Hogyan számítsa ki a teljesítményt, áramerősséget és feszültséget: a számítás elvei és példái háztartási körülmények között

A lakástulajdonosok, családi házak és más villamosított objektumok tulajdonosai gyakran szembesülnek az alapvető elektromos mennyiségek értékeinek meghatározásának kérdésével, mivel a teljesítmény kiszámítása a megengedett áramerősségből és az ismert feszültségből, vagy a fordított feladat megoldása nem egyszerű.

Az ismert Ohm-törvény közvetlen alkalmazása a háztartási hálózatok és készülékek sajátosságainak figyelmen kívül hagyásával hibás eredményhez vezethet.

Ebben az anyagban tisztázzuk, mi a teljesítmény, és bemutatjuk, hogyan számítható ki ez a mutató.

A mennyiségek alapfogalmai

Az elektrotechnikai számítások az áramerősség (I, amper), a feszültség (U, volt), a teljesítmény (P, watt) és az ellenállás (R, ohm) közismert összefüggésein alapulnak. A gyakorlati számítások általában az első három érték ismeretét igénylik.

Figyelmeztetünk, hogy a felsorolt mennyiségek számszerű kifejezései nem elegendőek – további jellemzőkre van szükség, amelyek feltárják az áramfogyasztás módját.

Az elektromos áram erőssége

A vezetékek megfelelő keresztmetszetének és az adott elektromos hálózati ág megszakítója névleges értékének kiszámítását az ezen a szakaszon lehetséges maximális áramerősség értéke alapján végzik. Ez szükséges a vezetékek gyulladásának megelőzéséhez, ami gyakran tűzhöz vezet.

A megszakítók paramétereit és a FI-reléket a szabályozási követelmények szerint választják ki. A megengedett vezeték-keresztmetszet meghatározásához a maximálisan lehetséges áramerősség függvényében a gyártó által biztosított táblázatot kell használni, mivel a kábeleket leggyakrabban TU szerint gyártják, nem pedig GOST szerint.

Azonos jelöléssel rendelkező, GOST (balra) és TU (jobbra) szerint gyártott kábelek vizuálisan és alapvető jellemzőikben is különböznek.

Mivel az elektromos áram erőssége kiszámítható a készülékek által fogyasztott teljesítményből és a hálózati feszültségből, ezért helyesen meg kell határozni e két mutató értékét.

Feszültség a háztartási hálózatokban

Sok lakástulajdonos úgy gondolja, hogy a fázisban lévő szabványos feszültség a háztartási igényekhez körülbelül 220 V. A legtöbb esetben ez valóban így van. Bár a GOSZT 29322-2014 szerint 2015.10.01-től az Orosz Föderáció területén át kellett volna térni az EGK országokkal kompatibilis 230 V-os rendszerre.

Az 5%-os eltérés a szabványtól bármilyen időtartamra megengedett, a 10%-os pedig legfeljebb 1 órás időtartamra. Így a régi szabályok szerint a feszültség értéke 198 és 242 V között ingadozhat, a hatályos GOSZT szerint pedig 207 és 253 V között.

Vannak olyan esetek is, amikor a hálózati feszültség hosszú időn át jelentősen alacsonyabb a normálisnál. Ez a helyzet akkor áll elő, amikor a vezetékághoz csatlakoztatott elektromos készülékek összteljesítménye sokkal magasabb a tervezettnél, és a legtöbbjük bekapcsolásakor “hálózati feszültségesés” következik be.

Ez a probléma az áramellátásért felelős szervezetek felelősségi körében merül fel, és összefügg az elosztótranszformátorok túlterhelésével, az alállomások elhasználódásával vagy a vezetékek elégtelen keresztmetszetével.

A csökkent bemeneti feszültség nemcsak az áramerősség paraméterének megváltozásához és a védelem esetleges kioldásához vezet, hanem az aszinkron villanymotorokat vagy bonyolult elektronikát tartalmazó elektromos készülékek gyors meghibásodásához is.

A valós feszültség értékének megállapításához rendszeresen méréseket kell végezni voltmérő segítségével. Ha a mért értékek erősen “ingadoznak”, akkor feszültségstabilizátor vagy egy drágább, energiatároló funkcióval rendelkező átalakító alkalmazása szükséges.

Az elektromos készülékek teljesítményfogalmának finomságai

Minden áramot fogyasztó eszköz rendelkezik egy olyan paraméterrel, mint a teljesítmény. Minél nagyobb ez az érték, annál több energiát vesz el a készülék az áramkörből.

Összesen háromféle teljesítmény létezik:

• Hatásos (P). Jellemzi az elektromos energia más formává (pl. elektromágneses vagy hőenergiává) való átalakításának sebességét. Ezt kell figyelembe venni az elektromos energia visszafordíthatatlan költségeinek kiszámításakor, és így a készülék működési költségének is. Mértékegysége a W.
• Meddő (Q). Azt az energiát jellemzi, amely a forrástól (transzformátortól) a fogyasztó reaktív elemeihez (kondenzátorok, motor tekercsek) érkezik, de aztán szinte azonnal visszatér a forráshoz. Mértékegysége a W vagy a var (feloldása: reaktív volt-amper).
• Látszólagos (S). Azt a terhelést jellemzi, amelyet a fogyasztó az áramkör elemeire ró. Ezt használják a kábel keresztmetszetének kiszámításakor és a megszakítók névleges áramának kiválasztásakor, azaz az áramerősség számítása az áramkörbe kapcsolt összes elektromos készülék látszólagos teljesítménye alapján történik. Mértékegysége a W vagy a V*A (V*A – voltamper).

Mindezeket a paramétereket át lehet számolni a fáziseltolódás szögén keresztül, ameley a feszültség- és áramvekto közöt jön létre (f):

P = S * cos(f);

Q = S * sin(f);

S² = P² + Q².

Azokhoz a háztartási készülékekhez, ameleyeknél a látszólagos teljesítmény jelenstősen meghaladhatja a hatásos teljesítményt, hűtőszekrények, mosógépek, fénycsövek és égyes enérgiatakárékos lámápák, valamint teljesítményelektronikai égységek tartoznak.

A motorokon általában a hatásos teljesítményt és a teljesítménytényezőt tüntetik fel. Ebben az esetben a látszólagos teljesítmény a következőképpen számítható ki: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Létezik továbbá a csúcsteljesítmény vagy indítási teljesítmény fogalma. A helyzet az, hogy a motorok felgyorsításához sokkal nagyobb erőfeszítés szükséges, mint a forgásuk fenntartásához. Ezért amikor olyan készülékeket kapcsoálnak be, mint a hűtőszekrény vagy mosógép, rövid ideig tartó terhelésnövekedés következik be az áramkör szakaszában.

Az indítási áramok többszörösei lehetnek az üzem i áramoknak. A szükséges kábelkeresztmetszetek kiszámításakor és a megszakító névleges értékének kiválasztásakor ezt figyelembe kell venni.

Ehhez meg kell határozni a legnagyobb indítási és üzemi teljesítménykülönbséggel rendelkező készüléket, é s hozzá kell adni az öszértékhez. A többi eszköz indítási áramát nem kell figyelembe venni, mivel a különböző fogyasztók motorjainak egyidejű bekapcsolásának valószínűsége gyakorlatilag nulla.

Vonali és fázisviszonyok

Jelenleg elterjedt a háztartási objektumok háromfázisú elektromos hálózatokhoz való csatlakoztatásának gyakorlata.

Ez a következő okokkal indokolható:

• Jelentős villamosenergia-fogyasztás. Ebben az esetben a nagy teljesítményű egyfázisú hálózat kiépítése nagyon ésszerűtlen lenne a nagy kábelkeresztmetszet és a transzformátor magas anyagigénye miatt.
• Három fázisról működő készülékek megléte. Egy ilyen eszköz egyfázisú áramkörhöz való csatlakoztatási sémájának megvalósítása nem túl egyszerű, és zavarokkal járhat, amelyek például aszinkron motor indításakor lépnek fel.

Kétféle módszer létezik a háromfázisú készülékek csatlakoztatására – “csillag” és “háromszög”.

A három fázison keresztüli villamos energia átviteleének elvi kapcsolási rajzai. A “csillag” és “háromszög” elnevezést az ezekhez az objetumoohoz való geometriai hasonlóságuk miatt kapták.

Az “csillag” típusú kapcsolásnál a vonali és fázi s áramok azonosak, a vonali feszültség pedig 1.73-szor nagyobb a fázi s feszültségnél:

I_l = I_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Ez a képlet megmagyarázza a feszültségek ismert arányait a háztartási és kisfeszültségű ipari hálózatokban 50 Hz frekvencián: 220 / 380 V (az új GOSZT szerint: 230 / 400 V).

A háromszög típusú kapcsolásnál ezzel szemben a feszültség megegyezik, a vonali áramok pedig nagyobbak a fázis áramoknál:

I_l = 1.73 * I_f;

U_l = U_f.

Ezek a képletek csak szimmetrikus fázisterhelés esetén alkalmazhatók. Ha a kábelek áramfelvétele eltér (aszimmetrikus vevő), akkor a számításokat vektoralgebrai szabályokkal kell elvégezni, és a keletkező kiegyenlítő áramot a nullavezető kompenzálja. Azonban a háztartási készülékekkel ellátott hálózatokban ilyen esetek ritkák.

Az alapvető mennyiségek összefüggései

A leggyakoribb feladat, amellyel a hétköznapi fogyasztók szembesülnek, a ténylegesen ható áramerősség kiszámítása. Hogyan kell helyesen kiszámítani az ampert a feszültség és a teljesítmény ismert értékeiből? Ezt meg kell oldani a vezeték keresztmetszetének és a megszakító névleges áramának indokolásakor, rendelkezve a hálózatra csatlakoztatandó eszközök műszaki adataival.

Az áramerősség kiszámítása után gyakran a legkisebb megengedett keresztmetszetű kábeleket választják. Ez azonban nem mindig helyes, mivel egy ilyen döntés jelentős korlátozásokhoz vezet, ha új elektromos készülékeket kell hozzáadni a hálózathoz.

Néha szükség van fordított számításokra, hogy meghatározzuk, mekkora összteljesítményű készülékek csatlakoztathatók adott feszültség és a már meglévő vezeték álta korlátozott maximálisan megengedhető áramerősség mellett.

Ezt a két feladatot egyfázisú áramkör esetén egy egyszerű képlettel lehet megoldani:

I = S / U;

S = U * I,

ahol S az összes elektromos fogyasztó teljes látszólagos teljesítménye.

Az Ohm törvényét tükröző kördiagram, amely a teljesítmény, áramerősség, feszültség és ellenállás közötti összefüggést mutatja, alkalmas egyfázisú áramkör paramétereinek kiszámítására.

A háromfázisú áramkörben az ismert vagy kiszámított teljesítmény és feszültség értékekből történő áramerősség kiszámításához ismerni kell az egyes fázisokra háruló összteljesítményt.

Mind a kábel ereinek szükséges keresztmetszetét, mind a megszakító minimálisan megengedett névleges áramát a legterheltebb vonal alapján választják ki, figyelembe véve, hogy:

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

I = S / (U * 1.73).

Az egyes fázisok megengedett teljesítménye a következő képlet segítségével számítható ki:

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

ahol I a meglévő vezeték számára megengedhető maximális áramerősség.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Az áramerősség kiszámítása a teljesítményből a kábelkeresztmetszet kiválasztásához:

Az elektromos készülékcsoportok fogyasztásának meghatározása egy családi ház példáján:

Az áramerősség kiszámítása a vezeték paramétereinek meghatározásához vagy a meglévő áramkörben megengedett teljesítmény meghatározása önállóan is elvégezhető. A feladat helyes megoldásához figyelembe kell venni a gyakorlatban felmerülő árnyalatokat, nem csak az ismert, “ideális” körülmények között működő képleteket használni.

Ha kérdései vannak a cikk témájával kapcsolatban, vagy érdekes információkkal egészítené ki ezt az anyagot, kérjük, hagyja meg észrevételeit az alábbi blokkban.