Мощность ток напряжение. расчёт нагрузки и выбор питающих кабелей

Расчет тока по мощности и напряжению

1. Для чего нужен расчет тока
2. Расчет тока для однофазной сети
3. Расчет тока для трехфазной сети
4. Как определить мощност ь тока

Включение потребителей в бытовые или промышленные электрические сети с использованием кабеля меньшей мощност и, чем это необходимо, может вызвать серьезные негативные последствия. В первую очередь это приведет к постоянному срабатыванию автоматических выключателей или перегоранию плавких предохранителей. При отсутствии защиты питающий провод или кабель может перегореть. В результате перегрева изоляция оплавляется, а между проводами возникает короткое замыкание. Чтобы избежать подобных ситуаций, необходимо заранее выполнить расчет тока по мощност и и напряжению, в зависимости от имеющейся однофазной или трехфазной электрической сети.

Формула расчета сечения провода и как определяется сечение провода

Довольно много вопросов связано с определением сечения провода при построении электропроводки. Если углубиться в электротехническую теорию, то формула расчета сечения имеет такой вид:

Конечно же, на практике, такой формулой пользуются довольно редко, прибегая к более простой схеме вычислений. Эта схема довольно проста: определяют силу тока, которая будет действовать в цепи, после чего согласно специальной таблице определяют сечение. Более детально по этому поводу можно почитать в материале – «Сечение провода для электропроводки »

Приведем пример. Есть бойлер мощностью 2000 Вт, какое сечение провода должно быть, чтобы подключить его к бытовой электропрводке? Для начала определим силу тока, которая будет действовать в цепи:

Как видим, сила тока получается довольно приличной. Округляем значение до 10 А и обращаемся к таблице:

Таким образом, для нашего бойлера потребуется провод сечением 1,7 мм. Для большей надежности используем провод сечением 2 или 2,5 мм.

Автор — Антон Писарев

Формула расчета мощности электрического тока

Согласно закону Ома, сила тока(I) пропорциональна напряжению(U) и обратно пропорциональна сопротивлению(R), а мощность(P) рассчитывается как произведение напряжения и силы тока. Исходя из этого, ток в участке сети рассчитывается: I = P/U.

В реальных условиях в формулу добавляется еще одна составляющая и формула для однофазной сети приобретает вид:

где U для трехфазной сети принимается 380 В, cos φ – это коэффициент мощности, отражающий соотношение активной и реактивной составляющих сопротивления нагрузки.

Для современных блоков питания реактивная компонента незначительна, величину cos φ можно принимать равной 0,95. Исключение составляют мощные трансформаторы (например, сварочные аппараты) и электродвигатели, они имеют большое индуктивное сопротивление. В сетях, где планируется подключение подобных устройств, максимальную силу тока следует рассчитывать с использованием коэффициента cos φ, равного 0,8 или рассчитать силу тока по стандартной методике, а потом применить повышающий коэффициент 0,95/0,8 = 1,19.

Подставив действующие значения напряжения 220 В/380 В и коэффициента мощности 0,95, получаем I = P/209 для однофазной сети и I = P/624 для трехфазной сети, то есть в трехфазной сети при одинаковой нагрузке ток втрое меньше. Никакого парадокса тут нет, так как трехфазная проводка предусматривает три фазных провода, и при равномерной нагрузке на каждую из фаз она делится натрое. Поскольку напряжение между каждым фазным и рабочим нулевым проводами равно 220 В, можно и формулу переписать в другом виде, так она нагляднее: I = P/(3*220*cos φ).

Как рассчитать ток защитного автомата

Для группы розеток, предназначенных для питания бытовых электроприборов на кухне, необходимо подобрать защитный автоматический выключатель. Мощности приборов по паспортным данным составляют 2,0, 1,5 и 0,6 кВт.

Решение. В квартире используется однофазная переменная сеть 220 вольт. Общая мощность всех приборов, подключенных в работу одновременно, составит 2,0+1,5+0,6=4,1 кВт=4100 Вт.

По формуле I = P / U определим общий ток группы потребителей: 4100/220=18,64 А.

Ближайший по номиналу автоматический выключатель имеет величину срабатывания 20 ампер. Его и выбираем. Автомат меньшего значения на 16 А будет постоянно отключаться от перегрузки.

Ниже приводится таблица для скрытой проводки при однофазной схеме подключения квартиры для подбора провода при напряжении 220 В

Как видно из таблицы сечение жил зависит кроме нагрузки и от материала, из которого изготовлен провод.

В чем состоит отличие ампер и киловатт

Фундаментальное отличие между единицами измерения параметров электрической сети, которые вынесены в заголовок этого раздела, состоит в том, что они представляют собой численную меру различных физических величин.

В данном случае:

• амперы (сокращение А) показывают силу тока;
• ватты и киловатты (сокращение Вт и кВт, соответственно) характеризуют активную (фактически полезную) мощность.

На практике используется также расширенное описание мощности с измерением ее в вольт-амперах и, соответственно киловольт-амперы, которые кратко обозначаются как ВА и кВА.

Они, в отличие от Вт и кВт, которыми описывается активная мощность, указывают на полную мощность.

В цепях постоянного тока полная и активная мощности совпадают. Аналогично, в сети переменного тока при небольшой мощности нагрузки на инженерном уровне строгости можно не учитывать различие между Вт (кВт) и ВА (кВА), т.е. работать только с двумя первыми единицами.

Для таких цепей действует следующее простое соотношение:

W = U*I, (1)

где W – (активная) мощность, задаваемая в Вт, U –напряжение, указываемое в вольтах, I – сила тока, измеряемая в амперах.

При увеличении мощности нагрузки до уровня тысяча ватт и выше для постоянного тока соотношение (1) не меняется, а для переменного тока его целесообразно записать как:

W = U*I*cosφ, (2)

где cosφ – так называемый коэффициент мощности ли просто “косинус фи”, показывающий эффективность преобразования электрического тока в активную мощность.

По физическому смыслу φ представляет собой угол между векторами переменного тока и напряжения или угол фазового сдвига между напряжением и током.

Хорошим критерием необходимость учета данной особенности являются те случаи, когда в паспортных данных и/или на корпусных табличках-шильдиках электроприборов, преимущественно мощных, потреблением более 1 кВт, вместо кВт указывают ВА или кВА.

Обычно для бытовых электрических устройств с мощными электродвигателями (стиральные и посудомоечные машины, насосы и аналогичные им) можно положить cosφ = 0,85.

Это означает, что 85% потребляемой энергии является полезной, а 15% образует так называемую реактивную мощность, которая непрерывно переходит из сети в нагрузку и обратно до тех пор, пока в процессе этих переходов она не рассеется в виде тепла.

При этом сама сеть должна быть рассчитана именно на полную мощность, а не на полезную. Для указания этого факта ее указывают не в ваттах, а в вольт-амперах.

Как единица измерения ватт (воль-ампер) иногда оказывается слишком маленьким, что приводит к сложным для визуального восприятия числам с большим количеством знаков. С учетом этой особенности в ряде случаев мощность указывают в киловаттах и киловольт-амперах.

Для этих единиц справедливо:

1000 Вт = 1 кВт и 1000 ВА = 1кВА. (3).

Расчет электрических цепей

Все формулы, используемые для расчётов электроцепей, вытекают одна из другой.

Так, например, по формуле расчета мощности можно произвести расчет силы тока, если известны P и U.

Чтобы узнать, какой ток будет потреблять утюг (1100 Вт), включенный в сеть 220 В, нужно выразить силу тока из формулы мощности:

I = P/U = 1100/220 = 5 A.

Зная расчётное сопротивление спирали электроплиты, можно найти P устройства. Мощность через сопротивление узнают по формуле:

Существует несколько методов, позволяющих решать поставленные задачи по расчётам различных параметров заданной цепи.

Расчёт мощности для цепей разного рода тока помогает правильно оценить состояние линий электропитания. Бытовые и промышленные аппараты, подобранные в соответствии с заданными параметрами Pном и S, будут работать надёжно и выдерживать максимальные нагрузки годами.

Особенности и принцип действия вакуумных выключателей

Подбираем номинал автоматического выключателя

Применив формулу I = P/209, получим, что при нагрузке с мощностью 1 кВт ток в однофазной сети будет 4,78 А. Напряжение в наших сетях не всегда равно в точности 220 В, поэтому не будет большой ошибкой силу тока считать с небольшим запасом как 5 А на каждый киловатт нагрузки. Сразу же видно, что в удлинитель, промаркированный «5 А», утюг мощностью 1,5 кВт включать не рекомендуется, так как ток будет в полтора раза превышать паспортную величину. А еще сразу можно «проградуировать» стандартные номиналы автоматов и определить, на какую нагрузку они рассчитаны:

• 6 А – 1,2 кВт;
• 8 А – 1,6 кВт;
• 10 А – 2 кВт;
• 16 А – 3,2 кВт;
• 20 А – 4 кВт;
• 25 А – 5 кВт;
• 32 А – 6,4 кВт;
• 40 А – 8 кВт;
• 50 А – 10 кВт;
• 63 А – 12,6 кВт;
• 80 А – 16 кВт;
• 100 А – 20 кВт.

С помощью методики «5 ампер на киловатт» можно оценить силу тока, возникающую в сети при подключении бытовых устройств. Интересуют пиковые нагрузки на сеть, поэтому для расчета следует использовать максимальную потребляемую мощность, а не среднюю. Эта информация содержится в документации на изделия. Вряд ли стоит самому рассчитывать этот показатель, суммируя паспортные мощности компрессоров, электродвигателей и нагревательных элементов, входящих в устройство, так как есть еще такой показатель, как коэффициент полезного действия, который придется оценивать умозрительно с риском сильно ошибиться.

При проектировании электропроводки в квартире или загородном доме не всегда доподлинно известны состав и паспортные данные электрооборудования, которое будет подключаться, но можно воспользоваться ориентировочными данными обычных для нашего быта электроприборов:

• электросауна (12 кВт) – 60 А;
• электроплита (10 кВт) – 50 А;
• варочная панель (8 кВт) – 40 А;
• электроводонагреватель проточный (6 кВт) – 30 А;
• посудомоечная машина (2,5 кВт) – 12,5 А;
• стиральная машина (2,5 кВт) – 12,5 А;
• джакузи (2,5 кВт) – 12,5 А;
• кондиционер (2,4 кВт) – 12 А;
• СВЧ-печь (2,2 кВт) – 11 А;
• электроводонагреватель накопительный (2 кВт) – 10 А;
• электрочайник (1,8 кВт) – 9 А;
• утюг (1,6 кВт) – 8 А;
• солярий (1,5 кВт) – 7,5 А;
• пылесос (1,4 кВт) – 7 А;
• мясорубка (1,1 кВт) – 5,5 А;
• тостер (1 кВт) – 5 А;
• кофеварка (1 кВт) – 5 А;
• фен (1 кВт) – 5 А;
• настольный компьютер (0,5 кВт) – 2,5 А;
• холодильник (0,4 кВт) – 2 А.

Потребляемая мощность осветительных приборов и бытовой электроники невелика, в целом суммарную мощность осветительных приборов можно оценить в 1,5 кВт и автомата на 10 А на группу освещения достаточно. Бытовая электроника подключается к тем же розеткам, что и утюги, дополнительные мощности резервировать для нее нецелесообразно.

Если просуммировать все эти токи, цифра получается внушительная. На практике, возможности подключения нагрузки ограничивает величина выделенной электрической мощности, для квартир с электрической плитой в современных домах она составляет 10 -12 кВт и на квартирном вводе стоит автомат номиналом 50 А. И эти 12 кВт надо распределить, учитывая то, что самые мощные потребители сосредоточены на кухне и в ванной комнате. Проводка будет доставлять меньше поводов для беспокойства, если разбить ее на достаточное количество групп, каждая со своим автоматом. Для электроплиты (варочной панели) делается отдельный ввод с автоматом на 40 А и устанавливается силовая розетка с номинальным током 40 А, ничего больше туда подключать не надо. Для стиральной машины и другого оборудования ванной комнаты делается отдельная группа, с автоматом соответствующего номинала. Эту группу обычно защищают УЗО с номинальным током на 15% большим, чем номинал автоматического выключателя. Отдельные группы выделяют для освещения и для настенных розеток в каждой комнате.

На расчет мощностей и токов придется потратить некоторое время, но можно быть уверенным, что труды не пропадут даром. Грамотно спроектированная и качественно смонтированная электропроводка – залог комфорта и безопасности вашего жилища.