Hoe vermogen, stroomsterkte en spanning berekenen: principes en rekenvoorbeelden voor huishoudelijke omstandigheden

Eigenaren van appartementen, particuliere huizen en andere geëlektrificeerde objecten worden vaak geconfronteerd met de vraag naar het bepalen van de waarden van de belangrijkste elektrische grootheden, omdat het niet eenvoudig is om het vermogen te berekenen op basis van de toegestane stroomsterkte en de bekende spanning, of de omgekeerde taak op te lossen.

Directe toepassing van de bekende wet van Ohm zonder rekening te houden met de bijzonderheden van huishoudelijke netwerken en apparaten kan tot een onjuist resultaat leiden.

In dit materiaal zullen wij uitleggen wat vermogen is en hoe u deze indicator berekent.

Basisbegrippen van grootheden

Elektrotechnische berekeningen zijn gebaseerd op algemeen bekende relaties tussen stroomsterkte (I, Ampère), spanning (U, Volt), vermogen (P, Watt) en weerstand (R, Ohm). Praktische berekeningen vereisen doorgaans kennis van de waarden van de eerste drie.

Numerieke uitdrukkingen van de genoemde grootheden zijn, waarschuwen wij, niet voldoende – er zijn aanvullende kenmerken nodig die de elektriciteitsverbruiksmodus onthullen.

Elektrische stroomsterkte

De berekening van de voldoende doorsnede van de aders en de nominale waarde van de automatische schakelaar voor een specifieke tak van het elektriciteitsnet wordt uitgevoerd op basis van de waarde van de maximaal mogelijke stroomsterkte voor dit gedeelte. Dit is noodzakelijk om het in brand raken van de bedrading te voorkomen, wat vaak tot brand leidt.

De werkingsparameters van automatische schakelaars en aardlekschakelaars worden gekozen volgens de normatieve eisen. Om de toegestane aderdoorsnede te bepalen op basis van de maximaal mogelijke stroomsterkte, dient u de tabel te gebruiken die door de productfabrikant is verstrekt, omdat kabels meestal volgens TU en niet volgens GOST zijn geproduceerd.

Met dezelfde markering verschillen kabels geproduceerd volgens GOST (links) en volgens TU (rechts) zowel visueel als in de belangrijkste kenmerken.

Aangezien u de elektrische stroomsterkte kunt berekenen op basis van het door de apparaten verbruikte vermogen en de netspanning, is het noodzakelijk om de waarden van deze twee indicatoren correct te bepalen.

Spanning in huishoudelijke netwerken

Veel eigenaren van appartementen denken dat de standaard spanning in de fase voor huishoudelijk gebruik ongeveer 220 V is. In de meeste gevallen is dat ook zo. Hoewel volgens GOST 29322-2014 vanaf 01.10.2015 in de Russische Federatie een overgang naar het met de EEG-landen compatibele systeem van 230 V had moeten plaatsvinden.

Een afwijking van 5% van de norm is voor onbepaalde tijd toegestaan, en 10% voor een periode van maximaal 1 uur. Volgens de oude regels kan de spanning dus variëren van 198 tot 242 V, en volgens de huidige GOST van 207 tot 253 V.

Er zijn ook gevallen waarin de netspanning gedurende lange tijd aanzienlijk lager is dan de norm. Deze situatie doet zich voor wanneer het totale vermogen van de in de tak aangesloten elektrische apparaten veel hoger is dan gepland en bij inschakeling van de meeste ervan een “spanningsdip” optreedt.

Dit probleem valt onder de verantwoordelijkheid van de organisaties die verantwoordelijk zijn voor de elektriciteitslevering en is gerelateerd aan overbelasting van distributietransformatoren, slijtage van onderstations of onvoldoende kabeldoorsnede.

Een verlaagde ingangsspanning leidt niet alleen tot een verandering van de stroomsterkte en mogelijke activering van de beveiliging, maar ook tot snelle defecten van elektrische apparaten die asynchrone motoren of complexe elektronica bevatten.

Om de waarde van de werkelijke spanning te achterhalen, dient u periodiek metingen uit te voeren met behulp van een voltmeter. Als de indicatoren sterk “schommelen”, dan is het noodzakelijk om een stabilisator of een duurdere omvormer met functie van energieopslag toe te passen.

Nuances bij het begrip vermogen van elektrische apparaten

Alle stroomverbruikende apparaten hebben een parameter zoals vermogen. Hoe hoger deze indicator, hoe meer energie het apparaat uit het circuit haalt.

Er bestaan in totaal drie soorten vermogen:

• Actief (P). Kenmerkt de snelheid van omzetting van elektrische energie in een andere vorm, zoals elektromagnetisch of thermisch. Hiermee moet rekening worden gehouden bij de berekening van onomkeerbare elektriciteitskosten en dus de gebruikkosten van het apparaat. De meeteenheid is W.
• Reactief (Q). Kenmerkt de energie die van de bron (transformator) naar de reactieve elementen van de verbruiker (condensatoren, motorwikkelingen) komt, maar vervolgens vrijwel onmiddellijk terugkeert naar de bron. De meeteenheid is W of var (afkorting voor volt-ampère reactief).
• Schijnbaar (S). Kenmerkt de belasting die de verbruiker op de circuitelementen uitoefent. Het wordt gebruikt bij het berekenen van de kabeldoorsnede en het kiezen van de nominale waarde van de automaten, dat wil zeggen dat de berekening van de stroomsterkte wordt uitgevoerd op basis van het schijnbare vermogen van alle in het circuit aangesloten elektrische apparaten. De meeteenheid is W of V*A (V*A – volt-ampère).

Al deze parameters kunnen worden herberekend via de faseverschuivingshoek die ontstaat tussen de spannings- en stroomvector (f):

P = S * cos(f);

Q = S * sin(f);

S² = P² + Q².

Tot huishoudelijke apparaten waarbij het schijnbare vermogen aanzienlijk groter kan zijn dan het actieve vermogen, behoren koelkasten, wasmachines, TL-lampen en sommige spaarlampen, evenals vermogenselektronica-eenheden.

Op motoren wordt meestal het actieve vermogen en de factor aangegeven. In dit geval wordt het schijnbare vermogen als volgt berekend: S = P / cos(f) = 750 / 0,78 = 962 W

Er is ook een concept zoals piekvermogen of startvermogen. Het feit is dat het veel meer inspanning kost om motoren te versnellen dan om ze draaiende te houden. Daarom treedt er bij het inschakelen van apparaten zoals een koelkast of wasmachine een kortstondige piek in de belasting op in het betreffende deel van het circuit.

De startstromen kunnen meerdere keren hoger zijn dan de werkstromen. Bij de berekening van de benodigde kabeldoorsnede en de selectie van de nominale stroom van de automaat dient u hiermee rekening te houden.

Hiervoor moet u het apparaat bepalen met het grootste verschil tussen start- en werkingsvermogen en dit toevoegen aan de totale waarde. De startstromen van de overige apparaten kunnen worden genegeerd, omdat de kans op gelijktijdige start van motoren bij verschillende verbruikers vrijwel nul is.

Lijn- en faseverhoudingen

Tegenwoordig is het gebruikelijk om huishoudelijke objecten aan te sluiten op driefasige elektriciteitsnetwerken.

Dit wordt gerechtvaardigd door de volgende redenen:

• Aanzienlijk elektriciteitsverbruik. In dit geval zou het aanleggen van een eenfasig netwerk met hoog vermogen zeer inefficiënt zijn vanwege de grote kabeldoorsnede en de hoge materiaalkosten van de transformator.
• Aanwezigheid van apparaten die op drie fasen werken. Het implementeren van een aansluitschema voor een dergelijk apparaat op een eenfasig circuit is niet eenvoudig en brengt storingsrisico's met zich mee die bijvoorbeeld optreden bij het starten van een asynchrone motor.

Er zijn twee manieren om driefasige apparaten aan te sluiten: “ster” en “driehoek”.

Principediagrammen van elektriciteitstransport via drie fasen. De namen “ster” en “driehoek” hebben ze gekregen vanwege de geometrische gelijkenis met deze objecten.

In schakelingen van het type “ster” zijn de lijn- en fasestromen identiek, en is de lijnspanning 1,73 keer groter dan de fasespanning:

I_l = I_f;

U_l = 1,73 * U_f.

Deze formule verklaart de bekende spanningsverhoudingen voor huishoudelijke en laagspannings industriële netwerken van 50 Hz: 220 / 380 V (volgens de nieuwe GOST: 230 / 400 V).

Bij een driehoekconfiguratie zijn daarentegen de spanningen gelijk, en zijn de lijnstromen groter dan de fasestromen:

I_l = 1,73 * I_f;

U_l = U_f.

Deze formules kunnen alleen worden toegepast bij een symmetrische fasenbelasting. Als het stroomverbruik over de kabels verschilt (asymmetrische belasting), worden de berekeningen uitgevoerd met behulp van de regels van de vectoralgebra, en de resulterende egaliserende stroom wordt gecompenseerd via de neutrale draad. Voor netwerken met aangesloten huishoudelijke apparaten zijn dergelijke gevallen echter zeldzaam.

Onderlinge samenhang van de belangrijkste grootheden

De meest voorkomende taak waarmee gewone consumenten worden geconfronteerd, is het berekenen van de werkelijk werkende stroomsterkte. Hoe berekent u de stroomsterkte correct op basis van bekende spannings- en vermogenswaarden? Het is noodzakelijk om dit op te lossen bij het bepalen van de doorsnede van de aders en de nominale waarde van de automaat, met technische informatie over de apparaten die in dit circuit worden gevoed.

Na het berekenen van de stroomsterkte worden vaak kabels met de kleinste toegestane doorsnede gekozen. Dit is echter niet altijd correct, omdat een dergelijke beslissing leidt tot aanzienlijke beperkingen bij het toevoegen van nieuwe elektrische apparaten aan het netwerk.

Soms is het nodig om omgekeerde berekeningen uit te voeren en te bepalen welk totaalvermogen kan worden aangesloten bij een bekende spanning en maximaal toegestane stroomsterkte, die wordt beperkt door de bestaande bedrading.

Deze twee problemen voor een eenfasig circuit kunnen worden opgelost met een eenvoudige formule:

I = S / U;

S = U * I,

waarbij S het totale schijnbare vermogen van alle elektrische verbruikers is.

Het cirkeldiagram dat de wet van Ohm weergeeft en de afhankelijkheid van vermogen, stroomsterkte, spanning en weerstand uitdrukt, is geschikt voor het berekenen van parameters van een eenfasig circuit.

Om het probleem van het berekenen van de stroomsterkte op basis van bekende of berekende vermogens- en spanningswaarden in een driefasig circuit op te lossen, moet men de totale belasting op elke fase kennen.

Zowel de vereiste doorsnede van de kabeladers als de minimaal toegestane nominale waarde van de automaat worden gekozen op basis van de meest belaste lijn, ervan uitgaande dat:

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

I = S / (U * 1.73).

Het toegestane vermogen voor elk van de fasen kan worden berekend met de volgende formule:

S_1,2,3 < S / 3 = I * U / 1.73,

waarbij I de maximaal toegestane stroomsterkte voor de bestaande bedrading is.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Berekening van de stroomsterkte op basis van vermogen voor het bepalen van de kabeldoorsnede:

Bepaling van het energieverbruik van groepen elektrische apparaten aan de hand van het voorbeeld van een eengezinswoning:

Het berekenen van de stroomsterkte om de bedradingsparameters te bepalen of het bepalen van het toegestane vermogen in een bestaand circuit kunt u zelf doen. Voor een correcte oplossing van de gestelde taak moet u rekening houden met de nuances die in de praktijk voorkomen, en niet alleen de bekende formules gebruiken die onder “ideale” omstandigheden werken.

Als u vragen heeft over het onderwerp van het artikel of als u dit materiaal kunt aanvullen met interessante informatie, laat dan uw opmerkingen achter in het onderstaande blok.