Przeliczanie amperów na waty: zasady i praktyczne przykłady przeliczania jednostek napięcia i natężenia prądu

Właściciele domów jednorodzinnych, mieszkań, domków letniskowych lub małych pomieszczeń gospodarczych podłączonych do sieci elektrycznej często potrzebują przeliczyć ampery na waty lub rozwiązać zadanie odwrotne. Do wykonania przeliczeń jednostek określających charakterystykę prądu stosuje się znane wzory oparte na prawie Ohma.

Opowiemy o tym, jak poprawnie wykonać przeliczenie jednostek fizycznych. Ponadto w przedstawionym przez nas artykule podano sposoby określania mocy roboczej i prądów rozruchowych urządzeń domowych. Omówiono niuanse obliczania przekroju elementów instalacji elektrycznej.

Określanie mocy podłączonych urządzeń

Aby obliczyć wartość maksymalnej możliwej mocy w odcinku obwodu, należy zsumować parametry wszystkich podłączonych urządzeń. Ale nie jest to takie proste: wiele z tych urządzeń to złożone układy elektrodynamiczne, dlatego trzeba poprawnie określić ich parametry.

Składowa czynna i pozorna mocy

Moc czynna (lub pobierana) urządzenia (P) określa nieodwracalną stratę energii elektrycznej podczas jego pracy. To właśnie ten wskaźnik odczyta licznik elektryczny, a zatem wpływa on na ilość zużytych zasobów (pieniędzy) podczas działania urządzenia.

Składową czynną w watach podaje się dla wszystkich odbiorników energii elektrycznej. Istnieje jednak jeszcze jeden wskaźnik – współczynnik mocy (cos(f)), który można znaleźć w dokumentacji technicznej, a także na specjalnych tabliczkach lub etykietach z podstawowymi parametrami.

Za jego pomocą można obliczyć moc pozorną (S) urządzenia według następującego wzoru:

S = P / cos(f)

Fizyczne znaczenie tych wielkości można opisać następująco: prąd o mocy pozornej płynie od źródła (transformatora) do urządzenia elektrycznego, które przekształca jego składową czynną, a pozostałą (bierną) zwraca z powrotem do sieci. Zatem obciążenie elementów obwodu (instalacji i wyłączników) należy obliczać właśnie z uwzględnieniem mocy pozornej.

Obliczenie mocy pozornej można przeprowadzić na podstawie danych znajdujących się w paszporcie technicznym urządzenia lub na tabliczce znamionowej silnika.

Dla większości urządzeń gospodarstwa domowego współczynnik wynosi jeden, zatem moc czynna i pozorna są równe. Jednakże w przypadku, gdy odbiornik elektryczny zawiera kondensatory (pojemności) lub cewkę indukcyjną, pojawia się składowa bierna.

Należy zwrócić uwagę na następujące typy urządzeń:

• lodówki;
• pralki;
• klimatyzatory;
• pompy;
• piece indukcyjne i płyty grzewcze;
• lampy fluorescencyjne;
• telewizory;
• komputery i inny sprzęt z elektroniką.

Często do systemu elektrycznego domów prywatnych lub obiektów gospodarczych podłącza się maszyny z silnikami elektrycznymi, urządzenia do spawania łukowego i inny sprzęt, którego moc pozorna jest znacznie wyższa od pobieranej. Dlatego przed podłączeniem urządzeń do sieci należy dokładnie zapoznać się z ich danymi technicznymi.

Prądy rozruchowe sprężarek i silników

Jeśli urządzenie gospodarstwa domowego jest wyposażone w silnik elektryczny, sprężarkę, żarnik lub transformator na wejściu zasilacza, to na początku jego pracy przez krótki czas występują prądy rozruchowe (I_p). Ich wartość może być kilkakrotnie wyższa od wartości nominalnych (I_n) podanych w karcie katalogowej urządzenia.

Wielkości te są powiązane następującym wzorem:

I_p = k * I_n

Tutaj k – współczynnik krotności prądu rozruchowego.

Dokumentacja dotycząca silników elektrycznych zawiera wszystkie dane niezbędne do obliczenia prądu rozruchowego, w tym również współczynnik krotności (ostatnia kolumna)

Wskaźnik krotności przekracza wartość “2” w przypadku następujących powszechnie używanych urządzeń gospodarstwa domowego:

• pompa głębinowa;
• lodówka i zamrażarka;
• mocny odkurzacz;
• pralka;
• system split;
• kuchenka mikrofalowa;
• oświetlenie neonowe;
• niektóre rodzaje elektronarzędzi (wiertarka, młot udarowy, kompresor).

Obliczenie całkowitej mocy przy obecności w obwodzie takich urządzeń należy przeprowadzić z uwzględnieniem ich prądów rozruchowych. Ponieważ czas zwiększonego poboru mocy jest krótki, a jednoczesne włączenie mało prawdopodobne, wystarczy wziąć pod uwagę jedno, najbardziej energochłonne pod względem prądów rozruchowych urządzenie.

Natężenie prądu a parametry instalacji elektrycznej

Aby określić wymagany przekrój żył instalacji elektrycznej oraz znamionowy prąd wyłączników automatycznych, dokonuje się przeliczenia całkowitej liczby watów na ampery i otrzymuje wartość maksymalnego prądu ciągłego.

Określenie zależności między przekrojem żył a maksymalnym dopuszczalnym natężeniem prądu dla instalacji wykonuje się za pomocą tabel dostarczanych przez producentów kabli. W zależności od firmy produkcyjnej podstawowe parametry mogą się nieco różnić, ale zawsze muszą być zgodne z obowiązującą normą GOST 31996-2012.

Przykład tabeli zgodności przekroju żył przewodzących i maksymalnego dopuszczalnego prądu długotrwałego w zależności od sposobu układania przewodów

Czasami wybiera się przewody nie o minimalnym dopuszczalnym przekroju, ale o nieco większym. Jest to uzasadnione, ponieważ zapas przepustowości pozwala na podłączenie nowych urządzeń elektrycznych bez kosztownego demontażu starych i układania nowych kabli.

Parametry instalowanych w rozdzielnicy elektrycznej wyłączników automatycznych dobiera się tak, aby gwarantowały zadziałanie wyłączające, jeśli natężenie prądu przekroczy wartość określoną jako maksymalnie dopuszczalna dla ułożonego okablowania.

Prąd znamionowy wyłącznika (I_n) oblicza się na podstawie dopuszczalnego prądu dla kabla (I_p) według następującego wzoru:

I_n <= I_p / 1.45

Zazwyczaj wybiera się wyłącznik o maksymalnej dozwolonej wartości znamionowej, aby zminimalizować prawdopodobieństwo wyłączenia przy dużym, ale jeszcze dopuszczalnym obciążeniu obwodu.

Wzajemne powiązanie podstawowych wielkości elektrycznych

Moc i natężenie prądu można powiązać za pomocą napięcia (U) lub rezystancji obwodu (R). Jednak w praktyce zastosowanie wzoru P = I² * R jest trudne, ponieważ dokładne obliczenie rezystancji na rzeczywistym odcinku jest kłopotliwe.

Połączenie jedno- i trójfazowe

Większość instalacji elektrycznych do użytku domowego jest jednofazowa.

W tym przypadku przeliczenie mocy pozornej (S) i natężenia prądu przemiennego (I) przy znanym napięciu odbywa się według następujących wzorów, wynikających z klasycznego prawa Ohma:

S = U * I

I = S / U

Obecnie upowszechniła się praktyka doprowadzania sieci trójfazowej do obiektów mieszkalnych, bytowych i małych przemysłowych. Jest to uzasadnione z punktu widzenia minimalizacji kosztów kabli i transformatorów, które ponosi firma dostarczająca energię elektryczną.

Przy doprowadzeniu sieci trójfazowej instaluje się wejściowy wyłącznik trójbiegunowy (u góry po lewej), licznik trójfazowy (u góry po prawej), a dla każdego wydzielonego obwodu – zwykłe urządzenia jednobiegunowe (u dołu po lewej).

Przekrój żył przewodów i moc znamionową przy użyciu odbiorników trójfazowych określa się również na podstawie natężenia prądu, które oblicza się następująco:

I_l = S / (1.73 * U_l)

Tutaj indeks “l” oznacza liniowy charakter wielkości.

Przy planowaniu i późniejszym wykonywaniu instalacji wewnątrz pomieszczenia lepiej wydzielić odbiorniki trójfazowe w osobne obwody. Urządzenia działające na standardowe 220 V stara się mniej więcej równomiernie rozłożyć na fazy, tak aby nie było znaczącego niezrównoważenia mocy.

Czasami dopuszcza się mieszane podłączenie urządzeń działających zarówno z jednej, jak i z trzech faz. Ta sytuacja nie jest najprostsza, dlatego lepiej rozpatrzyć ją na konkretnym przykładzie.

Niech w obwód zostanie włączony trójfazowy piec indukcyjny o mocy czynnej 7.0 kW i współczynniku mocy 0.9. Do fazy “A” podłączona jest kuchenka mikrofalowa 0.8 kW o współczynniku “2” krotności prądu rozruchowego, a do fazy “B” – czajnik elektryczny 2.2 kW. Należy obliczyć parametry sieci elektrycznej dla tego odcinka.

Schemat podłączenia urządzeń do sieci. W takiej konfiguracji zawsze instaluje się trójfazowy wyłącznik automatyczny. Używanie kilku jednofazowych wyłączników do zabezpieczenia jest zabronione.

Określimy moc pozorną wszystkich urządzeń:

S_i = P_i / cos(f) = 7000 / 0.9 = 7800 VA;

S_m = P_m * 2 = 800 * 2 = 1600 VA;

S_c = P_c = 2200 VA.

Określimy natężenie prądu każdego urządzenia:

I_i = S_i / (1.73 * U_l) = 7800 / (1.73 * 380) = 11.9 A;

I_m = S_m / U_f = 1600 / 220 = 7.2 A;

I_c = S_c / U_f = 2200 / 220 = 10 A.

Określimy natężenie prądu w fazach:

I^A = I_i + I_m = 11.9 + 7.2 = 19.1 A;

I^B = I_i + I_c = 11.9 + 10 = 21.9 A;

I^C = I_i = 11.9 A.

Prąd o maksymalnym natężeniu przy wszystkich włączonych urządzeniach elektrycznych płynie w fazie “B” i wynosi 21.9 A. Wystarczająca kombinacja dla bezproblemowego zapewnienia funkcjonowania wszystkich urządzeń w tym obwodzie – przekrój żył miedzianych 4,0 mm² i wyłącznik automatyczny na 20 lub 25 A.

Typowe napięcie sieci domowych

Ponieważ moc i natężenie prądu są powiązane przez napięcie, konieczne jest dokładne określenie tej wartości. Przed wprowadzeniem w październiku 2015 roku normy GOST 29322-2014 wartość dla zwykłej sieci wynosiła 220 V, a dla trójfazowej – 380 V.

Według nowego dokumentu te wskaźniki zostały dostosowane do wymagań europejskich – 230 / 400 V, ale większość systemów domowego zasilania elektrycznego nadal działa według starych parametrów.

Rzeczywistą wartość napięcia można uzyskać za pomocą woltomierza. Jeśli liczby są znacznie mniejsze od wzorcowych, należy podłączyć stabilizator wejściowy.

Odchylenie 5% rzeczywistej wartości od wzorcowej jest dopuszczalne w dowolnym czasie, a 10% – nie dłużej niż przez jedną godzinę. Przy obniżeniu napięcia niektóre odbiorniki, takie jak czajnik elektryczny, żarówka czy kuchenka mikrofalowa, tracą na mocy.

Jeśli jednak urządzenie jest wyposażone w zintegrowany stabilizator (np. kocioł gazowy) lub posiada oddzielny impulsowy zasilacz, to pobierana moc pozostanie stała.

W tym przypadku, biorąc pod uwagę, że I = S / U, spadek napięcia spowoduje wzrost natężenia prądu. Dlatego nie zaleca się dobierania przekroju żył kabla na styk do maksymalnych wartości obliczeniowych, a wskazane jest posiadanie zapasu 15-20%.

Przydatne wideo na ten temat

Pomiar natężenia prądu multimetrem i późniejsze obliczanie mocy:

Urządzenie elektroniczne do określania napięcia, natężenia prądu i automatycznego obliczania mocy:

Określenie natężenia prądu, znając napięcie sieci i sumaryczną moc urządzeń w obwodzie, jest dość proste. Trudność polega na pomiarze lub obliczeniu początkowych parametrów.

W przypadku wątpliwości co do poprawności znalezionego rozwiązania, lepiej skontaktować się z elektrykami, ponieważ błędy w obliczeniach mogą prowadzić do poważnych problemów.

Czy chciałby Pan podzielić się własnym doświadczeniem w przeliczaniu amperów na waty? Czy w Pana arsenale jest oryginalna metoda, która może przydać się odwiedzającym stronę? Proszę pisać komentarze w bloku poniżej, zamieszczać zdjęcia i zadawać pytania dotyczące tematu artykułu.