Come calcolare potenza, corrente e tensione: principi ed esempi di calcoli per le condizioni domestiche

I proprietari di appartamenti, case private e altri oggetti elettrificati si trovano spesso di fronte alla questione di determinare i valori delle grandezze elettriche di base, poiché non è molto semplice calcolare la potenza in base all'intensità di corrente consentita e ad una tensione nota o risolvere il problema problema inverso.

L'applicazione diretta della nota legge di Ohm senza tenere conto delle caratteristiche delle reti e dei dispositivi domestici può portare a un risultato errato.

In questo materiale capiremo cos'è il potere e ti diremo come calcolare questo indicatore.

Concetti base sulle quantità

I calcoli elettrici si basano su relazioni ben note tra corrente (I, Ampere), tensione (U, Volt), valore di potenza (P, Watt) e resistenza (R, Ohm). I calcoli pratici richiedono solitamente la conoscenza dei valori dei primi tre.

Ti avvertiamo che le espressioni numeriche dei valori elencati non sono sufficienti: sono necessarie caratteristiche aggiuntive che rivelino la modalità di consumo energetico.

Intensità della corrente elettrica

Il calcolo della sezione trasversale sufficiente dei conduttori e la classificazione dell'interruttore automatico per un ramo specifico della rete elettrica viene effettuato in base al valore della massima intensità di corrente possibile per questa sezione. Ciò è necessario per evitare che il cablaggio prenda fuoco, il che spesso provoca un incendio.

Lavoratori parametri della macchina e gli RCD sono selezionati in base ai requisiti normativi.Per determinare la sezione trasversale consentita dei conduttori in base alla massima intensità di corrente possibile, è necessario utilizzare la tabella fornita dal produttore del prodotto, poiché i cavi sono spesso prodotti secondo le specifiche e non secondo GOST.

Avendo gli stessi contrassegni, i cavi prodotti secondo GOST (a sinistra) e TU (a destra) differiscono sia visivamente che nelle caratteristiche di base

Poiché l'intensità della corrente elettrica può essere calcolata in base alla potenza consumata dai dispositivi e alla tensione di rete, è necessario determinare correttamente i valori di questi due indicatori.

Voltaggio domestico

Molti proprietari di appartamenti ritengono che la tensione di fase standard per le esigenze domestiche sia di circa 220 V. Nella maggior parte dei casi, questo è vero. Sebbene GOST29322-2014 dal 01/10/2015 all'interno della Federazione Russa è previsto il passaggio ad un sistema a 230 V compatibile con i paesi CEE.

Una deviazione del 5% dallo standard è accettabile per qualsiasi periodo e del 10% per un periodo non superiore a 1 ora. Pertanto, secondo le vecchie regole, il valore della tensione può variare nell'intervallo da 198 a 242 V e, secondo l'attuale GOST, da 207 a 253 V.

Ci sono anche casi in cui la tensione nella rete per lungo tempo è significativamente inferiore a quella standard. Questa situazione si verifica quando la potenza totale degli elettrodomestici collegati alla filiale è molto superiore a quella prevista e quando la maggior parte di essi è accesa, si verifica un “prelievo di rete”.

Questo problema si verifica nell'area di responsabilità delle organizzazioni responsabili della fornitura di energia elettrica ed è associato al sovraccarico dei trasformatori di distribuzione, al deterioramento delle sottostazioni o alla sezione trasversale dei cavi insufficiente.

Una tensione di ingresso ridotta porta non solo a una modifica dei parametri di corrente e al possibile intervento della protezione, ma anche a un rapido guasto degli apparecchi elettrici contenenti motori elettrici asincroni o componenti elettronici complessi

Per scoprirne il significato tensione reale è necessario effettuare periodicamente misurazioni utilizzando un voltmetro. Se gli indicatori fluttuano notevolmente, è necessario utilizzarli stabilizzatore o un convertitore più costoso con funzione di accumulo di elettricità.

Sfumature nel concetto di potenza degli elettrodomestici

Tutti i dispositivi che consumano elettricità hanno un parametro come la potenza. Più alto è questo indicatore, maggiore è l'energia che il dispositivo preleva dal circuito.

Esistono tre tipi di potere:

• Attivo (P). Caratterizza la velocità di conversione dell'energia elettrica in un'altra forma, ad esempio elettromagnetica o termica. Deve essere preso in considerazione nel calcolo dei costi irreversibili dell'elettricità e quindi del costo di funzionamento del dispositivo. Unità di misura – W.
• Reattivo (Q). Caratterizza l'energia che proviene dalla fonte (trasformatore) agli elementi reattivi del consumatore (condensatori, avvolgimenti del motore), ma poi ritorna quasi istantaneamente alla fonte. L'unità di misura è W o var (l'interpretazione è volt-ampere reattivo).
• Pieno (S). Caratterizza il carico che il consumatore impone sugli elementi del circuito. Viene utilizzato quando si calcola la sezione trasversale del cavo e si sceglie la valutazione delle macchine, ovvero l'intensità di corrente viene calcolata in base alla piena potenza di tutti gli apparecchi elettrici collegati al circuito. L'unità di misura è W o V*A (V*A – volt ampere).

Tutti questi parametri possono essere ricalcolati attraverso l'angolo di fase che si verifica tra il vettore tensione e corrente (F):

P = S *così(F);

Q = S *peccato(F);

S² = P² + Q².

I dispositivi domestici in cui la potenza totale può superare significativamente la potenza attiva includono frigoriferi, lavatrici, lampade fluorescenti e alcune lampade a risparmio energetico, nonché unità elettroniche di potenza.

Sui motori solitamente vengono indicati la potenza attiva e il coefficiente. In questo caso la potenza totale si calcola come segue: S = P / cos(f) = 750 / 0,78 = 962 W

Esiste anche la potenza di picco o di avviamento. Il fatto è che accelerare i motori richiede uno sforzo molto maggiore che mantenerne la rotazione. Pertanto, quando si accendono apparecchi come un frigorifero o una lavatrice, si verifica un aumento di carico a breve termine su una sezione del circuito.

Le correnti di avviamento possono essere molte volte superiori alle correnti di esercizio. Nel calcolare il necessario sezioni di cavo Quando si seleziona il valore nominale della macchina, è necessario tenerne conto.

Per fare ciò, è necessario determinare il dispositivo con la maggiore differenza in termini di potenza di avviamento e di funzionamento e aggiungerlo al valore totale. Le correnti di avviamento di altri dispositivi possono essere ignorate, poiché la probabilità di attivazione simultanea di motori per diversi consumatori è praticamente zero.

Relazioni lineari e di fase

Al giorno d'oggi, la pratica di collegare oggetti domestici a reti elettriche trifase è diventata molto diffusa.

Ciò è giustificato per i seguenti motivi:

• Consumo energetico significativo. In questo caso, il collegamento di una rete monofase ad alta potenza sarà molto irrazionale a causa dell'ampia sezione del cavo e dell'elevato consumo di materiale del trasformatore.
• Disponibilità di dispositivi funzionanti su tre fasi. L'implementazione di un circuito per collegare un tale dispositivo a un circuito monofase non è molto semplice ed è irta di interferenze che si verificano, ad esempio, all'avvio di un motore asincrono.

Esistono due modi per collegare dispositivi trifase: "stella" e "triangolo".

Diagrammi schematici della trasmissione di potenza in tre fasi. Hanno ricevuto il nome "stella" e "triangolo" a causa della loro somiglianza geometrica con questi oggetti

Nei circuiti a stella, le correnti lineari e di fase sono identiche e la tensione lineare è 1,73 volte maggiore della tensione di fase:

IO_l = IO_F;

U_l = 1.73 * U_F.

Questa formula spiega il noto rapporto di tensione per le reti domestiche e industriali a bassa tensione con una frequenza di 50 Hz: 220/380 V (secondo il nuovo GOST: 230/400 V).

Con un collegamento a triangolo, invece, la tensione è la stessa e le correnti lineari sono maggiori delle correnti di fase:

IO_l = 1.73 * IO_F;

U_l = U_F.

Queste formule possono essere utilizzate solo con carichi di fase simmetrici. Se il consumo di corrente attraverso i cavi è diverso (ricevitore sbilanciato), i calcoli vengono eseguiti utilizzando le regole dell'algebra vettoriale e la corrente di equalizzazione risultante viene compensata dal filo neutro. Tuttavia, per le reti con elettrodomestici collegati, tali casi sono rari.

Relazione tra grandezze fondamentali

Il compito più comune affrontato dai consumatori ordinari è calcolare la forza attuale effettiva. Quindi, come calcolare correttamente l'amperaggio in base ai valori di tensione e potenza noti? È necessario risolverlo giustificando i valori della sezione trasversale dei nuclei e la potenza della macchina, avendo informazioni tecniche sui dispositivi che verranno alimentati in questo circuito.

Dopo aver calcolato la corrente, spesso vengono selezionati i cavi con la sezione trasversale minima consentita. Tuttavia, ciò non è sempre corretto, poiché tale soluzione comporta restrizioni significative quando è necessario aggiungere nuovi apparecchi elettrici alla rete.

A volte è necessario eseguire calcoli inversi e determinare quale potenza totale può essere collegata ai dispositivi con una tensione nota e una corrente massima consentita, che è limitata dal cablaggio esistente.

Puoi risolvere questi due problemi per un circuito monofase utilizzando una semplice formula:

IO = S / U;

S = U * IO,

Dove S – potenza totale totale di tutte le utenze elettriche.

Per calcolare i parametri di un circuito monofase, un grafico a torta che riflette la legge di Ohm ed esprime la dipendenza di potenza, corrente, tensione e resistenza è adatto

Per risolvere il problema del calcolo della corrente utilizzando valori noti o calcolati di potenza e tensione in un circuito trifase, è necessario conoscere il carico totale imposto su ciascuna fase.

Sia la sezione richiesta dei conduttori dei cavi che la portata minima ammessa della macchina vengono scelte in funzione della linea più trafficata, considerando che:

S = 3 * massimo{S₁, S₂, S₃}.

IO = S / (U * 1.73).

La potenza ammissibile per ciascuna fase può essere calcolata utilizzando la seguente formula:

S_1,2,3 IO * U / 1.73,

Dove IO – corrente massima consentita per il cablaggio esistente.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Calcolo dell'intensità di corrente in base alla potenza per la scelta della sezione del cavo: