Výkon třífázové sítě: výpočet celkového výkonu pomocí vzorce

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.

V drtivé většině případů se v domech a bytech používá třífázová síť. Často se však používají zařízení, která vyžadují jednofázové napájení. Chcete-li lépe porozumět funkcím používání třífázové sítě, musíte pochopit, jak funguje. Článek podrobně pojednává o tom, jak správně určit jeho sílu a jak ji lze použít.

Co je to třífázová síť v elektřině

Vícefázová střídavá elektrická síť vznikla zásluhou amerického vědce N. Tesly. V Rusku vědec M. Dolivo-Dobrovolsky vyvinul a propagoval rozšířenou implementaci třífázové elektrické sítě.

Jsou přiváděny tři fáze střídavého proudu, které mají stejnou amplitudu a jsou vůči sobě posunuté o 120°. Fáze mohou být vzájemně propojeny několika způsoby. Nejběžnější z nich jsou „hvězda“ a „trojúhelník“.

V prvním případě mají jeden společný drát. S tímto případem použití je možné dodávat síťové nebo fázové napětí. V bytě je první 380 V, druhý je 220 V. Společný vodič je obvykle spojen se zemí, i když existují schémata zapojení, ve kterých tomu tak není.

Pro vaše informace! Při zapojení do trojúhelníku je každý fázový výstup připojen k jednomu výstupu druhé fáze.

Vlastnosti třífázové sítě

Použití třífázového napájení si získalo velkou popularitu z následujících důvodů:

• Tímto způsobem jsou minimalizovány ztráty při přenosu elektřiny na velké vzdálenosti;
• třífázové obvody vyžadují méně dílů a materiálů pro realizaci ve srovnání s jednofázovými;
• V síti je možné zajistit napájení 380 V nebo 220 V.

Dávejte pozor! Třífázové napětí se často používá k napájení asynchronních motorů, některých topných zařízení a k provozu výkonných zařízení.

Jaká je současná síla třífázové sítě

V praxi je výkon elektrického spotřebiče často známou veličinou. Protože se pro napájení ve většině případů používá napětí 220 V, jsou k dispozici všechny potřebné údaje pro výpočet síly proudu. Tato hodnota je důležitá pro porovnání s maximální přípustnou hodnotou pro použité vodiče, zásuvky a prodlužovací šňůry.

Mohlo by vás zajímat střídavé napětí

Důležité! Nadměrný proud může vypálit pojistky nebo poškodit prodlužovací kabel, který používáte.

Pro určení aktuální síly můžete použít výkonový vzorec: P = sq. odmocnina(3) * U(l) * I(l) * cos(“phi”).

Zde můžete použít známá data:

• P je výkon elektrického spotřebiče, známý z jeho návodu k obsluze;
• U(l). Ve většině případů mluvíme o napětí 220 V (u zařízení s třífázovým napájením bude tato hodnota rovna 380 V).

Význam a vzorec pro cos („phi“) obvykle nejsou přesně známy. Jsou převzaty z technického listu zařízení nebo pro tyto informace naleznete v referenčních knihách. U určitých typů zařízení je tato hodnota zpravidla známá. Například u topných zařízení se blíží 1 a u elektromotorů je to 0,7-0,9.

Na základě výše uvedeného vzorce lze tedy na základě známých dat vypočítat proudovou sílu.

Jaká je jeho standardní spotřeba?

Chcete-li vypočítat elektrickou energii spotřebovanou bytem nebo soukromým domem, musíte vzít v úvahu spotřebu energie všech používaných elektrických spotřebičů. Je vhodné to provést ve dvou fázích:

1. Zvažte všechna zařízení, která vyžadují napájení pomocí tří fází.
2. Sečtěte spotřebu jednofázových zařízení.

Požadované hodnoty lze převzít buď z technického listu elektrického zařízení nebo z technické referenční knihy. V případě potřeby lze tuto hodnotu vypočítat na základě provedených měření. V reálném životě se zařízení téměř nikdy nezapínají současně.

Dávejte pozor! Znalost maximálního množství spotřebované energie vám umožní správně organizovat napájení vašeho domu nebo bytu.

Na základě získaných dat je možné pomocí výkonových vzorců vypočítat, jaký je maximální přípustný proud v třífázové síti, kterému musí elektrické vedení odolat. To vám umožní správně vybrat pojistky a vodiče používané ve vnitřní elektrické síti.

Jak správně vypočítat výkon třífázové sítě

Pokud třífázová síť používá připojení do trojúhelníku, mohou spotřebitelé přijímat jednofázové fázové nebo lineární napětí. Navíc bude mít různé hodnoty: první bude přibližně 1,71krát menší než druhá (přesná hodnota se rovná druhé odmocnině ze 3). Síla proudu v prvním a druhém případě se snadno spočítá – bude stejná.

Možná vás bude zajímat rozdíl mezi RJ-11 a RJ-12

Pro vaše informace! Je-li použita možnost zapojení do trojúhelníku, bude napětí ve vedení a ve fázi stejné. Fázový proud však bude 1,71krát menší než lineární.

Následující text popisuje, jak vypočítat výkon třífázové sítě. K tomu je nutné sečíst mocniny všech tří fází. Jako příklad trojúhelníkové spojení. V tomto případě je tato charakteristika pro každou fázi určena následujícím vzorcem: P1 = U(f) * I(f) * cos(“phi”).

Vzorec pro výpočet výkonu třífázové sítě používá následující zápisy:

• P1 – výkon každé ze tří fází;
• U (f) – fázové napětí;
• I (f) – síla fázového proudu;
• „phi“ je úhel určený poměrem činného a jalového výkonu.

Výkon uvolněný při zátěži zahrnuje aktivní a reaktivní složky. Mezi nimi je fázový posun „phi“. Jeho smyslem je, že pomocí zadaného koeficientu se určí podíl jalového výkonu na jeho celkové hodnotě.

Chcete-li určit výkon třífázové sítě, musíte sečíst výkon všech tří fází. Vzorec je následující: P = 3 * (U (f) * I (f) * cos(“phi”)). P znamená požadovanou hodnotu. Při výpočtu lze tuto hodnotu určit pomocí lineárních hodnot proudu a napětí. Protože U(f) = U(l) / čtvereční. odmocnina(3) a I(f) = I(l), pak lze výkon vypočítat tímto způsobem.

P = 3 * (U(f) * I(f) * cos(phi)) = 3 * (U(l) * I(l) * cos(phi) / druhá odmocnina (3)) = čtverec. odmocnina(3) * U(l) * I(l) * cos(“phi”).

Při připojení pomocí trojúhelníkového obvodu se výpočty provádějí podobným způsobem. Při výpočtu činného výkonu v třífázové síti je nutné vzít v úvahu, že fázové a síťové napětí budou stejné, ale fázový proud bude v kV. kořen (3) je menší než lineární.

Dávejte pozor! Po dokončení transformací bude vzorec výkonu třífázového proudu stejný jako u hvězdicového zapojení.

Použití třífázových sítí má své důležité výhody a je rozšířené. Chcete-li je správně provozovat, musíte znát charakteristiky a vzorce pro výpočet napětí.

Pomohl článek? Hodnotit