Kaip apskaičiuoti galią, srovės stiprį ir įtampą: principai ir skaičiavimo pavyzdžiai buitinėmis sąlygomis

Butų, privačių namų ir kitų elektrifikuotų objektų savininkai dažnai susiduria su klausimu, kaip nustatyti pagrindinių elektros dydžių vertes, nes apskaičiuoti galią pagal leistiną srovės stiprį ir žinomą įtampą arba išspręsti atvirkštinį uždavinį nėra labai paprasta.

Tiesioginis žinomo Omo dėsnio taikymas neatsižvelgiant į buitinių tinklų ir prietaisų ypatybes gali sukelti neteisingą rezultatą.

Šioje medžiagoje susipažinsite, kas yra galia, ir sužinosite, kaip apskaičiuoti šį rodiklį.

Pagrindinės dydžių sąvokos

Elektrotechniniai skaičiavimai grindžiami visuotinai žinomais srovės stiprio (I, amperai), įtampos dydžio (U, voltai), galios reikšmės (P, vatai) ir varžos (R, omai) santykiais. Praktiniams skaičiavimams paprastai reikia žinoti pirmosios trijulės vertes.

Išvardytų dydžių skaitinių išraiškų nepakanka – reikalingos papildomos charakteristikos, atskleidžiančios elektros energijos vartojimo režimą.

Elektros srovės stipris

Pakankamo gyslų skerspjūvio ir automatinio jungiklio nominalo apskaičiavimas konkrečiai elektros tinklo šakai atliekamas pagal šiai atkarpai maksimaliai galimą srovės stiprio vertę. Tai būtina siekiant išvengti laidų užsidegimo situacijos, kuri dažnai sukelia gaisrą.

Darbiniai automatai parametrai ir RCD parenkami pagal normatyvinius reikalavimus. Norint nustatyti leistiną gyslų skerspjūvį priklausomai nuo maksimaliai galimos srovės stiprio, būtina naudoti gamintojo pateiktą lentelę, nes kabeliai dažniausiai gaminami pagal technines sąlygas (TU), o ne pagal GOST.

Turėdami tą pačią ženklinimą, kabeliai, pagaminti pagal GOST (kairėje) ir pagal TU (dešinėje), skiriasi tiek vizualiai, tiek pagal pagrindines charakteristikas.

Kadangi elektros srovės stiprį galima apskaičiuoti pagal prietaisų suvartojamą galią ir tinklo įtampą, būtina teisingai nustatyti šių dviejų rodiklių vertes.

Įtampa buitiniuose tinkluose

Daugelis butų savininkų mano, kad standartinė fazinė įtampa buitiniams poreikiams yra maždaug 220 V. Daugeliu atvejų tai tikrai taip. Nors pagal GOST 29322-2014 nuo 01.10.2015 Rusijos Federacijos teritorijoje turėjo įvykti perėjimas prie su EES šalimis suderinamos 230 V sistemos.

5% nuokrypis nuo etalono yra leistinas bet kuriam laikotarpiui, o 10% – ne ilgesniam kaip 1 valanda. Taigi pagal senas taisykles įtampos vertė gali svyruoti nuo 198 iki 242 V, o pagal galiojantį GOST – nuo 207 iki 253 V.

Taip pat pasitaiko atvejų, kai tinklo įtampa ilgą laiką būna gerokai mažesnė už normatyvinę. Tokia situacija susidaro tada, kai bendra prie šakos prijungtų elektros prietaisų galia yra daug didesnė nei planuota, o įjungus daugumą jų įvyksta “tinklo įdubimas”.

Ši problema kyla organizacijų, atsakingų už elektros energijos tiekimą, atsakomybės zonoje ir yra susijusi su skirstomųjų transformatorių perkrova, pastočių susidėvėjimu arba nepakankamu laidų skerspjūviu.

Sumažinta įėjimo įtampa lemia ne tik srovės stiprio parametro pokytį ir galimą apsaugos įsijungimą, bet ir greitą elektros prietaisų, turinčių asinchroninius elektros variklius ar sudėtingą elektroniką, gedimą.

Norint išsiaiškinti tikrosios įtampos vertę, reikia periodiškai atlikti matavimus voltmetru. Jei rodikliai labai “šokinėja”, būtina naudoti stabilizatorių arba brangesnį keitiklį su elektros energijos kaupiklio funkcija.

Elektros prietaisų galios sampratos niuansai

Visi elektros energiją vartojantys įrenginiai turi tokį parametrą kaip galia. Kuo šis rodiklis didesnis, tuo daugiau energijos prietaisas paima iš grandinės.

Iš viso yra trys galios rūšys:

• Aktyvioji (P). Apibūdina elektros energijos pavertimo kita rūšimi, pavyzdžiui, elektromagnetine ar šilumine, greitį. Į ją reikia atsižvelgti skaičiuojant negrįžtamus elektros energijos nuostolius, taigi ir prietaiso darbo sąnaudas. Matavimo vienetas – W.
• Reaktyvioji (Q). Apibūdina energiją, kuri iš šaltinio (transformatoriaus) patenka į vartotojo reaktyviuosius elementus (kondensatoriai, variklio apvijos), bet vėliau beveik akimirksniu grįžta į šaltinį. Matavimo vienetas – W arba var (iššifruojama – voltamperas reaktyvusis).
• Pilnoji (S). Apibūdina apkrovą, kurią vartotojas užkrauna grandinės elementams. Ji naudojama apskaičiuojant kabelio skerspjūvio plotą ir parenkant automatinių jungiklių nominalą, tai yra, srovės stipris apskaičiuojamas pagal visų prie grandinės prijungtų elektros prietaisų pilnąją galią. Matavimo vienetas – W arba V·A (V·A – voltamperai).

Visus šiuos parametrus galima perskaičiuoti per fazių poslinkio kampą, kuris atsiranda tarp įtampos ir srovės vektorių (f):

P = S * cos(f);

Q = S * sin(f);

S² = P² + Q².

Buitiniams prietaisams, kurių pilnutinė galia gali žymiai viršyti aktyviąją, priskiriami šaldytuvai, skalbimo mašinos, liuminescencinės ir kai kurios energiją taupančios lempos, taip pat galios elektronikos blokai.

Ant variklių paprastai nurodoma aktyvioji galia ir koeficientas. Šiuo atveju pilnutinė galia apskaičiuojama taip: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Taip pat yra tokia sąvoka kaip pikinė arba paleidimo galia. Reikalas tas, kad varikliams įsibėgėti reikia daugiau pastangų nei palaikyti jų sukimąsi. Todėl įjungiant tokius prietaisus kaip šaldytuvas ar skalbimo mašina, grandinės atkarpoje atsiranda trumpalaikis apkrovos šuolis.

Paleidimo srovės gali būti kelis kartus didesnės už darbines. Skaičiuojant reikiamą kabelių skerspjūvį ir parenkant automatinio jungiklio nominalą, reikia į tai atsižvelgti.

Tam reikia nustatyti prietaisą, turintį didžiausią skirtumą tarp paleidimo ir darbinės galios, ir pridėti ją prie bendros vertės. Kitų įrenginių paleidimo srovių galima neįtraukti, nes skirtingų vartotojų variklių vienalaikio įsijungimo tikimybė yra praktiškai lygi nuliui.

Linijiniai ir faziniai santykiai

Šiuo metu paplito buitinių objektų prijungimo prie trifazių elektros tinklų praktika.

Tai pagrįsta šiomis priežastimis:

• Didelis elektros energijos suvartojimas. Šiuo atveju didelės galios vienfazio tinklo įvedimas būtų labai neracionalus dėl didelio kabelio skerspjūvio ir didelio transformatoriaus medžiagų imlumo.
• Prietaisų, veikiančių iš trijų fazių, buvimas. Tokio įrenginio prijungimo prie vienfazės grandinės schemos įgyvendinimas nėra labai paprastas ir gali sukelti trikdžius, kurie atsiranda, pavyzdžiui, paleidžiant asinchroninį variklį.

Yra du trifazių prietaisų prijungimo būdai – “žvaigždė” ir “trikampis”.

Principinės elektros energijos perdavimo trimis fazėmis schemos. Pavadinimus “žvaigždė” ir “trikampis” jos gavo dėl geometrinio panašumo į šiuos objektus

“Žvaigždės” tipo grandinėse linijinės ir fazinės srovės yra identiškos, o linijinė įtampa yra 1,73 karto didesnė už fazinę:

I_l = I_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Ši formulė paaiškina žinomą įtampų santykį buitiniams ir žemos įtampos pramoniniams 50 Hz dažnio tinklams: 220 / 380 V (pagal naująjį GOST: 230 / 400 V).

“Trikampio” tipo jungtyje, priešingai, įtampa sutampa, o linijinės srovės yra didesnės už fazines:

I_l = 1.73 * I_f;

U_l = U_f.

Šias formules galima taikyti tik esant simetrinei fazių apkrovai. Jei srovės suvartojimas kabeliais skiriasi (asimetrinis imtuvas), skaičiavimai atliekami naudojant vektorinės algebros taisykles, o atsirandanti išlyginamoji srovė kompensuojama neutraliuoju laidu. Tačiau tinkluose su prijungtais buitiniais prietaisais tokie atvejai reti.

Pagrindinių dydžių tarpusavio ryšys

Dažniausia problema, su kuria susiduria eiliniai vartotojai, yra realiai veikiančios srovės stiprio skaičiavimai. Taigi kaip teisingai apskaičiuoti amperažą pagal žinomas įtampos ir galios vertes? Tai reikia išspręsti pagrindžiant gyslų skerspjūvio ir automato nominalo vertes, turint techninę informaciją apie prietaisus, kurie bus prijungti prie šios grandinės.

Apskaičiavus srovės stiprį, dažnai pasirenkami mažiausio leistino skerspjūvio kabeliai. Tačiau tai ne visada teisinga, nes toks sprendimas lemia didelius apribojimus, kai reikia pridėti naujų elektros prietaisų į tinklą.

Kartais reikia atlikti atvirkštinius skaičiavimus ir nustatyti, kokios bendros galios prietaisus galima prijungti esant žinomai įtampai ir maksimaliai leistinai srovės stipriui, kurį riboja jau esama instaliacija.

Šias dvi užduotis vienfazei grandinei galima išspręsti naudojant paprastą formulę:

I = S / U;

S = U * I,

čia S – bendra visa visų elektros vartotojų galia.

Apskritiminė diagrama, atspindinti Omo dėsnį ir išreiškianti galios, srovės stiprio, įtampos bei varžos priklausomybę, tinka vienfazės grandinės parametrams apskaičiuoti.

Norint išspręsti srovės stiprio apskaičiavimo pagal žinomas arba apskaičiuotas galios ir įtampos vertes trifazėje grandinėje užduotį, reikia žinoti bendrą apkrovą, tenkančią kiekvienai fazei.

Reikalingas kabelio gyslų skerspjūvis ir minimaliai leistina automato nominali vertė parenkami pagal labiausiai apkrautą liniją, laikant, kad:

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

I = S / (U * 1.73).

Leistiną galią kiekvienai fazei galima apskaičiuoti pagal šią formulę:

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

čia I – maksimaliai leistinas srovės stipris esamai instaliacijai.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Srovės stiprio apskaičiavimas pagal galią, norint parinkti kabelio skerspjūvį:

Elektros prietaisų grupių suvartojamos galios nustatymas privataus namo pavyzdžiu:

Srovės stiprio apskaičiavimas, siekiant nustatyti instaliacijos parametrus, arba leistinos galios nustatymas jau esamoje grandinėje gali būti atliktas savarankiškai. Norint teisingai išspręsti užduotį, būtina atsižvelgti į praktikoje pasitaikančius niuansus, o ne tik naudoti žinomas formules, kurios veikia esant “idealioms” sąlygoms.

Jei kilo klausimų apie straipsnio temą arba galite papildyti šią medžiagą įdomia informacija, prašome palikti savo komentarus žemiau esančiame bloke.