كيفية حساب الطاقة والتيار والجهد: مبادئ وأمثلة لحسابات الظروف المحلية

غالبًا ما يواجه أصحاب الشقق والمنازل الخاصة وغيرها من الأشياء المكهربة مسألة تحديد قيم الكميات الكهربائية الأساسية، حيث أن حساب الطاقة على أساس قوة التيار المسموح بها والجهد المعروف أو حل المشكلة العكسية ليس بالأمر السهل للغاية .

إن التطبيق المباشر لقانون أوم المعروف دون مراعاة خصائص الشبكات والأجهزة المنزلية يمكن أن يؤدي إلى نتيجة غير صحيحة.

في هذه المادة سوف نفهم ما هي القوة ونخبرك بكيفية حساب هذا المؤشر.

المفاهيم الأساسية للكميات

تعتمد الحسابات الكهربائية على العلاقات المعروفة بين التيار (I، Ampere)، والجهد (U، Volt)، وقيمة الطاقة (P، Watt) والمقاومة (R، Ohm). تتطلب الحسابات العملية عادة معرفة قيم الثلاثة الأولى.

نحذرك من أن التعبيرات الرقمية للقيم المدرجة ليست كافية - فهناك حاجة إلى خصائص إضافية تكشف عن وضع استهلاك الطاقة.

قوة التيار الكهربائي

يتم حساب المقطع العرضي الكافي للموصلات وتقييم قاطع الدائرة لفرع معين من الشبكة الكهربائية وفقًا لقيمة أقصى قوة تيار ممكنة لهذا القسم. يعد ذلك ضروريًا لمنع اشتعال النيران في الأسلاك، مما يؤدي غالبًا إلى نشوب حريق.

عمال معلمات الآلة ويتم اختيار RCDs وفقًا للمتطلبات التنظيمية.لتحديد المقطع العرضي المسموح به للنوى اعتمادًا على الحد الأقصى لقوة التيار الممكنة، من الضروري استخدام الجدول المقدم من الشركة المصنعة للمنتج، لأن الكابلات يتم إنتاجها غالبًا وفقًا للمواصفات، وليس وفقًا لـ GOST.

لها نفس العلامات، والكابلات المنتجة وفقًا لـ GOST (يسار) وTU (يمين) تختلف بصريًا وفي الخصائص الأساسية

وبما أنه يمكن حساب قوة التيار الكهربائي على أساس الطاقة التي تستهلكها الأجهزة وجهد الشبكة، فمن الضروري تحديد قيم هذين المؤشرين بشكل صحيح.

الجهد المنزلي

يعتقد العديد من أصحاب الشقق أن جهد الطور القياسي للاحتياجات المنزلية يبلغ حوالي 220 فولت. وهذا صحيح في معظم الحالات. بالرغم من غوست 29322-2014 اعتبارًا من 10/01/2015 داخل الاتحاد الروسي كان من المقرر أن يكون هناك انتقال إلى نظام 230 فولت متوافق مع دول المجموعة الاقتصادية الأوروبية.

يجوز الانحراف بنسبة 5% عن المعيار لأي فترة، و10% لمدة لا تتجاوز ساعة واحدة. وبالتالي، وفقًا للقواعد القديمة، يمكن أن تتقلب قيمة الجهد في النطاق من 198 إلى 242 فولت، ووفقًا لـ GOST الحالي - من 207 إلى 253 فولت.

هناك أيضًا حالات يكون فيها الجهد في الشبكة لفترة طويلة أقل بكثير من الجهد القياسي. ينشأ هذا الموقف عندما تكون الطاقة الإجمالية للأجهزة الكهربائية المتصلة بالفرع أعلى بكثير مما هو مخطط له، وعندما يتم تشغيل معظمها، يحدث "انسحاب من الشبكة".

تحدث هذه المشكلة في مجال مسؤولية المنظمات المسؤولة عن إمداد الكهرباء، وترتبط بالحمل الزائد لمحولات التوزيع، أو تدهور المحطات الفرعية أو عدم كفاية المقطع العرضي للأسلاك.

لا يؤدي انخفاض جهد الإدخال إلى تغيير في المعلمة الحالية واحتمال تعثر الحماية فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى الانهيار السريع للأجهزة الكهربائية التي تحتوي على محركات كهربائية غير متزامنة أو إلكترونيات معقدة

لمعرفة المعنى الجهد الحقيقي تحتاج إلى إجراء قياسات بشكل دوري باستخدام الفولتميتر. إذا كانت المؤشرات تتقلب بشكل كبير، فمن الضروري استخدامها مثبت أو محول أكثر تكلفة مع وظيفة تخزين الكهرباء.

الفروق الدقيقة في مفهوم قوة الأجهزة الكهربائية

جميع الأجهزة التي تستهلك الكهرباء لديها معلمة مثل الطاقة. وكلما ارتفع هذا المؤشر، زادت الطاقة التي يستهلكها الجهاز من الدائرة.

هناك ثلاثة أنواع من القوة:

• نشيط (ص). يميز معدل تحول الطاقة الكهربائية إلى شكل آخر، على سبيل المثال الكهرومغناطيسية أو الحرارية. ويجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند حساب تكاليف الكهرباء التي لا رجعة فيها، وبالتالي تكلفة تشغيل الجهاز. وحدة القياس - ث.
• رد الفعل (س). يميز الطاقة التي تأتي من المصدر (المحول) إلى العناصر التفاعلية للمستهلك (المكثفات، اللفات الحركية)، ولكن بعد ذلك تعود على الفور تقريبًا إلى المصدر. وحدة القياس هي W أو var (التفسير هو فولت أمبير تفاعلي).
• ممتلىء (س). يميز الحمل الذي يفرضه المستهلك على عناصر الدائرة. يتم استخدامه عند حساب مساحة المقطع العرضي للكابل واختيار تصنيف الآلات، أي أنه يتم حساب القوة الحالية على أساس الطاقة الكاملة لجميع الأجهزة الكهربائية المتصلة بالدائرة. وحدة القياس هي W أو V*A (V*A – فولت أمبير).

يمكن إعادة حساب كل هذه المعلمات من خلال زاوية الطور التي تحدث بين ناقل الجهد والتيار (F):

ص = س *كوس(F);

س = س *الخطيئة(F);

س² = ص² + س².

تشمل الأجهزة المنزلية التي يمكن أن تتجاوز فيها الطاقة الإجمالية الطاقة النشطة بشكل كبير الثلاجات والغسالات ومصابيح الفلورسنت وبعض المصابيح الموفرة للطاقة، بالإضافة إلى وحدات إلكترونيات الطاقة.

في المحركات، يشار عادة إلى القوة النشطة والمعامل. في هذه الحالة، يتم حساب الطاقة الإجمالية على النحو التالي: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 واط

هناك أيضًا شيء مثل الذروة أو قوة البداية. الحقيقة هي أن تسريع المحركات يتطلب جهدًا أكبر بكثير من الحفاظ على دورانها. لذلك، عند تشغيل الأجهزة مثل الثلاجة أو الغسالة، يحدث زيادة في الحمل على المدى القصير على جزء من الدائرة.

يمكن أن تكون تيارات البداية أعلى بعدة مرات من تيارات التشغيل. عند حساب المطلوب أقسام الكابلات عند اختيار القيمة الاسمية للجهاز، ينبغي أن يؤخذ ذلك في الاعتبار.

للقيام بذلك، تحتاج إلى تحديد الجهاز الذي يتمتع بأكبر اختلاف في قوة التشغيل والتشغيل وإضافته إلى القيمة الإجمالية. يمكن تجاهل تيارات البداية للأجهزة الأخرى، لأن احتمال التنشيط المتزامن للمحركات لمختلف المستهلكين هو صفر تقريبًا.

العلاقات الخطية والمرحلة

في الوقت الحاضر، أصبحت ممارسة توصيل الأشياء المنزلية بالشبكات الكهربائية ثلاثية الطور منتشرة على نطاق واسع.

وهذا مبرر للأسباب التالية:

• استهلاك كبير للطاقة. في هذه الحالة، سيكون توصيل شبكة أحادية الطور عالية الطاقة غير منطقي للغاية بسبب المقطع العرضي الكبير للكابل والاستهلاك العالي للمواد للمحول.
• توافر الأجهزة التي تعمل على ثلاث مراحل. إن تنفيذ دائرة لتوصيل مثل هذا الجهاز بدائرة أحادية الطور ليس بالأمر السهل للغاية وهو محفوف بالتداخل الذي يحدث، على سبيل المثال، عند بدء تشغيل محرك غير متزامن.

هناك طريقتان لتوصيل الأجهزة ثلاثية الطور - "النجمة" و"المثلث".

الرسوم البيانية التخطيطية لنقل الطاقة على ثلاث مراحل. لقد حصلوا على اسم "النجم" و "المثلث" بسبب تشابههم الهندسي مع هذه الأشياء

في الدوائر من النوع النجمي، تكون التيارات الخطية والتيارات الطورية متطابقة، ويكون الجهد الخطي أكبر بمقدار 1.73 مرة من جهد الطور:

أنا_ل = أنا_F;

ش_ل = 1.73 * ش_F.

تشرح هذه الصيغة نسبة الجهد المعروفة للشبكات المنزلية والصناعية ذات الجهد المنخفض بتردد 50 هرتز: 220/380 فولت (وفقًا لـ GOST: 230/400 فولت).

أما في حالة التوصيل المثلث، على العكس من ذلك، يكون الجهد هو نفسه، والتيارات الخطية أكبر من تيارات الطور:

أنا_ل = 1.73 * أنا_F;

ش_ل = ش_F.

لا يمكن استخدام هذه الصيغ إلا مع أحمال الطور المتماثلة. إذا كان الاستهلاك الحالي عبر الكابلات مختلفا (جهاز الاستقبال غير متوازن)، فسيتم إجراء الحسابات باستخدام قواعد الجبر المتجه، ويتم تعويض تيار التعادل الناتج عن طريق السلك المحايد. ومع ذلك، بالنسبة للشبكات ذات الأجهزة المنزلية المتصلة، فإن مثل هذه الحالات نادرة.

العلاقة بين الكميات الأساسية

المهمة الأكثر شيوعًا التي يواجهها المستهلكون العاديون هي حساب القوة الحالية الفعلية. فكيف يمكن حساب التيار بشكل صحيح بناءً على قيم الجهد والطاقة المعروفة؟ من الضروري حلها من خلال تبرير قيم المقطع العرضي للنوى وتقييم الجهاز، مع الحصول على معلومات فنية حول الأجهزة التي سيتم تشغيلها في هذه الدائرة.

بعد حساب التيار، غالبًا ما يتم اختيار الكابلات ذات المقطع العرضي الأصغر المسموح به. ومع ذلك، هذا ليس صحيحا دائما، لأن مثل هذا الحل يؤدي إلى قيود كبيرة عندما يكون من الضروري إضافة أجهزة كهربائية جديدة إلى الشبكة.

في بعض الأحيان يكون من الضروري إجراء حسابات عكسية وتحديد إجمالي الطاقة التي يمكن توصيلها بالأجهزة بجهد معروف والحد الأقصى للتيار المسموح به، والذي يقتصر على الأسلاك الموجودة.

يمكنك حل هاتين المشكلتين لدائرة أحادية الطور باستخدام صيغة بسيطة:

أنا = س / ش;

س = ش * أنا,

أين س - إجمالي الطاقة الإجمالية لجميع مستهلكي الكهرباء.

يعد المخطط الدائري الذي يعكس قانون أوم ويعبر عن اعتماد الطاقة والتيار والجهد والمقاومة مناسبًا لحساب معلمات الدائرة أحادية الطور

لحل مشكلة حساب التيار باستخدام القيم المعروفة أو المحسوبة للقدرة والجهد في دائرة ثلاثية الطور، عليك معرفة الحمل الإجمالي المفروض على كل مرحلة.

يتم تحديد كل من المقطع العرضي المطلوب لقلب الكابل والحد الأدنى المسموح به للتصنيف وفقًا للخط الأكثر ازدحامًا، مع الأخذ في الاعتبار ما يلي:

س = 3 * الحد الأقصى {س₁, س₂, س₃}.

أنا = س / (ش * 1.73).

يمكن حساب القدرة المسموح بها لكل مرحلة باستخدام الصيغة التالية:

س_1,2,3 <س/3= أنا * ش / 1.73,

أين أنا - الحد الأقصى للتيار المسموح به للأسلاك الموجودة.

استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع

حساب القوة الحالية حسب الطاقة لاختيار المقطع العرضي للكابل:

تحديد استهلاك الطاقة لمجموعات الأجهزة الكهربائية باستخدام مثال منزل خاص:

يمكنك حساب القوة الحالية لتحديد معلمات الأسلاك أو تحديد الطاقة المسموح بها في الدائرة الحالية بنفسك. لحل المشكلة بشكل صحيح، من الضروري مراعاة الفروق الدقيقة التي تنشأ في الممارسة العملية، وليس فقط استخدام الصيغ المعروفة التي تعمل في ظل الظروف "المثالية".

إذا كانت لديك أسئلة حول موضوع المقالة أو كان بإمكانك إضافة معلومات مثيرة للاهتمام إلى هذه المادة، فيرجى ترك تعليقاتك في المربع أدناه.