Sådan beregnes effekt, strømstyrke og spænding: principper og beregningseksempler til husholdningsbrug

Ejer af lejligheder, private huse og andre elektrificerede objekter står ofte over for spørgsmålet om bestemmelse af værdierne for grundlæggende elektriske størrelser, da det ikke er helt enkelt at beregne effekt ud fra tilladt strømstyrke og kendt spænding eller løse den omvendte opgave.

Direkte anvendelse af den kendte Ohms lov uden hensyntagen til egenskaberne ved husholdningsnet og apparater kan føre til et forkert resultat.

I dette materiale vil vi forstå, hvad effekt er, og fortælle, hvordan man beregner denne værdi.

Grundlæggende begreber for størrelser

Elektrotekniske beregninger er baseret på velkendte relationer mellem strømstyrke (I, Ampere), spændingsstørrelse (U, Volt), effektværdi (P, Watt) og modstand (R, Ohm). Praktiske beregninger kræver normalt kendskab til værdierne af de første tre.

Numeriske udtryk for de nævnte størrelser er, advarer vi, ikke tilstrækkelige – der er behov for yderligere karakteristika, der afslører elforbrugsmodus.

Elektrisk strømstyrke

Beregning af tilstrækkelig ledertværsnit og afbryderens mærkestrøm for en specifik gren af elnettet udføres i henhold til værdien af den maksimalt mulige strømstyrke for dette afsnit. Dette er nødvendigt for at forhindre en situation med ledningsbrand, som ofte fører til brand.

Arbejds parametre for automatsikringer og RCD'er vælges i henhold til forskriftskrav. For at bestemme det tilladte ledertværsnit afhængigt af den maksimalt mulige strømstyrke skal du bruge en tabel leveret af produktproducenten, fordi kabler oftest er fremstillet efter TU (tekniske betingelser) og ikke efter GOST.

Med samme mærkning adskiller kabler fremstillet efter GOST (til venstre) og efter TU (til højre) sig både visuelt og i grundlæggende egenskaber

Da strømstyrke kan beregnes ud fra apparaters effektforbrug og netspænding, er det nødvendigt at bestemme værdierne af disse to indikatorer korrekt.

Spænding i husholdningsnet

Mange lejlighedsejere mener, at den normale spænding i fasen til husholdningsbrug er cirka 220 V. I de fleste tilfælde er dette faktisk tilfældet. Selvom der ifølge GOST 29322-2014 fra 01.10.2015 inden for Den Russiske Føderation skulle være sket en overgang til det med EØF-landene kompatible 230 V-system.

En afvigelse på 5% fra normen er tilladelig i enhver periode, og 10% – i en periode på højst 1 time. Således kan spændingsværdien ifølge de gamle regler svinge i intervallet 198 til 242 V, og ifølge den gældende GOST – fra 207 til 253 V.

Der er også tilfælde, hvor spændingen i nettet i længere tid er betydeligt lavere end den normale. En sådan situation opstår, når den samlede effekt af de til grenen tilsluttede elektriske apparater er langt højere end planlagt, og når de fleste af dem tændes, sker der et “netspændingsfald”.

Dette problem opstår inden for de organisationers ansvarsområde, der er ansvarlige for elforsyningen, og det er forbundet med overbelastning af distributionstransformere, slid på transformerstationer eller utilstrækkelig ledertværsnit.

Reduceret indgangsspænding fører ikke kun til ændring af strømstyrkeparameteret og mulig udløsning af beskyttelse, men også til hurtig nedbrud af elektriske apparater, der indeholder asynkronmotorer eller kompleks elektronik.

For at finde ud af værdien af den faktiske spænding skal man jævnligt foretage målinger med et voltmeter. Hvis værdierne svinger meget, er det nødvendigt at anvende en stabilisator eller en dyrere konverter med energilagringsfunktion.

Nuancer i begrebet effekt for elektriske apparater

Alle enheder, der bruger elektricitet, har en parameter som effekt. Jo større denne værdi er, jo mere energi tager apparatet fra kredsløbet.

Der findes i alt tre typer effekt:

• Aktiv effekt (P). Karakteriserer hastigheden af omdannelse af elektrisk energi til en anden form, f.eks. elektromagnetisk eller termisk. Den skal tages i betragtning ved beregning af irreversible elforbrugsomkostninger og dermed også apparatets driftsomkostninger. Måleenhed – W.
• Reaktiv effekt (Q). Karakteriserer den energi, der kommer fra kilden (transformeren) til forbrugerens reaktive elementer (kondensatorer, motorviklinger), men derefter næsten øjeblikkeligt vender tilbage til kilden. Måleenhed – W eller var (forkortelse for volt-ampere reaktiv).
• Skinbar effekt (S). Karakteriserer den belastning, som forbrugeren pålægger kredsløbets elementer. Den bruges ved beregning af kabeltværsnitsareal og valg af afbryderes nominelle værdi; det vil sige, at strømstyrkeberegningen foretages ud fra den samlede skinbare effekt af alle tilsluttede elektriske apparater. Måleenhed – W eller V*A (V*A – volt-ampere).

Alle disse parametre kan omregnes via faseforskydningsvinklen, som opstår mellem spændings- og strømvektoren (f):

P = S * cos(f);

Q = S * sin(f);

S² = P² + Q².

Til husholdningsapparater, hvor den tilsyneladende effekt kan være væsentligt større end den aktive effekt, hører køleskabe, vaskemaskiner, lysstofrør og nogle energibesparende pærer samt strømelektronikblokke.

På motorer angiver man normalt den aktive effekt og cos(f). I dette tilfælde beregnes den tilsyneladende effekt sådan: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Der er også begrebet spids- eller starteffekt. Sagen er, at der kræves meget mere kraft for at accelerere motorer end for at opretholde deres rotation. Derfor opstår der en kortvarig belastningsstigning i kredsløbet, når apparater som køleskab eller vaskemaskine tændes.

Startstrømme kan være flere gange højere end driftsstrømme. Ved beregning af nødvendigt kabeltværsnit og valg af afbryderens nominelle værdi skal dette tages i betragtning.

For at gøre dette skal man bestemme apparatet med størst forskel mellem start- og drifts-effekt og lægge den til totalværdien. Startstrømme for andre enheder kan ignoreres, da sandsynligheden for samtidig motorstart hos forskellige forbrugere er praktisk talt nul.

Lineære og faseforhold

Nu er praksis med at tilslutte husholdningsobjekter til trefasede elnet blevet udbredt.

Dette er begrundet af følgende årsager:

• Betydeligt elforbrug. I dette tilfælde vil føring af et enfaset net med stor effekt være meget uhensigtsmæssigt på grund af stort kabeltværsnit og højt materialeforbrug i transformatoren.
• Tilstedeværelse af apparater, der kører på tre faser. Implementering af tilslutningsskemaet for en sådan enhed til et enfaset kredsløb er ikke særlig enkel og medfører forstyrrelser, som f.eks. opstår ved start af en asynkronmotor.

Der er to måder at tilslutte trefasede apparater – “stjerne” og “trekant”.

Principskemaer for overførsel af elektricitet via tre faser. Navnene “stjerne” og “trekant” fik de på grund af geometrisk lighed med disse objekter.

I kredsløb af typen “stjerne” er linje- og fasestrømme identiske, mens linjespenningen er 1,73 gange større end fasespændingen:

I_l = I_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Denne formel forklarer det kendte spændingsforhold for husholdnings- og lavspændingsindustrinet med frekvens 50 Hz: 220 / 380 V (ifølge ny GOST: 230 / 400 V).

Ved forbindelse af typen trekant er spændingen derimod den samme, mens linjestrømmene er større end fasestrømmene:

I_l = 1.73 * I_f;

U_l = U_f.

Disse formler kan kun anvendes ved symmetrisk fasebelastning. Hvis strømforbruget i kablerne er forskelligt (asymmetrisk modtager), udføres beregningerne ved hjælp af vektoralgebraens regler, og den opståede udligningsstrøm kompenseres via nullederen. Men for net med tilsluttede husholdningsapparater er sådanne tilfælde sjældne.

Sammenhæng mellem grundlæggende størrelser

Den mest almindelige opgave, som almindelige forbrugere står over for, er beregning af den faktiske strømstyrke. Hvordan beregner man korrekt ampere ud fra kendte værdier for spænding og effekt? Det er nødvendigt at løse det, når man begrunder værdierne for ledertværsnit og afbryderens nominelle værdi, med teknisk information om de enheder, der skal tilsluttes til dette kredsløb.

Efter beregning af strømstyrken vælges ofte kabler med det mindst tilladte tværsnit. Men dette er ikke altid korrekt, da en sådan beslutning medfører betydelige begrænsninger, når der skal tilføjes nye elektriske apparater til nettet.

Nogle gange er det nødvendigt at udføre omvendte beregninger og bestemme, hvilken total effekt der kan tilsluttes enheder ved kendt spænding og maksimalt tilladt strømstyrke, som er begrænset af den eksisterende ledningsføring.

Disse to opgaver for et enfaset kredsløb kan løses med en simpel formel:

I = S / U;

S = U * I,

hvor S er den samlede tilsyneladende effekt for alle elforbrugere.

Et cirkeldiagram, der afspejler Ohms lov og udtrykker afhængigheden af effekt, strømstyrke, spænding og modstand, er velegnet til beregning af parametre for et enfaset kredsløb.

For at løse problemet med at beregne strømstyrken ud fra kendte eller beregnede værdier for effekt og spænding i et trefaset kredsløb skal man kende den samlede belastning på hver fase.

Og både det nødvendige ledertværsnit og afbryderens mindst tilladte nominelle værdi vælges ud fra den mest belastede linje, idet man antager, at:

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

I = S / (U * 1.73).

Den tilladte effekt for hver fase kan beregnes med følgende formel:

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

hvor I er den maksimalt tilladte strømstyrke for den eksisterende ledningsføring.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Beregning af strømstyrke ud fra effekt for valg af kabeltværsnit:

Bestemmelse af strømforbrug for grupper af elektriske apparater med eksempel fra et privat hus:

Beregning af strømstyrke for at bestemme ledningsparametre eller bestemmelse af tilladt effekt i et eksisterende kredsløb kan gøres selv. For at løse opgaven korrekt skal man tage højde for de nuancer, der opstår i praksis, og ikke kun bruge kendte formler, som fungerer under “ideelle” forhold.

Hvis du har spørgsmål om emnet for artiklen, eller du kan supplere dette materiale med interessante oplysninger, bedes du efterlade dine kommentarer i blokken nedenfor.