Нагрузка в чем измеряется в электрике
Электрические нагрузки
Наиболее распространенным и важным в производстве приемником является электродвигатель. Главными потребителями электрической энергии на промышленных предприятиях являются трехфазные двигатели переменного тока. Электрическая нагрузка электродвигателя определяется величиной и характером механической нагрузки.
Нагрузки необходимо покрывать от источника электрической энергии, которым является электрическая станция. Обычно между генератором и потребителем электрической энергии существует целый ряд элементов электрической сети. Например, если двигатели, приводящие в движение механизмы в цеху питаются от сети напряжением 380 В, то в цеху или около цеха должна быть расположена цеховая трансформаторная подстанция, на которой установлены силовые трансформаторы для питания цеховых установок (для покрытия цеховых нагрузок).
Трансформаторы через кабели или воздушные провода питаются либо от более мощной подстанции, либо от промежуточного распределительного пункта высокого напряжения, или, что часто встречается на предприятиях, от тепловой электрической станции предприятия. Во всех случаях покрытие нагрузок осуществляется от генераторов электрической станции. При этом минимальное значение нагрузка имеет на конечном пункте, например в цехе.
Поскольку нагрузка измеряется в единицах мощности, она может быть активная РкВт, реактивная QкBap и полная S = √( P 2 + Q 2 ) кВА.
Нагрузка также может быть выражена в единицах тока. Если, например, по линии протекает ток I = 80 А, то эти 80 А являются нагрузкой линии. При прохождении тока по любому элементу установки выделяется тепло, в результате чего этот элемент (трансформатор, преобразователь, шины, кабели, провода и др.) нагревается.
Допустимые мощности (нагрузки) на данные элементы электротехнической установки (машины, трансформаторы, аппараты, провода и др.) определяются величиной допустимой температуры. Ток, протекающий по проводам, помимо потерь мощности, вызывает потери напряжения, которые не должны превышать величин, регламентированных руководящими указаниями.
В реальных установках нагрузка в виде тока или мощности не остается в течение суток неизменной, и поэтому в практику расчетов введены определенные термины и понятия различных видов нагрузок.
Паспортная мощность Рпасп электроприемника в повторно-кратковременном режиме приводится к номинальной длительной мощности при ПВ = 100% по формуле P н = P пасп √ПВ
При этом ПВ выражен в относительных единицах. Например, двигатель с паспортной мощностью Рпасп = 10 кВт при ПВ = 25%, приведенный к номинальной длительной мощности ПВ = 100%, будет иметь мощность P н = 10 √25 = 5 кВт.
Расчетная, или максимальная активная, Рм, реактивная Qм и полная S м мощность, а также максимальный ток I м представляют собой наибольшие из средних величин мощностей и токов за определенный промежуток времени, измеряемый 30 мин. Вследствие этого расчетная максимальная мощность иначе называется получасовой или 30-минутной максимальной мощностью Рм = Р30. Соответственно, I м= I зо.
Графиком электрических нагрузок принято называть графическое изображение расходуемой мощности за определенный отрезок времени. Различают суточный и годовой графики нагрузок. Суточный график показывает зависимость расходуемой мощности от времени в течение суток. По вертикали откладывается нагрузка (мощность), по горизонтали — часы суток. Годовой график определяет зависимость расходуемой мощности от времени в течение года.
По своей форме графики электрических нагрузок для различных производств и потребителей сильно отличаются друг от друга.
Необходимо различать графики: цеховых нагрузок и нагрузок на шинах главного распределительного устройства собственной электростанции или подстанции. Эти два графика отличаются друг от друга прежде всего по абсолютным величинам почасовых нагрузок, а также по своему виду.
График на шинах электростанции (ГРУ) получается путём суммирования нагрузок по всем цехам предприятия и прочим потребителям, включая и внешних потребителей. При этом к цеховым нагрузкам следует прибавить потери мощности в цеховых трансформаторах и проводах, подводящих к трансформаторам. Вполне естественно, что на шинах ГРУ мощность значительно превышает мощность каждой отдельно взятой подстанции.
Про электрические нагрузки жилых зданий: Суточные графики нагрузки жилых зданий
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Электрическая мощность: что это такое и как ее рассчитать
Отправим материал на почту
Обозначаемая на схемах буквой Р электрическая мощность – это физическая величина, которая характеризует скорость преобразования или передачи электроэнергии. Стандартное понятие – это усилие по перемещению электрического заряда по маршруту из точки F1 до точки F2.
Электрическая мощность прибора — ключевой параметр, благодаря которому определяется потенциальная возможность его функционирования в электрической сети. Используется для расчета схем и режима работы оборудования, чтобы обеспечить безопасность электросетей. Чем больше мощность прибора, тем быстрее выполняется ими нужное действие.
Сила электрического тока через напряжение и ток
Поскольку разница потенциалов, вычисляемая по формуле (F1-F2), определяет напряжение (U), нетрудно сделать вывод о том, что нельзя использовать соотношение, установленное законом Ома. Электрическая мощность (P) также квалифицируется силой тока (I) на конкретном участке линии. Финальное выражение: P = U х I.
Чему равна нагрузка, определяемая через ток и сопротивление
За счет простого преобразования определяется потребление электрической энергии по следующей формуле: P = I2 х R. Здесь показывается зависимость мощности от номинального значения резистора, присоединенного к линии элемента сети. Для полной цепи указываются сопротивление источника (внутреннее) и проводимость точки соединения.
Что это такое и как рассчитать нагрузку
Нагрузка электрического тока – величина, характеризующая его свойства. Показывает сколько энергии потребляется электрическими приборами. Измеряется мощность тока с помощью специального прибора – ваттметра.
Если последовательно подключить измерительный прибор, можно проверить силу тока. При параллельном присоединении определяется напряжение. Количество потребления схемы рассчитывается по формулам: P = I х U или P = U2/ R = I2 х R.
Электрическая нагрузка равняется напряжению на потребителе умноженному на величину тока, протекающего через него.
Формула указывает, какие измерения определяют этот параметр. Если нагрузка активная, меряется Ваттами, реактивная единица электрической мощности – ВА.
Как определить максимальную нагрузку тока
Полезная мощность показывает максимальное значение при ситуации, когда сопротивление нагрузки R сравнивается с таким же параметром внутри источника — r.
P max = E2 / 4r, где E — это движущая сила источника тока.
Например, когда номинальный параметр бытовой техники (P) составляет 12 Вт, максимальная величина потребляемого тока при переменном напряжении составит для:
При необходимости, количество потребленной электроэнергии выражается через комплексную величину. С этой целью применяют базовые соотношения, импеданс используют вместо сопротивления.
Видео описание
Активная, реактивная и полная мощность. Что это такое, на примере наглядной аналогии.
Параметры электрических приборов
Каждую современную квартиру нужно оснащать электрическими приборами. Для их подключения к сети необходимо составить принципиальную схему, где согласованно друг с другом распределятся нагрузки, подключенные к отдельным линиям. Нужно встраивать автоматический выключатель на основании ПУЭ для недопущения аварийных случаев.
Вначале уточняются параметры электропроводки. Затем проверяются по схеме группы для подключения к сети бытовых электроприборов.
Стандартные характеристики электрической мощности потребления (Вт):
Для защиты сети необходим автомат, его выбираем с учетом всех существенных факторов.
Важно уделить внимание нагрузкам, имеющим повышенные параметры реактивной энергии.
В чем измеряется?
Единица измерения электрической мощности – Вт для России. По международным стандартам – W. Это энергия, предоставленная за единицу времени. Один Вт равен джоулю за 1 секунду (Дж/с). Причем джоуль – это единица электрической мощности, секунда – времени.
При умножении 1 Киловатта на 1 час получается Киловатт-час (кВт х ч). Это единица измерения количества предоставленной абонентам электроэнергии. Применяется энергетическими предприятиями, которые владеют соответствующим оборудованием (генераторы и трансформаторные подстанции). На них вырабатывается и преобразуется произведенная электроэнергия, которая затем распределяется по потребителям.
Таким же образом энергетическая емкость батарей измеряется в единицах ампер-часов (А-ч). Переносные виды аккумуляторов энергии меряются миллиампер-часами (мА-ч).
Для единицы измерения Ватт по международным стандартам выделено буквенное обозначение W по имени Джеймса Уатта. Он впервые стал употреблять термин «лошадиная сила», являющая сегодня устаревшей единицей параметра Вт.
Показатели преобразования энергии:
Сегодня «лошадиная сила» применяется для указания второго показателя силы двигателя транспортных средств.
От чего зависит нагрузка электрического тока
Существующие линии электропроводки при передвижении электронов испытывают сопротивление, характеризующее потери напряжения. Схемы, где присутствует источник переменного тока, имеют одну особенность – ключевую роль здесь играет синусоидальное колебание электрических показателей.
Указанная далее информация позволит подобрать наилучший способ расчета с учетом фактических условий сети.
Мгновенная электрическая мощность: вычисляем значение
Этот показатель устанавливает мгновенные величины измеряемых данных. Ключевое определение рассмотрено с учетом того, что единичный простой заряд (q) перемещается за определенное время Δt. На выполнение конкретного действия затрачивается энергия электрического тока PF1-F2 = U/ Δt или (U/ Δt) х q = U х (q/ Δt). Формула учитывает движение q за период Δt. Поскольку ток по классическому определению равняется заряду, переходящему из F1 в F2 (I = q/ Δt), выводится финальное выражение: PF1-F2 = U х I.
Условно допуская, что очень маленький промежуток времени, получаем мгновенную мощность для части электрической цепи P(t) = U(t) х I(t). Такие же выводы можно сделать с учетом соответствующего параметра сопротивления: P (t) = (I (t))2 х R = (U(t))2/ R.
Дифференциальные выражения для электрической мощности
Действующие проводники имеют особенность – линия теряет энергию на единицу объема из-за наличия сопротивления внутри электрической цепи. Часть мощности тратится на нагрев проводов. Подобные моменты надо смотреть, учитывая плотность тока (j).
Удельный параметр нагрузки определяется по формуле: P уд = (j2) х R уд. Для упрощения оценки большей частью используют такую же проводимость. Ее значение обратно пропорциональная соответствующему параметру сопротивления.
Видео описание
Мощность тока электрического.
Электрическая мощность: цепь постоянного тока
Указанные ранее формулы показаны без корректирующих коэффициентов. Ими пользуются для того, чтобы рассчитать схему с присоединением к источнику постоянного тока. С помощью обыкновенного прибора – мультиметра при правильном положении переключателя устанавливается сопротивление нагрузки, подключенной к сети.
Электрическая мощность: цепь переменного тока
Для таких линий пользоваться формулами, определяющими мгновенные параметры, недопустимо, поскольку итоговый показатель меняется от минимального значения до максимального с частотой сети. Для типовой однофазной сети 220 В характерен синусоидальный сигнал 50 Гц. Разрешается применять простую формулу P = U х I при присоединении приборов, имеющих резистивные параметры:
С помощью этой формулы устанавливается нагрузка.
Энергия может быть двух видов: реактивной и активной.
Активная – это истинная электрическая мощность, производит реальную работу в нагрузке, Вт показывает этот параметр. Она преобразует энергию в механическую, тепловую и иные разновидности.
Если включить мощную установку или конденсатор, внутри сети падает напряжение. Такие нагрузки создают колебательный контур, который получает энергию от источника питания. Полезные функции при этой ситуации выполняют лишь P акт составляющие. Активный показатель рассчитывают следующим способом:
Бывают другие виды энергии, но об этом позже.
Реактивная мощность
Этот показатель показывает нагрузки, которые создаются в устройствах за счет колебания энергии электромагнитного поля.
Реактивная мощность, вне зависимости от отсутствия полезной работы, необходимо учитывать для правильной оценки ключевых данных сети. Кабели и провода, при прохождении по ним тока по любому направлению, нагреваются. Это происходит довольно циклично. Энергетические воздействия при высокой интенсивности:
Реактивная мощность выражается как ВА (вольт-ампер) и рассчитывается умножением напряжения на силу тока и угол сдвига:
P р = U х I х sin fi.
При подключении нагрузки с емкостными параметрами, значение становится отрицательным, при индукционными – положительным. Поскольку меняются характеристики магнитного поля, единица измерения реактивной мощности ВА.
Если параметры полной электрической мощности показать векторами, возникает треугольник. Длина его сторон будет равняться количеству потребленной электроэнергии конкретной составляющей. Угол, расположенный между полной мощностью (P полн) и активной (ϕ), применяется для расчетов. Общее значение определяется выражением: P полн = √((P акт)2 + (P реакт)2).
Что такое мощность в электричестве
Напряжение – работа, выполняемая по передвижению единицы заряда. Ток – это количество перемещенных кулонов за 1 секунду. При умножении первого параметра на второй получается итоговый объем проделанной работы за 1 секунду.
Сила электричества – числовой измеритель тока, который характеризует его энергетические качества. Силовой показатель одинаково зависит от напряжения и токовой силы. А чем измеряется мощность тока? Для измерения этого параметра используется Ваттметр, таким же образом обозначается единица измерения – Вт (Ватт).
Применяя зависимость силового параметра от силы тока и напряжения, специалисты могут передавать электричество на дальние расстояния. Для этих целей энергия преобразуется на понижающих и повышающих ТП (трансформаторных подстанциях).
Мощность электрооборудования и неактивная мощность
Паспорта на оборудование содержат активную нагрузку – коэффициент мощности, являющийся важной характеристикой. Она показывает, насколько эффективно бытовой прибор потребляет электроэнергию.
Это число от −1 до 1, оно не бывает равным единице. Коэффициент этот зависит от вида нагрузки: C, L или R. Первые 2 негативно влияют на PF = cos φ системы. Если его параметр большой, ток, потребляемый приборами, увеличивается. Многие силовые нагрузки индуктивные, вынуждают ток отставать от напряжения.
В электрических АС-цепях сетях переменного тока возникает неактивная энергия. Она рассчитывается просто: квадратный корень из суммы (Pa2+Рr2). Если реактивная нагрузка нулевая, то пассивная равняется модулю |Pa|.
Наличие нелинейных искажений тока в электросетях вызвано несоблюдением направления, возникающего между U/I, поскольку энергия обладает импульсным характером. При нелинейных режимах увеличивается полная мощность тока (EP). Подобная нагрузка неактивная, потребляет Pr и энергию искажения тока. Единица измерения – как у обычной мощности Вт.
Видео описание
Работа и мощность электрического тока.
Заключение
Электрическая мощность – это усилие по передвижению заряда по определенному маршруту из точки F1 до точки F2. Благодаря ей определяется потенциал работы устройств в сети. Применяется для расчета схем и выбора режима работы приборов, чтобы электрическая сеть функционировала безопасно.
Электрическая нагрузка.
Характер нагрузки в сети может в процессе работы электроприемников оставаться неизменным, изменяться во всех или отдельных фазах, сопровождаться возникновением высших гармоник напряжения или тока. Ввиду этого электрическая нагрузка в сети бывает следующих типов:
— спокойная симметричная (преобладающее большинство трехфазных электроприемников);
К специфическим нагрузкам относятся резкопеременная, нелинейная и несимметричная нагрузка.
Резкими набросами и провалами тока или мощности характеризуется резкопеременная электрическая нагрузка. Неравномерная нагрузка фаз характерна для несимметричной нагрузки, вызывается она однофазными и трехфазными (реже) приемниками с неравномерной загрузкой фаз. В сети при несимметричной нагрузке возникают токи, которые имеют прямую, нулевую и обратную последовательности. Электроприемниками с нелинейной вольт-амперной характеристикой создается нелинейная нагрузка, при в сети ней появляются высшие гармоники напряжения или тока, происходит искажение синусоидальной формы напряжения или тока.
Созданию специфических нагрузок способствует работа электродуговых печей, полупроводниковых преобразовательных установок или сварочных установок. В основном эти установки принадлежат промышленным. Как известно, электрические сети промышленных предприятий связаны через трансформаторные подстанции с сетями сельскохозяйственного назначения, тогда можно считать, что на электросети сельскохозяйственного назначения оказывают влияние специфические электрические нагрузки промышленных предприятий.
Электроприемники сельскохозяйственного назначения по мощности подразделяются на три группы:
1. Большой мощности (больше 50 кВт)
2. Средней мощности (от 1 до 50 кВт)
3. Малой мощности (до 1 кВт)
Для работы некоторые электроприемники используют постоянный ток, а также токи повышенной частоты (до 400 Гц) или высокой (до 10 кГц).
Перерывы в электроснабжении могут допускать во время работы некоторые группы приемников, но существуют такие группы для которых перерыв в электроснабжении недопустим.
Электроприемники по надежности и бесперебойности электроснабжения разделены на 3 категории.
Первая категория включает электроприемники и комплексы электроприемников, при перерыве в электроснабжении которых может возникнуть опасность для жизни людей, расстройство технологического процесса, повреждение основного оборудования. Для этих приемников необходима возможность обеспечения электроэнергией не меньше, чем от двух независимых источников питания. На время автоматического восстановления электроснабжения от второго источника питания, допускается нарушение их электроснабжения.
Вторую категорию представляют электроприемники и комплексы электроприемников, при перерыве электроснабжения которых наблюдается массовый недовыпуск продукции, простои механизмов и рабочих.
От двух независимых источников питания необходимо обеспечивать электроснабжение приемников второй категории, допускается перерыв в электроснабжении только на время, необходимое для автоматического переключения на второй источник.
К третьей категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, которые не попадают по определение первых двух категорий. Их электроснабжение может осуществляться лишь от одного источника питания. На требующееся для проведения восстановительных работ время, но не больше суток допускается перерыв их электроснабжения.
Потреблением из сети не только активной, но также и реактивной мощности сопровождается работы подавляющего большинства электроприемников. Преобразуется активная мощность в механическую мощность на валу рабочей машины или теплоту, а на создание магнитных полей в электроприемниках расходуется реактивная мощность. Основными ее потребителями являются трансформаторы, асинхронные двигатели, индукционные печи, в которых отстает ток по фазе напряжения. Характеризуется потребление реактивной мощности коэффициентом мощности сosφ, представляющим отношение активной мощности Р к полной мощности S. Является удобным показателем коэффициент реактивной мощности tgφ, который выражает отношение реактивной мощности Q к активной Р (показывает, происходящее потребление реактивной мощности на единицу активной мощности).
Источниками реактивной мощности являются установки с опережающим током, они применяются для компенсации реактивной нагрузки с индуктивным характером цепи.
Электрическая нагрузка таким образом в электросети представляется активными и реактивными нагрузками.
При возникновении электрической нагрузки в распределительной сети, может возникать нагрев токоведущих частей (кабелей, проводов, обмоток трансформаторов и электродвигателей). Их чрезмерный нагрев приводит к преждевременному износу изоляции, поэтому не должна температура токоведущих частей превышать допустимые значения. Сечения кабелей и проводов необходимо выбирать по допустимому (расчетному) току нагрузки, для определения которого требуется определить расчетную мощность нагрузки.
При проектировании и эксплуатации СЭС за расчетную электрическую нагрузку принимается неизменная во времени нагрузка – Iрсч, вызывающая характеризующийся установившейся температурой максимальный нагрев токоведущих и с ними соседних частей. Допустимые значения нагрев превышать не должен. Для большинства кабелей и проводов установившееся тепловое состояние обычно наступает за 30 минут (около трех постоянных времени нагрева – 3Т, т. е. постоянная времени нагрева Т = 10 мин). В установках, имеющих номинальный ток нагрузки больше 1000 А, не менее 60 минут достигается установившаяся температура.
Что такое электрическая мощность
Полная мощность и ее составляющие
Электрическая мощность (P) в физике – это мера, показывающая, как быстро происходит трансформация или передача электричества. Единица измерений – ватт (Вт, W). Значение P зависит от напряжения (U) и тока (I) в замкнутой цепи.
Для постоянного тока потребляемая нагрузкой P – это результат произведения тока и напряжения:
P в цепи не изменяющегося тока
Внимание! В этом случае значения обеих электрических характеристик постоянны, значит, в каждую секунду времени их величины мгновенны. Формула меняет вид, если в цепи присутствует источник электродвижущей силы E (ЭДС):
Формула меняет вид, если в цепи присутствует источник электродвижущей силы E (ЭДС):
Цепям, где ток меняет свои значения периодически по синусоиде, такая формула не подходит. Вычислять P необходимо, опираясь на её мгновенные значения во временном интервале.
Полная мощность S по своему значению соответствует выражению:
Для обозначения S используют внесистемную единицу B*A (V*A).
Нагрузки, включенные в схемы с меняющимся током, могут быть:
Активная нагрузка (АН)
Подобной нагрузкой являются элементы приборов, имеющие активное сопротивление. Рабочая часть подобных аппаратов при прохождении через них электричества нагревается.
Ток, проходя через нагрузку, совершает работу, которая затрачивается на нагревание и выделение тепловой энергии. В чем измеряется такая нагрузка? Её измеряют в омах (Ом).
К примерам АН относятся: утюг, электроплита, спирали фена, нить накала лампы, резистивное сопротивление.
К сведению. АН ведёт себя одинаково, как при постоянном, так и при изменяющемся во времени токе.
Пример АН
Емкостная нагрузка
Устройства, способные запасаться энергией в электрическом поле и создавать рециркуляцию (полный или частичный возврат) мощности, именуют ёмкостной нагрузкой. Емкостная нагрузка (ЕН) при переменном напряжении, пропуская ток, сдвигает его фазу на 900 вперёд.
Основными элементами, относящимися к ЕН, считаются:
ЕН отдаёт реактивную мощность (Q).
Цепь с конденсатором
Индуктивная нагрузка (ИН)
Нагрузка, в которой ток сдвинут по фазе назад от напряжения на 900, называется индуктивной. Она также потребляет Q.
Цепь с катушкой
При включении в сеть переменного напряжения катушки индуктивности (дросселя), у которой низкое активное сопротивление, в ней образуется ЭДС. Электродвижущая сила противостоит приложенному напряжению.
Важно! В случае чистой индуктивности L сопротивление синусоидальному току увеличивается с ростом частоты. Выделяемая на такой нагрузке средняя мощность P равна нулю
Примерами ИН служат:
Сюда же можно отнести тиристорные преобразователи.
Пример расчета
Например, в случае трехфазного котла, рассчитанного на мощность в 3 кВт, в каждой фазе потребляется по 1 кВт. Рассчитаем величину фазного тока по формуле:
Для современного человека характерно постоянное применение на производстве и в быту электричества. Он использует приборы, которые потребляют электрический ток, применяет такие устройства, которые его производят
Работая с такими источниками, важно учитывать те максимальные возможности, которые предполагаются в технических характеристиках
Такая физическая величина, как электрическая мощность, является одним из основных показателей любого прибора, функционирующего при протекании через него потока электронов. Для транспортировки либо передачи электрических мощностей в большом объеме, необходимой в производственных условиях, применяются высоковольтные линии электрических передач.
Преобразование энергии выполняется на мощных трансформаторных подстанциях. Трехфазное преобразование характерно для промышленных и бытовых приборов разной сферы применения. Например, благодаря такому преобразованию, функционируют лампы накаливания разного номинала.
В теоретической электротехнике существует такое понятие, как мгновенная электрическая мощность. Связана такая величина с протеканием через определенную поверхность за незначительный временной промежуток единичного элементарного заряда. Происходит совершение работы этим зарядом, который и связан с понятием мгновенной мощности.
Выполняя несложные математические вычисления, можно определить величину мощности. Зная данную величину, можно подбирать напряжение для полноценного функционирования разнообразных бытовых и промышленных приборов. В таком случае можно избежать рисков, связанных с перегоранием дорогостоящих электрических приборов, а также с необходимостью периодически менять в квартире либо офисе электрическую проводку.
Устройства для определения мощности
Для нахождения величины можно воспользоваться специальными устройствами, которые называются ваттметрами. При включении в электросеть они измеряют не мощность, а ток и напряжение. В них встроен калькулятор, который мгновенно перемножает полученные числа, а затем выдает на экране результат.
Как пользоваться ваттметром? Нужно вставить устройство в розетку, а затем в само устройство вставить вилку того прибора, мощность которого требуется определить. Через несколько секунд на экране ваттметра появятся числа, характеризующие нужный показатель.
Задняя панель ваттметра обычно имеет отсек для батареек, которые могут идти в комплекте с самим устройством. Рядом с этим отсеком располагается пластина с информацией о самом устройстве. Вилка для включения в розетку обычно располагается на задней панели. Внешняя панель ваттметра представлена экраном и несколькими клавишами для управления. Также здесь располагается розетка, предназначенная для включения электроприборов.
Если ваттметр включен в сеть, на дисплее отображаются три информационные строки. Две из них цифровые и одна графическая. Кнопка «Value» необходима для переключения и для определения параметров. С ее помощью можно давать прибору команды, чтобы он определял напряжение или ток.
Измерять характеристики электрического тока можно также с помощью клещей и тестеров. Они отличаются от ваттметра тем, что их нужно заводить за провода прибора, а не включать в розетку. Так можно легко измерить ток, который проходит через прибор.
Потребление мощности некоторыми электроприборами
В таблице указаны значения мощности некоторых потребителей электрического тока:
| Электрический прибор | Мощность,Вт |
|---|---|
| Лампочка фонарика | 1 |
| Сетевой роутер, хаб | 10…20 |
| Системный блок ПК | 100…1700 |
| Системный блок сервера | 200…1500 |
| Монитор для ПК ЭЛТ | 15…200 |
| Монитор для ПК ЖК | 2…40 |
| Лампа люминесцентная бытовая | 5…30 |
| Лампа накаливания бытовая | 25…150 |
| Холодильник бытовой | 15…700 |
| Электропылесос | 100… 3000 |
| Электрический утюг | 300…2 000 |
| Стиральная машина | 350…2 000 |
| Электрическая плитка | 1000…2000 |
| Сварочный аппарат бытовой | 1000…5500 |
| Двигатель лифта невысокого дома | 3 000…15 000 |
| Двигатель трамвая | 45 000…75 000 |
| Двигатель электровоза | 650 000 |
| Электродвигатель шахтной подъёмной машины | 1 000 000…5 000 000 |
| Электродвигатели прокатного стана | 6 000 000…32 000 000 |
Мощность в механике
Если на движущееся тело действует сила, то эта сила совершает работу. Мощность в этом случае равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется тело:
где F — сила, v — скорость, α <\displaystyle \alpha >— угол между вектором скорости и силы.
Частный случай мощности при вращательном движении:
| N=M⋅ω=2π⋅M⋅n60 <\displaystyle N=\mathbf |
M — момент силы, ω <\displaystyle \mathbf <\omega >> — угловая скорость, π <\displaystyle \pi >— число пи, n — частота вращения (число оборотов в минуту, об/мин.).
Единицы измерения
В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения мощности является ватт (Вт), равный одному джоулю в секунду (Дж/с). В теоретической физике, астрофизике, в качестве единицы для мощности часто используют эрг в секунду (эрг/с).
Другой распространённой, но ныне устаревшей единицей измерения мощности, является лошадиная сила. В своих рекомендациях Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) относит лошадиную силу к числу единиц измерения, «которые должны быть изъяты из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и которые не должны вводиться, если они не используются».
| Единицы | Вт | кВт | МВт | кгс·м/с | эрг/с | л. с.(мет.) | л. с.(анг.) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 ватт | 1 | 10−3 | 10−6 | 0,102 | 107 | 1,36·10−3 | 1,34·10−3 |
| 1 киловатт | 103 | 1 | 10−3 | 102 | 1010 | 1,36 | 1,34 |
| 1 мегаватт | 106 | 103 | 1 | 102·103 | 1013 | 1,36·103 | 1,34·103 |
| 1 килограмм-сила-метр в секунду | 9,81 | 9,81·10−3 | 9,81·10−6 | 1 | 9,81·107 | 1,33·10−2 | 1,31·10−2 |
| 1 эрг в секунду | 10−7 | 10−10 | 10−13 | 1,02·10−8 | 1 | 1,36·10−10 | 1,34·10−10 |
| 1 лошадиная сила (метрическая) | 735,5 | 735,5·10−3 | 735,5·10−6 | 75 | 7,355·109 | 1 | 0,9863 |
| 1 лошадиная сила (английская) | 745,7 | 745,7·10−3 | 745,7·10−6 | 76,04 | 7,457·109 | 1,014 | 1 |
Мгновенная электрическая мощность[ | ]
Мгновенной мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.
По определению, электрическое напряжение — это отношение работы электрического поля, совершенной при переносе пробного электрического заряда из точки A <\displaystyle A>в точку B<\displaystyle B>, к величине пробного заряда. То есть можно сказать, что электрическое напряжение равно работе по переносу единичного заряда из точки A <\displaystyle A>в точку B<\displaystyle B>. Другими словами, при движении единичного заряда по участку электрической цепи он совершит работу, численно равную электрическому напряжению, действующему на участке цепи. Умножив работу на количество единичных зарядов, мы, таким образом, получаем работу, которую совершают эти заряды при движении от начала участка цепи до его конца. Мощность, по определению, — это работа в единицу времени. Введём обозначения:
U <\displaystyle U>— напряжение на участке A−B <\displaystyle A-B>(принимаем его постоянным на интервале Δt<\displaystyle \Delta t>), Q <\displaystyle Q>— количество зарядов, прошедших от A <\displaystyle A>к B <\displaystyle B>за время Δt<\displaystyle \Delta t>, A <\displaystyle A>— работа, совершённая зарядом Q <\displaystyle Q>при движении по участку A−B<\displaystyle A-B>, P <\displaystyle P>— мощность.
Записывая вышеприведённые рассуждения, получаем:
Для единичного заряда на участке A−B<\displaystyle A-B>:
Поскольку ток есть электрический заряд, протекающий по проводнику в единицу времени, то есть I=QΔt<\displaystyle I=<\frac <\Delta t>>> по определению, в результате получаем:
Полагая время бесконечно малым, можно принять, что величины напряжения и тока за это время тоже изменятся бесконечно мало. В итоге получаем следующее определение мгновенной электрической мощности:
мгновенная электрическая мощность p(t)<\displaystyle p(t)>, выделяющаяся на участке электрической цепи, есть произведение мгновенных значений напряжения u(t) <\displaystyle u(t)>и силы тока i(t) <\displaystyle i(t)>на этом участке:
Если участок цепи содержит резистор c электрическим сопротивлением R<\displaystyle R>, то
Дифференциальные выражения для электрической мощности |
Мощность, выделяемая в единице объёма, равна:
где E <\displaystyle \mathbf
В случае изотропной среды в линейном приближении:
В случае наличия анизотропии (например, в монокристалле или жидком кристалле, а также при наличии эффекта Холла) в линейном приближении:
Измерения
Как показано выше, некоторые исходные данные можно получить в ходе практических измерений. Ниже отмечены особенности типовых специализированных приборов.
Прямые замеры
Ваттметры выпускают в разных модификациях для сетей
380V. Соответствующие коррекции делают в процессе выполнения рабочих операций. Следует подключать щупы с учетом инструкций производителя и соответствующего расположения проводников. Как правило, в конструкциях приборов применяют две катушки с параллельным и последовательным подсоединением к нагрузке. Для повышенной точности пользуются профессиональными приборами «лабораторной» категории.
Косвенные замеры
Эти операции выполняют с применением мультиметров. Измеряют сопротивление, ток и напряжение, после чего вычисляют мощность.
Фазометры
С помощью этих приборов измеряют фазовый сдвиг между несколькими электрическими параметрами. Таким аппаратом можно определить cos ϕ, если паспортное значение отсутствует в сопроводительных документах к оборудованию.
Регулирование cos
Отмеченное выше негативное влияние реактивных составляющих компенсируют специальными дополнениями в общую электрическую схему. Расчеты выполняют с применением представленных формул.
Формула взаимосвязи между мощностью, напряжением и силой тока
В электротехнике работу рассматривают как некоторое количество энергии, отдаваемое источником питания на действие электроприбора в период времени. Поэтому электрическая мощность есть величина, описывающая быстроту трансформации или передачи электроэнергии. Её формула для постоянного тока выглядит так:
Для некоторых случаев, пользуясь формулой закона Ома, мощность можно вычислить, подставив значение сопротивления:
В случае расчётов мощности цепей переменного тока придётся столкнуться с тремя видами:
Расчёты для однофазной и трёхфазной цепей переменного тока выполняются по разным формулам.
Важно! Потребители электроэнергии на предприятиях в большинстве асинхронные двигатели, трансформаторы и другие индуктивные приёмники. При работе они используют реактивную мощность, а та, протекая по линиям электропередач, приводит ЛЭП к дополнительной нагрузке
Чтобы повысить качество энергии, используют компенсацию реактивной энергии в виде конденсаторных установок.
Ответы на популярные вопросы
Полная, активная и реактивная мощности являются важной темой в электричестве для любого электрика. В качестве заключения мы сделали подборку из 4 часто задаваемых вопросов на этот счёт
Какую работу выполняет реактивная мощность?
Ответ: полезной работы не выполняет, но нагрузкой на линии является полная мощность, в том числе с учетом реактивной составляющей. Поэтому чтобы снизить общую нагрузку с ней борются или говоря грамотным языком компенсируют.
Как её компенсируют?
— В этих целях используют установки для компенсации реактива. Это могут быть конденсаторные установки или синхронные компенсаторы (синхронные электродвигатели). Подробнее мы рассматривали этот вопрос в статье: https://samelectrik.ru/kompensaciya-reaktivnoj-moshhnosti.html
Из-за каких потребителей возникает реактив?
— Это в первую очередь электродвигатели – самый многочисленный вид электрооборудования на предприятиях.
Чем вредит большое потребление реактивной энергии?
— Кроме нагрузки на линии электропередач следует учитывать, что предприятия оплачивает полную мощность, а физические лица – только активную. Это приводит к повышенной сумме оплаты за электроэнергию.
На видео предоставлено простое объяснение понятий реактивной, активной и полной мощностей:
На этом мы и заканчиваем рассмотрение данного вопроса. Надеемся, теперь вам стало понятно, что такое активная, реактивная и полная мощность, какие между ними отличия и как определяется каждая величина.
Расчет мощности
Всем известно, что подведенное к потребителю напряжение, означает количество работы, совершаемой электрическим полем, при перемещении через потребителя одного кулона электричества. Количество кулонов, прошедших за одну секунду, выражается силой тока, измеряемой в амперах. При умножении работы, совершенной всеми зарядами, на кол-во этих зарядов, которые прошли за одну секунду, мы получим в итоге всю работу электрического поля за этот промежуток времени. Фактически, это и
Единица измерения мощности названа в честь английского механика – изобретателя Джеймса Ватта (Уатта) (1736 – 1819), создателя универсальной паровой машины.
Один ватт – это мощность, выделяемая в проводнике, когда напряжение электрического поля на концах проводника составляет один вольт, а сила тока в проводнике – один ампер. Мощность тока в 1000 ватт называется 1 киловатт (Квт).
Существует два основных вида мощности
Существует такое понятие, как допустимая суммарная мощность. Она определяет количество потребителей, которые могут быть одновременно подключены к сети и зависит от технических характеристик сети. Недопустимо одновременное подключение суммарной мощностью, превышающей нормативную. Это может привести к увеличению силы тока, перегрузке проводки, короткому замыканию.
Как определить максимальную мощность тока
Полезная мощность обладает наибольшим значением в случае, когда нагрузочное сопротивление — R равняется сопротивлению внутри источника — r.
Где: E — электродвижущая сила (ЭДС) источника.
Можно рассчитать максимальную токовую нагрузку, которую будет использовать электрическое устройство, исходя из номинальной нагрузки и входного напряжения переменного тока. Номинальная энергонагрузка будет указана в технических характеристиках устройства, руководстве или на маркировке.
Так, например, если номинальное энергопотребление электрического устройства (P) составляет 12 Вт, максимальное потребление тока при различных напряжениях U= 120 В переменной сети будет:
I = 12/120 = 0,100 А или 100 мА
В переменной сети 220 В:
I = 12 / 220= 0,055A или 55 мА
Отрицательное влияние реактивной нагрузки
Если представить мощности в виде векторов, то вектора P и Q в сумме будут давать полную мощность. Она равна:
График суммарной S
Формулы для P и Q имеют вид:
К сведению. Расчёты для трёхфазной сети верны при симметрично нагруженных фазах. В противном случае суммируют мощности всех фаз.
Чем меньше угол φ между векторами S и P, тем выше коэффициент мощности cosφ. Полному совпадению векторов препятствует Q. Загруженность ЛЭП и оборудования системы электроснабжения повышается при большом значении угла. Происходят перегревание проводов и износ оборудования энергосистемы.
На практике основными потребителями производственных предприятий выступают трансформаторы, электродвигатели и кабели большой протяжённости. Поэтому там лидирует ИН, потребляющая Q. Происходит перерасход потребляемой энергии, за что предприятия наказывают штрафами.
Реактивная мощность (РМ) несёт с собой следующие минусы:
Чтобы компенсировать РМ, нужно параллельно с такими потребителями включать емкостные элементы. Для этого строят устройства компенсирования Q. Они бывают конденсаторными или индуктивными, в зависимости от того, какого вида реактивная нагрузка преобладает. Конденсаторные установки, включающие в свою комплектацию батареи конденсаторов, размещают, как на силовых подстанциях, так и отдельными блоками. Подобная компенсация восполняет реактивную составляющую потребляемой от поставщика энергии.
Комплектная конденсаторная установка ККУ
Мощность постоянного тока
Так как значения силы тока и напряжения постоянны и равны мгновенным значениям в любой момент времени, то мощность можно вычислить по формуле:
Для пассивной линейной цепи, в которой соблюдается закон Ома, можно записать:
Если цепь содержит источник ЭДС, то отдаваемая им или поглощаемая на нём электрическая мощность равна:
Если ток внутри ЭДС противонаправлен градиенту потенциала (течёт внутри ЭДС от плюса к минусу), то мощность поглощается источником ЭДС из сети (например, при работе электродвигателя или заряде аккумулятора), если сонаправлен (течёт внутри ЭДС от минуса к плюсу), то отдаётся источником в сеть (скажем, при работе гальванической батареи или генератора). При учёте внутреннего сопротивления источника ЭДС выделяемая на нём мощность p=I2⋅r<\displaystyle p=I^<2>\cdot r> прибавляется к поглощаемой или вычитается из отдаваемой.
Расчёт мощности по току и напряжению
Посчитать потребление P можно, зная эти два параметра I и U сети. До того, как подобрать кабели или провода для проводки в квартире, нужно определиться с P потребителей, которые можно к ним подключить. Расчёт производят после того, как измерительными приборами фиксируют действующие показания силы тока I (А), а также напряжения U (В).
Однофазная сеть напряжением 220 вольт
При включении в цепь активной нагрузки пользуются формулой: P = U*I. В случае присутствия сдвига фаз между U и I пользуются формулой: P = U*I* cosφ.
Трёхфазная сеть напряжением 380 В
В трёхфазной сети переменного тока со сдвигом фаз результат последней формулы умножают на √3. Значение угла cosφ можно уточнить в справочнике.
Таблица cosφ для бытовых устройств
При выборе сечения проводов обычно известны суммарная мощность будущих потребителей и напряжение сети.
Нужна только сила тока формула через мощность и напряжение которой имеет вид:
У формулы для расчёта тока, используя мощность и напряжение, следующие составляющие:
Расчет тока можно выполнить с помощью онлайн-калькулятора.
Онлайн-калькулятор – общий вид интерфейса
Мощность
Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.
Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.
Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P. Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность, единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A), обозначается буквой S.
И в завершение про Электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.
Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями R (Ом) от плюса к минусу течет электрический ток I (А) заставляющий светиться лампочку мощностью P (Вт). Не обращайте внимания на яркость лампы, это из-за плохого давления и малого потока воды батареек.
Фонарик, что представлен на фотографии, собран на базе конструктора «Знаток». Данный конструктор позволяет ребенку в игровой форме познать основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Поставляется в виде наборов с разным количеством схем и разного уровня сложности.
Мощность электрооборудования
Во всех паспортных данных на электрооборудование указывают не только его активную нагрузку, но и коэффициент мощности, который является очень важным параметром, в сетях переменного тока AC и определяет, насколько эффективно электроэнергия используется нагрузкой.
Это рациональное число от −1 до 1, и никогда не равняется единице. Коэффициент мощности системы зависит от типа нагрузки: C, L или R. Первые две отрицательно влияет на PF = cosφ системы. Его большое значение приводит к увеличению тока, потребляемого оборудованием.
PF определяется как отношение реальной активной нагрузки к полной. Его также можно определить, зная по косинусу фазового сдвига между U и I в AC-цепи. Улучшение PF направлено на оптимальное использование электроэнергии, сокращение на электроэнергию и снижение потерь в сетях. Силовые трансформаторы не зависят от коэффициента мощности. Если он близок к единице, для того же номинального значения КВА трансформатора, к нему может быть подключена большая нагрузка. Большинство силовых нагрузок являются индуктивными и заставляют ток отставать от напряжения.
Дополнительная информация! Чтобы преодолеть сдвиг, адаптировано несколько методов коррекции коэффициента PF, помогающих нейтрализовать этот запаздывающий разрыв. Наиболее распространенным методом коррекции коэффициента PF является использование статических конденсаторов параллельно нагрузке. Они подают опережающий ток в систему, тем самым сокращая отставание. Конденсаторные батареи подключены параллельно к индуктивным нагрузкам. Измерить PF можно фазометром — измерительный прибор, определяющий угол сдвига фаз.
Главными параметрами электроприборов считаются: U, I и P. Потребляемую мощность всех устройств абонента учитывают при расчете электропроводки жилого помещения. В противном случае, при включении в сеть большого количества устройств, наступит перегрузка сети. Электропроводка не выдержит ток от электротехнических агрегатов, что приведет к плавлению изоляции, короткого замыкания в сети и воспламенению проводов.
Особенности расчёта в цепях переменного электричества
Чтобы выполнить расчёты P, потребляемой нагрузкой в цепях изменяющегося электричества, нужно чётко разделять схемы включения. Они могут быть однофазными и трёхфазными.
В однофазных цепях P находят, перемножив значение силы тока на значение напряжения (220 В). При этом учитывают наличие фазного сдвига между ними.
В трёхфазных сетях с напряжением 380 В рассматривают два случая:
В первом случае P находят по формуле:
Во втором случае необходимо рассчитывать P для каждой фазы (А, В, С). Общее значение P – это результат суммирования:
P общ = PфА + PфВ + PфС.
Внимание! Когда необходимо найти полную мощность трёхфазной цепи, находят по такому же принципу значения реактивной Q. Рассчитать ток по мощности, зная, какое напряжение: фазное (220 В) или линейное (380 В), можно и в этом случае, выразив его из общей формулы P
Рассчитать ток по мощности, зная, какое напряжение: фазное (220 В) или линейное (380 В), можно и в этом случае, выразив его из общей формулы P.
Что такое расчетная мощность?
Под этим определением понимают установленный показатель, позволяющий подключить некое количество единиц техники одновременно. Если превысить их допустимое число, защитная автоматическая система может выйти из строя. Расчет установленной мощности выполняется путем суммирования этого показателя, которым характеризуется каждый подключенный прибор в системе.
Важно! Межэтажное пространство жилого дома снабжено электрощитом и вводным устройством, от которого проложены кабели до каждой квартиры. В случае, когда система располагается в жилом помещении, в него прокладывают кабель с необходимым сечением
Для защиты разводящих линий устанавливают автомат, счетное устройство и щит для равномерного распределения нагрузок на каждой линии.
Нормы мощности в сети переменного тока
Напряжение и мощность — то, что нужно знать каждому человеку, живущему в квартире или частном доме. Стандартное напряжение сети переменного тока в квартире и частном доме выражается в количестве 220 и 380 ватт. Что касается определения количественной меры силы электрической энергии, необходимо сложить электрический ток с напряжением или же измерить необходимый показатель ваттметром. При этом чтобы сделать измерения последним аппаратом, нужно использовать щупы и специальные программы.
Что такое мощность переменного тока
Мощность переменного тока определяется соотношением величины тока со временем, которая производит работу за определенное время. Обычный пользователь использует мощностный показатель, передаваемый ему поставщиком электрической энергии. Как правило, он равен 5-12 киловатт. Этих цифр хватает, чтобы обеспечить работоспособность необходимого бытового электрооборудования.
Этот показатель зависит от того, какие внешние условия поступления энергии в дом, какие поставлены ограничительные токовые устройства (автоматы или полуавтоматы), регулирующие момент поступления мощностных емкостей к потребительскому источнику. Это совершается на разных уровнях, от бытового электрощита до центрального устройства электрического распределения.
Мощностные нормы в сети переменного тока
Потребляемая энергия некоторых приборов
Электрическая плита, которая имеет мощность 2 кВт за полчаса работы израсходует энергию, равную 1 кВт·ч. Обычная лампа, обладающая мощностью 100 Вт, при ежедневном включении на 8 часов за месяц потребит энергию, равную 24 киловатт-час. Если вместо этой лампы в таком же режиме использовать энергосберегающую, мощность которой составляет 20 Вт, то месячный расход энергии на освещение сократится в 5 раз. Энергопотребление такой лампы за месяц составит 4,8 кВт·ч.
С помощью киловатт-часов измеряется не только энергопотребление, но и, наоборот, отдача электроэнергии. Например, аккумуляторная батарея емкостью 50 А·ч и напряжением в 12 вольт, способна выработать энергию, равную 0,6 кВт·ч.
Характеристики
Переменный ток течет по цепи и меняет свое направление с величиной. Создает магнитное поле. Поэтому его нередко называют периодическим синусоидальным переменным электротоком. Согласно закону кривой линии, величина его меняется через конкретный промежуток времени. Поэтому он называется синусоидным. Имеет свои параметры. Из важных стоит указать период с частотой, амплитудой и мгновенным значением.
Период — это то время, на протяжении которого происходит изменение электротока, а затем оно повторяется вновь. Частота — период течение за секунду. Измеряется в герцах, килогерцах и миллигерцах.
Амплитуда — токовое максимальное значение с напряжением и эффективностью протекания на протяжении полного периода. Мгновенное значение — переменный ток или напряжение, возникающее за конкретное время.