Kuidas arvutada võimsust, voolutugevust ja pinget: kodutingimuste jaoks arvutamise põhimõtted ja näited

Korterite, eramajade ja teiste elektrifitseeritud objektide omanikud puutuvad sageli kokku küsimusega põhiliste elektriliste suuruste väärtuste määramise kohta, kuna võimsuse arvutamine lubatud voolutugevuse ja teadaoleva pinge järgi või vastupidise ülesande lahendamine pole väga lihtne.

Tuntud Ohmi seaduse otsene rakendamine, arvestamata koduvõrkude ja -seadmete eripära, võib viia vale tulemuseni.

Selles materjalis selgitatakse, mis on võimsus, ja räägitakse, kuidas seda näitajat arvutada.

Suuruste põhimõisted

Elektritehnilised arvutused põhinevad üldtuntud seostel voolutugevuse (I, Amper), pinge suuruse (U, Volt), võimsuse väärtuse (P, Vatt) ja takistuse (R, Ohm) vahel. Praktilised arvutused nõuavad tavaliselt esimese kolmiku väärtuste tundmist.

Loetletud suuruste arvulistest väljendustest, hoiatame, ei piisa – vaja on täiendavaid omadusi, mis avalikustavad elektritarbimise režiimi.

Elektrivoolu tugevus

Piisava juhtmete ristlõike ja kaitselüliti nimiväärtuse arvutamine konkreetse elektrivõrgu haru jaoks toimub vastavalt selle lõigu maksimaalse võimaliku voolutugevuse väärtusele. See on vajalik juhtmestiku süttimise olukorra ennetamiseks, mis sageli põhjustab tulekahju.

Töötavad kaitselülitite parameetrid ja rikkevoolukaitse valitakse vastavalt normatiivnõuetele. Lubatud juhtmete ristlõike määramiseks sõltuvalt maksimaalsest võimalikust voolutugevusest tuleb kasutada tootja esitatud tabelit, kuna kaablid on enamasti toodetud tehniliste tingimuste (TU) järgi, mitte GOSTi järgi.

Sama märgistusega kaablid, mis on toodetud vastavalt GOSTile (vasakul) ja TUle (paremal), erinevad nii visuaalselt kui ka põhiliste omaduste poolest.

Kuna elektrivoolu tugevust saab arvutada seadmete tarbitava võimsuse ja võrgu pinge järgi, siis on vaja nende kahe näitaja väärtused õigesti määrata.

Pinge koduvõrkudes

Paljud korteriomanikud arvavad, et standardne faasipinge koduseks kasutamiseks on ligikaudu 220 V. Enamikul juhtudel on see tõesti nii. Kuigi vastavalt GOST 29322-2014 alates 01.10.2015 Venemaa Föderatsiooni piires oleks pidanud toimuma üleminek EEC riikidega ühilduvale 230 V süsteemile.

5% kõrvalekalle standardist on lubatud mis tahes ajavahemiku jooksul ning 10% – ajavahemiku jooksul, mis ei ületa 1 tundi. Seega vanade reeglite kohaselt võib pinge väärtus kõikuda vahemikus 198 kuni 242 V, ja kehtiva GOSTi kohaselt – 207 kuni 253 V.

Samuti on juhtumeid, kui pinge võrgus on pika aja jooksul oluliselt normatiivsest madalam. Selline olukord tekib siis, kui haru külge ühendatud elektriseadmete koguvõimsus on kavandatust palju suurem ja enamiku nende sisselülitamisel toimub “võrgu vajumine”.

See probleem tekib elektrienergia tarnimise eest vastutavate organisatsioonide vastutuspiirkonnas ja on seotud jaotustrafode ülekoormuse, alajaamade kulumise või juhtmete ebapiisava ristlõikega.

Madal sisendpinge põhjustab mitte ainult voolutugevuse parameetri muutust ja kaitse võimalikku rakendumist, vaid ka kiiret riket asünkroonseid elektrimootoreid või keerukat elektroonikat sisaldavatele elektriseadmetele.

Tegeliku pinge väärtuse väljaselgitamiseks tuleb perioodiliselt teha mõõtmisi voltmeetri abil. Kui näidud kõiguvad tugevasti “ringi”, siis on vajalik stabilisaatori või kallima muunduri, millel on elektrienergia salvestamise funktsioon, kasutamine.

Elektriseadmete võimsuse mõiste nüansid

Kõigil elekrit tarbivatel seadmetel on selline parameeter nagu võimsus. Mida suurem see näitaja on, seda rohkem energiat seade võtab vooluringist.

Kokku on olemas kolm võimsuse liiki:

• Aktiivvõimsus (P). See iseloomustab elektrienergia muundamise kiirust teise liiki, näiteks elektromagnetiliseks või soojuslikuks. Seda tuleb arvesse võtta pöördumatute elektrikulude arvutamisel ja seega ka seadme töö maksumuse arvutamisel. Mõõtühik – W.
• Reaktiivvõimsus (Q). Iseloomustab energiat, mis tuleb allikast (trafo) tarbija reaktiivelementideni (kondensaatorid, mootorimähised), kuid seejärel naaseb peaaegu silmapilkselt allikasse. Mõõtühik – W või var (laiendus – reaktiivne volt-amper).
• Näivvõimsus (S). Iseloomustab koormust, mida tarbija seab ahela elementidele. Seda kasutatakse kaabli ristlõikepindala arvutamisel ja automaatkaitsmete nimiväärtuse valimisel, see tähendab, et voolutugevuse arvutus tehakse ahelasse ühendatud kõigi elektriseadmete näivvõimsuse põhjal. Mõõtühik – W või V*A (V*A – voltamper).

Kõiki neid parameetreid saab ümber arvutada faasinihkenurga kaudu, mis tekib pinge ja vooluvektori vahel (f):

P = S * cos(f);

Q = S * sin(f);

S² = P² + Q².

Kodumasinate hulka, mille näivvõimsus võib oluliselt ületada aktiivvõimsust, kuuluvad külmkapid, pesumasinad, luminofoor- ja mõned energiasäästlikud lambid, samuti jõuelektroonikaplokid.

Mootoritel märgitakse tavaliselt aktiivvõimsus ja koefitsient. Sel juhul arvutatakse näivvõimsus järgmiselt: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Samuti on olemas mõiste nagu tipp- või käivitusvõimsus. Asi on selles, et mootorite käivitamiseks kulub palju rohkem jõudu kui nende pöörlemise säilitamiseks. Seetõttu tekib selliste seadmete nagu külmkapid või pesumasinad sisselülitamisel lühiajaline koormuse tõus vooluringi lõigul.

Käivitusvoolud võivad olla mitu korda suuremad kui töövoolud. Vajalike kaablite ristlõigete arvutamisel ja kaitselüliti nimiväärtuse valikul tuleb seda arvestada.

Selleks tuleb kindlaks teha seade, millel on suurim erinevus käivitus- ja töövõimsuse vahel, ning lisada see koguväärtusele. Teiste seadmete käivitusvoolusid võib ignoreerida, kuna erinevate tarbijate mootorite üheaegse sisselülitumise tõenäosus on praktiliselt null.

Lineaarsed ja faasilised suhted

Praegu on levinud praktika ühendada kodumajapidamised kolmefaasiliste elektrivõrkudega.

See on põhjendatud järgmistel põhjustel:

• Märkimisväärne elektritarbimine. Sel juhul oleks suure võimsusega ühefaasilise võrgu rajamine väga ebaratsionaalne suure kaabli ristlõike ja trafo suure materjalimahukuse tõttu.
• Kolmest faasist töötavate seadmete olemasolu. Sellise seadme ühefaasilise vooluringiga ühendamise skeemi realiseerimine pole eriti lihtne ja võib põhjustada häireid, mis tekivad näiteks asünkroonmootori käivitamisel.

Kolmefaasiliste seadmete ühendamiseks on kaks viisi – “täht” ja “kolmnurk”.

Elektrienergia edastamise põhisskeemid kolme faasi kaudu. Nimed “täht” ja “kolmnurk” said nad nende objektidega geomeetrilise sarnasuse tõttu.

“Tähe” tüüpi ahelates on liini- ja faasivoolud identsed, ning liinipinge on faasipingest 1,73 korda suurem:

I_l = I_f;

U_l = 1.73 * U_f.

See valem selgitab teadaolevat pingesuhet kodumajapidamiste ja madalpingeliste tööstusvõrkude puhul sagedusega 50 Hz: 220 / 380 V (uue GOSTi järgi: 230 / 400 V).

Kolmnurkühenduse korral on pinge vastupidi sama, kuid liinivoolud on faasivooludest suuremad:

I_l = 1.73 * I_f;

U_l = U_f.

Neid valemeid saab rakendada ainult sümmeetrilise faasikoormuse korral. Kui kaablite voolutarve erineb (asümmeetriline tarbija), siis tehakse arvutused vektoralgebra reeglite abil ning tekkiv tasakaalustav vool kompenseeritakse neutraaljuhi abil. Kuid kodumasinatega ühendatud võrkudes on sellised juhtumid harvad.

Põhiliste suuruste omavaheline seos

Kõige levinum ülesanne, millega tavatarbijad kokku puutuvad, on tegeliku voolutugevuse arvutamine. Kuidas siis õigesti arvutada voolutugevus teadaolevate pinge ja võimsuse väärtuste järgi? See tuleb lahendada südamike ristlõike ja automaatkaitselüliti nimiväärtuse põhjendamisel, omades tehnilist teavet seadmete kohta, mis sellesse vooluringi ühendatakse.

Pärast voolutugevuse arvutamist valitakse sageli väikseima lubatud ristlõikega kaablid. See pole aga alati õige, kuna selline otsus toob kaasa olulised piirangud uute elektriseadmete võrku lisamisel.

Mõnikord on vaja teha pöördarvutused ja määrata, kui suurt koguvõimsust saab ühendada teadaoleva pinge ja maksimaalselt lubatud voolutugevuse korral, mida piirab juba olemasolev juhtmestik.

Neid kahte ülesannet ühefaasilise vooluringi jaoks saab lahendada lihtsa valemi abil:

I = S / U;

S = U * I,

kus S on kõigi elektritarbijate summaarne näivvõimsus.

Ohmi seadust kajastav ja võimsuse, voolutugevuse, pinge ja takistuse sõltuvust väljendav ringdiagramm sobib ühefaasilise vooluringi parameetrite arvutamiseks.

Voolutugevuse arvutamise ülesande lahendamiseks teadaolevate või arvutatud võimsuse ja pinge väärtuste põhjal kolmefaasilises vooluringis peab teadma igale faasile kohaldatavat kogukoormust.

Nii vajalik kaablisüdamike ristlõige kui ka automaatkaitselüliti minimaalselt lubatud nimiväärtus valitakse kõige koormatud liini järgi, eeldades, et:

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

I = S / (U * 1.73).

Iga faasi lubatud võimsust saab arvutada järgmise valemi abil:

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

kus I on olemasoleva juhtmestiku maksimaalselt lubatud voolutugevus.

Järeldused ja kasulik video teemal

Voolutugevuse arvutamine võimsuse järgi kaabli ristlõike valimiseks:

Elektriseadmete rühmade tarbitava võimsuse määramine eramaja näitel:

Voolutugevuse arvutamine juhtmestiku parameetrite määramiseks või lubatud võimsuse määramine juba olemasolevas vooluringis on võimalik iseseisvalt teha. Ülesande õigeks lahendamiseks tuleb arvestada praktikas tekkivate nüanssidega, mitte kasutada ainult teadaolevaid valemeid, mis töötavad “ideaalsetes” tingimustes.

Kui teil tekkis küsimusi artikli teema kohta või saate seda materjali huvitava infoga täiendada, palun jätke oma kommentaarid allpool asuvasse plokki.