Jak vypočítat výkon pro jednofázový třífázový obvod?

Majitelé bytů, soukromých domů a dalších elektrifikovaných objektů se často potýkají s otázkou stanovení hodnot základních elektrických veličin, protože výpočet výkonu na základě přípustné intenzity proudu a známého napětí nebo řešení inverzního problému není příliš jednoduché. .

Přímá aplikace známého Ohmova zákona bez zohlednění vlastností domácích sítí a zařízení může vést k nesprávnému výsledku.

V tomto materiálu pochopíme, co je síla, a řekneme vám, jak vypočítat tento indikátor.

Základní pojmy veličin

Elektrické výpočty jsou založeny na dobře známých vztazích mezi proudem (I, Ampere), napětím (U, Volt), hodnotou výkonu (P, Watt) a odporem (R, Ohm). Praktické výpočty obvykle vyžadují znalost hodnot prvních tří.

Upozorňujeme, že číselné vyjádření uvedených hodnot nestačí – jsou potřeba další charakteristiky, které odhalí režim spotřeby energie.

Síla elektrického proudu

Výpočet dostatečného průřezu vodičů a jmenovitého výkonu jističe pro konkrétní větev elektrické sítě se provádí podle hodnoty maximálního možného proudu pro tento úsek. To je nutné, aby se zabránilo vznícení elektroinstalace, což často vede k požáru.

Provozní parametry strojů a proudových chráničů se volí podle požadavků předpisů. Pro určení přípustného průřezu žil v závislosti na maximální možné proudové síle je nutné použít tabulku poskytnutou výrobcem produktu, protože kabely jsou nejčastěji vyráběny podle specifikací, nikoli podle GOST.

Kabely vyrobené v souladu s GOST (vlevo) a TU (vpravo) se stejnými značkami se liší jak vizuálně, tak v základních vlastnostech

Protože sílu elektrického proudu lze vypočítat na základě energie spotřebované zařízeními a síťového napětí, je nutné správně určit hodnoty těchto dvou indikátorů.

Napětí v domácnosti

Mnoho majitelů bytů se domnívá, že standardní fázové napětí pro potřeby domácnosti je přibližně 220 V. Ve většině případů je to pravda. Ačkoli GOST 29322-2014 od 01.10.2015 v rámci Ruské federace mělo dojít k přechodu na systém 230 V kompatibilní se zeměmi EHS.

Odchylka 5 % od normy je přijatelná pro jakékoli období a 10 % pro období nepřesahující 1 hodinu. Podle starých pravidel tedy může hodnota napětí kolísat v rozmezí od 198 do 242 V a podle současné GOST – od 207 do 253 V.

Existují i ​​případy, kdy je napětí v síti dlouhodobě výrazně nižší než standardní. Tato situace nastává, když je celkový výkon elektrospotřebičů připojených na pobočku mnohem vyšší, než je plánováno a při zapnutí většiny z nich dochází k „výpadku sítě“.

Tento problém se vyskytuje v oblasti odpovědnosti organizací odpovědných za dodávku elektřiny a je spojen s přetěžováním distribučních transformátorů, zhoršováním stavu rozvoden nebo nedostatečným průřezem vodičů.

Snížení vstupního napětí vede nejen ke změně parametru proudu a možnému vypnutí ochrany, ale také k rychlému výpadku elektrických spotřebičů obsahujících asynchronní elektromotory nebo složité elektroniky.

Chcete-li zjistit skutečnou hodnotu napětí, musíte pravidelně provádět měření pomocí voltmetru. Pokud ukazatele velmi kolísají, pak je nutné použít stabilizátor nebo dražší měnič s funkcí akumulace elektřiny.

Nuance v pojetí výkonu elektrických spotřebičů

Všechna zařízení, která spotřebovávají elektřinu, mají takový parametr jako výkon. Čím vyšší je tento indikátor, tím více energie zařízení odebírá z obvodu.

Existují tři typy napájení:

• Aktivní (P). Charakterizuje rychlost přeměny elektrické energie na jinou formu, například elektromagnetickou nebo tepelnou. Je třeba ji zohlednit při výpočtu nevratných nákladů na elektrickou energii, a tedy i nákladů na provoz zařízení. Jednotka měření – W.
• Reaktivní (Q). Charakterizuje energii, která přichází ze zdroje (transformátoru) do reaktivních prvků spotřebiče (kondenzátory, vinutí motoru), ale poté se téměř okamžitě vrací do zdroje. Jednotkou měření je W nebo var (interpretace je jalový voltampér).
• Plný (S). Charakterizuje zatížení, které spotřebitel působí na prvky obvodu. Používá se při výpočtu průřezové plochy kabelu a výběru jmenovitého výkonu strojů, to znamená, že proudová síla se vypočítá na základě plného výkonu všech elektrických spotřebičů připojených k obvodu. Jednotkou měření je W nebo V*A (V*A – voltampéry).

Všechny tyto parametry lze přepočítat pomocí fázového úhlu, který vzniká mezi vektorem napětí a proudem (f):

Mezi domácí spotřebiče, u kterých může celkový výkon výrazně převyšovat činný výkon, patří chladničky, pračky, zářivky a některé úsporné zářivky a také jednotky výkonové elektroniky.

Na motorech je obvykle uveden činný výkon a koeficient. V tomto případě se celkový výkon vypočítá následovně: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Existuje také něco jako špičkový nebo startovací výkon. Faktem je, že zrychlení motorů vyžaduje mnohem více úsilí než udržení jejich rotace. Když tedy zapnete spotřebiče, jako je lednička nebo pračka, dojde na části okruhu ke krátkodobému rázu zátěže.

Startovací proudy mohou být několikanásobně vyšší než provozní proudy. Toto je třeba vzít v úvahu při výpočtu požadovaného průřezu kabelu a výběru jmenovitého výkonu stroje.

K tomu je třeba určit zařízení s největším rozdílem ve startovacím a provozním výkonu a přidat jej k celkové hodnotě. Startovací proudy jiných zařízení lze ignorovat, protože pravděpodobnost současné aktivace motorů pro různé spotřebiče je prakticky nulová.

Lineární a fázové vztahy

V současné době se rozšířila praxe připojení domácích předmětů k třífázovým elektrickým sítím.

To je oprávněné z následujících důvodů:

• Značná spotřeba energie. V tomto případě bude připojení vysoce výkonné jednofázové sítě velmi iracionální kvůli velkému průřezu kabelu a vysoké spotřebě materiálu transformátoru.
• Dostupnost zařízení pracujících na třech fázích. Realizace obvodu pro připojení takového zařízení k jednofázovému obvodu není příliš jednoduchá a je zatížena rušením, ke kterému dochází například při spouštění asynchronního motoru.

Existují dva způsoby připojení třífázových zařízení – „hvězda“ a „trojúhelník“.

Schématická schémata přenosu výkonu ve třech fázích. Dostali jména „hvězda“ a „trojúhelník“ kvůli jejich geometrické podobnosti s těmito objekty

V obvodech hvězdicového typu jsou lineární a fázové proudy totožné a lineární napětí je 1,73krát větší než fázové napětí:

Tento vzorec vysvětluje známý poměr napětí pro domácnosti a průmyslové sítě nízkého napětí s frekvencí 50 Hz: 220 / 380 V (podle nového GOST: 230 / 400 V).

U trojúhelníkového zapojení je naopak napětí stejné a lineární proudy jsou větší než fázové proudy:

Tyto vzorce lze použít pouze se symetrickým fázovým zatížením. Pokud je odběr proudu přes kabely odlišný (nesymetrický přijímač), provedou se výpočty pomocí pravidel vektorové algebry a výsledný vyrovnávací proud je kompenzován neutrálním vodičem. U sítí s připojenými domácími spotřebiči jsou však takové případy vzácné.

Vztah mezi základními veličinami

Nejběžnějším úkolem běžných spotřebitelů je výpočet skutečné intenzity proudu. Jak tedy správně vypočítat proud na základě známých hodnot napětí a výkonu? Je nutné to vyřešit zdůvodněním průřezových hodnot jader a jmenovitého výkonu stroje s technickými informacemi o zařízeních, která budou napájena do tohoto obvodu.

Po výpočtu proudu se často volí kabely s nejmenším přípustným průřezem. To však není vždy správné, protože takové řešení vede k výrazným omezením, když je nutné do sítě přidat nové elektrické spotřebiče.

Někdy je nutné provést zpětné výpočty a určit, jaký celkový výkon lze připojit k zařízením se známým napětím a maximálním přípustným proudem, který je omezen stávajícím zapojením.

Tyto dva problémy pro jednofázový obvod můžete vyřešit pomocí jednoduchého vzorce:

kde S – celkový celkový výkon všech elektrických spotřebičů.

Pro výpočet parametrů jednofázového obvodu je vhodný koláčový graf odrážející Ohmův zákon a vyjadřující závislost výkonu, proudu, napětí a odporu

Chcete-li vyřešit problém výpočtu síly proudu ze známých nebo vypočtených hodnot výkonu a napětí v třífázovém obvodu, musíte znát celkové zatížení každé fáze.

Jak požadovaný průřez žil kabelu, tak i minimální přípustný jmenovitý výkon stroje se volí podle nejvytíženější linky s ohledem na to, že:

Přípustný výkon pro každou fázi lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

kde I – maximální přípustný proud pro stávající vedení.

Závěry a užitečné video k tématu

Výpočet síly proudu podle výkonu pro výběr průřezu kabelu:

Určení příkonu skupin elektrických spotřebičů na příkladu soukromého domu:

Můžete vypočítat proudovou sílu a určit parametry zapojení nebo sami určit přípustný výkon ve stávajícím obvodu. Pro správné vyřešení problému je nutné vzít v úvahu nuance, které se objevují v praxi, a nejen používat známé vzorce, které fungují za „ideálních“ podmínek.

Pokud máte dotazy k tématu článku nebo můžete k tomuto materiálu přidat zajímavé informace, zanechte prosím své komentáře v bloku níže.

Mnozí slyšeli taková tajemná slova jako jednu fázi, třífázový, nula, uzemnění nebo zeměa vězte, že toto jsou důležité pojmy ve světě elektřiny. Ne každý však chápe, co znamenají a jaký mají vztah k okolní realitě. Je však nutné to vědět.

Aniž bychom zacházeli do technických detailů, které nejsou pro domácího kutila nutné, můžeme to říci třífázová síť – jedná se o způsob přenosu elektrického proudu, kdy střídavý proud protéká třemi vodiči a jedním se vrací zpět. Výše uvedené vyžaduje určité objasnění. Jakýkoli elektrický obvod se skládá ze dvou vodičů. Jedním způsobem jde proud ke spotřebiteli (například rychlovarná konvice) a druhým jej vrací zpět. Pokud takový obvod otevřete, nebude proudit žádný proud. To je celý popis jednofázové sítě (obr. 1).

Rýže. 1. Jednofázové schéma zapojení

Drát, kterým proud protéká, se nazývá fáze nebo jednoduše fáze a přes který se vrací – nula nebo nula. Třífázový obvod se skládá ze tří fázových vodičů a jednoho zpětného vodiče. To je možné, protože fáze střídavého proudu v každém ze tří vodičů je posunuta vůči sousednímu o 120 °C (obr. 2). Na tuto otázku pomůže podrobněji odpovědět učebnice elektromechaniky.

Rýže. 2. Třífázové schéma zapojení

K přenosu střídavého proudu dochází právě pomocí třífázových sítí. To je ekonomicky výhodné – nejsou potřeba další dva neutrální vodiče. Při přiblížení ke spotřebiteli je proud rozdělen do tří fází a každé z nich je přiřazena nula. Tak se dostává do bytů a domů. I když někdy je třífázová síť dodávána přímo do domu. Zpravidla se bavíme o soukromém sektoru a tento stav má svá pro i proti. O tom bude řeč později.
Země, nebo přesněji, uzemnění – třetí drát dovnitř jednofázová síť. V podstatě nenese pracovní zátěž, ale slouží jako jakási pojistka.
To lze vysvětlit na příkladu. Když se elektřina vymkne kontrole (např. zkrat), hrozí nebezpečí požáru nebo úrazu elektrickým proudem. Aby se tomu zabránilo (to znamená, že aktuální hodnota by neměla překročit úroveň, která je bezpečná pro lidi a zařízení), je zavedeno uzemnění. Přes tento drát jde přebytečná elektřina doslova do země (obr. 3).

Rýže. 3. Nejjednodušší schéma uzemnění

Další příklad. Řekněme, že při provozu elektromotoru pračky dojde k malé poruše a část elektrického proudu dosáhne vnějšího kovového pláště zařízení. Pokud nedojde k uzemnění, bude tento náboj dále putovat po pračce. Když se ho člověk dotkne, okamžitě se stane nejpohodlnějším vývodem této energie, to znamená, že dostane elektrický šok. Pokud je v této situaci zemnící vodič, přebytečný náboj po něm stéká, aniž by někomu ublížil. Navíc lze říci, že nulový vodič může být také uzemnění a v zásadě je, ale pouze v elektrárně.

Někteří řemeslníci, opírající se o základní znalosti elektrotechniky, instalují neutrální vodič jako uzemňovací. Nikdy to nedělej. Pokud se nulový vodič přeruší, kryty uzemněných zařízení budou pod napětím 220 V.

V 99% případů je pro byt instalována jednofázová síť. Je velmi snadné jej odlišit od třífázového. Pokud má příchozí kabel 3 nebo 2 vodiče, pak je síť jednofázová, když 5 nebo 4 – třífázová (obr. 4).

Rýže. 4. Kabel se stane čtyřžilovým nebo dvoužilovým, pokud je odstraněn zemnící vodič

Jak víte, třífázový proud protéká dráty, které přenášejí energii na vzdálenost – to je výhodnější. Do bytu vstupuje jednofázově. K rozdělení třífázového obvodu na 3 jednofázové dochází v ASU. Vede tam pětižilový kabel a vystupuje třížilový kabel (obr. 5).

Rýže. 5. Schéma rozdělení třífázové sítě na jednofázové spotřebiče

Na otázku, kam jdou další 2, je odpověď jednoduchá: živí jiné byty. To neznamená, že jsou jen 3 byty, může jich být tolik, dokud to kabel vydrží. Jde jen o to, že uvnitř stínění je obvod pro rozpojení třífázového obvodu na jednofázové (obr. 6).

Rýže. 6. Jednofázová elektrická síť

Ke každé fázi zasahující do bytu jsou přidány nula и uzemnění, a takto získáte třížilový kabel.
Ideálně v třífázová síť jen jedna nula. Více není potřeba, protože proud je fázově posunutý vůči sobě o jednu třetinu. Nula je nulový vodič, ve kterém není žádné napětí. Nemá žádný potenciál vzhledem k zemi, na rozdíl od fázového potenciálu, ve kterém je napětí rovno 220 B. V páru fáze-fáze napětí 380 B. V třífázové síti, ke které není nic připojeno, není v nulovém vodiči žádné napětí. Nejzajímavější věci se začnou dít, když je síť připojena k jednofázovému obvodu. Jedna fáze vstupuje do bytu, kde jsou 2 žárovky a lednice, a druhá – kde je 5 klimatizací, 2 počítače, sprcha, indukční vařič atd. (obr. 7).

Rýže. 7. Třífázová elektrická síť

Je jasné, že zatížení těchto 2 fází není stejné a o nějakém nulovém vodiči se nemluví. Objevuje se na něm i napětí a čím je zatížení nerovnoměrnější, tím je větší.

Fáze se již vzájemně neruší, aby byla celková nula.
V poslední době se situace s nekompenzací proudů v takové síti zhoršila výskytem nových elektrických spotřebičů, které se nazývají pulzní. Po zapnutí spotřebují mnohem více energie než při běžném provozu. Tato pulzní zařízení ve spojení s různým zatížením fází vytvářejí takové podmínky, že v nulovém vodiči (nule) vzniká napětí, které může být 2x větší než v kterékoli fázi. Neutrál je však stejný sekce, jako fázový vodič, ale zatížení je větší.
Proto v poslední době vznikl fenomén tzv nulové vyhoření – nulový vodič se jednoduše nedokáže vyrovnat se zátěží a vyhoří. S tímto jevem není snadné bojovat: musíte buď zvětšit průřez nulového vodiče (což je drahé), nebo rovnoměrně rozložit zátěž mezi 3 fáze (což je v bytovém domě nemožné). V nejhorším případě si můžete koupit redukční izolační transformátor, známý také jako Regulátor napětí.

V soukromí dům situace je lepší, protože vlastník je pouze jeden a distribuce elektřiny mezi fázemi je mnohem jednodušší. Je to dokonce zábavná činnost. vypočítat výkon elektrické spotřebiče a rozdělit je napříč fázemi tak, aby zátěž byla stejná. Všechny výpočty se provádějí přibližně a vůbec to neznamená, že musíte zapnout světla a 2 televizory, a pokud truhlářský stroj začne pracovat na ulici, je to přehnané. Vše závisí na přání majitele domu: nainstalovat třífázovou síť nebo jednofázovou síť. Jsou zde pro a proti.

Nevýhody třífázové sítě 2.

1. Napětí v určité oblasti je vysoce závislé na práci ostatních. Pokud je jedna z fází přetížena, ostatní nemusí fungovat správně. To se může projevit jakkoli. Abyste tomu zabránili, potřebujete stabilizátor – není to levná věc.
2. Potřebujete zařízení v rozvaděči určené speciálně pro třífázovou síť a také náklady na instalaci třífázové sítě. Budou větší než u jednofázových. Kromě toho musíte znát pravidla pro provoz třífázových sítí.

Výhody třífázové sítě také 2.

1. Třífázová síť umožňuje získat více energie. Pokud jednofázová síť s celkovým výkonem zařízení 10 kW již zažívá přetížení, pak se třífázová síť dobře vyrovná s 30 kW. Příklad je velmi jednoduchý. Pokud z elektrického vedení do domu vstupuje pouze 1 fáze, pak při průřezu přívodního vodiče 16 mm2 max. мощность bude pouze 14 kW, a pokud jsou všechny 3 fáze již 42 kW. Rozdíl je docela patrný.
2. Zapojování elektrických spotřebičů, které mají třífázový proud (elektrické sporáky), se stává extrémně snadným. Nejdůležitější věcí v případě soukromého domu jsou třífázové elektromotory, které jsou instalovány na mnoha strojích.