Перевод Амперов в Ватты: правила и практические примеры перевода единиц напряжения и силы тока
У владельцев частных домов, квартир, дач или небольших хозяйственных помещений, подключенных к электричеству, часто возникает потребность перевести амперы в ватты или решить обратную задачу.
Для выполнения переводов единиц, определяющих характеристики тока, применяют известные формулы, которые основаны на законе Ома.
Содержание статьи:
- Определение мощности подключенных приборов
- Активная и полная составляющая мощности
- Пусковые токи компрессоров и двигателей
- Сила тока и параметры электропроводки
- Взаимосвязь основных электрических величин
- Одно- и трехфазное подключение
- Типовое напряжение бытовых сетей
- Полезное видео по теме
Определение мощности подключенных приборов
Чтобы вычислить значение максимально возможной мощности на участке цепи, необходимо суммировать показатели всех подключенных приборов. Но не все так просто: многие из этих устройств представляют собой сложные электродинамические системы, поэтому нужно правильно определить их параметры.
Активная и полная составляющая мощности
Активная (или потребляемая) мощность устройства (P) определяет безвозвратную потерю электроэнергии при его работе. Именно этот показатель посчитает электросчетчик, а, следовательно, он влияет на объем потраченных ресурсов (денег) при функционировании прибора.
Активную компоненту в ваттах указывают для всех потребителей электроэнергии. Однако есть еще один показатель – коэффициент мощности (cos(f)), который можно найти в технической документации, а также на специальных табличках или этикетках с основными параметрами. Через нее можно рассчитать полную мощность (S) устройства по следующей формуле:
S = P / cos(f)
Физический смысл этих величин можно описать так: ток с полной мощностью идет от источника (трансформатора) до электроприбора, который преобразует его активную составляющую, а оставшуюся (реактивную) возвращает обратно в сеть. Таким образом, нагрузку на компоненты цепи (проводку и автоматы) необходимо рассчитывать именно с учетом полной мощности.
Провести расчет полной мощности можно по данным, которые присутствуют в техническом паспорте устройства или на шильдике электродвигателя
Для большинства бытовых приборов коэффициент равен единице, следовательно, активная и полная мощности совпадают. Но при наличии у электропотребителя конденсаторов (емкостей) или катушки индуктивности возникает реактивная компонента.
Обратить внимание нужно на следующие типы оборудования:
- холодильники;
- стиральные машины;
- кондиционеры;
- насосы;
- индукционные печи и плиты;
- люминесцентные светильники;
- телевизоры;
- компьютеры и другая техника с электронной начинкой.
Также часто к электросистеме частных домов или хозяйственных объектов подключают станки с электродвигателями, аппараты дуговой сварки и другое оборудование, у которого полная мощность значительно выше потребляемой. Поэтому нужно внимательно ознакомиться с техническими характеристиками приборов перед их включением в сеть.
Пусковые токи компрессоров и двигателей
Если бытовая техника оснащена электродвигателем, компрессором, нитью накаливания или трансформатором на входе в блок питания, то при начале ее работы на короткое время возникают пусковые токи (Iп). Их значение может в несколько раз превышать номинальные показатели (Iн), указанные в паспорте устройства. Эти величины связаны следующей формулой:
Iп = k * Iн
Здесь k – коэффициент кратности пускового тока.
Документация по электродвигателям содержит все данные, необходимые для расчета стартового тока, в том числе и коэффициент кратности (последний столбец)
Показатель кратности превышает значение «2» у следующих распространенных бытовых приборов:
- погружной насос;
- холодильник и морозильник;
- пылесос;
- стиральная машина;
- кондиционер;
- микроволновая печь;
- неоновое освещение;
- некоторые виды электроинструмента (дрель, перфоратор, компрессор).
Расчет общей мощности при присутствии в цепи таких устройств необходимо проводить с учетом их стартовых токов. Так как время повышенного электропотребления невелико, а синхронное включение маловероятно, то достаточно взять один, наиболее мощный по стартовым токам прибор.
Сила тока и параметры электропроводки
Для определения необходимого сечения жил электропроводки и номинала автоматических выключателей выполняют перевод суммарного количества ватт в амперы и получают значение максимального длительного тока.
Соотнесение сечения жил и максимально допустимой для проводки силы тока выполняют с использованием таблиц, которые предоставляют производители кабельной продукции. В зависимости от компании-изготовителя, основные показатели могут немного отличаться, но при этом всегда должны соответствовать действующему ГОСТ 31996-2012.
Пример таблицы соответствия сечения токопроводящих жил и максимально допустимого длительного тока в зависимости от способа прокладки проводки
Иногда выбирают проводку не с минимально допустимым сечением, а с немного большим. Это оправдано, так как запас пропускной способности позволяет подключить новые электроприборы без дорогостоящего демонтажа старых и укладки новых кабелей.
Параметры устанавливаемого в электрощитке автоматического выключателя подбирают так, чтобы он гарантированно срабатывал на отключение, если сила тока превысит значение, определенное как максимально допустимое для проложенной проводки.
Номинальный ток автомата (In) вычисляют по допустимому для кабеля току (Ip) по следующей формуле:
In <= Ip / 1.45
Обычно выбирают автомат с максимальным среди разрешенных значением номинала, чтобы минимизировать вероятность отключения при сильной, но еще допустимой загрузке цепи.
Взаимосвязь основных электрических величин
Мощность и силу тока можно связать через напряжение (U) или сопротивление цепи (R). Однако на практике применить формулу P = I2 * R сложно, так как затруднительно точно рассчитать сопротивление на реальном участке.
Одно- и трехфазное подключение
Большинство разводок электросети для бытового использования являются однофазными. В этом случае пересчет полной мощности (S) и силы переменного тока (I) с использованием известного напряжения происходит по следующим формулам, вытекающим из классического закона Ома:
S = U * I
I = S / U
Сейчас получила распространение практика подведения трехфазной сети к жилым, бытовым и мелким промышленным объектам. Это оправдано с позиции минимизации затрат на кабели и трансформаторы, которые несет компания поставляющая электроэнергию.
При подведении трехфазной сети устанавливают вводной трехполюсный автомат (слева вверху), трехфазный счетчик (справа вверху) а для каждой выделенной цепи – обыкновенные однополюсные устройства (слева внизу)
Сечение жил проводки и номинальную мощность при использовании трехфазных потребителей определяют также по силе тока, которую вычисляют так:
Il = S / (1.73 * Ul)
Здесь индекс «l» означает линейный характер величин.
При планировании и последующем проведении разводки внутри помещения лучше выделять трехфазных потребителей в отдельные цепи. Приборы, работающие от стандартных 220 В, стараются более-менее равномерно раскидать по фазам, так, чтобы не было значительного перекоса в мощности.
Иногда допускают смешанное подключение устройств, работающих как от одной, так и от трех фаз. Эта ситуация не самая простая, поэтому ее лучше рассмотреть на конкретном примере.
Пусть в цепь включена трехфазная индукционная печь с активной мощностью 7.0 кВт и коэффициентом мощности 0.9. К фазе «A» подключена микроволновая печь 0.8 кВт с коэффициентом «2» кратности пускового тока, а к фазе «Б» – электрический чайник 2.2 кВт. Необходимо рассчитать параметры электросети для этого участка.
Схема подключения приборов к сети. При такой конфигурации всегда ставят трехфазный автоматический выключатель. Использовать для защиты несколько однофазных автоматов запрещено
Определим полную мощность всех устройств:
Si = Pi / cos(f) = 7000 / 0.9 = 7800 В*А;
Sm = Pm * 2 = 800 * 2 = 1600 В*А;
Sс = Pc = 2200 В*А.
Определим силу тока каждого прибора:
Ii = Si / (1.73 * Ul) = 7800 / (1.73 * 380) = 11.9 A;
Im = Sm / Uf = 1600 / 220 = 7.2 A;
Ic = Sc / Uf = 2200 / 220 = 10 A.
Определим силу тока по фазам:
IА = Ii + Im = 11.9 + 7.2 = 19.1 A;
IБ = Ii + Ic = 11.9 + 10 = 21.9 A;
IС = Ii = 11.9 A.
Ток максимальной силы при всех включенных электроприборах протекает по фазе «Б» и будет равен 21.9 A. Достаточная комбинация для беспроблемного обеспечения функционирования всех устройств в этой цепи – сечение медных жил 4,0 мм2 и автоматический выключатель на 20 или 25 A.
Типовое напряжение бытовых сетей
Так как мощность и сила тока связаны через напряжение, то необходимо точно определить эту величину. До введения с октября 2015 года ГОСТ 29322-2014 значение для обыкновенной сети было равно 220 В, а трехфазной – 380 В. По новому документу эти показатели приведены в соответствие с европейскими требованиями – 230 / 400 В, но большинство систем бытового электроснабжения все еще функционирует по старым параметрам.
Получить реальное значение напряжение можно с использованием вольтметра. Если цифры значительно меньше эталонных, то необходимо подключить входной стабилизатор
Отклонение 5% реального значения от эталонного допустимо на любой срок, а 10% – не более чем на один час. При понижении напряжения некоторые потребители, такие как электрочайник, лампа накаливания или микроволновая печь, теряют в мощности.
Но если устройство снабжено интегрированным стабилизатором (например, газовый котел) или имеет отдельный импульсный блок питания, то потребляемая мощность останется постоянной. В этом случае, учитывая, что I = S / U, падение напряжение приведет к увеличению силы тока. Поэтому не рекомендуют подбирать сечение жил кабеля «впритык» к максимальным расчетным значениям, а желательно иметь запас в 15-20%.
Полезное видео по теме
Измерение силы тока мультиметром и последующее вычисление мощности:
Электронное устройство для определения напряжения, силы тока и автоматического вычисления мощности:
Определить силу тока, зная напряжение сети и суммарную мощность приборов на участке цепи, достаточно просто. Основная сложность заключается в измерении или подсчете исходных параметров. Если возникают сомнения в правильности найденного решения, то лучше обратиться к электрикам, так как ошибки в расчетах могут привести к серьезным проблемам.
