Розрахунок струму за потужністю – як правильно розрахувати

Часто виникає ситуація, коли відома потужність електродвигуна або споживана потужність якогось приладу в кВт або Вт, а яке значення виставити на струмовому реле або автоматичному вимикачі не зрозуміло. Суто побутове питання, як розрахувати струм ввідного автомата в квартиру, якщо дозволена потужність на введенні 6 або 10 кВт. Ця стаття написана таким чином, щоб бути зрозумілою навіть далеким від техніки та електрики людям. Однак і ті, хто просто давно не користувався і забув необхідні формули, теж знайдуть тут потрібну інформацію. Тут ми розберемося, як розрахувати струм за потужністю, і навпаки, як зробити розрахунок потужності по струму.

Що таке струм, напруга та потужність

Щоб зрозуміти роботу еклектичної мережі, уявімо, що напруга – це перепад висоти. Наприклад, є точка А (це фаза), яка на 220 см вище за точку В (це нуль). Між цими точками похило прокладено трубу. Якщо залити воду у верхній кінець труби, вона потече вниз – це можна порівняти з електричним струмом. Чим більше води тече, тим більше струм. Тепер уявімо, що вода тече не просто так, а потрапляє на колесо млина. Чим більше води і чим сильніше вона розігнана, тим важче колесо цей потік зможе зрушити і розігнати більш високу швидкість – це потужність, тобто потужність – кількість корисної роботи, яку може зробити електричний струм.

Якщо ми не можемо змінити нахил (напруга), щоб збільшити кількість виконуваної роботи, залишається збільшувати струм, а значить лити більше води і брати товщу трубу. Ось тут пряма аналогія між товщиною дроту та діаметром труби. Через товстий провід може “пролізти” більше струму.

ВАЖЛИВО! Не варто ставити на вводі старого будинку автоматичний вимикач надто великого номіналу. Ну, щоб вистачало і можна було одночасно і чайник, і пральну машину, і мікрохвильову піч включити. Стара проводка, яка була розрахована на 5-6 кВт загального навантаження, цього не витримає і згорить першою, добре, якщо не разом з будинком.

Однак скільки це “не надто багато” і чи є якийсь калькулятор потужності та струму.

Формула розрахунку потужності однофазного та трифазного навантаження

У побутових мережах напруга зазвичай 220 В – це однофазна мережа, де є одна фаза, нуль. У сучасних мережах крім нуля є ще провід заземлення. Якщо якийсь електродвигун або інший прилад розрахований на роботу в трифазній мережі, то на ньому часто зазначено напругу 220/380 або 250/400. У таких ланцюгах йде три фазні дроти: один нульовий і захисне заземлення. Напруга в 380 В виходить між різними фазами. У цей час напруга (різниця потенціалів) кожен із фаз щодо нуля 220В. Не будемо тут розбирати докладно як це виходить, там вся справа в зсуві фазної напруги в мережах змінного струму, саме тому напруга між сусідніми фазами, кожна з яких дає 220 відносно нуля 380, а не 440.

Є формула визначення електричної потужності зі шкільного курсу фізики:

де Р – це потужність у ватах чи кіловатах, U – напруга у вольтах, I – це сила струму в амперах. Розрахунок струму за потужністю для ланцюга постійного струму:

Вона чудово працює для постійного струму там, де живленням служить батарейка або акумулятор. З ланцюгами змінного струму, де напрямок руху струму змінюється 50 разів на секунду, все трохи по-іншому.

Продовжуючи нашу аналогію перепадами рівнів і трубами наша точка А (фаза) 50 разів на секунду змінює своє положення – то вище, то нижче за нуль на 220 см. Ця «болтанка» вносить свої корективи.

Формула для розрахунку струму за потужністю для однофазної мережі змінного струму:

I = P/(U × cosφ)

Тут з’являється нова величина – cosⱷ (косинус фі) у побутових електромережах, вона дорівнює 0,9-0,98. Кут ⱷ – це кут між вектором струму та напруги і чим цей кут менший, тим ближчий косинус до одиниці. По суті, вона показує, наскільки ефективно працює електричний струм.

Якщо продовжити нашу аналогію з водою і перепадами рівнів, то таким кутом ⱷ може бути затримка в струмі води, коли перепад висоти вже змінився на протилежний, а вода у трубах у зворотний бік текти ще не почала. Вода нікуди не дінеться і все одно дійде до потрібного місця, але момент інерції затримує потік і знижує ефективність.

Для прикладу порахуємо, який струм споживає електрочайник потужністю 2 кВт та комп’ютер з монітором загальною потужністю 450 Вт.

• напруга побутової мережі – 220В частотою 50Гц;
• приймемо cosⱷ = 0,95
• потужність 1 = 2000 Вт, потужність 2 = 450 Вт.

Струм споживаний чайником:

I = 2000/(220*0,95) = 2000/209 = 9,6 А

Струм споживаний комп’ютером:

I = 450/(220*0,95) = 450/209 = 2,15 А

Однак як бути, якщо потрібно підібрати автомат захисту або теплове реле для трифазного ланцюга, наприклад, для підключення циркулярної пилки з трифазним двигуном. Тут розрахунок струму за потужністю виглядатиме так:

I = P/(U × cosφ × √3)

Тут додається і величина косинусу фі, у трифазних мережах теж менше. Все залежить від навантаження. Електродвигуни якраз знижують цей показник. На табличці кожного електродвигуна, крім номінальної напруги та потужності, зазначається паспортне значення cosⱷ. Найчастіше це значення знаходиться в діапазоні від 0,78 до 0,88 залежно від року випуску та класу двигуна.

Для прикладу припустимо, що у нас електродвигун:

• потужністю 3 квт;
• косінус фі – 0,83;
• підключений трикутником – отже, напруга 380В.

I = 3000/(380*0,83*1,732) = 5,5 А

Ви, напевно, помітили, що струми в трифазних мережах завжди менші в порівнянні з однофазними при однаковій корисній потужності. Це справді так і не лише за рахунок вищої напруги. Фізичні принципи тут розбирати не будемо, але будемо раді, якщо ті, кому цікаво докопатися до суті, знайдуть відповідь самостійно.

Як підібрати автоматичний вимикач, який відповідатиме навантаженню побутової техніки

Розберемо протилежну ситуацію, коли є автоматичні вимикачі стандартних номіналів: 10; 16; 25; 32; 40 А. Як визначити, яке навантаження вони витримують і скільки розеток можна підключити до одного вимикача?

Швидше за все йдеться про побутову однофазну мережу напругою 220 А і можна скористатися тими ж формулами, що описані вище.

Для приблизних розрахунків можна скористатися наведеними коефіцієнтами. Для однофазної мережі це 4,6. Наприклад, потрібно швидко прикинути, яку потужність витримає автомат на 16 А.

16/4,6 = 3,47 кВт

Це досить багато, отже, можна сміливо підключати чотири розетки, наприклад, на кухні. Кожна побутова розетка розрахована на струм 10 А. Однак навряд чи всі чотири розетки будуть задіяні та завантажені одночасно. Можлива ситуація, коли одночасно працює електрочайник та мікрохвильова піч, але їх сумарне навантаження (чайник 2 кВт + мікрохвильова піч 1 кВт) автомат цілком витримає.

Для особливо потужних споживачів – пральної машини чи електродуховки краще виділити окремий автоматичний вимикач на одну розетку.

Електроплиту з духовкою потрібно заживити окремою кабельною лінією через спеціальний силовий роз’єм. У квартирах, в яких за проектом спочатку передбачалася електроплита, вся підводка для підключення повинна бути підготовлена ​​будівельниками.

Для трифазних мереж теж є такі приблизні коефіцієнти, але там ще потрібно враховувати до фазної чи лінійної напруги має бути підключене навантаження (220 або 380В). Якщо вибрати неправильний варіант, можна дуже помилитися, тому приводити в цій статті ми їх не будемо. Краще звернутися до професіоналів, у крайньому випадку скористатися одним із безлічі онлайн калькуляторів для розрахунків потужності та струму.

Не менш важливо правильно підібрати переріз проводів та кабелів для проводки, див. таблицю нижче.

Сподіваємось, матеріал статті був для вас корисним. Якщо потрібно підібрати автоматичні вимикачі та корпус для квартирного щитка, дзвоніть за номером 066 165-65-35.

Як розрахувати необхідну потужність електричного щита

Розрахунок потужності щитка необхідно виконувати для:

• оптимального розподілу навантаження в наявних однофазних мережах з урахуванням перетину кабелю;
• рівномірного розподілення навантаження між фазами в трифазній мережі;
• виявлення «вузьких місць» мережі для подальшої модернізації;
• підбору кабелю потрібного діаметру задля прокладки нової проводки;
• підбору захисного обладнання;
• визначення рівня витрат на електроенергію.

Як видно з переліку, розрахунок потужності є основоположним у побудуві електромережі та збиранні електрощита.

Теоретична основа розрахунків

Номінальна потужність електроприладів зазвичай вказується на шильдику на приладі або ж у паспорті до нього. Якщо ж потужність не вказана, але є показник струму, то в розрахунку використовується така формула:

де, І — сила струму, А

U — напруга в мережі, В

Щоби визначити сумарну потужність групи споживачів на одній лінії застосовується така формула:

де п – коефіцієнт попиту,

Р₁ , Р₂ , Р₃ , Р_n – номінальні потужності окремих приладів, Вт

Коефіцієнт попиту вказує на можливість одночасного ввімкнення всіх приладів лінії. Під час одночасного ввімкнення всіх приладів К_с=1. На практиці це відбувається рідко, тому для житлових приміщень коефіцієнт помиту прийнятий на рівні 0,8 для 2х споживачів, 0,75 для 3х та 0,7 — 5 та більше.

Також у розрахунках потужності потрібно враховувати співвідношення реактивної та активної складових опору навантаження (cos φ, Вт / ВА ).

Тому формула повної розрахункової потужності буде виглядати так:

де cos φ – коефіцієнт потужності.

У розрахунку потужності для житлового приміщення цей коефіцієнт приймають рівним 0,95 — 0,98. Якщо ж планується підключення приладів із більшим індуктивним опором (наприклад, компресор, насос, електродриль, перфоратор), то в розрахунок потрібно закладати cos рівний 0,8.

Саме цей показник потрібно використовувати під час побудови мережі, розподілу навантаження на фази. Також на підставі отриманих даних проводиться обчислення розрахункової величини сили струму:

На підставі цього показника відбувається підбір перетину кабелю проводки, а також захисної автоматики для установки в щиток.

Приклад розрахунку потужності електрощита

Розберемо докладніше розрахунок на наступному прикладі.

Припустимо, потрібно підключити до щита кухню, на якій передбачається використовувати такі прилади:

• електропіч із духовкою, 8800 Вт;
• мікрохвильова піч, 2200 Вт;
• чайник, 2000 Вт;
• мультиварка, 1000 Вт;
• тостер, 750 Вт;
• витяжка, 400 Вт;
• холодильник, 250 Вт.

Зробимо розрахунок загальної потужності приміщення. З цією метою складаємо показники потужності всіх приладів:

Р_заг =8800+2200+2000+1000+750+400+250=15400 ( Вт)

До лінії планується підключати всі прилади, тому коефіцієнт попиту приймемо к_п=0,7. Розрахункова потужність скаде:

Із переліку електроприладів видно, що у їхньому числі немає пристроїв із великим індуктивним опором. Тому cos можна взяти однаковий для всіх — 0,98. Уточнити цей показник за кожним приладом можна за довідковими таблицями. Повна розрахункова потужність із врахуванням cos складе:

Також необхідно зробити обчислення сили струму:

Обчислені показники використовуються у визначенні вхідної потужності електричного щита, а також у визначенні параметрів ввідного автомату та захисних пристроїв на вводі.

Також потрібно зробити розрахунок за кожним окремим споживачем. Це буде потрібно для рівномірного розподілення всіх споживачів за фазами, визначення навантаження кожної окремої лінії та підбір захисної автоматики за кожною з ліній. Це зручно робити в табличному документі Excel.

Зазвичай для підключення розеток використовується кабель перетином 2,5 мм 2 та встановлюються автоматичні вимикачі на 16 А. Тому навантаження на розеточні лінії варто розподілити так, щоби не перевищувати ці значення. В іншому випадку буде відбуватися постійне спрацьовування захисного автомату. За умов встановлення автомату більшим номіналом виникатиме перевантаження проводки, що призведе до її перегріву та небезпечно загорянням.

Потужних споживачів потрібно виводити окремою лінією відповідного перетину кабелю та установкою на неї спеціальної силової розетки та автомату підходящого номіналу.

У таблиці кольорами виділені окремі лінії, які потрібно передбачити під час проєктування щита для підключення всіх споживачів.

Розрахунок потужності щитка мусить у обов’язковому порядку виконуватися під час проєктування проводки та самого щита. Без цих обчислень висока вірогідність неефективного використання або перевантаження ліній електромережі.