Kā aprēķināt jaudu, strāvas stiprumu un spriegumu: aprēķinu principi un piemēri sadzīves apstākļiem

Dzīvokļu, privātmāju un citu elektrificētu objektu īpašnieki bieži saskaras ar jautājumu par galveno elektrisko lielumu vērtību noteikšanu, jo aprēķināt jaudu pēc pieļaujamā strāvas stipruma un zināmā sprieguma vai atrisināt pretējo uzdevumu nav ļoti vienkārši.

Tieša zināmā Oma likuma piemērošana, neņemot vērā sadzīves tīklu un ierīču īpatnības, var novest pie nepareiza rezultāta.

Šajā materiālā mēs izpratīsim, kas ir jauda, un pastāstīsim par to, kā aprēķināt šo rādītāju.

Lielumu pamatjēdzieni

Elektrotehniskie aprēķini balstās uz vispārzināmām sakarībām starp strāvas stiprumu (I, ampēri), sprieguma lielumu (U, volti), jaudas vērtībām (P, vati) un pretestību (R, omi). Praktiskajos aprēķinos parasti nepieciešamas pirmā trijnieka vērtības.

Uzskaitīto lielumu skaitliskās izteiksmes, kā iepriekš brīdinājām, nav pietiekamas – nepieciešami papildu raksturlielumi, kas atklāj elektroenerģijas patēriņa režīmu.

Elektriskās strāvas stiprums

Pietiekama dzīslu šķērsgriezuma un automātiskā slēdža nomināla aprēķins konkrētai elektrotīkla atzaram tiek veikts saskaņā ar šai sekcijai maksimāli iespējamo strāvas stipruma vērtību. Tas ir nepieciešams, lai novērstu vadu aizdegšanās situāciju, kas bieži izraisa ugunsgrēku.

Darba automātu parametri un RCD tiek izvēlēti saskaņā ar normatīvajām prasībām. Lai noteiktu pieļaujamo dzīslu šķērsgriezumu atkarībā no maksimāli iespējamā strāvas stipruma, ir jāizmanto ražotāja sniegtā tabula, jo kabeļi visbiežāk ir ražoti atbilstoši TU, nevis GOST.

Ar vienādu marķējumu kabeļi, kas ražoti pēc GOST (kreisajā pusē) un pēc TU (labajā pusē), atšķiras gan vizuāli, gan pēc pamatīpašībām.

Tā kā elektriskās strāvas stiprumu var aprēķināt pēc ierīču patērētās jaudas un tīkla sprieguma, ir nepieciešams pareizi noteikt šo divu rādītāju vērtības.

Spriegums sadzīves tīklos

Daudzi dzīvokļu īpašnieki uzskata, ka standarta fāzes spriegums mājsaimniecības vajadzībām ir aptuveni 220 V. Lielākajā daļā gadījumu tas tiešām tā ir. Lai gan saskaņā ar GOST 29322-2014 no 01.10.2015 Krievijas Federācijas teritorijā bija jānotiek pārejai uz sistēmu 230 V, kas ir saderīga ar EES valstīm.

Novirze 5% no standarta ir pieļaujama jebkurā termiņā, bet 10% – uz laiku, kas nepārsniedz 1 stundu. Tādējādi saskaņā ar vecajiem noteikumiem sprieguma vērtība var svārstīties no 198 līdz 242 V, bet saskaņā ar spēkā esošo GOST – no 207 līdz 253 V.

Ir arī gadījumi, kad spriegums tīklā ilgstoši ir ievērojami zemāks par normatīvo. Šāda situācija rodas, ja elektroierīču, kas pieslēgtas atzaram, kopējā jauda ir daudz lielāka, nekā plānots, un, ieslēdzot lielāko daļu no tām, notiek “tīkla iegrimšana”.

Šī problēma rodas to organizāciju atbildības zonā, kuras ir atbildīgas par elektroenerģijas piegādi, un tā ir saistīta ar sadales transformatoru pārslodzi, apakšstaciju nolietojumu vai nepietiekamu vadu šķērsgriezumu.

Pazemināts ieejas spriegums izraisa ne tikai strāvas stipruma parametra izmaiņas un iespējamu aizsardzības nostrādāšanu, bet arī ātru elektroierīču, kas satur asinhronos elektromotorus vai sarežģītu elektroniku, bojāšanos.

Lai noskaidrotu reālā sprieguma vērtību, periodiski jāveic mērījumi, izmantojot voltmetru. Ja rādītāji ļoti “svārstās”, tad nepieciešama stabilizatora vai dārgāka pārveidotāja ar elektroenerģijas uzkrāšanas funkciju izmantošana.

Elektroierīču jaudas jēdziena nianses

Visām elektroenerģiju patērējošajām ierīcēm ir tāds parametrs kā jauda. Jo lielāks šis rādītājs, jo vairāk enerģijas ierīce ņem no ķēdes.

Kopumā pastāv trīs jaudas veidi:

• Aktīvā (P). Raksturo elektroenerģijas pārvēršanas ātrumu citā veidā, piemēram, elektromagnētiskā vai termiskā. Tā ir jāņem vērā, aprēķinot neatgriezeniskos elektroenerģijas izdevumus, un līdz ar to arī ierīces darbības izmaksas. Mērvienība – W.
• Reaktīvā (Q). Raksturo enerģiju, kas no avota (transformatora) nonāk pie patērētāja reaktīvajiem elementiem (kondensatoriem, motora tinumiem), bet pēc tam praktiski acumirklī atgriežas atpakaļ avotā. Mērvienība – W vai var (atšifrējums – reaktīvais voltampērs).
• Pilnā (S). Raksturo slodzi, ko patērētājs uzliek ķēdes elementiem. To izmanto, aprēķinot kabeļa šķērsgriezuma laukumu un izvēloties automātu nominālu, tas ir, strāvas stipruma aprēķinu veic pēc visu ķēdei pieslēgto elektroierīču pilnās jaudas. Mērvienība – W vai V*A (V*А – voltampēri).

Visus šos parametrus var pārrēķināt caur fāzes nobīdes leņķi, kas rodas starp sprieguma un strāvas vektoru (f):

P = S * cos(f);

Q = S * sin(f);

S² = P² + Q².

Pie sadzīves ierīcēm, kurām pilnā jauda var ievērojami pārsniegt aktīvo, pieskaita ledusskapjus, veļas mazgājamās mašīnas, dienasgaismas spuldzes un dažas enerģiju taupošas spuldzes, kā arī jaudas elektronikas blokus.

Uz motoriem parasti norāda aktīvo jaudu un koeficientu. Šajā gadījumā pilno jaudu aprēķina šādi: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Ir arī tāds jēdziens kā maksimālā jeb starta jauda. Lieta ir tā, ka motoru paātrināšanai ir nepieciešams daudz vairāk spēka nekā to rotācijas uzturēšanai. Tāpēc, ieslēdzot tādas ierīces kā ledusskapi vai veļas mazgājamo mašīnu, ķēdes posmā notiek īslaicīgs slodzes pieaugums.

Starta strāvas var būt vairākas reizes lielākas par darba strāvām. Aprēķinot nepieciešamo kabeļu šķērsgriezumu un izvēloties automāta nominālvērtību, tas jāņem vērā.

Lai to izdarītu, jānosaka ierīce ar vislielāko starta un darba jaudas starpību un jāpieskaita tā kopējai vērtībai. Pārējo ierīču starta strāvas var neņemt vērā, jo vienlaicīgas motoru ieslēgšanas varbūtība dažādiem patērētājiem ir praktiski nulle.

Lineārās un fāzes attiecības

Šobrīd ir izplatījusies prakse pieslēgt sadzīves objektus trīsfāžu elektrotīkliem.

Tas ir pamatots ar šādiem iemesliem:

• Ievērojams elektroenerģijas patēriņš. Šajā gadījumā vienfāzes tīkla ar lielu jaudu izveide būtu ļoti neracionāla lielā kabeļa šķērsgriezuma un transformatora augstās materiālu ietilpības dēļ.
• Ierīču, kas darbojas no trim fāzēm, esamība. Šādas ierīces pieslēgšanas shēmas realizācija vienfāzes ķēdei nav ļoti vienkārša un ir saistīta ar traucējumiem, kas rodas, piemēram, asinhronā motora starta laikā.

Ir divi veidi, kā pieslēgt trīsfāžu ierīces – “zvaigzne” un “trijstūris”.

Elektroenerģijas pārvades principiālās shēmas pa trim fāzēm. Nosaukumus “zvaigzne” un “trijstūris” tie ieguvuši, pateicoties ģeometriskajai līdzībai ar šiem objektiem.

“Zvaigznes” tipa ķēdēs lineārās un fāzes strāvas ir identiskas, bet lineārais spriegums ir 1,73 reizes lielāks par fāzes spriegumu:

I_l = I_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Šī formula izskaidro zināmo spriegumu attiecību sadzīves un zemsprieguma rūpnieciskajiem tīkliem ar frekvenci 50 Hz: 220 / 380 V (saskaņā ar jauno GOST: 230 / 400 V).

Savienojot trijstūra tipā, pretēji, spriegums sakrīt, bet lineārās strāvas ir lielākas par fāzes strāvām:

I_l = 1.73 * I_f;

U_l = U_f.

Šīs formulas var izmantot tikai simetriskas fāžu slodzes gadījumā. Ja strāvas patēriņš pa kabeļiem atšķiras (neasimetrisks uztvērējs), tad aprēķini tiek veikti, izmantojot vektoru algebras noteikumus, un radušos izlīdzinošo strāvu kompensē ar neitrālā vada palīdzību. Tomēr tīklos ar pieslēgtām sadzīves ierīcēm šādi gadījumi ir reti.

Galveno lielumu savstarpējā saistība

Visizplatītākais uzdevums, ar ko saskaras parastie patērētāji, ir faktiskās strāvas stipruma aprēķini. Kā tad pareizi noteikt ampēru stiprumu pēc zināmajām sprieguma un jaudas vērtībām? Tas jāatrisina, pamatojot dzīslu šķērsgriezuma vērtības un automātiskā slēdža nominālu, ja ir tehniskā informācija par ierīcēm, kas tiks pieslēgtas šai ķēdei.

Pēc strāvas stipruma aprēķināšanas bieži izvēlas kabeļus ar mazāko pieļaujamo šķērsgriezumu. Tomēr tas ne vienmēr ir pareizi, jo šāds lēmums rada būtiskus ierobežojumus, ja nepieciešams pievienot jaunas elektroierīces tīklā.

Dažreiz nepieciešams veikt pretējus aprēķinus un noteikt, kādu kopējo jaudu var pieslēgt ierīcēm pie zināma sprieguma un maksimāli pieļaujamā strāvas stipruma, ko ierobežo jau esošā elektroinstalācija.

Šos divus uzdevumus vienfāzes ķēdei var atrisināt, izmantojot vienkāršu formulu:

I = S / U;

S = U * I,

kur S – visu elektroenerģijas patērētāju kopējā pilnā jauda.

Apļveida diagramma, kas atspoguļo Oma likumu un izsaka jaudas, strāvas stipruma, sprieguma un pretestības atkarību, ir piemērota vienfāzes ķēdes parametru aprēķināšanai.

Lai atrisinātu uzdevumu par strāvas stipruma aprēķinu pēc zināmām vai aprēķinātām jaudas un sprieguma vērtībām trīsfāžu ķēdē, ir jāzina kopējā slodze, kas tiek uzlikta katrai fāzei.

Un gan nepieciešamais kabeļa dzīslu šķērsgriezums, gan minimāli pieļaujamais automāta nomināls tiek izvēlēti pēc visvairāk noslogotās līnijas, pieņemot, ka:

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

I = S / (U * 1.73).

Pieļaujamo jaudu katrai fāzei var aprēķināt pēc šādas formulas:

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

kur I – maksimāli pieļaujamais strāvas stiprums esošajai elektroinstalācijai.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Strāvas stipruma aprēķins pēc jaudas, lai izvēlētos kabeļa šķērsgriezumu:

Elektroierīču grupu patērētās jaudas noteikšana, izmantojot privātmājas piemēru:

Strāvas stipruma aprēķinu, lai noteiktu elektroinstalācijas parametrus, vai pieļaujamās jaudas noteikšanu jau esošā ķēdē var veikt patstāvīgi. Lai pareizi atrisinātu uzdevumu, ir jāņem vērā praksē radušās nianses, nevis tikai jāizmanto zināmās formulas, kas darbojas “ideālos” apstākļos.

Ja radušies jautājumi par raksta tēmu vai varat papildināt šo materiālu ar interesantu informāciju, lūdzu, atstājiet savus komentārus zemāk esošajā blokā.