Kako izračunati snagu, struju i napon: principi i primjeri izračuna za kućne uvjete

Vlasnici stanova, privatnih kuća i drugih elektrificiranih objekata često se suočavaju s pitanjem određivanja vrijednosti osnovnih električnih veličina, jer izračunati snagu iz dopuštene struje i poznatog napona ili riješiti obrnuti problem nije jednostavno.

Izravna primjena poznatog Ohmovog zakona bez uzimanja u obzir posebnosti kućanskih mreža i uređaja može dovesti do netočnog rezultata.

U ovom materijalu objasnit ćemo što je snaga i opisati kako izračunati tu veličinu.

Osnovni pojmovi veličina

Elektrotehnički proračuni temelje se na općepoznatim odnosima između jakosti struje (I, Amper), napona (U, Volt), snage (P, Watt) i otpora (R, Ohm). Praktični proračuni obično zahtijevaju poznavanje vrijednosti prve tri veličine.

Numeričkih izraza navedenih veličina, upozoravamo, nije dovoljno – potrebne su dodatne karakteristike koje otkrivaju način potrošnje električne energije.

Jakost električne struje

Proračun dovoljnog presjeka vodiča i nazivne struje automatskog prekidača za određeni krug električne mreže provodi se prema vrijednosti maksimalno moguće jakosti struje za tu dionicu. To je potrebno za sprječavanje situacije zapaljenja instalacije, što često dovodi do požara.

Radni parametri automatskih prekidača i RCD (zaštitnih uređaja) biraju se prema normativnim zahtjevima. Za određivanje dopuštenog presjeka vodiča ovisno o maksimalno mogućoj jakosti struje potrebno je koristiti tablicu koju je dostavio proizvođač proizvoda, jer su kabeli najčešće proizvedeni prema tehničkim uvjetima (TU), a ne prema GOST-u.

Imajući istu oznaku, kabeli proizvedeni prema GOST-u (lijevo) i TU-u (desno) razlikuju se vizualno i po osnovnim karakteristikama.

Budući da se jakost električne struje može izračunati iz snage koju troše uređaji i napona mreže, potrebno je pravilno odrediti vrijednosti ta dva pokazatelja.

Napon u kućanskim mrežama

Mnogi vlasnici stanova smatraju da je standardni napon u fazi za kućne potrebe približno jednak 220 V. U većini slučajeva to je doista tako. Iako je prema GOST 29322-2014 od 01.10.2015. unutar Ruske Federacije trebao nastupiti prijelaz na sustav od 230 V koji je kompatibilan sa zemljama EZ-a.

Odstupanje od 5% od standarda dopušteno je na bilo koje razdoblje, a 10% na razdoblje koje ne prelazi 1 sat. Stoga, prema starim pravilima, vrijednost napona može varirati u rasponu od 198 do 242 V, a prema važećem GOST-u – od 207 do 253 V.

Također postoje slučajevi kada je napon u mreži dugotrajno značajno niži od normativnog. Takva situacija nastaje kada je ukupna snaga električnih uređaja spojenih na granu znatno veća od predviđene, a kada se većina njih uključi, dolazi do “pada napona u mreži”.

Ovaj problem nastaje u zoni odgovornosti organizacija koje su odgovorne za opskrbu električnom energijom, a povezan je s preopterećenjem distribucijskih transformatora, istrošenošću trafostanica ili nedovoljnim presjekom vodiča.

Sniženi ulazni napon dovodi ne samo do promjene parametra jakosti struje i mogućeg aktiviranja zaštite, već i do brzog kvara električnih uređaja koji sadrže asinkrone elektromotore ili složenu elektroniku.

Za utvrđivanje vrijednosti stvarnog napona potrebno je povremeno provoditi mjerenja pomoću voltmetra. Ako očitanja jako “lutaju”, tada je potrebna primjena stabilizatora ili skupljeg pretvarača s funkcijom pohrane energije.

Nijanse u pojmu snage električnih uređaja

Svi uređaji koji troše električnu energiju imaju parametar kao što je snaga. Što je veći taj pokazatelj, to više energije uređaj preuzima iz kruga.

Ukupno postoje tri vrste snage:

• Djelatna (P). Karakterizira brzinu pretvaranja električne energije u drugi oblik, npr. elektromagnetski ili toplinski. Nju treba uzeti u obzir pri izračunu nepovratnih gubitaka električne energije, a time i troška rada uređaja. Mjerna jedinica je W.
• Jalova (Q). Karakterizira energiju koja dolazi od izvora (transformatora) do reaktivnih elemenata potrošača (kondenzatori, namoti motora), ali se zatim gotovo trenutno vraća izvoru. Mjerna jedinica je W ili var (objašnjenje – volt-amper jalovi).
• Prividna (S). Karakterizira opterećenje koje potrošač nameće elementima kruga. Koristi se pri izračunu presjeka kabela i odabiru nazivne vrijednosti prekidača, odnosno izračun jakosti struje provodi se prema prividnoj snazi svih električnih uređaja spojenih u krug. Mjerna jedinica je W ili V*A (V*A – volt-amperi).

Sve ove parametre moguće je preračunati kroz kut faznog pomaka koji nastaje između vektora napona i struje (f):

P = S * cos(f);

Q = S * sin(f);

S² = P² + Q².

Kućanski uređaji kod kojih ukupna snaga može značajno premašiti djelatnu uključuju hladnjake, perilice rublja, fluorescentne i neke štedne žarulje, te jedinice energetske elektronike.

Na motorima se obično navodi djelatna snaga i faktor snage. U ovom slučaju ukupna snaga se izračunava na sljedeći način: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Također postoji pojam vršne ili startne snage. Naime, za ubrzanje motora potrebno je mnogo više napora nego za održavanje njihove rotacije. Stoga pri uključivanju uređaja poput hladnjaka ili perilice rublja dolazi do kratkotrajnog skoka opterećenja u dijelu kruga.

Startne struje mogu biti nekoliko puta veće od radnih. Pri izračunu potrebnog presjeka kabela i odabiru nazivne vrijednosti prekidača to treba uzeti u obzir.

Za to je potrebno odrediti uređaj s najvećom razlikom između startne i radne snage i dodati je ukupnoj vrijednosti. Startne struje ostalih uređaja mogu se zanemariti jer je vjerojatnost istovremenog pokretanja motora kod različitih potrošača gotovo jednaka nuli.

Linijski i fazni odnosi

Sada je postala uobičajena praksa spajanje kućanskih objekata na trofazne električne mreže.

To je opravdano iz sljedećih razloga:

• Značajna potrošnja električne energije. U ovom slučaju dovođenje jednofazne mreže velike snage bilo bi vrlo neracionalno zbog velikog presjeka kabela i visoke materijalne potrošnje transformatora.
• Postojanje uređaja koji rade na tri faze. Provedba sheme spajanja takvog uređaja na jednofazni krug nije jednostavna i opterećena je smetnjama koje nastaju, na primjer, pri pokretanju asinkronog motora.

Postoje dva načina spajanja trofaznih uređaja – “zvijezda” i “trokut”.

Principijelne sheme prijenosa električne energije po tri faze. Nazive “zvijezda” i “trokut” dobile su zahvaljujući geometrijskoj sličnosti s tim objektima.

U krugovima tipa “zvijezda” linijske i fazne struje su identične, a linijski napon je veći od faznog 1,73 puta:

I_l = I_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Ova formula objašnjava poznati odnos napona za kućanske i niskonaponske industrijske mreže frekvencije 50 Hz: 220 / 380 V (prema novom GOST-u: 230 / 400 V).

Kod spoja tipa trokut, naprotiv, napon se podudara, a linijske struje su veće od faznih:

I_l = 1.73 * I_f;

U_l = U_f.

Ove se formule mogu primjenjivati samo kod simetričnog opterećenja faza. Ako se potrošnja struje po kabelima razlikuje (nesimetrični prijamnik), tada se proračuni provode korištenjem pravila vektorske algebre, a nastala izjednačujuća struja kompenzira se neutralnim vodičem. Međutim, za mreže s priključenim kućanskim uređajima takvi su slučajevi rijetki.

Međusobna povezanost osnovnih veličina

Najčešći zadatak s kojim se susreću obični potrošači sastoji se u proračunima stvarno djelujuće jakosti struje. Kako pravilno izračunati amperažu prema poznatim vrijednostima napona i snage? Potrebno ju je riješiti pri opravdavanju vrijednosti presjeka vodiča i nazivne struje osigurača, imajući tehničke podatke o uređajima koji će biti priključeni u taj krug.

Nakon izračuna jakosti struje često se biraju kabeli s najmanjim dopuštenim presjekom. Međutim, to nije uvijek ispravno jer takvo rješenje dovodi do znatnih ograničenja kada je potrebno dodati nove električne uređaje u mrežu.

Ponekad je potrebno provesti obrnute izračune i odrediti koju ukupnu snagu možete priključiti pri poznatom naponu i najvećoj dopuštenoj jakosti struje, koja je ograničena postojećom instalacijom.

Ova dva zadatka za jednofazni krug mogu se riješiti pomoću jednostavne formule:

I = S / U;

S = U * I,

gdje je S ukupna prividna snaga svih električnih potrošača.

Kružni dijagram koji prikazuje Ohmov zakon i izražava ovisnost snage, jakosti struje, napona i otpora prikladan je za izračun parametara jednofaznog kruga

Za rješavanje zadatka izračuna jakosti struje prema poznatim ili izračunatim vrijednostima snage i napona u trofaznom krugu potrebno je znati ukupno opterećenje koje se nameće svakoj fazi.

I potrebni presjek vodiča kabela i minimalno dopuštena nazivna vrijednost osigurača odabiru se prema najopterećenijoj liniji, smatrajući da:

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

I = S / (U * 1.73).

Dopuštenu snagu za svaku od faza može se izračunati pomoću sljedeće formule:

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

gdje je I najveća dopuštena jakost struje za postojeću instalaciju.

Zaključci i koristan video na temu

Izračun jakosti struje prema snazi za odabir presjeka kabela:

Određivanje potrošnje snage grupa električnih uređaja na primjeru privatne kuće:

Izračun jakosti struje za određivanje parametara instalacije ili određivanje dopuštene snage u postojećem krugu može se obaviti samostalno. Za ispravno rješavanje zadanog zadatka potrebno je uzeti u obzir nijanse koje se javljaju u praksi, a ne samo koristiti poznate formule koje vrijede pod “idealnim” uvjetima.

Ako imate pitanja o temi članka ili možete dopuniti ovaj materijal zanimljivim informacijama, molimo ostavite svoje komentare u bloku ispod.