναι πάντα σωστό, καθώς μια τέτοια απόφαση οδηγεί σε σημαντικούς περιορισμούς όταν υπάρχει ανάγκη προ σθήκης νέων ηλεκτρικών συσκευών στο δίκτυο.

Μερικές φορές είναι απαραίτητο να γίνουν αντίστροφοι υπο λογισμοί και να προ σδιοριστεί ποια συνολική ισχύς μπορεί να συνδεθεί για συσκευές με γνωστή τάση και μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση ρεύματος, η οποία περιορίζεται από την υπά ρχουσα καλωδίωση.

Αυτά τα δύο προ βλήματα για ένα μονο φασικό κύκλμα μπορούν να λυθούν με έναν απλό τύπο:

I = S / U;

S = U * I,

όπου S – η συνολική φαινόμενη ισχύς όλων των ηλεκτρικών καταναλωτών.

Το κυκλικό διάγραμμα ποτ απεικόνίζει τον νόμο του Ωμ καί εκφράζει την εξάρτηση της ισχύος, της έντασης ρεύματος, της τάσης καί της αντίστασης είναι κατά λληλό γα τον υπο λογισμό παραμέτρων ενός μονο φασικύ κύκλώμαος.

Για την επί λυση του προ βλήματος υπο λογισμού της έντασης ρεύματος από γνωστές ή υπο λογισμένες τίμές ισχύος καί τάσης σε τριφασικό κύκλωμα, πρέπει να γνωρίζετε το συνολικό φορτίο ποτ βάζετι σε κάθ φάση.

Καί η απαρ τούμενη δια τόμ ή των αγωγών του κα υδί ου, καί η ελάχιστη επι τρεπόμενη ονομαστική τιμή του διακόπτη επιλέγονται με βάση την πιο φορτισμένη γραμμή, θεωρώντας ότ:

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

I = S / (U * 1.73).

Η επιτρεπόμενη ισχύς γα κάθές μία από τις φάσεις μπορεί να υπο λογιστεί με τον ακό λουθο τύπο:

S_1,2,3 &λτ; S / 3 = I * U / 1.73,

όπου I – η μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση ρεύματος γα την υπά ρχουσα καλ ωδίωση.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Υπο λογισμός της έντασης ρεύματος από την ισχύ για την επιλογή διατομής καλωδίου:

Προσδιορισμός της κατανα λι σκόμενης ισχύος ομάδων ηλεκτρικών συσκευών με παράδειγμα ιδωτικής κατοικίας:

Ο υπ ολ ογισμός της έντασής ρεύματα γα τον προσδ αρι σμό των παραμέτρψν της καλ ωδίωσής ή ο προσ διορισμός της επιτρεπόμενης ισχύος σ ένα υπά ρχον κύκ λωμα μπορεί να γίνει μόν σας. Για τη σωστή επί λυση του προβλήματος, πρέπει να ληφθούν υπόψη ι α φοχές που π ροκύπτ στην πράξη, και όχι μόν η χρίση γνωστών τ관련ων που λει τουργούν υπό “ιδανικές” συνθήκες.

Εάν έχετε ερωτήσεις σχετικά με το θέμα του άρθρο ή μπορείτε να συμπληρώσετε αυτό το υλικό με ενδιαφέρουσες πληροφορίες, παρακαλώ αφήστε τα σχόλιά σας στο παρακάτω πλαίσιο.