Lors de la conception de circuits électriques, des calculs de puissance sont effectués. Sur cette base, les éléments principaux sont sélectionnés et la charge admissible est calculée. Si le calcul du circuit courant continu n'est pas difficile (conformément à la loi d'Ohm, il faut multiplier le courant par la tension - P = U * I), puis avec le calcul de la puissance courant alternatif- pas si simple. Pour expliquer, il faudra se tourner vers les bases du génie électrique, sans entrer dans les détails, voici un bref résumé des principaux points.
Dans les circuits alternatifs, les calculs de puissance sont effectués en tenant compte des lois des changements sinusoïdaux de tension et de courant. À cet égard, le concept de puissance totale (S) a été introduit, qui comprend deux composantes : réactive (Q) et active (P). Une description graphique de ces quantités peut être faite à travers le triangle de puissance (voir Fig. 1).
La composante active (P) fait référence à la puissance de la charge utile (la conversion irréversible de l'électricité en chaleur, lumière, etc.). Cette valeur est mesurée en watts (W), au niveau domestique, il est d'usage de calculer en kilowatts (kW), dans le secteur industriel - en mégawatts (mW).
La composante réactive (Q) décrit la charge électrique capacitive et inductive dans le circuit à courant alternatif, l'unité de mesure de cette grandeur est Var.
Riz. 1. Triangle des puissances (A) et des tensions (V)
Conformément à la représentation graphique, les relations dans le triangle de puissance peuvent être décrites à l'aide d'identités trigonométriques élémentaires, ce qui permet d'utiliser formules suivantes:
- S = √P 2 +Q 2, – pour la pleine puissance ;
- et Q = U*I*cos φ, et P = U*I*sin φ – pour les composants réactifs et actifs.
Ces calculs sont applicables pour réseau monophasé(par exemple, domestique 220 V), pour calculer la puissance réseau triphasé(380 V) il faut ajouter un multiplicateur aux formules - √3 (avec une charge symétrique) ou additionner les puissances de toutes les phases (si la charge est asymétrique).
Pour mieux comprendre le processus d'influence des composants de la puissance totale, considérons la manifestation « pure » de la charge sous forme active, inductive et capacitive.
Prenons un circuit hypothétique qui utilise une résistance active « pure » et une source de tension alternative appropriée. Une description graphique du fonctionnement d'un tel circuit est présentée sur la figure 2, qui affiche les principaux paramètres pour une certaine plage de temps (t).
Figure 2. Puissance d'une charge active idéale
Nous pouvons voir que la tension et le courant sont synchronisés en phase et en fréquence, tandis que la puissance a le double de la fréquence. Notez que la direction de cette quantité est positive et qu’elle est en constante augmentation.
Comme le montre la figure 3, le graphique des caractéristiques d'une charge capacitive est légèrement différent d'une charge active.
Figure 3. Graphique de charge capacitive idéale
La fréquence des oscillations de puissance capacitive est le double de la fréquence du changement de tension sinusoïdale. Quant à la valeur totale de ce paramètre, pendant une période harmonique elle est égale à zéro. Dans le même temps, aucune augmentation de l’énergie (∆W) n’est observée non plus. Ce résultat indique que son mouvement se produit dans les deux sens de la chaîne. Autrement dit, lorsque la tension augmente, la charge s’accumule dans la capacité. Lorsqu'un demi-cycle négatif se produit, la charge accumulée est déchargée dans le circuit du circuit.
Pendant le processus d'accumulation d'énergie dans la capacité de charge et de décharge ultérieure, aucun travail utile n'est effectué.
Le graphique ci-dessous montre la nature d'une charge inductive « pure ». Comme on peut le voir, seule la direction de la puissance a changé quant à l'augmentation, elle est égale à zéro.
Effets négatifs de la charge réactive
Dans les exemples ci-dessus, des options ont été envisagées lorsqu’il existait une charge réactive « pure ». Facteur d'impact résistance active n’a pas été pris en compte. Dans de telles conditions, l’effet réactif est nul, ce qui permet de l’ignorer. Comme vous le comprenez, dans des conditions réelles, cela est impossible. Même si hypothétiquement une telle charge existait, la résistance des conducteurs en cuivre ou en aluminium du câble nécessaire pour le connecter à la source d'alimentation ne peut être exclue.
La composante réactive peut se manifester sous la forme d'un échauffement des composants actifs du circuit, par exemple le moteur, le transformateur, les fils de connexion, le câble d'alimentation, etc. Une certaine quantité d'énergie y est dépensée, ce qui entraîne une diminution des caractéristiques de base.
La puissance réactive affecte un circuit comme suit :
- ne produit aucun travail utile ;
- provoque de graves pertes et des charges anormales sur les appareils électriques ;
- peut provoquer un accident grave.
C'est pour cette raison que, lors des calculs appropriés pour un circuit électrique, on ne peut exclure l'influence de charges inductives et capacitives et, si nécessaire, prévoir l'utilisation de systèmes techniques pour la compenser.
Calcul de la consommation électrique
Dans la vie de tous les jours, il faut souvent s'occuper du calcul de la consommation électrique, par exemple pour vérifier la charge admissible sur le câblage avant de connecter un consommateur électrique gourmand en ressources (climatiseur, chaudière, cuisinière électrique, etc.). De plus, un tel calcul est nécessaire lors du choix des disjoncteurs pour tableau électrique, par lequel l'appartement est connecté à l'alimentation électrique.
Dans de tels cas, il n'est pas nécessaire de calculer la puissance en termes de courant et de tension ; il suffit de résumer la consommation d'énergie de tous les appareils pouvant être allumés en même temps. Sans vous lancer dans des calculs, vous pouvez connaître cette valeur pour chaque appareil de trois manières :
Lors des calculs, il convient de tenir compte du fait que la puissance de démarrage de certains appareils électriques peut différer considérablement de la puissance nominale. Pour appareils ménagers ce paramètre n'est presque jamais indiqué dans la documentation technique, il faut donc se référer au tableau correspondant, qui contient les valeurs moyennes des paramètres de puissance de démarrage des différents appareils (il est conseillé de choisir la valeur maximale).
Tout appareil électrique est caractérisé par plusieurs paramètres de base, dont le courant et la puissance. Parfois, seules la puissance et la tension sont indiquées ; dans ce cas, le courant peut être facilement trouvé à l'aide des fameuses formules d'Ohm (bien sûr, avec un certain nombre de réserves - par exemple, il faut connaître le cos). L'inverse est également vrai : connaissant le courant et la tension, vous pouvez effectuer un calcul de puissance. Il existe de nombreux documents sur ce sujet sur le World Wide Web, mais la plupart sont destinés aux spécialistes.
Voyons ce que signifie le terme « énergie électrique », quels types d'énergie existent et comment la puissance peut être calculée. La signification physique du pouvoir indique à quelle vitesse l'installation (appareil) convertit l'électricité en l'un ou l'autre type de travail utile. C'est si simple! Pour les appareils non électriques, il est tout à fait acceptable d'utiliser le terme « performance ».
En génie électrique, une division est acceptée, selon laquelle il existe un actif et puissance réactive. Le premier est directement converti en travail utile, il est donc considéré comme le principal. L'unité de mesure est le Watt et ses dérivés - Kilowatt, Mégawatt, etc. C'est ce qui est indiqué sur les appareils électroménagers. Bien que cela ne signifie pas qu'il n'y a pas de composant réactif. À son tour, la seconde n'est pas souhaitable, car elle ne participe pas à l'exécution des travaux, mais est gaspillée différentes sortes pertes. Il est mesuré en « var » (volt-ampère réactif) et en dérivés - kilovolt-ampère réactif, etc. La somme des composants actifs et réactifs forme la puissance totale (voltampères, VA).
Un exemple frappant de consommateur avec une charge active pure est un élément chauffant électrique. Lorsqu’un courant électrique le traverse, de la chaleur est générée, et en proportion directe. Le consommateur d’énergie réactive, le transformateur classique, fonctionne exactement de la même manière. Lorsqu'il fonctionne, un champ magnétique est créé dans les spires du bobinage, ce qui en soi n'est pas nécessaire (la propriété de l'induction électromagnétique est utilisée). Le circuit magnétique devient magnétisé et des pertes se produisent. Autrement dit:
où sin Fi est le sinus de l'angle entre les vecteurs courant et tension. Son signe dépend de la nature de la charge (capacitive ou inductive).
Les calculs de puissance commencent par déterminer le type de courant : continu ou alternatif, car les formules ne sont pas universelles.
Dans le premier cas, un corollaire de la loi d'Ohm classique est utilisé. La puissance P est le produit du courant I et de la tension U :
P=I*U (W=A*B).
Dans un circuit avec une source d'alimentation, la direction de la FEM est prise en compte : ceci est nécessaire pour calculer la résistance de la source elle-même. Ainsi, un générateur ou une batterie dans laquelle le courant circule du « - » au « + », délivrant de l'énergie à la charge du circuit, libère de l'énergie. Si le flux de courant est opposé au potentiel appliqué (charge de la batterie), alors la puissance est absorbée par la source EMF.
La formule de calcul de la puissance pour (circuit monophasé) prend en compte le coefficient - « cosinus phi ». Il représente le rapport entre la composante active de la puissance et le total. Evidemment, dans le cas d'un élément chauffant, le cosinus sera égal à 1 ( option parfaite), puisqu’il n’y a pas de composant réactif. Sinon, pour réduire les pertes côté générateur, divers compensateurs ou autres solutions techniques sont utilisés.
Ainsi:
Des calculs de puissance sont effectués pour chaque phase, et les valeurs résultantes sont ensuite résumées. Pour le courant alternatif, la puissance totale est calculée comme la somme des carrés des composants actifs et réactifs. Pour les appareils de production (sous-stations), il est plus important de connaître la puissance totale, car sur cette base, tous les autres éléments des circuits suivants sont sélectionnés. Évidemment, dans la plupart des cas, il est impossible de connaître à l’avance la nature du chargement.
Préface
L'approvisionnement correct en électricité d'une maison privée ne peut être effectué qu'après une planification minutieuse basée sur les données obtenues lors des calculs préliminaires.
Contenu
L'approvisionnement en électricité d'une maison est l'un des aspects les plus importants de la préparation d'un bâtiment à la mise en service. L'approvisionnement correct en électricité d'une maison privée ne peut être effectué qu'après une planification minutieuse basée sur les données obtenues lors des calculs préliminaires. Cet article décrit comment est effectué le calcul des charges électriques dans une maison privée afin d'améliorer l'efficacité et la sécurité de fonctionnement des appareils.
Une maison unifamiliale est située dans une zone où l'électricité lignes aériennes. Dans ce cas, les fils nus sont montés sur des isolateurs en porcelaine ou en verre montés sur des supports en bois, en béton armé ou en métal. Parfois, l'éclairage public est prévu le long de la ligne électrique ; dans ce cas, un autre fil est posé, qui est monté sur les mêmes supports. l'éclairage des rues se connecter à la « phase » et fils neutres, et pour le contrôle, ils ont mis un interrupteur ou interrupteur magnétique, aux contacts desquels sont connectés les fils d'éclairage.
Dans les lignes électriques à quatre fils, le fil neutre doit être mis à la terre au poste de transformation, puis tous les 100 à 200 m le long du parcours, à cet effet des mises à la terre répétées sont disposées sur les supports. A partir d'une ligne à quatre ou cinq fils (avec un fil « lanterne ») courant le long de la rue, des dérivations sont réalisées jusqu'aux maisons, répartissant plus ou moins uniformément les charges sur chaque phase : avec des dérivations monophasées, elles alternent de chaque phase (de la première phase, une branche vers la première maison, de la deuxième - vers la deuxième, de la troisième - vers la troisième, vers la quatrième - encore depuis la première, etc.). Le deuxième fil de chaque prise à deux fils est connecté au fil neutre de la ligne.
Formule de calcul de la charge, de la puissance et du courant
Pour mener des recherches, une formule de calcul actuelle peut être utilisée, qui doit prendre en compte plusieurs paramètres. Le calcul est approximatif, car il faut toujours prendre en compte le facteur de puissance, qui pour la plupart des consommateurs électriques est de 0,9-1. Si vous connectez une ampoule de 100 W à un réseau 220 V, alors le courant dans les fils d'alimentation est de 100 W/220 V, soit 0,45 A (c'est avec un facteur de puissance de 1). Si le récepteur électrique a un facteur de puissance de 0,9, alors avec une puissance de 100 W et une tension de 220 V, l'intensité du courant est calculée comme suit : I = W/KU = 100 W/200 V x 0,9 = 0,5 A. Plus le facteur de puissance est faible, plus plus actuel et donc plus de perte d'énergie dans les fils du fait de leur échauffement. La formule de calcul de la charge peut être ajustée pour prendre en compte les modifications de ces paramètres.
La formule de puissance de charge est utilisée pour calculer la demande électrique de plusieurs récepteurs électriques ; il est nécessaire de additionner leurs courants nominaux ; parfois tous les récepteurs électriques ont le même facteur de puissance ou sont assez proches de l'unité ; Pour différentes valeurs du facteur de puissance, sa valeur moyenne est trouvée, et le plus souvent cette valeur est prise entre 0,8 et 0,9 et le courant est calculé sur la base de la somme des puissances nominales. La charge sur le fil de phase d'un récepteur de puissance triphasé est calculée sur la base du fait que chaque phase représente un tiers de la puissance et que la tension de phase est 1,73 fois inférieure à la tension linéaire : la puissance du fil triphasé la puissance du récepteur est divisée par la valeur nominale tension de ligne, et le facteur de puissance est de 1,73. Les consommateurs utilisant courant triphasé, l'une des phases est affectée à l'alimentation des récepteurs électriques monophasés, l'intensité du courant dans ce fil de phase est déterminée en additionnant les charges de tous les consommateurs électriques triphasés et monophasés. Les récepteurs de puissance monophasés n'affectent pas le courant dans les autres fils de phase, mais ils déterminent le courant dans fil neutre(lorsque seuls les récepteurs électriques triphasés sont allumés, il n'y a pas de courant dans le fil neutre).
Formule pour calculer l'intensité du courant à utilisation correcte permet de créer un réseau résistant aux surtensions. Presque tous les récepteurs électriques de votre maison ont une résistance électrique différente, déterminée en divisant les valeurs tension électrique et la force du courant électrique. Résistance électrique(conducteur, fer à repasser, téléviseur, etc.) en ohms (Ohm), est égal à la tension électrique en volts (V) divisée par le courant en ampères (A) : R = U/I. Si une tension de 220 V est appliquée au récepteur électrique et qu'un courant de 0,5 A circule, alors la résistance du circuit est de 440 Ohms. Si la résistance augmente, le courant diminuera proportionnellement. En utilisant les dépendances données : I = W/U et R = U/I, par arithmétique nous obtenons : WR = U2.
À partir de là, vous pouvez, connaissant la valeur de la tension électrique et la puissance du consommateur électrique, calculer sa résistance. Ou calculez la puissance en connaissant les valeurs de R et U. Par exemple, la résistance d'un récepteur de puissance de 220 W est de 484 Ohms et la résistance d'un récepteur de puissance de 1 kW est de 48,4 Ohms.
La résistance des fils du réseau électrique varie généralement de fractions d'ohm à 1-2 ohms, chauffant les fils choc électrique dépend de la résistance et du courant, donc si connexion électrique mal fait (les vis ne sont pas suffisamment serrées, les fils sont tordus et dénudés négligemment), sa résistance s'avère plus grande et une surchauffe dangereuse se produit, et il existe un risque d'incendie. À court-circuit la tension du réseau est appliquée aux fils fermés les uns aux autres, la résistance est faible et le courant augmente, dépassant les valeurs admissibles. Si il n'y a pas mesures nécessaires protection (par exemple, il n'y a pas de fusibles), les fils peuvent également prendre feu.
Les propriétaires se posent une question : quel fil est le meilleur pour installer le câblage électrique - avec un conducteur en cuivre ou en aluminium ? Bien entendu, la question est correcte s'il s'agit des mêmes fils : section du conducteur, type d'isolation, etc. La résistivité du cuivre est 1,6 fois inférieure à la résistivité de l'aluminium. Pour transmettre la même chose Puissance électrique Avant un chauffage dangereux, vous devez choisir une section transversale d'un noyau en aluminium 1,6 plus grande que celle du cuivre.
Le coefficient de conductivité thermique du cuivre est de 390 Vk/m x K, et pour l'aluminium il est de 209 X= Vk/m x K, c'est-à-dire que le cuivre est 1,7 de plus. Cela signifie que si à un endroit du noyau de cuivre, par exemple, en raison d'un mauvais contact, une surchauffe se produit - la température a augmenté, alors une telle augmentation de température se répartira plus rapidement dans tout le noyau de cuivre que celui en aluminium. Par conséquent, l'utilisation conducteurs en cuivre présente des avantages incontestables par rapport à l'aluminium.
Par définition, la puissance est l’énergie par unité de temps, Énergie électrique E est égal à : E = Wt, où t est le temps.
La valeur de E est mesurée à l'aide de compteurs électriques. Si la puissance totale des récepteurs électriques est de 1 kW, alors 1 kW/heure sera consommé en 1 heure de fonctionnement, la même quantité d'électricité sera consommée en 4 heures par des récepteurs électriques d'une puissance de 250 W ou une ampoule avec une puissance de 100 W en 10 heures.
Vous aurez besoin de : il y a toujours de nombreux consommateurs électriques allumés dans la maison - des ampoules, un réfrigérateur, une télévision, des radiateurs électriques, etc. Habituellement, ils sont tous connectés en parallèle, mais dans de rares cas, il existe également une connexion en série des consommateurs . Par exemple, vous devez calculer, après avoir acheté un nouvel appareil électrique (et connaissant sa puissance et sa tension, qui doivent être indiquées dans le passeport), non seulement l'intensité du courant traversant cet appareil, mais également quel disjoncteur doit être installé dans le circuit de l'appareil, s'il est déjà connecté en parallèle avec un autre. Autrement dit, les données les plus brèves sont nécessaires pour calculer les circuits électriques.
Ensuite, si vous avez un circuit électrique, en remplaçant les valeurs U, Rv R2, etc., vous obtiendrez les valeurs numériques nécessaires, n'oubliez pas d'écrire toutes les valeurs dans le Système international d'unités SI - volts, ampères, Ohms et watts. Cependant, si vous êtes habitué à la puissance (hp), n'oubliez pas que 1 l. Avec. — 735,5 W.
Les informations fournies par l'électrotechnique constituent le minimum technique que vous devez connaître pour faire fonctionner avec compétence les systèmes électriques de votre maison.
Instructions pour déterminer et calculer la puissance des charges électriques des appareils électriques avec des exemples
Ce qui suit fournit des lignes directrices pour calculer les charges électriques dans un foyer privé afin d'améliorer les performances du réseau. Un calcul préalable de la puissance des appareils électriques permet également de réduire les coûts financiers liés au paiement des factures d'électricité.
Choisissons une option assez typique pour établir le schéma maison de deux étages et considérer séquentiellement toutes les étapes de la compilation schéma électrique câblage électrique.
Afin de déterminer les charges électriques, nous procéderons de la manière suivante : nous placerons sur le plan de la maison par pièce tous les consommateurs électriques pouvant être allumés dans la maison. Vous trouverez ci-dessous des exemples pratiques de calculs réseaux électriques, que vous pouvez utiliser pour créer votre propre plan.
Premier étage.
- Séjour 30 m2. Parmi les consommateurs électriques ici : TV (60 W), chaîne stéréo (50 W), lecteur vidéo (10 W). Pour l'éclairage, on utilise un lustre (5 ampoules de 60-300 W) et deux appliques de 100 W - ensemble 500 W.
- Couloir, véranda - éclairage avec lampes électriques 100 W (total 200 W).
- Cuisine : cuisinière électrique (1,5 kW), lave-linge (1,8 kW), radiateur électrique (1,5 kW), réfrigérateur (400 W), éclairage - lustre (200 W) et applique (100 W), ensemble 300 mar.
Deuxième étage.
- Chambre - éclairage - appliques (200 W).
- Salle de toilettes - éclairage (100 W).
- Hall - éclairage (200 W).
Pour activer tous les consommateurs spécifiés, un réseau de groupe est installé. Un réseau de groupe est généralement réalisé en trois groupes. Le premier groupe est destiné à la nutrition appareils d'éclairage, le second est utilisé pour connecter des prises 6A sans contacts de protection (mise à la terre ou mise à la terre), le troisième alimente des récepteurs électriques qui nécessitent une mise à la terre du corps de l'appareil, par exemple une cuisinière. Des prises de courant avec contact de protection sont connectées à ce groupe.
Ne peut pas être combiné conducteurs neutres de groupes différents, ni les interrupteurs ni les fusibles ne peuvent être insérés dans le fil qui sert à connecter les contacts de protection des prises de courant aux conducteurs neutres. L’alimentation mixte des prises de courant et de l’éclairage est autorisée.
Si nous suivons toutes les règles, c'est-à-dire que nous combinons les luminaires dans un groupe, les prises 6A dans le deuxième et les prises avec contact de protection dans le troisième, nous nous retrouverons alors avec une consommation importante de fils. Si, lors du calcul des charges électriques, nous prenons un exemple comme base, il convient alors d'ajuster les capacités conformément aux données du passeport des appareils électriques.
Méthodes et formule de calcul de la résistance et de la tension d'une charge électrique
La formule de résistance de charge vous permet de calculer le plus précisément possible lors de la planification du fonctionnement le plus efficace du réseau. Afin de connaître la tension de charge, la formule doit inclure tous les paramètres des appareils en fonctionnement. Les méthodes de calcul des charges électriques dans les ménages privés peuvent être vues plus loin sur cette page dans des exemples de recherche.
Groupe n°1
Regroupons les prises de courant et les luminaires du salon dans le groupe n°1. La puissance totale de tous les appareils allumés simultanément est de 620 W. Imaginons qu'il soit nécessaire d'allumer une lampe de table, un sèche-cheveux, un moulin à café, un fer à souder électrique, etc. - on ne sait jamais quelles situations se présentent. Ajoutons 300 W supplémentaires pour de telles dépenses imprévues - disons Puissance maximum de tous les consommateurs électriques allumés simultanément dans le salon atteindra 900 W. N'ayez pas peur de surestimer la puissance des consommateurs électriques dans des limites raisonnables - de petits coûts supplémentaires pour le câblage électrique seront plus que rentabilisés en l'absence de risque d'incendie dans votre maison. Courant maximum dans le circuit : I= (900W) /200V=4,1A.
L'ampleur du courant approchant du fusible du circuit et le courant dans les fils menant à l'applique seront nettement inférieurs. Si le fil menant à l'applique part des noyaux centraux via une boîte de dérivation, alors le courant qu'il contient est : 100W/220V=0,45 A.
Vous pouvez poser un fil de section nettement plus petite sur l'applique.
La charge maximale autorisée sur une prise sans contacts mis à la terre est de 1 500 W et le nombre de prises pour 30 m2 de surface habitable est de 3 à 5 (selon SNiP - 1 prise pour 6 à 10 m2 de surface habitable). Enfin, le courant maximum total ne dépasse pas 6 A, un fusible de 6 A peut donc être utilisé pour cette partie du réseau de groupe. On utilise aujourd'hui des disjoncteurs automatiques dont les déclencheurs sont conçus pour 16 A - le réseau d'éclairage et le réseau de prises de courant.
Nous avons une grande « marge de sécurité », environ 12 A (16 A - 4 A), le groupe n°1 peut donc inclure l'éclairage de la cuisine, du couloir, du porche, des toilettes et du garage. Ensuite, la puissance totale de tous les consommateurs électriques du salon et des luminaires des autres pièces sera d'environ 1,6 kW, l'intensité du courant ne dépassera pas 7,3 A, et pour ce groupe n°1, le déclencheur du disjoncteur, conçu pour 16 A , nous conviendra parfaitement, puisque 16 A, soit 3,6 kW, est la puissance de tous les consommateurs allumés simultanément.
Groupe n°2
Dans le groupe n°2, nous mettrons en évidence les prises avec contacts de protection pour une cuisinière électrique, un radiateur électrique, un réfrigérateur et Machine à laver. La puissance totale de ces appareils est de 5,3 kW, et le courant dans le circuit du groupe n°2 sera : I=5,3 kW/220V=24A.
Les cas d'activation simultanée de tous les appareils répertoriés sont pratiquement exclus et pour ce groupe, vous pouvez utiliser disjoncteur avec un déclencheur pour un courant de 25 A.
Groupe n°3
Enfin, dans le groupe n°3, allumez les prises et l'éclairage du deuxième étage. Pour les consommateurs électriques ci-dessus, installez un disjoncteur de 16 A.