Расчет мощности потребления по току

За электроэнергию нужно платить, так же как и за любые другие ресурсы и услуги. Чтобы не дать себя обмануть при оплате, нужно научиться рассчитывать ее расход. Для этого есть специальные приборы, например, индивидуальный счётчик, который установлен в каждом доме или квартире. Однако он показывает общее потребление, а как рассчитать расход электричества отдельным прибором мы расскажем в этой статье.

Мощность, напряжение и ток

Основными характеристиками электроприборов являются напряжение, ток и мощность. При этом на корпусе либо в паспорте прибора могут указываться либо все три параметра, либо в избирательном порядке. В России и ближнем зарубежье используются электроприборы, рассчитанные под напряжение электросети 220В переменного тока, в Америке, для сравнения, может быть напряжение 110 или 120В.

Ток измеряется в Амперах (А), напряжение в Вольтах (В), а мощность в Ваттах (Вт) (смотрите — Сколько в ампере ватт, как перевести амперы в ватты и киловатты). Если прибор маломощный — скорее всего мощность будет указана в Ваттах, для мощных потребителей, типа стиральной машины или кухонной электроплиты, указывают обычно в киловаттах (кВт). 1кВт = 1000Вт.

В паспорте прибора, в зависимости от конкретного случая, в явном виде мощность вообще может не указываться, а указываться потребление электроэнергии за какой-то период, например кВт в год или в день или за другой промежуток времени.

Итак, вы оплачиваете счета за электроэнергию согласно потребленными кВт/ч. Давайте более подробно рассмотрим, что такое киловатт часы и как их рассчитать.

Электросчетчик

Сейчас в каждой квартире установлен прибор учета электроэнергии или, говоря простыми словами, электросчетчик. На современных моделях есть дисплей, на котором указано количество кВт/ч, которое вы потребили с момента его установки.

На старых моделях это указывается на механическом дисплее-индикаторе из вращающихся барабанчиков с нанесенными на них цифрами.

Вы можете узнать потребление электроэнергии с помощью счетчика, если отключите все потребители и оставите тот, который вас интересует, например на 1 час, тогда вы сможете узнать, сколько Вт/ч или кВт/ч он потребляет. Но такой метод не всегда удобен и возможен.

На большинстве счетчиков крайняя правая цифра обычно либо отделяется запятой, либо выделяется другим цветом, либо обозначается другим способом. Это десятая часть киловатта, при снятии показаний для оплаты она не учитывается.

Также стоит отметить, что далеко не все электрооборудование потребляет указанную в документации мощность в течение всего времени работы. Это связано с режимом работы. Например, стиральная машина потребляет ток в зависимости от того включен ли нагрев, работает ли насос, с какой скоростью вращается двигатель и так далее.

Немного позже мы рассмотрим простой способ определить реальный расход такого оборудования.

Расход электроэнергии по мощности

Если вам известна электрическая мощность прибора, то для расчетов расхода электричества нужно умножить мощность на количество часов. Приведем пример, допустим, у нас есть 2 лампочки — 100 и 60Вт и электрочайник мощностью 2.1 кВт. В день лампочки светят около 6 часов, а чайник закипает 5 минут, пьете чай вы 4 раза в день, значит, всего он работает 20 минут в день.

Рассчитаем расход электроэнергии все этим оборудованием.

Электрочайник работает 20 минут в день, так как нам нужно перевести в часы, то это 1/3 часа, тогда:

Переведем в кВт/ч:

В день этот набор электрооборудования расходует 1.66 кВт/ч.

Теперь можно посчитать, сколько денег вы тратите на его работу в день, неделю, месяц. Для этого умножим на тариф, например 4 рубля за 1 кВт/ч

Итого стоимость работы перечисленного оборудования равна:

Как перевести амперы в киловатты?

В случаях, когда в данных о параметрах электроприбора указаны только напряжение и ток типа:

Нужно перед расчетом потребления вычислить мощность, для этого воспользуемся формулой: P=U*I

Если не вдаваться в подробности — это верно для нагрузки с cosФ равным единице, собственно и для большей части бытового электрооборудования. Дальнейшие расчёты аналогичны предыдущим.

Как узнать реальное потребление электроэнергии прибором?

Расчёты не покажут реальных значений, чтобы их узнать, нужно просто произвести измерения. Наиболее верным способом является использовать счётчик электроэнергии. Самым удобным вариантом является использование специального счётчика для розетки.

Их ещё называют энергометром или ваттметром, возможно, это поможет вам найти прибор в продаже.

Что может энергометр? Это универсальный измерительный прибор, обладающий следующим набором функций:

Измерение мощности потребляемой в данный момент.

Измерение потребления за промежуток времени.

Измерение ток и напряжения.

Расчёт расходов при заданных вами тарифах.

То есть вам нужно просто вставить его в розетку, а прибор, потребление которого нужно определить просто, подключить в розетку расположенную на энергометре. После этого вы можете наблюдать, как изменяется потребляемая мощность в процессе работы и сколько потребляется за один рабочий цикл.

Пример использования розеточного счетчика для определения расхода электроэнергии холодильником, изображен на видео.

Заключение

Расчёт расхода электроэнергии может понадобиться в ряде ситуаций, например для проверки потребления новым оборудованием, или при совместном использовании мощных потребителей с соседей для равной её оплаты. Лучшим способом является установка индивидуального счетчика на прибор или его розеточную версию, как было описано выше.

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Вступайте в наши группы в социальных сетях:

Владельцы квартир, частных домов и других электрифицированных объектов часто сталкиваются с вопросом определения значений основных электрических величин, так как рассчитать мощность по допустимой силе тока и известному напряжению или решить обратную задачу не очень просто.

Прямое применение известного закона Ома без учета особенностей бытовых сетей и приборов может привести к неверному результату.

В этом материале мы разберемся, что такое мощность и расскажем о том, как вычислить этот показатель.

Основные понятия величин

Для электрического тока существует известные зависимости между основными величинами, такими как сила (I, ампер), напряжение (U, вольт), мощность (P, ватт) и сопротивление цепи (R, ом). Обычно, для решения реальных задач, используют первые три параметра, каждый из которых на практике имеет свои нюансы.

Сила электрического тока

Расчет достаточного сечения жил и номинала автоматического выключателя для конкретной ветки электросети проводят согласно значению максимально возможной для этого участка силы тока. Это необходимо для предотвращения ситуации возгорания проводки, что часто приводит к возникновению пожара.

Рабочие параметры автоматов и УЗО выбирают согласно нормативным требованиям. Для определения допустимого сечения жил в зависимости от максимально возможной силы тока необходимо использовать таблицу, предоставленную производителем продукции, потому что кабеля чаще всего произведены по ТУ, а не по ГОСТ.

Так как рассчитать силу электрического тока можно по потребляемой приборами мощности и напряжению сети, то необходимо правильно определить значения этих двух показателей.

Напряжение в бытовых сетях

Многие владельцы квартир считают, что стандартное напряжение в фазе для бытовых нужд приблизительно равно 220 В. В большинство случаев это действительно так. Хотя по ГОСТ 29322-2014 с 01.10.2015 в пределах Российской Федерации должен был произойти переход на совместимую со странами ЕЭС систему 230 В.

Отклонение в 5% от эталона является допустимым на любой срок, а 10% – на период, не превышающий 1 час. Таким образом по старым правилам значение напряжения может колебаться в диапазоне от 198 до 242 В, а по действующему ГОСТу – от 207 до 253 В.

Также есть случаи, когда напряжение в сети длительное время значительно ниже нормативного. Такая ситуация возникает тогда, когда суммарная мощность подключенных к ветке электроприборов гораздо выше запланированной и при включении большинства из них происходит “просадка сети”.

Эта проблема возникает в зоне ответственности организаций, отвечающих за поставку электроэнергии, и связана она с перегрузкой распределительных трансформаторов, изношенностью подстанций или с недостаточным сечением проводов.

Для выяснения значения реального напряжения нужно периодически проводить замеры с использованием вольтметра. Если показатели сильно “гуляют”, то необходимо применение стабилизатора или более дорогого преобразователя с функцией накопителя электроэнергии.

Нюансы в понятии мощности электроприборов

Все потребляющие электричество устройства имеют такой параметр как мощность. Чем больше этот показатель, тем больше энергии забирает прибор из цепи.

Всего существует три вида мощности:

• Активная (P). Характеризует скорость перевода электрической энергии в иной вид, например электромагнитный или тепловой. Ее нужно учитывать при расчете необратимых затрат электроэнергии, а значит, и стоимости работы прибора. Единица измерения – Вт.
• Реактивная (Q). Характеризует энергию, которая приходит от источника (трансформатора) к реактивным элементам потребителя (конденсаторы, обмотки двигателя), но потом практически мгновенно возвращается к источнику. Единица измерения – Вт или вар (расшифровка – вольт-ампер реактивный).
• Полная (S). Характеризует нагрузку, которую потребитель налагает на элементы цепи. Ее используют при вычислении площади сечения кабеля и выборе номинала автоматов, то есть расчет силы тока производят по полной мощности всех подключенных в цепь электроприборов. Единица измерения – Вт или V*A (В*А – вольт амперы).

Все эти параметры можно пересчитать через угол сдвига фаз, который возникает между вектором напряжения и током (f):

К бытовым устройствам, у которых полная мощность может существенно превышать активную, относят холодильники, стиральные машины, люминесцентные и некоторые энергосберегающие лампы, а также блоки силовой электроники.

Также есть такое понятие как пиковая или стартовая мощность. Дело в том, что для разгона двигателей требуется гораздо больше усилий, чем для поддержания их вращения. Поэтому при включении таких приборов как холодильник или стиральная машина происходит кратковременный всплеск нагрузки на участке цепи.

Стартовые токи могут быть выше рабочих в несколько раз. При расчете необходимого сечения кабелей и подборе номинала автомата следует это учитывать.

Для этого нужно определить прибор с наибольшей разницей стартовой и рабочей мощности и добавить ее к общему значению. Стартовые токи остальных устройств можно не учитывать, так как вероятность одновременного срабатывания на включение двигателей у разных потребителей практически равна нулю.

Линейные и фазные соотношения

Сейчас получила распространение практика подключения бытовых объектов к трехфазным электросетям.

Это обосновано по следующим причинам:

• Значительное потребление электроэнергии. В этом случае подведение однофазной сети большой мощности будет очень нерационально по причине большого сечения кабеля и высокой материалоемкости трансформатора.
• Наличие приборов, работающих от трех фаз. Реализация схемы подключения такого устройства к однофазной цепи не очень проста и чревата помехами, которые возникают, например, при старте асинхронного двигателя.

Существует два способа подключения трехфазных приборов – “звезда” и “треугольник”.

В цепях типа “звезда” линейные и фазные токи идентичны, а линейное напряжение больше фазного в 1,73 раза:

Эта формула объясняет известное соотношения напряжений для бытовых и низковольтных промышленных сетей частоты 50 Гц: 220 / 380 В (по новому ГОСТу: 230 / 400 В).

При соединении типа треугольник, наоборот, напряжение совпадает, а линейные токи больше фазных:

Эти формулы можно применять только при симметричной нагрузке фаз. Если потребление тока по кабелям отличается (несимметричный приемник), то расчеты проводят с использованием правил векторной алгебры, а возникающий выравнивающий ток компенсируют за счет нейтрального провода. Однако для сетей с подключенными бытовыми приборами такие случаи редки.

Взаимосвязь основных величин

Самая распространенная задача, с которой сталкиваются рядовые потребители, заключаются в расчетах реально действующей силы тока. Так как же правильно рассчитать ампераж по известным значениям напряжения и мощности? Решить ее необходимо при обосновании значений сечения жил и номинала автомата, имея техническую информацию об устройствах, которые будут в эту цепь запитаны.

После вычисления силы тока часто выбирают кабеля с наименьшим допустимым сечением. Однако это не всегда правильно, так как такое решение приводит к существенным ограничениям при необходимости добавления новых электроприборов в сеть.

Иногда необходимо провести обратные вычисления и определить какой суммарной мощности можно подключить приборы при известном напряжении и максимально допустимой силе тока, которая ограничена уже существующей проводкой.

Решить эти две задачи для однофазной цепи можно с помощью простой формулы:

где S – суммарная полная мощность всех электропотребителей.

Для решения задачи расчета силы тока по известным или вычисленным значениям мощности и напряжения в трехфазной цепи надо знать суммарную нагрузку, налагаемую на каждую фазу.

И необходимое сечение жил кабеля, и минимально допустимый номинал автомата подбирают по самой загруженной линии, считая что:

Допустимую мощность для каждой из фаз можно вычислить по следующей формуле:

S_1,2,3 Выводы и полезное видео по теме

Вычисление силы тока по мощности для подбора сечения кабеля:

Определение потребляемой мощности групп электроприборов на примере частного дома:

Вычисление силы тока для определения параметров проводки или определение допустимой мощности в уже существующей цепи можно сделать самостоятельно. Для правильного решения поставленной задачи необходимо учесть нюансы, возникающие на практике, а не только использовать известные формулы, которые работают при “идеальных” условиях.

Если появились вопросы по теме статьи или вы можете дополнить этот материал интересной информацией, пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

При проектировании любых электрических цепей выполняется расчет мощности. На его основе производится выбор основных элементов и вычисляется допустимая нагрузка. Если расчет для цепи постоянного тока не представляет сложности (в соответствии с законом Ома, необходимо умножить силу тока на напряжение – Р=U*I), то с вычислением мощности переменного тока – не все так просто. Для объяснения потребуется обратиться к основам электротехники, не вдаваясь в подробности, приведем краткое изложение основных тезисов.

Полная мощность и ее составляющие

В цепях переменного тока расчет мощности ведется с учетом законов синусоидальных изменений напряжения и тока. В связи с этим введено понятие полной мощности (S), которая включает в себя две составляющие: реактивную (Q) и активную (P). Графическое описание этих величин можно сделать через треугольник мощностей (см. рис.1).

Под активной составляющей (Р) подразумевается мощность полезной нагрузки (безвозвратное преобразование электроэнергии в тепло, свет и т.д.). Измеряется данная величина в ваттах (Вт), на бытовом уровне принято вести расчет в киловаттах (кВт), в производственной сфере – мегаваттах (мВт).

Реактивная составляющая (Q) описывает емкостную и индуктивную электронагрузку в цепи переменного тока, единица измерения этой величины Вар.

Рис. 1. Треугольник мощностей (А) и напряжений (В)

В соответствии с графическим представлением, соотношения в треугольнике мощностей можно описать с применением элементарных тригонометрических тождеств, что дает возможность использовать следующие формулы:

• S = √ P 2 +Q 2 , – для полной мощности;
• и Q = U*I*cos⁡ φ , и P = U*I*sin φ – для реактивной и активной составляющих.

Эти расчеты применимы для однофазной сети (например, бытовой 220 В), для вычисления мощности трехфазной сети (380 В) в формулы необходимо добавить множитель – √ 3 (при симметричной нагрузке) или суммировать мощности всех фаз (если нагрузка несимметрична).

Для лучшего понимания процесса воздействия составляющих полной мощности давайте рассмотрим «чистое» проявление нагрузки в активном, индуктивном и емкостном виде.

Активная нагрузка

Возьмем гипотетическую схему, в которой используется «чистое» активное сопротивление и соответствующий источник переменного напряжения. Графическое описание работы такой цепи продемонстрировано на рисунке 2, где отображаются основные параметры для определенного временного диапазона (t).

Емкостная нагрузка

Как видно на рисунке 3, график характеристик емкостной нагрузки несколько отличается от активной.

Индуктивная нагрузка

Представленный ниже график демонстрирует характер «чистой» индуктивной нагрузки. Как видим, изменилось только направление мощности, что касается наращения, оно равно нулю.

Негативное воздействие реактивной нагрузки

В приведенных выше примерах рассматривались варианты, где присутствует «чистая» реактивная нагрузка. Фактор воздействия активного сопротивления в расчет не принимался. В таких условиях реактивное воздействие равно нулю, а значит, можно не принимать его во внимание. Как вы понимаете, в реальных условиях такое невозможно. Даже, если гипотетически такая нагрузка бы существовала, нельзя исключать сопротивление медных или алюминиевых жил кабеля, необходимого для ее подключения к источнику питания.

Реактивная составляющая может проявляться в виде нагрева активных компонентов цепи, например, двигателя, трансформатора, соединительных проводов, питающего кабеля и т.д. На это тратится определенное количество энергии, что приводит к снижению основных характеристик.

Реактивная мощность воздействует на цепь следующим образом:

• не производит ни какой полезной работы;
• вызывает серьезные потери и нештатные нагрузки на электроприборы;
• может спровоцировать возникновение серьезной аварии.

Именно по этому, производя соответствующие вычисления для электроцепи, нельзя исключать фактор влияния индуктивной и емкостной нагрузки и, если необходимо, предусматривать использование технических систем для ее компенсации.

Расчет потребляемой мощности

В быту часто приходится сталкиваться с вычислением потребляемой мощности, например, для проверки допустимой нагрузки на проводку перед подключением ресурсоемкого электропотребителя (кондиционера, бойлера, электрической плиты и т.д.). Также в таком расчете есть необходимость при выборе защитных автоматов для распределительного щита, через который выполняется подключение квартиры к электроснабжению.

В таких случаях расчет мощности по току и напряжению делать не обязательно, достаточно просуммировать потребляемую энергию всех приборов, которые могут быть включены одновременно. Не связываясь с расчетами, узнать эту величину для каждого устройства можно тремя способами:

1. обратившись к технической документации устройства;
2. посмотрев это значение на наклейке задней панели; Потребляемая мощность прибора часто указывается на тыльной стороне
3. воспользовавшись таблицей, где указано среднее значение потребляемой мощности для бытовых приборов.

Таблица значений средней потребляемой мощности

При расчетах следует учитывать, что пусковая мощность некоторых электроприборов может существенно отличаться от номинальной. Для бытовых устройств этот параметр практически никогда не указывается в технической документации, поэтому необходимо обратиться к соответствующей таблице, где содержатся средние значения параметров стартовой мощности для различных приборов (желательно выбирать максимальную величину).

«>