В природе существует два основных вида материалов, проводящие ток и не проводящие (диэлектрики). Отличаются эти материалы наличием условий для перемещения в них электрического тока (электронов).
Из токопроводящих материалов (медь, алюминий, графит, и многие другие), делают электрические проводники, в них электроны не связаны и могут свободно перемещаться.
В диэлектриках электроны привязаны к атомам намертво, поэтому ток в них течь не может. Из них делают изоляцию для проводов, детали электроприборов.
Для того чтобы электроны начали перемещаться в проводнике (по участку цепи пошел ток), им нужно создать условия. Для этого в начале участка цепи должен быть избыток электронов, а в конце – недостаток. Для создания таких условий используют источники напряжения – аккумуляторы, батарейки, электростанции.
Формула Закона Ома
В 1827 году Георг Симон Ом открыл закон силы электрического тока. Его именем назвали Закон и единицу измерения величины сопротивления. Смысл закона в следующем.
Чем толще труба и больше давление воды в водопроводе (с увеличением диаметра трубы уменьшается сопротивление воде) – тем больше потечет воды. Если представить, что вода это электроны (электрический ток), то, чем толще провод и больше напряжение (с увеличением сечения провода уменьшается сопротивление току) – тем больший ток будет протекать по участку цепи.
Сила тока, протекающая по электрической цепи, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна величине сопротивления цепи.
где I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В; R – сопротивление, измеряется в омах и обозначается Oм.
Если известны напряжение питания U и сопротивление электроприбора R, то с помощью выше приведенной формулы, воспользовавшись онлайн калькулятором, легко определить силу протекающего по цепи тока I.
С помощью закона Ома рассчитываются электрические параметры электропроводки, нагревательных элементов, всех радиоэлементов современной электронной аппаратуры, будь то компьютер, телевизор или сотовый телефон.
На практике часто приходится определять не силу тока I, а величину сопротивления R. Преобразовав формулу Закона Ома, можно рассчитать величину сопротивления R, зная протекающий ток I и величину напряжения U.
Величину сопротивления может понадобится рассчитать, например, при изготовлении блока нагрузок для проверки блока питания компьютера. На корпусе блока питания компьютера обычно есть табличка, в которой приведен максимальный ток нагрузки по каждому напряжению.
Достаточно в поля калькулятора ввести данные величины напряжения и максимальный ток нагрузки и в результате вычисления получим величину сопротивления нагрузки для данного напряжения.
Например, для напряжения +5 В при максимальной величине тока 20 А, сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.
Формула Закона Джоуля-Ленца
Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой закон физики, который, независимо друг от друга открыли одновременно два ученых физика. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля-Ленца.
Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока. Другими словами, при изменении величины напряжения и тока будет пропорционально будет изменяться и потребляемая мощность.
где P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В; I – сила ток, измеряется в амперах и обозначается буквой А.
Зная напряжения питания и силу тока, потребляемую электроприбором, можно по формуле определить, какую он потребляет мощность. Достаточно ввести данные в окошки ниже приведенного онлайн калькулятора.
Закон Джоуля-Ленца позволяет также узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания. Величина потребляемого тока необходима, например, для выбора сечения провода при прокладке электропроводки или для расчета номинала.
Например, рассчитаем потребляемый ток стиральной машины. По паспорту потребляемая мощность составляет 2200 Вт, напряжение в бытовой электросети составляет 220 В. Подставляем данные в окошки калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток величиной 10 А.
Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность устанавливаемого электроприбора легко рассчитать потребляемый ток и правильно подобрать сечение провода для подключения к электропроводке автомобиля.
Допустим, дополнительная фара потребляет мощность 100 Вт (мощность установленной в фару лампочки), бортовое напряжение сети автомобиля 12 В. Подставляем значения мощности и напряжения в окошки калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока составит 8,33 А.
Разобравшись всего в двух простейших формулах, Вы легко сможете рассчитать текущие по проводам токи, потребляемую мощность любых электроприборов – практически начнете разбираться в основах электротехники.
Преобразованные формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца
Встретил в Интернете картинку в виде круглой таблички, в которой удачно размещены формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца и варианты математического преобразования формул. Табличка представляет собой несвязанные между собой четыре сектора и очень удобна для практического применения
По таблице легко выбрать формулу для расчета требуемого параметра электрической цепи по двум другим известным. Например, нужно определить ток потребления изделием по известной мощности и напряжению питающей сети. По таблице в секторе тока видим, что для расчета подойдет формула I=P/U.
А если понадобится определить напряжение питающей сети U по величине потребляемой мощности P и величине тока I, то можно воспользоваться формулой левого нижнего сектора, подойдет формула U=P/I.
Подставляемые в формулы величины должны быть выражены в амперах, вольтах, ваттах или Омах.
Источник: https://YDoma.info/ehlektrotekhnika/electricity-zakon-oma.html
Уроки электричества: азы для начинающих электриков, сила тока и напряжение, как рассчитать
При выходе из строя какого-нибудь электроблока правильным решением будет вызвать специалиста, который быстро устранит проблему.
Если такой возможности нет, уроки для электриков помогут самостоятельно устранить ту или иную поломку.
При этом стоит помнить о технике безопасности, дабы избежать серьезных увечий.
Техника безопасности
Правила безопасности нужно выучить наизусть — это сохранит здоровье и жизнь при устранении проблем с электричеством. Вот самые важные азы электрики для начинающих:
- Первые работы с сетями лучше всего проводить под присмотром опытного электрика.
- Не рекомендуется работать с высоким напряжением одному. Рядом всегда должен кто-то быть, кто подстрахует в случае проблем — обесточит сеть, вызовет экстренные службы и окажет первую помощь.
- Все работы следует проводить с обесточенными сетями. Также нужно убедиться, что никто не подключит электричество во время монтажа.
Для выполнения монтажных работ необходимо приобрести датчик (индикатор фазы), похожий на отвертку или шило. Это устройство позволяет найти провод, находящийся под напряжением — при его обнаружении на датчике загорается индикатор. Приборы работают по-разному, например, когда пальцем прижат соответствующий контакт.
Перед началом работ необходимо с помощью индикатора удостовериться в том, что все провода не обесточены.
Дело в том, что иногда проводку прокладывают неправильно — автомат на входе отключает только один провод, не обесточивая всю сеть. Такая ошибка может привести к печальным последствиям, ведь человек надеется на полное отключение системы, в то время как некоторый участок может все еще быть активным.
Виды цепей, напряжение и сила тока
Электрические цепи могут быть связаны параллельно либо последовательно. В первом случае электрический ток распределяется по всем цепям, которые соединяются параллельно. Получается, что суммарная единица будет равна сумме тока в любой из цепей.
Параллельные соединения имеют одинаковое напряжение. В последовательной комбинации ток переходит из одной системы в другую. В итоге в каждой линии протекает одинаковый ток.
Не имеет смысла останавливаться на технических определениях напряжения и силы тока (А). Гораздо понятнее будет пояснение на примерах. Так, первый параметр влияет на то, насколько хорошо нужно изолировать различные участки.
Чем оно больше, тем выше вероятность того, что в каком-то месте случится пробой. Из этого следует, что высокому напряжению необходима качественная изоляция.
Оголенные соединения необходимо держать подальше друг от друга, от других материалов и от земли.
Электрическое напряжение (U) принято измерять в Вольтах.
Более мощное напряжение несет большую угрозу для жизни. Но не стоит полагать, будто низкое абсолютно безопасно. Опасность для человека зависит и от силы тока, которая проходит через организм.
А этот параметр уже напрямую подчиняется сопротивлению и напряжению. При этом сопротивление организма связано с сопротивлением кожи, которое может меняться в зависимости от морального и физического состояния человека, влажности и многих других факторов.
Бывали случаи, когда человек умирал от удара током всего 12 вольт.
Кроме того, в зависимости от силы тока подбираются различные провода. Чем выше A, тем толще нужен провод.
Переменная и постоянная величины
Когда электричество только зарождалось, потребителям поставляли постоянный ток. Однако выяснилось, что стандартную величину 220 вольт практически невозможно передать на большое расстояние.
С другой стороны, нельзя подводить тысячи вольт — во-первых, это опасно, во-вторых, тяжело и дорого изготавливать приборы, работающие на таком высоком напряжении. В результате было решено преобразовывать напряжение — до города доходит 10 вольт, а в дома уже попадает 220. Преобразование происходит при помощи трансформатора.
Что касается частоты напряжения, то она составляет 50 Герц. Это значит, что напряжение меняет свое состояние 50 раз в минуту.
Оно стартует с нуля и вырастает до отметки в 310 вольт, затем падает до нуля, затем до -310 вольт и опять поднимается до нуля. Все работа протекает в циклическом ключе.
В таких случаях напряжение в сети равняется 220 вольт — почему не 310, будет рассказано дальше. За границей встречаются разные параметры — 220, 127 и 110 вольт, а частота может быть 60 герц.
Мощность и другие параметры
Электрический ток необходим для выполнения какой-либо работы, например, для вращения двигателя или нагрева батарей. Можно вычислить, какую работу он совершит, умножая силу тока на напряжение. Например, электронагреватель, имеющий 220 вольт, и обладающий мощностью 2.2 кВт, будет расходовать ток в 10 А.
Стандартное измерение мощности происходит в ваттах (Вт). Электрический ток силой 1 ампер с напряжением 1 вольт может выделить мощность 1 ватт.
Вышеприведенная формула используется для обоих видов тока. Однако вычисление первого имеет некоторую сложность, — необходимо умножить силу тока на U в каждую единицу времени. А если учесть, что у переменного тока все время меняются показатели напряжения и силы, то придется брать интеграл. Поэтому было применено понятие действующего значения.
Грубо говоря, действующий параметр — это среднее значение силы тока и напряжения, выбранное специальным путем.
Переменный и постоянный ток имеет амплитудное и действующее состояние. Амплитудный параметр — максимальная единица, до которой может подниматься напряжение. Для переменного вида амплитудное число равняется действующему, умноженному на √ 2. Этим объясняются показатели напряжения 310 и 220 В.
Закон Ома
Следующим понятием в основах электрики для начинающих является закон Ома. Он утверждает, что сила тока равна напряжению, поделенному на сопротивление. Этот закон действует как для переменного тока, так и для постоянного.
Сопротивление измеряют в омах. Так, сквозь проводник с сопротивлением 1 ом при напряжении 1 вольт проходит ток 1 ампер. Закон Ома порождает два интересных следствия:
- Если известна A, протекающая через систему, и сопротивление цепи, то можно вычислить мощность.
- Мощность также можно посчитать, зная действующее сопротивление и U.
При этом для определения мощности берется не напряжение сети, а U, примененное к проводнику. Получается, если какой-либо прибор включен в систему через удлинитель, то действие будет применено как к прибору, так и к проводам удлинительного устройства. В результате провода будут нагреваться.
Конечно, нежелательно, чтобы соединения нагревались, так как именно это приводит к различным нарушениям работы электропроводки.
Однако основные проблемы заключаются не в самом проводе, а в различных местах соединения. В этих точках сопротивление бывает в десятки раз выше, чем по периметру провода. Со временем в результате окисления сопротивление может лишь повышаться.
Особенно опасными являются места соединения различных металлов. В них процессы окисления проходят гораздо быстрее. Самые частые зоны соединений:
- Места скручивания проводов.
- Клеммы выключателей, розеток.
- Зажимные контакты.
- Контакты в распределительных щитках.
- Вилки и розетки.
Поэтому при ремонте первым делом стоит обратить внимание на эти участки. Они должны быть доступными для монтажа и контроля.
Выполняя вышеописанные правила, можно самостоятельно решать некоторые бытовые вопросы, связанные с электрикой в доме. Главное — помнить о технике безопасности.
Источник: https://220v.guru/elementy-elektriki/lampy/uroki-dlya-elektrikov-osnovy-elektrichestva.html
Электропроводка в доме. Как рассчитать силу тока и зачем это нужно?
Электрику-практику достаточно общего понимания процессов, происходящих в электрической цепи. Предупреждаю: без формул не обойтись. Впрочем, их всего несколько, и те предельно просты.
Что мы знаем о параметрах бытовой электросети?
Например, что напряжение измеряется в вольтах. Что в бытовой сети и в каждой розетке 220 вольт.
Еще в сети есть ток. И мощность. Правда, она не в сети, а в электроприборах — по крайней мере, именно на них мощность указана.
На элементах электропроводки обычно указывают ток. Вы без труда найдете на розетке, удлинителе, выключателе надпись: например, 10А, 5А и т. д. Это — допустимый для данного элемента ток, измеряемый в амперах. То есть в розетку на 10 ампер не стоит включать электроприборы, требующие большего тока.
Остается узнать потребляемый ток электроприбора. Как? Исходя из указанной на нем мощности. Но начнем с основ.
Возьмем лампу накаливания. Ее спираль (как и любой проводник!) обладает определенным электрическим сопротивлением — на прохождение через него тока расходуется определенная энергия. Лампы накаливания
Depositphotos
Мы помним, что электрический ток — это поток заряженных частиц, под воздействием электрического поля движущихся «сквозь» материал проводника. Часть электронов при этом теряется, наталкиваясь на узлы кристаллической решетки, а энергия рассеивается в виде тепла.
Чем выше сопротивление, тем больше «теряется» электронов, тем слабее ток. Чем больше сопротивление — тем меньше ток.
Ток возникает под действием напряжения. Вы не увидите предупреждающих надписей «Осторожно! Высокий ток!». Надписи гласят: «Осторожно! Высокое напряжение!». Тока может еще не быть, а напряжение есть. Поражает человека не напряжение, а ток.
Предупреждают же именно о высоком, низкое напряжение считается менее опасным. То есть чем выше напряжение — тем больше ток. Одновременно чем выше сопротивление — тем ток меньше.
Запишем в виде формулы:
I (сила тока) = U (напряжение) / R (сопротивление)
I — сила токаU — напряжение
R — сопротивление цепи или ее участка
Как правило, сопротивлений наших электроприборов мы не знаем. И не нужно. Открою тайну: работая электриком, я тоже сопротивлений бытовой техники не знаю…
Зато известна мощность. Из нее мы и исходим при расчете параметров сети, подборе проводов и аппаратов защиты. По предполагаемой мощности рассчитывается ток, который будет протекать в цепи при включении в нее предполагаемых электроприборов.
Например, от электрощита идет кабель, питающий все розетки в квартире. Одновременно бывают включены: холодильник, компьютер, телевизор. Суммарный ток всех этих потребителей — минимум, на который должны быть рассчитаны кабель и автоматический выключатель. Очень желательно — с некоторым запасом. Бытовая техника при запуске увеличивает нагрузку на линию
Depositphotos
Во-первых, при пуске электродвигателей (холодильник, кондиционер, стиральная машина и пр.) возникают кратковременные токи, существенно превышающие обычные рабочие. Иногда — в 2−3 раза. Эту кратковременную нагрузку линия должна уверенно выдерживать.
Во-вторых, бытовой техники наверняка прибавится. Возможно, мощной техники — чайник, обогреватель. К кондиционерам, стиральным и посудомоечным машинам принято прокладывать отдельную линию электропитания — но на практике бывает по-разному.
Познакомимся еще с одной простой формулой?
Рассчитываем ток, исходя из известных параметров. Сопротивления предполагаемой нагрузки мы не знаем, зато известны ее мощность и, естественно, напряжение.
Вторая из основных «электрических формул» не сложнее первой:
P (мощность) = U (напряжение) x I (ток)
P — мощность в ваттах (Вт) U — напряжение в вольтах (В)
I — сила тока в амперах (А)
И наоборот:
I (ток) = P (мощность) / I (ток)
Указанную на электроприборе мощность делим на 220 вольт.
Например: мощность холодильника 440Вт / 220 В = 2А. То есть 2 ампера и есть потребляемый холодильником ток.
Учтем лишь, что это «средний» ток, потребляемый холодильником при работающем компрессоре. Во время пуска двигателя ток возрастает — возможно, в 2−3 раза. При неработающем двигателе энергопотребление, соответственно, ниже.
Общее же энергопотребление одного и того же холодильника будет варьироваться в зависимости от режима работы.
Но это — компрессор. У другой техники свои режимы работы. Например, чайник работает проще: кратковременно и с одинаковой мощностью. Суммируем токи устройств, подключенных к одной линии электропроводки, например:
2А (холодильник) + 10А (чайник) + 7А (СВЧ) + 1,5А (компьютер) = 20,5А
Это минимальный ток, на который должен быть рассчитан наш кабель.
Ближайшие к этому значению номиналы кабеля:
- 19А — кабель сечением 1,5 мм
- 27А — кабель сечением 2,5 мм
На практике, в большинстве случаев хватило бы и кабеля сечением жил 1,5 мм и автомата 20А. Да, это меньше расчетного, но… Мы редко включаем все сразу и на полную мощность, да и у кабеля есть запас мощности.
Но положено выбирать кабель следующего номинала — большего, чем расчетный ток. Да и на деле запас мощности не помешает. Поэтому выбираем, как и положено:
- стандартный для современных домов кабель сечением 2,5 мм и автомат 25А.
Это упрощенные и приблизительные расчеты, не учитывающие т.н. реактивную мощность и коэффициент мощности! Но для большинства бытовых расчетов их можно использовать. И используют. Depositphotos
Для чего еще нужны параметры электроприборов?
- Допустим, вы приобретаете новую бытовую технику. Тогда умение хотя бы прикинуть ее мощность будет не лишним.
- Или перегорели галогенные либо светодиодные лампы. Многие просто покупают новую, такой же формы и размера. Но внешнее сходство — еще не все. Галогенные и диодные лампы могут быть рассчитаны на разное напряжение: например, 12 (с блоком питания) или 220 вольт. «Неправильная» лампа не зажжется, сгорит или лопнет при попытке включить свет.
- Или вышла из строя розетка, автоматический выключатель, УЗО. Почему? Не слишком ли мощные устройства к ним подключены?
- И, наконец, слабое место бытовой проводки — удлинители. Обратите внимание: на них обязательно указан допустимый ток. Только мало кто сопоставляет их мощность с мощностью того, что в них включают.
Впрочем, теперь мы умеем сопоставлять параметры техники с возможностью вашей проводки. А к удлинителям мы еще вернемся. Слишком часто они оказываются источниками проблем.
Что еще почитать по теме?
Как устроена электропроводка в квартире? Общие принципы
Надо ли менять электропроводку во время ремонта? Давайте посчитаем
Замена электрической проводки. Как это сделать самостоятельно? электроэнергия, электроприборы, электричество, домашнее хозяйство
Источник: https://ShkolaZhizni.ru/family/articles/79455/
Как рассчитать мощность, силу тока и напряжение: разбираемся во взаимосвязях этих величин
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.
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.
Имея одинаковую маркировку, кабеля, произведенные по ГОСТу (слева) и по ТУ (справа) отличаются как визуально, так и по основным характеристикам
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.
Пониженное входное напряжение приводит не только к изменению параметра силы тока и возможному срабатыванию защиты, но и к быстрой поломке электроприборов, содержащих асинхронные электродвигатели или сложную электронику
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):
P = S * cos (f);
Q = S * sin (f);
S2 = P2 + Q2.
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.
На двигателях обычно указывают активную мощность и коэффициент. В этом случае полная мощность вычисляется так: S = P / cos (f) = 750 / 0.78 = 962 Вт
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”.
Принципиальные схемы передачи электроэнергии по трем фазам. Название “звезда” и “треугольник” они получили благодаря геометрической схожести с этими объектами
В цепях типа “звезда” линейные и фазные токи идентичны, а линейное напряжение больше фазного в 1,73 раза:
Iл = Iф;
Uл = 1.73 * Uф.
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:
Iл = 1.73 * Iф;
Uл = Uф.
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:
I = S / U;
S = U * I,
где S – суммарная полная мощность всех электропотребителей.
Круговая диаграмма, отражающая закон Ома и выражающая зависимость мощности, силы тока, напряжения и сопротивления подходит для вычисления параметров однофазной цепи
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:
S = 3 * max{S1, S2, S3}.
I = S / (U * 1.73).
Допустимую мощность для каждой из фаз можно вычислить по следующей формуле:
S1,2,3 < S / 3 = I * U / 1.73,
где I – максимально допустимая сила тока для существующей проводки.
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.
Источник: https://sovet-ingenera.com/elektrika/docs-elektrika/kak-rasschitat-moshhnost.html
как рассчитать силу тока?
Любая электротехническая система – это комплекс электрических устройств, объединенных в общую цепь для решения различных задач (освещения, отопления, передачи информации, контроля физических параметров и т.д.
). Для эффективной и безопасной работы при разработке электрической схемы и подбора оборудования, необходимо учитывать такие параметры как напряжение, сила тока, сопротивление, мощность устройств энергопотребления.
Все они взаимосвязаны и имеют определенную зависимость друг от друга, в соответствии с законом Ома. Зная отдельные параметры, можно без труда рассчитать, как силу тока, так и величину остальных значений.
Как рассчитать силу тока для отдельных элементов электрической цепи
При монтаже электрической проводки как в домашних, так и в промышленных условиях необходимо правильно рассчитать силу тока. Это необходимо в перовую очередь для правильного подбора сечения кабеля или провода.
В случае если диаметр проводника будет ниже необходимого, то кабель будет чрезмерно нагреваться.
Это может привести к оплавлению изоляции, короткому замыканию и как правило, в большинстве случаев является причиной пожаров.
Как рассчитать силу тока по мощности электроприбора
Мощность электрического устройства является величиной физической и характеризует скорость преобразования или передачи энергии. В системе СИ единицей мощности принят ватт. Для однофазной сети данный показатель можно определить по простой формуле:
Р=U x I, где U- напряжение в электрической сети в вольтах, а I – сила тока в амперах. То есть для того чтобы рассчитать силу тока, зная мощность электрического изделия необходимо преобразовать формулу и получаем ее в таком виде I (сила тока, А) = Р (мощность устройства, Вт) / U (напряжение сети, В).
Практический пример как рассчитать силу тока для выбора провода питания зная мощность прибора и напряжение в сети.
Задача: необходимо подобрать кабель для подключения электрического камина в частном доме.
Исходными данными имеющими значение будут мощность, указанная в документации на электрокамин (условимся что она завалена производителем в 5 кВт) и напряжение сети (как правило, для частного дома эта величина составляет 220 В, при условии, что сеть однофазная).
Подставив эти значения в вышеуказанную формулу (5000/220) мы получаем значение силы тока в 22,7А. Исходя из этого выбираем кабель соответствующего сечения.
Необходимо принимать во внимание, что все расчетные параметры кабельной продукции стандартизированы и в любом случае необходимо руководствоваться большей величиной.
Так в нашем варианте подойдет медный кабель сечением 2,5 кв. мм. рассчитанный на ток 27 ампер.
Здесь рассмотрен вариант расчета силы тока для локального электроприбора. Если к кабелю будет подключено несколько устройств, то необходимо суммировать всю их мощность.
Как рассчитать силу тока по сопротивлению
Расчет силы тока для отдельного участка, зная сопротивление этого участка и напряжение в сети, не представляет собой особой сложности. Зависимость этих параметров определена законом Ома, формула которого в символьном виде выглядит следующим образом:
I=U/R, где – сила тока в амперах, напряжение сети в вольтах, а сопротивление участка в ом.
В каких случаях прибегают к расчету силы тока по сопротивлению? Как правило, это ситуация, когда в помещении уже смонтирована проводка, но нет достоверных данных какой кабель применялся при прокладке и какую нагрузку он может выдержать.
Таким образом замерив сопротивление электрического устройства омметром или мультиметром можно рассчитать силу потребляемого тока.
Для чего нужны резисторы в бытовых электрических цепях
Трехфазное электропитание в частном доме используется довольно редко из-за сложностей в организации электропроводки и повышенной опасности при эксплуатации.
В обыкновенной электрической сети к которой подключаются все бытовые приборы имеет напряжение 220В. Но для работы отдельных устройств эта величина слишком большая.
По закону Джоуля-Ленца, при прохождении электричества по проводнику выделяется тепло. Формула закона выгладит следующим образом:
Q = I²Rt, где Q — количество тепла, Дж; R и I – сопротивление и сила тока, а t – время протекания тока.
Из этого видно, что чем больше сила тока, тем больше тепла будет выделяться при работе устройства, что в итоге может привести к перегреву и выходу изделия из строя. Время тоже имеет значение, но в нашем варианте, для удобства понимания можно принят его равное 1.
Таким образом, чтобы избежать этой неприятности, нам необходимо увеличить сопротивление (см. на формулу закона Ома). Другими словами, необходимо в цепь включить резистор, который обладает дополнительным сопротивлением. Рассчитать силу тока для резистора можно посмотрев маркировку на его поверхности.
На практике данный принцип применяется при работе всей низковольтной аппаратуры, светодиодных источников света, а также в приборах контроля и автоматики.
В последнем варианте это широко известные плавкие предохранители принцип работы, которых основан на применении законов Ома и Джоуля-Ленца. Т.е.
при скачке напряжения возрастает сила тока и выделяется большое количество тепла, в результате чего из строя выходит только плавкий предохранитель, а остальные детали остаются работоспособными.
Источник: http://podvi.ru/interesnoe/kak-rasschitat-silu-toka.html
Как рассчитать силу тока – практические советы для домашнего электрика
Говоря об электрических приборах, сети, в первую очередь упоминают о напряжении. Его величина указывается в вольтах (В), отмечается U. Показатель напряжения зависит от определенных факторов:
- материала проводки;
- сопротивления прибора;
- температуры.
Один из основных показателей электричества — напряжение
Отличают виды напряжения – постоянное и переменое. Постоянное, если на один конец цепи поступает негативный потенциал, на другой – позитивный. Очень доступный пример непрерывного напряжения – батарейка. Нагрузку подсоединяют, выполняя полярность, иначе можно повредить приспособление. Постоянный ток не представляется возможным без потерь передать на большие расстояния.
Электрический ток появляется, когда регулярно меняется его полярность. Кол-во изменений называют частотой, меряется в герцах. Переменные напряжения возможно передавать достаточно далеко.
Применяют рентабельные трёхфазные системы электроснабжения: в них очень маленькие потери электрической энергии. Они выполнены четырьмя проводами: три фазных и нулевой. Если взглянуть на линию электропередач, увидим 4 провода между столбами.
От них к дому подводят два – фазный ток 220 В. Если присоединить 4 провода, покупатель получит линейный ток 380 В.
Как высчитать силу тока согласно законодательству Ома
При 2-ух популярных величинах всегда найдутся третью. Для вычислений очень часто пользуются законом Ома с тремя величинами: силой тока, напряженим, сопротивлением: I=U/R.
Он используется для цепи с нагрузкой из Трубчатых нагревателей, лампочек, резисторов, имеющих активное сопротивление.
Если есть катушки, конденсаторы, это уже реактивное сопротивление, обозначают X. Катушки создают индуктивное (XL), конденсаторы – емкостное сопротивление (XC). Сила тока рассчитывается с использованием формулы, в основе которой также закон Ома: I=U/X.
Измерение силы тока. Практическое применение амперметра. Как это работает? 1
Раньше определяют индуктивное и емкостное сопротивления, они вместе составляют реактивное сопротивление (C+L).
Индуктивное вычисляется: XC=½?fC. Для расчета емкостного применяем формулу XL=2?fL.
Формулы содержат определения, просящие разъяснения: ?=3,14, f – это частота. По ним вычисляется ток, если есть катушка или конденсатор.
Сила тока – как определить в настоящих условиях
Пролаживая электрическую проводку, заранее необходимо узнать силу тока. Ошибки чреваты неприятностями – проводка, электроточки плавятся. Если он практически превосходит расчетный, проводка нагревается, плавится, происходит обрыв или замыкание. Ее необходимо заменять, однако это не очень малоприятное – возможен и пожар.
Во время монтажа проводки важно знать силу тока
Ток сети для практичных нужд находят, зная мощность приборов: I=P/U, где P – мощность потребителя. В реальности принимается во внимание показатель мощности – cos ?. Для однофазной сети: I = P/(U•cos ?),
трехфазной – I = P/(1,73•U•cos ?).
Для одной фазы U принимают 220, для трех – 380. Показатель множества приборов 0,95. Если подсоединяют электрический двигатель, сварку, дроссель, показатель 0,8. Подставляя 0,95, для однофазной сети выходит:
I = P/209, трехфазной – I = P/624. Если показатель 0,8, для 2-ух проводов: I = P/176, для четырех: I = P/526.
Трехфазный ток меньше в три раза, нагрузка делится поровну между фазами. Подсчитывая нагрузку, предполагают запас 5%, для двигателей, сварочных агрегатов – 20%.
Устройства часто применяют одновременно. Чтобы определить нагрузку, суммируют токи устройств. Подход возможен, если они имеют похожий показатель мощности. Для потребителей с самыми разнообразными коэффициентами применяют усредненный норматив. Порой к трехфазной системе подсоединяют однофазные и изделия с тремя фазами. Вычисляя ток, кладут все нагрузки.
Проводка – как сосчитать сечение и номиналы защиты
Ток, текущий по проводке, нагревает ее. Уровень нагрева зависит от его силы и сечения проводки. Хорошо выбранный греется несильно. Если ток имеет большую силу, проводка недостаточное сечение, она очень разогревается, изоляция плавится, возможен пожар. Для правильного выбора сечения пользуются таблицами ПУЭ.
Сечение провода и сила тока определяют уровень нагрева проводки
Поиск утечки тока в автомобиле
Предположим, требуется присоединить электрический котел 5 кВт. Применяем медный трехжильный провод в рукаве. Проводим вычисления: 5000/220 = 22,7. Подобающее значение в таблице 27 А, сечение 4 мм2, диаметр – 2,3 мм. Сечение всегда подбирают с меньшим запасом Для полной гарантии. Сейчас существует уверенность, что провода не перегреются, не загорятся.
Для защиты сети пользуются низковольтными предохранителями. Они работают так, что при некоторой силе тока предохранитель плавится и рвет цепь.
Благодаря этому гвоздь или первый попавшийся провод из меди взамен предохранителя применить нельзя, когда-либо это может привести к большим проблемам.
Если необходимого предохранителя нет, применяют провод из меди нужного диаметра, пользуясь таблицей.
Низковольтные предохранители поэтапно уходят, им на смену пришли автовыключатели. Подобрать их не очень просто, как может показаться. Допустим, проводка рассчитана на 22 А, ближний автомат на 25 А.
Значит, устанавливать его? Оказывается, нет. Обозначение С25 абсолютно не означает, что при 26 амперах он разорвет цепь. Если даже нагрузка превысит значение в 1,5 раза, он мгновенно не отключит сеть.
Нагреется и сработает минуты через две.
Устанавливать необходимо автомат меньшего номинала. Ближний – С16. Он может выключить сеть при 17 Но и при 24, и никто не скажет, какое количество времени пройдёт. На срабатывание действует много факторов. Приспособление имеет две защиты – электромагнитную и тепловую. Электромагнитная защита выключает сеть за 0,2 секунды при существенной перегрузке.
Нужно выбрать автомат, срабатывающий при возможно меньшей силе тока.
Еще 1 вид устройств выключения – Устройство защитного отключения. Он лишен тепловой и электромагнитной защиты.
Указанный номинал служит, чтобы определять ток, который удержит Устройство защитного отключения без повреждений. Так что разумно после Устройство защитного отключения поставить автомат на самый большой ток.
Есть устройства защиты, представляющие объединение автомата с Устройство защитного отключения – дифавтоматы.
Источник: http://modut.ru/jelektrichestvo/kak-rasschitat-silu-toka-prakticheskie-sovety-dlja/
