Розрахунок струму за потужністю – як правильно розрахувати

Часто виникає ситуація, коли відома потужність електродвигуна або споживана потужність якогось приладу в кВт або Вт, а яке значення виставити на струмовому реле або автоматичному вимикачі не зрозуміло. Суто побутове питання, як розрахувати струм ввідного автомата в квартиру, якщо дозволена потужність на введенні 6 або 10 кВт. Ця стаття написана таким чином, щоб бути зрозумілою навіть далеким від техніки та електрики людям. Однак і ті, хто просто давно не користувався і забув необхідні формули, теж знайдуть тут потрібну інформацію. Тут ми розберемося, як розрахувати струм за потужністю, і навпаки, як зробити розрахунок потужності по струму.

Що таке струм, напруга та потужність

Щоб зрозуміти роботу еклектичної мережі, уявімо, що напруга – це перепад висоти. Наприклад, є точка А (це фаза), яка на 220 см вище за точку В (це нуль). Між цими точками похило прокладено трубу. Якщо залити воду у верхній кінець труби, вона потече вниз – це можна порівняти з електричним струмом. Чим більше води тече, тим більше струм. Тепер уявімо, що вода тече не просто так, а потрапляє на колесо млина. Чим більше води і чим сильніше вона розігнана, тим важче колесо цей потік зможе зрушити і розігнати більш високу швидкість – це потужність, тобто потужність – кількість корисної роботи, яку може зробити електричний струм.

Якщо ми не можемо змінити нахил (напруга), щоб збільшити кількість виконуваної роботи, залишається збільшувати струм, а значить лити більше води і брати товщу трубу. Ось тут пряма аналогія між товщиною дроту та діаметром труби. Через товстий провід може “пролізти” більше струму.

ВАЖЛИВО! Не варто ставити на вводі старого будинку автоматичний вимикач надто великого номіналу. Ну, щоб вистачало і можна було одночасно і чайник, і пральну машину, і мікрохвильову піч включити. Стара проводка, яка була розрахована на 5-6 кВт загального навантаження, цього не витримає і згорить першою, добре, якщо не разом з будинком.

Однак скільки це “не надто багато” і чи є якийсь калькулятор потужності та струму.

Формула розрахунку потужності однофазного та трифазного навантаження

У побутових мережах напруга зазвичай 220 В – це однофазна мережа, де є одна фаза, нуль. У сучасних мережах крім нуля є ще провід заземлення. Якщо якийсь електродвигун або інший прилад розрахований на роботу в трифазній мережі, то на ньому часто зазначено напругу 220/380 або 250/400. У таких ланцюгах йде три фазні дроти: один нульовий і захисне заземлення. Напруга в 380 В виходить між різними фазами. У цей час напруга (різниця потенціалів) кожен із фаз щодо нуля 220В. Не будемо тут розбирати докладно як це виходить, там вся справа в зсуві фазної напруги в мережах змінного струму, саме тому напруга між сусідніми фазами, кожна з яких дає 220 відносно нуля 380, а не 440.

Є формула визначення електричної потужності зі шкільного курсу фізики:

де Р – це потужність у ватах чи кіловатах, U – напруга у вольтах, I – це сила струму в амперах. Розрахунок струму за потужністю для ланцюга постійного струму:

Вона чудово працює для постійного струму там, де живленням служить батарейка або акумулятор. З ланцюгами змінного струму, де напрямок руху струму змінюється 50 разів на секунду, все трохи по-іншому.

Продовжуючи нашу аналогію перепадами рівнів і трубами наша точка А (фаза) 50 разів на секунду змінює своє положення – то вище, то нижче за нуль на 220 см. Ця «болтанка» вносить свої корективи.

Формула для розрахунку струму за потужністю для однофазної мережі змінного струму:

I = P/(U × cosφ)

Тут з’являється нова величина – cosⱷ (косинус фі) у побутових електромережах, вона дорівнює 0,9-0,98. Кут ⱷ – це кут між вектором струму та напруги і чим цей кут менший, тим ближчий косинус до одиниці. По суті, вона показує, наскільки ефективно працює електричний струм.

Якщо продовжити нашу аналогію з водою і перепадами рівнів, то таким кутом ⱷ може бути затримка в струмі води, коли перепад висоти вже змінився на протилежний, а вода у трубах у зворотний бік текти ще не почала. Вода нікуди не дінеться і все одно дійде до потрібного місця, але момент інерції затримує потік і знижує ефективність.

Для прикладу порахуємо, який струм споживає електрочайник потужністю 2 кВт та комп’ютер з монітором загальною потужністю 450 Вт.

• напруга побутової мережі – 220В частотою 50Гц;
• приймемо cosⱷ = 0,95
• потужність 1 = 2000 Вт, потужність 2 = 450 Вт.

Струм споживаний чайником:

I = 2000/(220*0,95) = 2000/209 = 9,6 А

Струм споживаний комп’ютером:

I = 450/(220*0,95) = 450/209 = 2,15 А

Однак як бути, якщо потрібно підібрати автомат захисту або теплове реле для трифазного ланцюга, наприклад, для підключення циркулярної пилки з трифазним двигуном. Тут розрахунок струму за потужністю виглядатиме так:

I = P/(U × cosφ × √3)

Тут додається і величина косинусу фі, у трифазних мережах теж менше. Все залежить від навантаження. Електродвигуни якраз знижують цей показник. На табличці кожного електродвигуна, крім номінальної напруги та потужності, зазначається паспортне значення cosⱷ. Найчастіше це значення знаходиться в діапазоні від 0,78 до 0,88 залежно від року випуску та класу двигуна.

Для прикладу припустимо, що у нас електродвигун:

• потужністю 3 квт;
• косінус фі – 0,83;
• підключений трикутником – отже, напруга 380В.

I = 3000/(380*0,83*1,732) = 5,5 А

Ви, напевно, помітили, що струми в трифазних мережах завжди менші в порівнянні з однофазними при однаковій корисній потужності. Це справді так і не лише за рахунок вищої напруги. Фізичні принципи тут розбирати не будемо, але будемо раді, якщо ті, кому цікаво докопатися до суті, знайдуть відповідь самостійно.

Як підібрати автоматичний вимикач, який відповідатиме навантаженню побутової техніки

Розберемо протилежну ситуацію, коли є автоматичні вимикачі стандартних номіналів: 10; 16; 25; 32; 40 А. Як визначити, яке навантаження вони витримують і скільки розеток можна підключити до одного вимикача?

Швидше за все йдеться про побутову однофазну мережу напругою 220 А і можна скористатися тими ж формулами, що описані вище.

Для приблизних розрахунків можна скористатися наведеними коефіцієнтами. Для однофазної мережі це 4,6. Наприклад, потрібно швидко прикинути, яку потужність витримає автомат на 16 А.

16/4,6 = 3,47 кВт

Це досить багато, отже, можна сміливо підключати чотири розетки, наприклад, на кухні. Кожна побутова розетка розрахована на струм 10 А. Однак навряд чи всі чотири розетки будуть задіяні та завантажені одночасно. Можлива ситуація, коли одночасно працює електрочайник та мікрохвильова піч, але їх сумарне навантаження (чайник 2 кВт + мікрохвильова піч 1 кВт) автомат цілком витримає.

Для особливо потужних споживачів – пральної машини чи електродуховки краще виділити окремий автоматичний вимикач на одну розетку.

Електроплиту з духовкою потрібно заживити окремою кабельною лінією через спеціальний силовий роз’єм. У квартирах, в яких за проектом спочатку передбачалася електроплита, вся підводка для підключення повинна бути підготовлена ​​будівельниками.

Для трифазних мереж теж є такі приблизні коефіцієнти, але там ще потрібно враховувати до фазної чи лінійної напруги має бути підключене навантаження (220 або 380В). Якщо вибрати неправильний варіант, можна дуже помилитися, тому приводити в цій статті ми їх не будемо. Краще звернутися до професіоналів, у крайньому випадку скористатися одним із безлічі онлайн калькуляторів для розрахунків потужності та струму.

Не менш важливо правильно підібрати переріз проводів та кабелів для проводки, див. таблицю нижче.

Сподіваємось, матеріал статті був для вас корисним. Якщо потрібно підібрати автоматичні вимикачі та корпус для квартирного щитка, дзвоніть за номером 066 165-65-35.

Як підібрати автоматичний вимикач за потужністю

Одна з найчастіших причин пожеж у будинках різного призначення – спалах електропроводки. Воно відбувається, якщо струм, що пропускається через кабель, перевищує величину тривалого допустимого струму (ТДС) і досягає значень струму короткого замикання (КЗ). В результаті відбувається розплавлення ізоляції та замикання струмопровідних жил. При цьому багаторазово збільшується струмове навантаження та виділяється велика кількість тепла, що призводить не тільки до виходу з ладу споживачів, підключених до мережі, але й до займання ізоляції кабелів та виникнення пожежі. Для запобігання такій ситуації використовується автоматичний вимикач.

Правильний вибір автомата за потужністю при влаштуванні електропроводки допоможе уникнути матеріальних втрат та загроз для життя та здоров’я людей. Про те, як підібрати автоматичний вимикач, виходячи із сумарної споживаної потужності та інших параметрів, читайте у нашій статті!

Вибір автомата за потужністю навантаження

Сумарна потужність електроприймачів – один із головних параметрів електричного контуру будинку, квартири чи офісу. При цьому краще виділити кілька ліній, встановивши на кожну з яких власний прилад захисту. Таке рішення допоможе відключити лише той контур, у якому виникло навантаження, що захистить від наслідків КЗ та перегріву проводів та кабелів при перевищенні ТДС на інших лініях.

Розрахунок автомата за потужністю виконується так:

1. визначається сумарна потужність електроприладів і побутової техніки, які передбачається підключати до контуру електромережі, що захищається. Для цього потрібно підсумовувати номінальну потужність, вказану на шильдику або паспорті кожного з пристроїв. При цьому слід враховувати кількість розеток у приміщенні та можливість одночасного підключення до них побутових приладів. Для розрахунку приймаються споживачі з найбільшою потужністю, що підключаються одночасно;
2. розраховується струмове навантаження (I) за такими формулами:

• для однофазної мережі напругою 220 В

де Р – сумарна потужність у ваттах, U – напруга мережі у вольтах;

I = P/(U х cos φ х √3),

де cos φ – коефіцієнт потужності, що враховує наявність у ланцюзі реактивного навантаження. Він визначається з таблиці 6.12 Зведення правил щодо будівництва СП 31-110-2003 або п. 7 СП 256.1325800.2016.

1. за розрахованим струмовим навантаженням вибирається автомат з відповідним номінальним струмом, при якому не відбувається відключення подачі електроенергії.

Як розрахувати автомат за потужністю: приклади розрахунку

Розглянемо, як розрахувати автоматичний вимикач потужністю на двох прикладах. Припустимо, що потрібно захистити від перевантаження лінію підведення електрики до розеток на кухні, і у нас є група розеток, до яких планується підключати:

• холодильник потужністю 400 Вт – він працює постійно;
• електрочайник (1200 Вт) – він зазвичай постійно підключений до мережі та може включатися будь-якої хвилини одночасно з іншими пристроями;
• мікрохвильову піч (1000 Вт) – її вилка найчастіше не виймається з розетки;
• кухонний комбайн (700 Вт), соковижималку (400 Вт) та електром’ясорубку (1000 Вт) – для підключення цих пристроїв логічно виділити одну розетку, адже одночасно вони навряд чи будуть використовуватись.

Виконаємо розрахунок сумарної потужності для вибору автомата в однофазній мережі 220 В при перерахованому вище обладнанні:

Р = 400 + 1200 + 1000 + 1000 (велика потужність із трьох приладів).

Для визначення струмового навантаження розділимо сумарну потужність (Р) на напругу побутової електричної однофазної мережі.

I = 3600/220 = 16,4 Ампер

Відповідно до міжнародного стандарту IEC 60898-1:2015, чинного в Україні, встановлено такі показники номінального струму для модульних автоматичних вимикачів: 1, 2, 3, 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80 та 100А. З цього ряду вибираємо найближче значення номіналу – 16А.

Те, що розраховане струмове навантаження трохи перевищує номінальний струм автомата, не означає, що ланцюг буде миттєво розімкнений, адже на спрацювання приладу захисту відводиться певний час, тому розчіплювач спрацює, тільки якщо перевантаження триватиме довго, про що ми розповімо надалі.

При наявності на тій же кухні обладнання, що живиться від трифазної мережі напругою 380 В, наприклад електроплити максимальною потужністю 4 кВт, необхідно передбачити для її підключення окрему лінію і захистити її окремим автоматом. У цьому випадку розрахунок автоматичного вимикача провадиться за формулою:

I = P/(U х cos φ х √3) = 4000/(380 х 0,98 х 1,73) = 6,2А

Вибираємо автоматичний вимикач із номіналом 6А.

Потужність та сила струму – взаємопов’язані параметри і, щоб не розраховувати номінальний струм ланцюга, вибір автомата за потужністю зручно виконувати за допомогою таблиці.

Сумарна потужність пристроїв у ланцюзі, кВт для мереж

3 фази, трикутник

Який автомат ставити: як вибирати його номінал

При виборі номінального струму автоматичного вимикача можливі такі поширені помилки:

• установка автомата меншого номіналу, внаслідок чого буде неможливо використовувати максимум потужність електричної мережі. При одночасному включенні кількох побутових приладів автомат спрацьовуватиме, відключаючи подачу електроенергії. Вам доведеться постійно вибирати, яким пристроєм користуватися, а яке поки що не включати до мережі;
• вибір вимикача, розрахованого на більший номінальний струм. У цьому випадку існує загроза перегріву проводів та кабелів, і їх ізоляція почне плавитися ще до того, як розчіплювач розірве ланцюг;
• неправильний вибір параметрів розчеплення або класу автоматичного вимикача. У цьому випадку навіть за правильно підібраного номіналу, автомат буде відключати подачу струму, хоча в мережі не буде перевантаження, і всі побутові прилади працюватимуть у штатному режимі.

Крім того, наведений вище спосіб розрахунку автоматів за навантаженням розрахований на прокладання нової проводки. За вибраним номіналом визначається, який побутовий провід необхідно прокласти. При установці захисту на існуючу мережу, слід враховувати площу перерізу жил уже прокладених провідників на ділянці ланцюга, що захищається.

За якими параметрами роблять розрахунок номіналу

Номінал, або номінальне струмове навантаження (In) автоматичного вимикача – це максимальна сила струму, коли не відбувається розчеплення контактів автомата. При перевищенні номіналу вони нагріваються, деформуються та розривають ланцюг.

Ми вже розглянули, як розрахувати автомат із навантаження підключених до нього пристроїв. Але важливим параметром для вибору цього приладу захисту є площа перерізу кабелів. Від неї залежить, який струм може пропускати провідник тривалий час, не нагріваючись.

При влаштуванні нової проводки підбирати перетин струмопровідних жил кабелю слід відповідно до вимог Правил пристрою електроустановок (ППЕ) гл. 1.3, залежно від таких характеристик:

• матеріалу струмопровідної жили;
• виду ізоляції;
• способу прокладання.

Наприклад, для кабелю з мідними жилами та ізоляцією з гуми залежність тривалого допустимого струму (ТДС) від площі перерізу встановлює таблиця 1.3.4

Для одного двожильного кабелю, прокладеного в електромонтажній трубі, обраний у наведеному вище розрахунку автомат з номіналом 16А підійде для перерізу струмопровідної жили 1,2 мм 2 . Враховуючи, що мінімальна площа перерізу жил кабелю для внутрішньої проводки встановлено ППЕ у розмірі 1,5 мм 2 , наш вимикач обраний правильно. Якщо проводка вже укладена і її характеристики не відповідають значенням ТДС, вибір автоматичного вимикача слід підкоригувати.

Крім того, ППЕ п. 3.1.3 вимагають, щоб автомати забезпечували захист від максимальних струмів короткого замикання на початку ланцюга, що захищається. Розрахунок значень струмів КЗ досить складний і враховує безліч параметрів, головним із яких є довжина лінії. Оскільки в приватних будинках та квартирах відстань від розподільних щитків до розеток та вимикачів освітлювальних приладів незначна, цим розрахунком можна знехтувати, обмежившись вибором автомата відповідного класу з необхідною характеристикою розчеплення.

Як вибрати характеристику розчеплення

Після того, як розраховано навантаження на автомат та вибрано прилад відповідного номіналу, необхідно визначитися з його класом. Це допоможе не тільки захистити лінію від струмів КЗ, але й запобігти її відключенню за наявності у мережі пристроїв з високими пусковими струмами.

У побуті сьогодні використовуються автоматичні вимикачі таких класів:

• В – із найменшою затримкою розчеплення. Такі пристрої захисту мають діапазон відключення 3-5 номіналів (In). Вони встановлюються в електричних ланцюгах з малими струмами КЗ, що забезпечують живлення побутової техніки, при включенні якої не виникають пускові струми (електропліт, нагрівальних та освітлювальних приладів, сигналізаційних пристроїв та інших);
• С – із середньою затримкою спрацьовування. Розчеплення пластин автоматів цього класу відбувається миттєво при великих струмах КЗ не більше 5-10 In. Це – найпопулярніший клас автоматичних вимикачів у житлових та офісних приміщеннях. Такі прилади захисту встановлюються в комбінованих лініях, де включені не лише пристрої з активним, але й частково з реактивним навантаженням, оснащені електродвигунами та трансформаторами;
• D – із найбільшою затримкою спрацьовування до значень струму КЗ (10-20 In). Автомати класу D застосовуються для захисту лінії з високими пусковими струмами, які постачають електроенергією двигуни обладнання та інструментів, трансформатори та зварювальні апарати.

Для захисту домашньої електропроводки від короткого замикання краще вибирати автомати класу С. Якщо Ви хочете захистити лінію освітлення окремим автоматичним вимикачем — можна встановити і прилад В-класу.

Здатність, що відключає: що це і на що вона впливає

Для правильного вибору приладу захисту побутової електромережі недостатньо знати, як розрахувати потужність автомата і якого класу пристрій вибрати, необхідно також враховувати його здатність, що вимикає. Цей важливий параметр визначається в ході випробувань, передбачених IEC 60898-1:2015, та вказується в характеристиках кожної моделі автомата.

Вимикальна здатність (ВЗ) показує, при якому максимальному струмі автомат може розірвати електричний ланцюг. Адже при короткому замиканні побутової мережі виникають великі струми від 3 кА і вище, що спричиняє злипання контактів розчіплювача.

Так, для автоматичного вимикача ВА 47-29 1Р 16А здатність, що відключає, зберігається при величині сили струму до 4500 А (4,5 кА). Наприклад, як реагує цей прилад різні струми, наведемо таку таблицю.