So berechnen Sie Leistung, Strom und Spannung: Grundsätze und Berechnungsbeispiele für häusliche Bedingungen

Besitzer von Wohnungen, Privathäusern und anderen elektrifizierten Objekten stehen oft vor der Frage, die Werte elektrischer Grundgrößen zu ermitteln, da die Berechnung der Leistung anhand der zulässigen Stromstärke und einer bekannten Spannung bzw. die Lösung des Umkehrproblems nicht ganz einfach ist .

Die direkte Anwendung des bekannten Ohmschen Gesetzes ohne Berücksichtigung der Eigenschaften von Haushaltsnetzen und -geräten kann zu einem falschen Ergebnis führen.

In diesem Material werden wir verstehen, was Leistung ist, und Ihnen erklären, wie Sie diesen Indikator berechnen.

Grundbegriffe von Mengen

Elektrische Berechnungen basieren auf bekannten Beziehungen zwischen Strom (I, Ampere), Spannung (U, Volt), Leistungswert (P, Watt) und Widerstand (R, Ohm). Praktische Berechnungen erfordern in der Regel die Kenntnis der Werte der ersten drei.

Wir warnen Sie, dass numerische Ausdrücke der aufgeführten Werte nicht ausreichen – es sind zusätzliche Merkmale erforderlich, die den Stromverbrauchsmodus offenbaren.

Elektrische Stromstärke

Die Berechnung des ausreichenden Leiterquerschnitts und der Bemessung des Leistungsschalters für einen bestimmten Zweig des Stromnetzes erfolgt nach dem Wert der maximal möglichen Stromstärke für diesen Abschnitt. Dies ist notwendig, um zu verhindern, dass die Verkabelung in Brand gerät, was häufig zu einem Brand führt.

Arbeitskräfte Maschinenparameter und RCDs werden gemäß den gesetzlichen Anforderungen ausgewählt.Um den zulässigen Querschnitt der Adern in Abhängigkeit von der maximal möglichen Stromstärke zu ermitteln, ist die Verwendung der vom Produkthersteller bereitgestellten Tabelle erforderlich, da die Kabel meist nach Spezifikationen und nicht nach GOST hergestellt werden.

Bei gleicher Kennzeichnung unterscheiden sich nach GOST (links) und TU (rechts) hergestellte Kabel sowohl optisch als auch in grundlegenden Eigenschaften

Da die Stärke des elektrischen Stroms anhand der von den Geräten verbrauchten Leistung und der Netzspannung berechnet werden kann, ist es notwendig, die Werte dieser beiden Indikatoren korrekt zu bestimmen.

Haushaltsspannung

Viele Wohnungseigentümer glauben, dass die Standardphasenspannung für den Haushaltsbedarf etwa 220 V beträgt. In den meisten Fällen ist dies der Fall. Obwohl GOST 29322-2014 Ab dem 01.10.2015 sollte innerhalb der Russischen Föderation auf ein mit den EWG-Ländern kompatibles 230-V-System umgestellt werden.

Für jeden Zeitraum ist eine Abweichung von 5 % vom Standard zulässig, für einen Zeitraum von höchstens 1 Stunde sind es 10 %. Somit kann der Spannungswert nach den alten Regeln im Bereich von 198 bis 242 V und nach dem aktuellen GOST zwischen 207 und 253 V schwanken.

Es gibt auch Fälle, in denen die Spannung im Netz über einen längeren Zeitraum deutlich unter der Standardspannung liegt. Diese Situation entsteht, wenn die Gesamtleistung der an die Filiale angeschlossenen Elektrogeräte viel höher ist als geplant und es beim Einschalten der meisten davon zu einem „Netzentzug“ kommt.

Dieses Problem tritt im Verantwortungsbereich von Organisationen auf, die für die Stromversorgung verantwortlich sind, und ist mit einer Überlastung von Verteilungstransformatoren, einer Verschlechterung der Umspannwerke oder einem unzureichenden Leitungsquerschnitt verbunden.

Eine verringerte Eingangsspannung führt nicht nur zu einer Änderung des Stromparameters und einer möglichen Auslösung des Schutzes, sondern auch zu einem schnellen Ausfall von Elektrogeräten, die asynchrone Elektromotoren oder komplexe Elektronik enthalten

Um die Bedeutung herauszufinden echte Spannung Sie müssen regelmäßig Messungen mit einem Voltmeter durchführen. Wenn die Indikatoren stark schwanken, ist eine Verwendung erforderlich Stabilisator oder ein teurerer Konverter mit Stromspeicherfunktion.

Nuancen im Leistungskonzept von Elektrogeräten

Alle Geräte, die Strom verbrauchen, haben einen Parameter wie Leistung. Je höher dieser Indikator ist, desto mehr Energie entnimmt das Gerät dem Stromkreis.

Es gibt drei Arten von Macht:

• Aktiv (P). Kennzeichnet die Geschwindigkeit der Umwandlung elektrischer Energie in eine andere Form, beispielsweise elektromagnetische oder thermische. Dies muss bei der Berechnung der irreversiblen Stromkosten und damit der Betriebskosten des Geräts berücksichtigt werden. Maßeinheit – W.
• Reaktiv (Q). Charakterisiert die Energie, die von der Quelle (Transformator) zu den reaktiven Elementen des Verbrauchers (Kondensatoren, Motorwicklungen) gelangt, dann aber fast augenblicklich zur Quelle zurückkehrt. Die Maßeinheit ist W oder Var (Interpretation: Blindvoltampere).
• Voll (S). Charakterisiert die Belastung, die der Verbraucher auf die Schaltungselemente ausübt. Es wird bei der Berechnung der Querschnittsfläche des Kabels und der Auswahl der Nennleistung der Maschinen verwendet, d. h. die Stromstärke wird auf der Grundlage der vollen Leistung aller an den Stromkreis angeschlossenen Elektrogeräte berechnet. Die Maßeinheit ist W oder V*A (V*A – Voltampere).

Alle diese Parameter können über den Phasenwinkel, der zwischen Spannungsvektor und Strom auftritt, neu berechnet werden (F):

P = S *cos(F);

Q = S *Sünde(F);

S² = P² + Q².

Zu den Haushaltsgeräten, bei denen die Gesamtleistung die Wirkleistung deutlich übersteigen kann, zählen Kühlschränke, Waschmaschinen, Leuchtstofflampen und einige Energiesparlampen sowie Leistungselektronikgeräte.

Bei Motoren werden normalerweise Wirkleistung und Koeffizient angegeben. In diesem Fall errechnet sich die Gesamtleistung wie folgt: S = P / cos(f) = 750 / 0,78 = 962 W

Es gibt auch so etwas wie Spitzen- oder Startleistung. Tatsache ist, dass das Beschleunigen von Motoren viel mehr Kraft erfordert als das Aufrechterhalten ihrer Rotation. Wenn Sie Geräte wie einen Kühlschrank oder eine Waschmaschine einschalten, kommt es daher in einem Abschnitt des Stromkreises zu einem kurzfristigen Laststoß.

Anlaufströme können um ein Vielfaches höher sein als Betriebsströme. Bei der Berechnung der erforderlichen Kabelabschnitte Dies sollte bei der Wahl des Nennwertes der Maschine berücksichtigt werden.

Dazu müssen Sie das Gerät mit der größten Differenz zwischen Start- und Betriebsleistung ermitteln und zum Gesamtwert addieren. Die Anlaufströme anderer Geräte können vernachlässigt werden, da die Wahrscheinlichkeit einer gleichzeitigen Aktivierung von Motoren für verschiedene Verbraucher praktisch Null ist.

Lineare und Phasenbeziehungen

Heutzutage ist die Praxis, Haushaltsgegenstände an dreiphasige Stromnetze anzuschließen, weit verbreitet.

Dies ist aus folgenden Gründen gerechtfertigt:

• Erheblicher Energieverbrauch. In diesem Fall wäre der Anschluss eines Hochleistungs-Einphasennetzes aufgrund des großen Kabelquerschnitts und des hohen Materialverbrauchs des Transformators sehr irrational.
• Verfügbarkeit von Geräten, die in drei Phasen arbeiten. Die Implementierung einer Schaltung zum Anschluss eines solchen Geräts an einen Einphasenstromkreis ist nicht sehr einfach und mit Störungen behaftet, die beispielsweise beim Starten eines Asynchronmotors auftreten.

Es gibt zwei Möglichkeiten, dreiphasige Geräte anzuschließen: „Stern“ und „Dreieck“.

Schematische Darstellung der Kraftübertragung in drei Phasen. Aufgrund ihrer geometrischen Ähnlichkeit mit diesen Objekten erhielten sie die Namen „Stern“ und „Dreieck“.

In Sternschaltungen sind die linearen und Phasenströme identisch und die lineare Spannung ist 1,73-mal größer als die Phasenspannung:

ICH_l = ICH_F;

U_l = 1.73 * U_F.

Diese Formel erklärt das bekannte Spannungsverhältnis für Haushalts- und Niederspannungs-Industrienetze mit einer Frequenz von 50 Hz: 220 / 380 V (nach neuem GOST: 230 / 400 V).

Bei einer Dreiecksverbindung hingegen ist die Spannung gleich und die linearen Ströme sind größer als die Phasenströme:

ICH_l = 1.73 * ICH_F;

U_l = U_F.

Diese Formeln können nur bei symmetrischen Phasenlasten verwendet werden. Wenn die Stromaufnahme über die Kabel unterschiedlich ist (unsymmetrischer Empfänger), werden Berechnungen nach den Regeln der Vektoralgebra durchgeführt und der resultierende Ausgleichsstrom durch den Neutralleiter kompensiert. Bei Netzwerken mit angeschlossenen Haushaltsgeräten sind solche Fälle jedoch selten.

Zusammenhang zwischen Grundgrößen

Die häufigste Aufgabe für normale Verbraucher ist die Berechnung der tatsächlichen Stromstärke. Wie kann man also die Stromstärke anhand bekannter Spannungs- und Leistungswerte richtig berechnen? Es ist notwendig, das Problem zu lösen, indem die Querschnittswerte der Kerne und die Nennleistung der Maschine begründet werden und technische Informationen über die Geräte vorliegen, die in diesen Stromkreis eingespeist werden.

Nach der Stromberechnung werden häufig Kabel mit dem kleinsten zulässigen Querschnitt ausgewählt. Dies ist jedoch nicht immer richtig, da eine solche Lösung zu erheblichen Einschränkungen führt, wenn neue Elektrogeräte in das Netzwerk integriert werden müssen.

Manchmal ist es notwendig, umgekehrte Berechnungen durchzuführen und zu bestimmen, welche Gesamtleistung an Geräte bei bekannter Spannung und maximal zulässigem Strom angeschlossen werden kann, was durch die vorhandene Verkabelung begrenzt ist.

Diese beiden Probleme können Sie für einen einphasigen Stromkreis mit einer einfachen Formel lösen:

ICH = S / U;

S = U * ICH,

Wo S – Gesamtleistung aller elektrischen Verbraucher.

Zur Berechnung der Parameter eines einphasigen Stromkreises eignet sich ein Kreisdiagramm, das das Ohmsche Gesetz widerspiegelt und die Abhängigkeit von Leistung, Strom, Spannung und Widerstand ausdrückt

Um das Problem der Stromberechnung anhand bekannter oder berechneter Leistungs- und Spannungswerte in einem Dreiphasenstromkreis zu lösen, müssen Sie die Gesamtlast jeder Phase kennen.

Sowohl der erforderliche Querschnitt der Kabeladern als auch die minimal zulässige Nennleistung der Maschine werden entsprechend der am stärksten genutzten Leitung ausgewählt, wobei Folgendes zu berücksichtigen ist:

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

ICH = S / (U * 1.73).

Die zulässige Leistung für jede Phase lässt sich nach folgender Formel berechnen:

S_1,2,3 ICH * U / 1.73,

Wo ICH – maximal zulässiger Strom für die vorhandene Verkabelung.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Berechnung der Stromstärke nach Leistung zur Auswahl des Kabelquerschnitts: