Cum să calculați puterea, intensitatea curentului și tensiunea: principii și exemple de calcul pentru condiții casnice

Proprietarii de apartamente, case particulare și alte obiecte electrificate se confruntă adesea cu întrebarea determinării valorilor mărimilor electrice de bază, deoarece calcularea puterii pe baza curentului admisibil și a tensiunii cunoscute sau rezolvarea problemei inverse nu este foarte simplă.

Aplicarea directă a cunoscutei legi a lui Ohm fără a ține cont de particularitățile rețelelor și aparatelor de uz casnic poate duce la un rezultat incorect.

În acest material, vom înțelege ce este puterea și vom explica cum se calculează acest indicator.

Conceptele de bază ale mărimilor

Calculele electrotehnice se bazează pe relațiile bine cunoscute dintre intensitatea curentului (I, Amperi), tensiunea (U, Volți), puterea (P, Wați) și rezistența (R, Ohmi). Calculele practice necesită de obicei cunoașterea valorilor primelor trei.

Expresiile numerice ale mărimilor enumerate, atenționăm, nu sunt suficiente – sunt necesare caracteristici suplimentare care dezvăluie regimul de consum electric.

Intensitatea curentului electric

Calculul secțiunii suficiente a conductoarelor și al nominalului întrerupătorului automat pentru o anumită ramură a rețelei electrice se efectuează conform valorii curentului maxim posibil pentru acest tronson. Acest lucru este necesar pentru a preveni situația de aprindere a cablajului, care adesea duce la incendiu.

Parametrii de funcționare ai întrerupătoarelor automate și ai întrerupătoarelor cu curent de defect (UZO) se aleg conform cerințelor normative. Pentru determinarea secțiunii admisibile a conductoarelor în funcție de curentul maxim posibil, este necesar să se utilizeze tabelul furnizat de producătorul produselor, deoarece cablurile sunt cel mai adesea fabricate conform specificațiilor tehnice (TU), nu conform GOST.

Având aceeași marcare, cablurile fabricate conform GOST (stânga) și conform TU (dreapta) diferă atât vizual, cât și prin caracteristicile de bază.

Deoarece intensitatea curentului electric poate fi calculată pe baza puterii consumate de aparate și a tensiunii rețelei, este necesar să se determine corect valorile acestor doi indicatori.

Tensiunea în rețelele casnice

Multe proprietăți de apartamente consideră că tensiunea standard în fază pentru uz casnic este de aproximativ 220 V. În majoritatea cazurilor, acest lucru este adevărat. Deși conform GOST 29322-2014, începând cu 01.10.2015, pe teritoriul Federației Ruse ar fi trebuit să aibă loc trecerea la sistemul de 230 V compatibil cu țările CEE.

O abatere de 5% de la standard este admisibilă pentru orice perioadă, iar 10% – pentru o perioadă care nu depășește 1 oră. Astfel, conform vechilor reguli, valoarea tensiunii poate oscila între 198 și 242 V, iar conform GOST-ului actual – între 207 și 253 V.

Există și cazuri în care tensiunea din rețea este semnificativ mai mică decât cea normativă pentru o perioadă îndelungată. Această situație apare atunci când puterea totală a aparatelor electrice conectate la ramură este mult mai mare decât cea planificată și, atunci când majoritatea dintre ele sunt pornite, are loc o „cădere de tensiune” a rețelei.

Această problemă apare în zona de responsabilitate a organizațiilor care se ocupă de furnizarea energiei electrice și este legată de suprasolicitarea transformatoarelor de distribuție, uzura substațiilor sau secțiunea insuficientă a conductoarelor.

Tensiunea de intrare redusă duce nu numai la modificarea parametrului de intensitate a curentului și la posibila declanșare a protecției, ci și la defectarea rapidă a aparatelor electrice care conțin motoare electrice asincrone sau electronică complexă.

Pentru a determina valoarea tensiunii reale, este necesar să se efectueze periodic măsurători cu ajutorul unui voltmetru. Dacă indicatorii fluctuează puternic, atunci este necesară utilizarea unui stabilizator sau a unui convertor mai scump cu funcție de acumulare a energiei electrice.

Nuanțe în conceptul de putere al aparatelor electrice

Toate dispozitivele care consumă energie electrică au un parametru numit putere. Cu cât acest indicator este mai mare, cu atât mai multă energie extrage dispozitivul din circuit.

Există trei tipuri de putere:

• Activă (P). Caracterizează viteza de transformare a energiei electrice într-un alt tip, de exemplu electromagnetic sau termic. Trebuie luată în considerare la calculul pierderilor ireversibile de energie electrică, și, prin urmare, a costului de funcționare al aparatului. Unitatea de măsură – W.
• Reactiva (Q). Caracterizează energia care vine de la sursă (transformator) către elementele reactive ale consumatorului (condensatoare, înfășurări motor), dar apoi revine aproape instantaneu la sursă. Unitatea de măsură – W sau var (de la volt-amper reactiv).
• Aparentă (S). Caracterizează sarcina pe care consumatorul o impune elementelor circuitului. Este utilizată la calcularea secțiunii cablului și la alegerea valorii nominale a întrerupătoarelor, adică calculul intensității curentului se face în funcție de puterea aparentă a tuturor aparatelor electrice conectate în circuit. Unitatea de măsură – W sau V*A (V*A – volți amperi).

Toți acești parametri pot fi recalculați prin unghiul de defazaj care apare între vectorul tensiunii și al curentului (f):

P = S * cos(f);

Q = S * sin(f);

S² = P² + Q².

Dispozitivele de uz casnic la care puterea aparentă poate depăși semnificativ puterea activă includ frigiderele, mașinile de spălat, lămpile fluorescente și unele lămpi economice, precum și blocurile de electronică de putere.

Pe motoare se indică de obicei puterea activă și factorul. În acest caz, puterea aparentă se calculează astfel: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Există, de asemenea, noțiunea de putere de vârf sau putere de pornire. Cert este că pentru accelerarea motoarelor este necesar un efort mult mai mare decât pentru menținerea rotației lor. Prin urmare, la pornirea unor dispozitive precum frigiderul sau mașina de spălat, are loc o creștere de scurtă durată a sarcinii în secțiunea circuitului.

Curenții de pornire pot fi de câteva ori mai mari decât curenții de funcționare. La calcularea secțiunii cablurilor necesare și la alegerea valorii nominale a întrerupătorului, acest lucru trebuie luat în considerare.

Pentru aceasta, trebuie identificat dispozitivul cu cea mai mare diferență între puterea de pornire și cea de funcționare și adăugată la valoarea totală. Curenții de pornire ai celorlalte dispozitive pot fi ignorați, deoarece probabilitatea pornirii simultane a motoarelor la diferiți consumatori este practic nulă.

Relații de linie și de fază

În prezent, s-a răspândit practica conectării obiectelor de uz casnic la rețelele electrice trifazate.

Acest lucru este justificat din următoarele motive:

• Consum semnificativ de energie electrică. În acest caz, alimentarea unei rețele monofazate de mare putere va fi foarte irațională din cauza secțiunii mari a cablului și a consumului ridicat de material al transformatorului.
• Prezența dispozitivelor care funcționează de la trei faze. Implementarea schemei de conectare a unui astfel de dispozitiv la un circuit monofazat nu este foarte simplă și este însoțită de interferențe care apar, de exemplu, la pornirea unui motor asincron.

Există două metode de conectare a dispozitivelor trifazate – “stea” și “triunghi”.

Schemele principiale de transmitere a energiei electrice pe trei faze. Denumirile “stea” și “triunghi” le-au primit datorită asemănării geometrice cu aceste obiecte.

În circuitele de tip “stea”, curenții de linie și de fază sunt identici, iar tensiunea de linie este de 1,73 ori mai mare decât tensiunea de fază:

I_l = I_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Această formulă explică raportul cunoscut al tensiunilor pentru rețelele de uz casnic și industriale de joasă tensiune cu frecvența de 50 Hz: 220 / 380 V (conform noului GOST: 230 / 400 V).

La conexiunea de tip triunghi, dimpotrivă, tensiunile coincid, iar curenții de linie sunt mai mari decât cei de fază:

I_l = 1.73 * I_f;

U_l = U_f.

Aceste formule pot fi aplicate numai la sarcină simetrică a fazelor. Dacă consumul de curent pe cabluri diferă (receptor nesimetric), calculele se efectuează folosind regulile algebrei vectoriale, iar curentul de egalizare rezultat este compensat prin conductorul neutru. Totuși, pentru rețelele cu aparate electrocasnice conectate, astfel de cazuri sunt rare.

Interdependența mărimilor de bază

Cea mai frecventă problemă cu care se confruntă consumatorii obișnuiți constă în calculele intensității curentului efectiv. Așadar, cum se calculează corect amperajul în funcție de valorile cunoscute ale tensiunii și puterii? Aceasta trebuie rezolvată atunci când se justifică valorile secțiunii conductoarelor și ale nominalului întrerupătorului, având informații tehnice despre dispozitivele care vor fi alimentate în acest circuit.

După calcularea intensității curentului, se aleg adesea cabluri cu cea mai mică secțiune admisibilă. Totuși, acest lucru nu este întotdeauna corect, deoarece o astfel de decizie duce la limitări semnificative atunci când este necesară adăugarea de noi aparate electrice în rețea.

Uneori, este necesar să se efectueze calcule inverse și să se determine ce putere totală poate fi conectată la dispozitive, având cunoscute tensiunea și intensitatea maximă admisibilă a curentului, care este limitată de instalația electrică existentă.

Aceste două probleme pentru un circuit monofazat pot fi rezolvate cu ajutorul unei formule simple:

I = S / U;

S = U * I,

unde S – puterea totală aparentă a tuturor consumatorilor electrici.

Diagrama circulară care reflectă legea lui Ohm și exprimă dependența dintre putere, intensitatea curentului, tensiune și rezistență este potrivită pentru calcularea parametrilor unui circuit monofazat.

Pentru rezolvarea problemei calculării intensității curentului pe baza valorilor cunoscute sau calculate ale puterii și tensiunii într-un circuit trifazat, trebuie cunoscută sarcina totală aplicată fiecărei faze.

Atât secțiunea necesară a conductoarelor cablului, cât și nominalul minim admisibil al întrerupătorului se aleg în funcție de linia cea mai încărcată, considerând că:

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

I = S / (U * 1.73).

Puterea admisibilă pentru fiecare fază poate fi calculată cu ajutorul următoarei formule:

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

unde I – intensitatea maximă admisibilă a curentului pentru instalația electrică existentă.

Concluzii și material video util pe această temă

Calculul intensității curentului în funcție de putere pentru alegerea secțiunii cablului:

Determinarea puterii consumate de grupuri de aparate electrice pe exemplul unei case particulare:

Calculul intensității curentului pentru determinarea parametrilor instalației electrice sau determinarea puterii admisibile într-un circuit existent poate fi făcut independent. Pentru o rezolvare corectă a problemei, este necesar să se țină cont de nuanțele care apar în practică, nu doar să se utilizeze formule cunoscute care funcționează în condiții “ideale”.

Dacă aveți întrebări pe tema articolului sau puteți completa acest material cu informații interesante, vă rugăm să lăsați comentariile dumneavoastră în blocul situat mai jos.