Cách tính công suất, dòng điện và điện áp: nguyên tắc và ví dụ tính toán cho điều kiện trong nước

Chủ sở hữu căn hộ, nhà riêng và các vật dụng điện khí hóa khác thường phải đối mặt với câu hỏi xác định giá trị của các đại lượng điện cơ bản, vì việc tính toán công suất dựa trên cường độ dòng điện cho phép và điện áp đã biết hoặc giải bài toán nghịch đảo không đơn giản lắm .

Việc áp dụng trực tiếp định luật Ohm nổi tiếng mà không tính đến đặc điểm của mạng và thiết bị gia đình có thể dẫn đến kết quả không chính xác.

Trong tài liệu này, chúng tôi sẽ hiểu sức mạnh là gì và cho bạn biết cách tính chỉ số này.

Các khái niệm cơ bản về đại lượng

Tính toán điện dựa trên mối quan hệ rõ ràng giữa dòng điện (I, Ampe), điện áp (U, Volt), giá trị công suất (P, Watt) và điện trở (R, Ohm). Các phép tính thực tế thường đòi hỏi kiến ​​thức về các giá trị của ba giá trị đầu tiên.

Chúng tôi cảnh báo bạn rằng các biểu thức số của các giá trị được liệt kê là không đủ - cần có các đặc tính bổ sung để tiết lộ chế độ tiêu thụ điện năng.

Cường độ dòng điện

Việc tính toán tiết diện đủ của dây dẫn và định mức của bộ ngắt mạch cho một nhánh cụ thể của mạng điện được thực hiện theo giá trị cường độ dòng điện tối đa có thể có cho đoạn này. Điều này là cần thiết để ngăn chặn hệ thống dây điện bắt lửa, thường dẫn đến hỏa hoạn.

Công nhân thông số máy và RCD được lựa chọn theo yêu cầu quy định.Để xác định mặt cắt cho phép của lõi tùy thuộc vào cường độ dòng điện tối đa có thể, cần sử dụng bảng do nhà sản xuất sản phẩm cung cấp, vì cáp thường được sản xuất theo thông số kỹ thuật chứ không phải theo GOST.

Có cùng nhãn hiệu, cáp được sản xuất theo GOST (trái) và TU (phải) khác nhau cả về hình thức lẫn đặc tính cơ bản

Vì cường độ dòng điện có thể được tính toán dựa trên công suất tiêu thụ của thiết bị và điện áp mạng nên cần xác định chính xác giá trị của hai chỉ số này.

Điện áp gia đình

Nhiều chủ sở hữu căn hộ cho rằng điện áp pha tiêu chuẩn cho nhu cầu của hộ gia đình là khoảng 220 V. Trong hầu hết các trường hợp, điều này là đúng. Mặc dù ĐIỂM 29322-2014 từ ngày 01/10/2015 tại Liên bang Nga sẽ có sự chuyển đổi sang hệ thống 230 V tương thích với các nước EEC.

Độ lệch 5% so với tiêu chuẩn có thể được chấp nhận trong bất kỳ khoảng thời gian nào và 10% trong khoảng thời gian không quá 1 giờ. Do đó, theo quy tắc cũ, giá trị điện áp có thể dao động trong khoảng từ 198 đến 242 V và theo GOST hiện tại - từ 207 đến 253 V.

Cũng có trường hợp điện áp trong mạng trong thời gian dài thấp hơn đáng kể so với điện áp tiêu chuẩn. Tình trạng này phát sinh khi tổng công suất của các thiết bị điện nối vào nhánh cao hơn nhiều so với dự kiến ​​và khi hầu hết chúng được bật lên thì xảy ra hiện tượng “rút mạng”.

Sự cố này xảy ra trong phạm vi trách nhiệm của các tổ chức chịu trách nhiệm cung cấp điện và liên quan đến tình trạng quá tải của máy biến áp phân phối, hư hỏng trạm biến áp hoặc tiết diện dây không đủ.

Điện áp đầu vào giảm không chỉ dẫn đến thay đổi thông số dòng điện và có thể cắt bộ phận bảo vệ mà còn dẫn đến sự cố nhanh chóng của các thiết bị điện có động cơ điện không đồng bộ hoặc thiết bị điện tử phức tạp.

Để tìm hiểu ý nghĩa điện áp thực bạn cần định kỳ thực hiện các phép đo bằng vôn kế. Nếu các chỉ số biến động lớn thì cần phải sử dụng chất ổn định hoặc một bộ chuyển đổi đắt tiền hơn có chức năng lưu trữ điện.

Những sắc thái trong khái niệm sức mạnh của các thiết bị điện

Tất cả các thiết bị tiêu thụ điện đều có một thông số như nguồn điện. Chỉ số này càng cao thì thiết bị càng lấy nhiều năng lượng từ mạch.

Có ba loại quyền lực:

• Tích cực (P). Đặc trưng cho tốc độ chuyển đổi năng lượng điện sang dạng khác, ví dụ như điện từ hoặc nhiệt. Nó phải được tính đến khi tính toán chi phí điện không thể đảo ngược và do đó chi phí vận hành thiết bị. Đơn vị đo – W
• Hồi đáp nhanh (Q). Đặc trưng cho năng lượng truyền từ nguồn (máy biến áp) đến các phần tử phản kháng của thiết bị tiêu thụ (tụ điện, cuộn dây động cơ), nhưng sau đó gần như ngay lập tức quay trở lại nguồn. Đơn vị đo là W hoặc var (giải thích là vôn-ampe phản kháng).
• Đầy (S). Đặc trưng cho tải mà người tiêu dùng áp đặt lên các phần tử mạch. Nó được sử dụng khi tính diện tích mặt cắt ngang của cáp và chọn định mức của máy, nghĩa là cường độ dòng điện được tính dựa trên toàn bộ công suất của tất cả các thiết bị điện được kết nối với mạch. Đơn vị đo là W hoặc V*A (V*A – volt ampe).

Tất cả các tham số này có thể được tính toán lại thông qua góc pha xảy ra giữa vectơ điện áp và dòng điện (f):

P = S *vì(f);

Q = S *tội(f);

S² = P² + Q².

Các thiết bị gia dụng trong đó tổng công suất có thể vượt quá đáng kể công suất tác dụng bao gồm tủ lạnh, máy giặt, đèn huỳnh quang và một số loại đèn tiết kiệm năng lượng cũng như các thiết bị điện tử công suất.

Trên động cơ, công suất tác dụng và hệ số thường được chỉ định. Trong trường hợp này, tổng công suất được tính như sau: S = P / cos(f) = 750 / 0,78 = 962 W

Ngoài ra còn có một thứ như sức mạnh đỉnh cao hoặc sức mạnh ban đầu. Thực tế là động cơ tăng tốc đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn là duy trì vòng quay của chúng. Do đó, khi bạn bật các thiết bị như tủ lạnh hoặc máy giặt, hiện tượng tăng tải ngắn hạn sẽ xảy ra trên một phần mạch điện.

Dòng khởi động có thể cao hơn nhiều lần so với dòng hoạt động. Khi tính toán yêu cầu phần cáp Khi chọn giá trị danh nghĩa của máy, điều này cần được tính đến.

Để làm được điều này, bạn cần xác định thiết bị có sự khác biệt lớn nhất về công suất khởi động và vận hành rồi cộng nó vào tổng giá trị. Dòng khởi động của các thiết bị khác có thể bị bỏ qua, vì xác suất kích hoạt đồng thời động cơ đối với những người tiêu dùng khác nhau trên thực tế là bằng không.

Mối quan hệ tuyến tính và pha

Ngày nay, việc đấu nối các đồ vật trong gia đình vào mạng điện ba pha đã trở nên phổ biến.

Điều này là chính đáng vì những lý do sau:

• Tiêu thụ năng lượng đáng kể. Trong trường hợp này, việc kết nối mạng một pha công suất cao sẽ rất không hợp lý do tiết diện cáp lớn và mức tiêu thụ vật liệu cao của máy biến áp.
• Sự sẵn có của các thiết bị hoạt động trên ba giai đoạn. Việc thực hiện mạch kết nối một thiết bị như vậy với mạch một pha không đơn giản lắm và có nhiều nhiễu xảy ra, chẳng hạn như khi khởi động động cơ không đồng bộ.

Có hai cách để kết nối các thiết bị ba pha - "ngôi sao" và "tam giác".

Sơ đồ truyền tải điện năng theo ba pha. Họ nhận được cái tên “ngôi sao” và “tam giác” do sự giống nhau về mặt hình học của chúng với những vật thể này

Trong các mạch kiểu sao, dòng điện tuyến tính và dòng pha giống hệt nhau và điện áp tuyến tính lớn hơn 1,73 lần so với điện áp pha:

TÔI_tôi = TÔI_f;

bạn_tôi = 1.73 * bạn_f.

Công thức này giải thích tỷ số điện áp đã biết cho mạng công nghiệp điện áp thấp và hộ gia đình có tần số 50 Hz: 220/380 V (theo GOST mới: 230/400 V).

Ngược lại, với kết nối tam giác, điện áp bằng nhau và dòng điện tuyến tính lớn hơn dòng pha:

TÔI_tôi = 1.73 * TÔI_f;

bạn_tôi = bạn_f.

Những công thức này chỉ có thể được sử dụng với tải pha đối xứng. Nếu mức tiêu thụ dòng điện trên các cáp là khác nhau (bộ thu không cân bằng), thì việc tính toán được thực hiện bằng cách sử dụng các quy tắc đại số vectơ và dòng điện cân bằng thu được sẽ được bù bằng dây trung tính. Tuy nhiên, đối với các mạng có kết nối thiết bị gia dụng thì trường hợp như vậy rất hiếm.

Mối quan hệ giữa các đại lượng cơ bản

Nhiệm vụ phổ biến nhất mà người tiêu dùng thông thường phải đối mặt là tính toán cường độ dòng điện thực tế. Vậy làm thế nào để tính toán chính xác cường độ dòng điện dựa trên các giá trị điện áp và công suất đã biết? Cần phải giải quyết bằng cách chứng minh các giá trị mặt cắt ngang của lõi và định mức của máy, có thông tin kỹ thuật về các thiết bị sẽ được cấp nguồn vào mạch này.

Sau khi tính toán dòng điện, các loại cáp có tiết diện cho phép nhỏ nhất thường được chọn. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng đúng, vì giải pháp như vậy dẫn đến những hạn chế đáng kể khi cần thêm các thiết bị điện mới vào mạng.

Đôi khi cần phải thực hiện các phép tính ngược và xác định tổng công suất có thể được kết nối với các thiết bị ở điện áp đã biết và dòng điện tối đa cho phép, vốn bị giới hạn bởi hệ thống dây điện hiện có.

Bạn có thể giải quyết hai vấn đề này đối với mạch một pha bằng công thức đơn giản:

TÔI = S / bạn;

S = bạn * TÔI,

Ở đâu S – tổng công suất của tất cả các hộ tiêu thụ điện.

Biểu đồ hình tròn phản ánh định luật Ohm và biểu thị sự phụ thuộc của công suất, dòng điện, điện áp và điện trở phù hợp để tính toán các thông số của mạch điện một pha

Để giải quyết vấn đề tính toán dòng điện bằng cách sử dụng các giá trị công suất và điện áp đã biết hoặc tính toán trong mạch ba pha, bạn cần biết tổng tải tác dụng lên từng pha.

Cả mặt cắt yêu cầu của lõi cáp và định mức tối thiểu cho phép của máy đều được chọn theo tuyến bận rộn nhất, có tính đến:

S = 3 * tối đa{S₁, S₂, S₃}.

TÔI = S / (bạn * 1.73).

Công suất cho phép của từng pha có thể được tính theo công thức sau:

S_1,2,3 TÔI * bạn / 1.73,

Ở đâu TÔI - dòng điện lớn nhất cho phép đối với hệ thống dây điện hiện có.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Tính toán cường độ dòng điện theo công suất để chọn tiết diện cáp: