วิธีการคำนวณกำลัง กระแส และแรงดัน: หลักการและตัวอย่างการคำนวณสำหรับสภาวะภายในประเทศ

เจ้าของอพาร์ทเมนต์บ้านส่วนตัวและวัตถุไฟฟ้าอื่น ๆ มักจะต้องเผชิญกับคำถามในการกำหนดค่าของปริมาณไฟฟ้าพื้นฐานเนื่องจากการคำนวณพลังงานตามความแรงของกระแสไฟฟ้าที่อนุญาตและแรงดันไฟฟ้าที่รู้จักหรือการแก้ปัญหาผกผันนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย .

การใช้กฎของโอห์มที่รู้จักกันดีโดยตรงโดยไม่คำนึงถึงลักษณะของเครือข่ายในครัวเรือนและอุปกรณ์อาจทำให้เกิดผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้อง

ในเนื้อหานี้ เราจะเข้าใจว่ากำลังคืออะไร และบอกวิธีคำนวณตัวบ่งชี้นี้

แนวคิดพื้นฐานของปริมาณ

การคำนวณทางไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ที่รู้จักกันดีระหว่างกระแส (I, แอมแปร์), แรงดันไฟฟ้า (U, โวลต์), ค่ากำลัง (P, วัตต์) และความต้านทาน (R, โอห์ม) การคำนวณเชิงปฏิบัติมักจะต้องอาศัยความรู้เกี่ยวกับค่าของสามค่าแรก

เราเตือนคุณว่านิพจน์ตัวเลขของค่าที่แสดงยังไม่เพียงพอ - จำเป็นต้องมีคุณสมบัติเพิ่มเติมที่เปิดเผยโหมดการใช้พลังงาน

ความแรงของกระแสไฟฟ้า

การคำนวณหน้าตัดที่เพียงพอของตัวนำและระดับของเบรกเกอร์สำหรับสาขาเฉพาะของเครือข่ายไฟฟ้าจะดำเนินการตามค่าของความแรงกระแสสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับส่วนนี้ นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้สายไฟติดไฟซึ่งมักส่งผลให้เกิดเพลิงไหม้

คนงาน พารามิเตอร์เครื่อง และ RCD จะถูกเลือกตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบในการกำหนดหน้าตัดที่อนุญาตของแกนโดยขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้ จำเป็นต้องใช้ตารางที่ผู้ผลิตผลิตภัณฑ์จัดทำขึ้น เนื่องจากสายเคเบิลมักผลิตตามข้อกำหนดเฉพาะและไม่เป็นไปตาม GOST

มีเครื่องหมายเหมือนกัน สายเคเบิลที่ผลิตตาม GOST (ซ้าย) และ TU (ขวา) แตกต่างกันทั้งทางสายตาและในลักษณะพื้นฐาน

เนื่องจากความแรงของกระแสไฟฟ้าสามารถคำนวณได้จากพลังงานที่ใช้โดยอุปกรณ์และแรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายจึงจำเป็นต้องกำหนดค่าของตัวบ่งชี้ทั้งสองนี้อย่างถูกต้อง

แรงดันไฟฟ้าในครัวเรือน

เจ้าของอพาร์ทเมนต์หลายคนเชื่อว่าแรงดันไฟฟ้าเฟสมาตรฐานสำหรับความต้องการของครัวเรือนคือประมาณ 220 โวลต์ ในกรณีส่วนใหญ่สิ่งนี้เป็นจริง แม้ว่า GOST 29322-2014 ตั้งแต่วันที่ 10/01/2015 ภายในสหพันธรัฐรัสเซีย จะมีการเปลี่ยนไปใช้ระบบ 230 V ที่เข้ากันได้กับประเทศ EEC

ยอมรับค่าเบี่ยงเบน 5% จากมาตรฐานในช่วงเวลาใดก็ได้ และ 10% ในช่วงเวลาไม่เกิน 1 ชั่วโมง ดังนั้นตามกฎเก่าค่าแรงดันไฟฟ้าสามารถผันผวนในช่วงตั้งแต่ 198 ถึง 242 V และตาม GOST ปัจจุบัน - จาก 207 ถึง 253 V

นอกจากนี้ยังมีกรณีที่แรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายเป็นเวลานานต่ำกว่ามาตรฐานอย่างมาก สถานการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อพลังงานรวมของเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับสาขาสูงกว่าที่วางแผนไว้มากและเมื่อเปิดเครื่องส่วนใหญ่ "การดึงเครือข่าย" จะเกิดขึ้น

ปัญหานี้เกิดขึ้นในพื้นที่ความรับผิดชอบขององค์กรที่รับผิดชอบในการจัดหาไฟฟ้าและเกี่ยวข้องกับการโอเวอร์โหลดของหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายการเสื่อมสภาพของสถานีไฟฟ้าย่อยหรือหน้าตัดของสายไฟไม่เพียงพอ

แรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ลดลงไม่เพียงนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ปัจจุบันและการสะดุดการป้องกันที่เป็นไปได้ แต่ยังรวมถึงการพังทลายของเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนอย่างรวดเร็ว

เพื่อค้นหาความหมาย แรงดันไฟฟ้าจริง คุณต้องทำการวัดเป็นระยะโดยใช้โวลต์มิเตอร์ หากตัวชี้วัดมีความผันผวนอย่างมาก ก็จำเป็นต้องใช้ โคลง หรือตัวแปลงที่มีราคาแพงกว่าพร้อมฟังก์ชั่นกักเก็บไฟฟ้า

ความแตกต่างในแนวคิดเรื่องพลังของเครื่องใช้ไฟฟ้า

อุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้ไฟฟ้ามีพารามิเตอร์เช่นพลังงาน ยิ่งตัวบ่งชี้นี้สูง อุปกรณ์ก็จะยิ่งใช้พลังงานจากวงจรมากขึ้นเท่านั้น

พลังมีสามประเภท:

• คล่องแคล่ว (ป). แสดงลักษณะเฉพาะของอัตราการแปลงพลังงานไฟฟ้าไปเป็นรูปแบบอื่น เช่น แม่เหล็กไฟฟ้าหรือความร้อน จะต้องนำมาพิจารณาเมื่อคำนวณต้นทุนไฟฟ้าที่ไม่สามารถย้อนกลับได้และต้นทุนในการใช้งานอุปกรณ์ หน่วยวัด – ​​W.
• ปฏิกิริยา (ถาม). ระบุลักษณะพลังงานที่มาจากแหล่งกำเนิด (หม้อแปลง) ไปยังองค์ประกอบปฏิกิริยาของผู้บริโภค (ตัวเก็บประจุ, ขดลวดมอเตอร์) แต่จากนั้นจะกลับสู่แหล่งกำเนิดเกือบจะในทันที หน่วยวัดคือ W หรือ var (การตีความคือโวลต์แอมแปร์ปฏิกิริยา)
• เต็ม (ส). กำหนดลักษณะของโหลดที่ผู้บริโภคกำหนดให้กับองค์ประกอบของวงจร ใช้ในการคำนวณพื้นที่หน้าตัดของสายเคเบิลและเลือกพิกัดของเครื่องนั่นคือความแรงของกระแสจะคำนวณตามกำลังไฟฟ้าทั้งหมดของเครื่องใช้ไฟฟ้าทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับวงจร หน่วยวัดคือ W หรือ V*A (V*A – โวลต์แอมแปร์)

พารามิเตอร์ทั้งหมดเหล่านี้สามารถคำนวณใหม่ได้ผ่านมุมเฟสที่เกิดขึ้นระหว่างเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าและกระแส (ฉ):

ป = ส *คอส(ฉ);

ถาม = ส *บาป(ฉ);

ส² = ป² + ถาม².

อุปกรณ์ในครัวเรือนที่พลังงานทั้งหมดสามารถเกินพลังงานที่ใช้งานอยู่อย่างมาก ได้แก่ ตู้เย็น เครื่องซักผ้า หลอดฟลูออเรสเซนต์ และหลอดประหยัดไฟบางประเภท รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

สำหรับมอเตอร์ มักจะระบุกำลังงานและค่าสัมประสิทธิ์ ในกรณีนี้ กำลังไฟฟ้าทั้งหมดจะคำนวณดังนี้ S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

นอกจากนี้ยังมีสิ่งที่เป็นจุดสูงสุดหรือกำลังเริ่มต้นอีกด้วย ความจริงก็คือเครื่องยนต์ที่มีการเร่งความเร็วนั้นต้องใช้ความพยายามมากกว่าการรักษาการหมุนของเครื่องยนต์ไว้ ดังนั้นเมื่อคุณเปิดเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น ตู้เย็นหรือเครื่องซักผ้า โหลดไฟฟ้ากระชากในระยะสั้นจะเกิดขึ้นที่ส่วนของวงจร

กระแสเริ่มต้นอาจสูงกว่ากระแสที่ใช้งานอยู่หลายเท่า เมื่อคำนวณความต้องการแล้ว ส่วนสายเคเบิล เมื่อเลือกค่าระบุของเครื่อง ควรคำนึงถึงสิ่งนี้ด้วย

ในการดำเนินการนี้ คุณต้องกำหนดอุปกรณ์ที่มีความแตกต่างมากที่สุดในการเริ่มต้นและกำลังในการทำงาน และเพิ่มลงในมูลค่ารวม สามารถละเว้นกระแสเริ่มต้นของอุปกรณ์อื่นได้เนื่องจากความน่าจะเป็นของการเปิดใช้งานมอเตอร์พร้อมกันสำหรับผู้บริโภคที่แตกต่างกันนั้นแทบจะเป็นศูนย์

ความสัมพันธ์เชิงเส้นและเฟส

ปัจจุบันการเชื่อมต่อสิ่งของในครัวเรือนกับเครือข่ายไฟฟ้าสามเฟสเริ่มแพร่หลาย

นี่เป็นเหตุผลด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้:

• การใช้พลังงานอย่างมีนัยสำคัญ ในกรณีนี้การเชื่อมต่อเครือข่ายเฟสเดียวกำลังสูงจะไม่มีเหตุผลอย่างมากเนื่องจากมีหน้าตัดขนาดใหญ่ของสายเคเบิลและการใช้วัสดุสูงของหม้อแปลงไฟฟ้า
• ความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์ที่ทำงานในสามเฟส การใช้งานวงจรสำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์ดังกล่าวกับวงจรเฟสเดียวนั้นไม่ง่ายมากและเต็มไปด้วยสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นเมื่อสตาร์ทมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

มีสองวิธีในการเชื่อมต่ออุปกรณ์สามเฟส - "ดาว" และ "สามเหลี่ยม"

แผนผังการส่งกำลังในสามเฟส พวกเขาได้รับชื่อ "ดาว" และ "สามเหลี่ยม" เนื่องจากความคล้ายคลึงทางเรขาคณิตกับวัตถุเหล่านี้

ในวงจรแบบดาว กระแสเชิงเส้นและกระแสเฟสจะเท่ากัน และแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นมากกว่าแรงดันเฟส 1.73 เท่า:

ฉัน_ล = ฉัน_ฉ;

ยู_ล = 1.73 * ยู_ฉ.

สูตรนี้อธิบายอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าที่ทราบสำหรับครัวเรือนและเครือข่ายอุตสาหกรรมแรงดันต่ำที่มีความถี่ 50 Hz: 220/380 V (ตาม GOST ใหม่: 230/400 V)

ด้วยการเชื่อมต่อแบบสามเหลี่ยม ในทางกลับกัน แรงดันไฟฟ้าจะเท่ากันและกระแสเชิงเส้นจะมากกว่ากระแสเฟส:

ฉัน_ล = 1.73 * ฉัน_ฉ;

ยู_ล = ยู_ฉ.

สูตรเหล่านี้สามารถใช้ได้เฉพาะกับโหลดเฟสสมมาตรเท่านั้น หากปริมาณการใช้กระแสไฟในสายเคเบิลแตกต่างกัน (ตัวรับที่ไม่สมดุล) การคำนวณจะดำเนินการโดยใช้กฎของพีชคณิตเวกเตอร์และกระแสไฟที่เท่ากันที่เกิดขึ้นจะถูกชดเชยด้วยเส้นลวดที่เป็นกลาง อย่างไรก็ตาม สำหรับเครือข่ายที่มีเครื่องใช้ในครัวเรือนที่เชื่อมต่ออยู่ กรณีดังกล่าวเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก

ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณพื้นฐาน

งานทั่วไปที่ผู้บริโภคทั่วไปต้องเผชิญคือการคำนวณความแรงของกระแสที่เกิดขึ้นจริง แล้วจะคำนวณแอมแปร์ได้อย่างถูกต้องตามค่าแรงดันและพลังงานที่ทราบได้อย่างไร? มีความจำเป็นต้องแก้ไขโดยปรับค่าหน้าตัดของคอร์และพิกัดของเครื่องให้เหมาะสมโดยมีข้อมูลทางเทคนิคเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่จะจ่ายไฟให้กับวงจรนี้

หลังจากคำนวณกระแสแล้ว มักจะเลือกสายเคเบิลที่มีหน้าตัดที่อนุญาตน้อยที่สุด อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่ถูกต้องเสมอไปเนื่องจากวิธีแก้ปัญหาดังกล่าวนำไปสู่ข้อ จำกัด ที่สำคัญเมื่อจำเป็นต้องเพิ่มเครื่องใช้ไฟฟ้าใหม่เข้ากับเครือข่าย

บางครั้งจำเป็นต้องคำนวณแบบย้อนกลับและพิจารณาว่ากำลังไฟทั้งหมดที่สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ได้ที่แรงดันไฟฟ้าที่ทราบและกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตซึ่งถูก จำกัด ด้วยสายไฟที่มีอยู่

คุณสามารถแก้ปัญหาทั้งสองนี้สำหรับวงจรเฟสเดียวได้โดยใช้สูตรง่ายๆ:

ฉัน = ส / ยู;

ส = ยู * ฉัน,

ที่ไหน ส – กำลังไฟฟ้ารวมของผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งหมด

แผนภูมิวงกลมที่สะท้อนกฎของโอห์มและแสดงการพึ่งพาของกำลัง กระแส แรงดัน และความต้านทาน เหมาะสำหรับการคำนวณพารามิเตอร์ของวงจรเฟสเดียว

ในการแก้ปัญหาการคำนวณกระแสโดยใช้ค่าพลังงานและแรงดันไฟฟ้าที่ทราบหรือคำนวณได้ในวงจรสามเฟสคุณจำเป็นต้องทราบโหลดทั้งหมดที่กำหนดในแต่ละเฟส

ทั้งหน้าตัดที่ต้องการของแกนสายเคเบิลและพิกัดขั้นต่ำที่อนุญาตของเครื่องจะถูกเลือกตามสายที่ยุ่งที่สุด โดยพิจารณาว่า:

ส = 3 * สูงสุด{ส₁, ส₂, ส₃}.

ฉัน = ส / (ยู * 1.73).

กำลังไฟฟ้าที่อนุญาตสำหรับแต่ละเฟสสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

ส_1,2,3 <เอส/3= ฉัน * ยู / 1.73,

ที่ไหน ฉัน – กระแสไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตสำหรับการเดินสายที่มีอยู่

บทสรุปและวิดีโอที่เป็นประโยชน์ในหัวข้อ

การคำนวณความแรงของกระแสไฟฟ้าด้วยกำลังสำหรับการเลือกหน้าตัดของสายเคเบิล:

การกำหนดปริมาณการใช้พลังงานของกลุ่มเครื่องใช้ไฟฟ้าโดยใช้ตัวอย่างบ้านส่วนตัว:

คุณสามารถคำนวณความแรงของกระแสเพื่อกำหนดพารามิเตอร์การเดินสายหรือกำหนดกำลังไฟที่อนุญาตในวงจรที่มีอยู่ได้ด้วยตัวเอง ในการแก้ปัญหาอย่างถูกต้อง จำเป็นต้องคำนึงถึงความแตกต่างที่เกิดขึ้นในทางปฏิบัติ ไม่ใช่แค่ใช้สูตรที่รู้จักกันดีซึ่งทำงานภายใต้เงื่อนไข "ในอุดมคติ"

หากคุณมีคำถามเกี่ยวกับหัวข้อของบทความหรือคุณสามารถเพิ่มข้อมูลที่น่าสนใจลงในเนื้อหานี้ได้ โปรดแสดงความคิดเห็นของคุณในบล็อกด้านล่าง