Электричество в России. Мощность

Электричество в России. Мощность

I ve got the POWER

Предыдущая и следующая части:

Электричество в России. Откуда ток в розетке

Электричесво в России. Начало

Электричество в России. Ввод в дом

Электричество в России. Изгнание бесов или свой среди чужих

 

Когда-то жила была Ирландия – зеленый такой веселый остров – Святой Патрик, Гинесс и волынки. Все там было хорошо, еда вкусная, все натуральное, никаких гербицидов-пестицидов там и прочих колорадских жуков, только Онищенко своего не было и фитосанитарный контроль не был налажен. Вот и заразилась картошка по всей Ирландии фитофторозом каким-то. Да так пару лет подряд. Начался по всей Ирландии кипишь, ад и Израиль – очень уж они картошечку уважали и все ей и было засажено. Вот кто с голоду не помер, поразъехались куда глаза глядят. Кто побогаче Кремниевую Долину осваивать и негров на плантациях тиранить (угадайте почему у Скарлет О Хара из унесенных ветром такая станная фамилия), а остальные в Англию гастарбайтерами. Да так много понаехало ирландских Джамшутов, что рабочая сила в Англии сильно подешевела. Завод там поставить – ирландцы, шахту отрыть – тоже к ним. Тут англичанам в бизнесе и поперло. Да так что никаких ирландцев стало не хватать. Те тоже только по первой на все были согласны, а чуть прижились – стали нос от тяжелой работы воротить, всякие ОПГ наладили. В общем некому стало на английский бизнес тяжести таскать. Пришлось крутиться, вот англичанин Ватт (дед известного ВаттСона – вот что значит природа на потомках отдыхает) и придумал паровую машину. Ну ясное дело русский мастер Иван Ползунов ее раньше на 6 лет придумал и построил раньше. Но то какой-то Иван. Ну сами понимаете, мультик про Левшу-то все видели наверное. В общем Оскар ушел к Ватту, его именем единицу мощности и назвали. А когда электричество появилось и электрическую мощность тоже Ваттами стали называть и обозначать буквой P (Power то есть).

Так-то она на любом электрическом приборе заботливо указана производителем. Но формула мощности в электрической цепи тоже простая: P=I*U  (Мощность равна произведению Силы Тока на Напряжение)

Ну про напряжение мы все знаем – что-то около 220 Вольт. А насчет Силы Тока  есть простое правило – Сила Тока электрической цепи определяется потребителем. То есть сколько потребитель попросит Ампер, столько ему и выдадут (проси и обрящешь - прямо как в святых текстах). Например, у нас на линии розеток стоит автомат на 16 Ампер. Мы в розетку втыкаем зарядку Айфона на 1 ампер. В результате в цепи ток 1 Ампер и будет. А вот если включить две тепловые пушки, то ток будет 25 Ампер и проводка сгорела бы конечно, если бы тепловой расцепитель нашего 16 Амперного автомата не выключил линию. Но обои-то надо доклеить все равно, поэтому мы автомат заменим «временно» на 25 амперный и проводка все равно сгорит. Как говорится сгорел сарай – гори и хата.

Может вы обращали внимание на нагревательные приборы – там обычно непосредственно греет тонююсенький такой проводок – спиралька. Как мы уже знаем чем проводник тоньше, тем сопротивление току больше. Конечно в нагревателях берут специальный сплав, чтобы сопротивление еще поднять и чтобы устойчивость к нагреванию была максимальная. Но общее правило работает – чем тоньше взять провода тем сильнее они будут греться при большом токе. Помню давным давно в старой съемной квартире с алюминиевой проводкой пришлось включать обогреватель, чтобы от холода не загнуться, так в районе счетчика от проводов шел сизый дымок. Но выжили да… давно это было. А все почему? Потому что проводка квартиры не была расcчитана на ток мощного обогревателя, а те самые пробки (древний аналог автоматов были закорочены медной проволокой). Простая и суровая русская альтернатива – сгореть или замерзнуть. Так и живем.

Когда придумывали ток, размышляли в основном за что бы лучше деньги с клиентов драть, ведь столько единиц измерения: амперы, вольты омы или вот ватты. Никак не могли решить. Но потом зима наступила и оказалось, что очень хорошо электричеством обогреваться получается - дров никаких не нужно чем больше тока пропускаешь через проводник, тем больше тепла выделяется. 

Можно узнать мощность обогревателя, если включить его, замерить ток, напряжение и перемножить. Это будет Мгновенная Мощность. А как ловчее клиенту объяснить за что с него денег просят? А рассказать, что наш ток делает для него полезную Работу (А- арбайтен шнелле) - тратит мощность на протяжении времени. Вот сколько работы наделал - столько и монет плати, за обогрев значит (Q). А так получается что практически вся деятельность тока в результате на обогрев и идет.

Здесь и притаились килоВатт * час и джоули и калории. Весь этот блудняк со счетами за работу тока принесли нам аж целых два ученых одновременно Джоуль и Ленц, правда большинство оплачивающих счета наверняка упомянут что-то нетолерантное об их ориентации. Мы то знаем, что электричество должно быть бесплатно как воздух. Про мощность тока  можно другими словами сказать, что  это отношение работы тока к времени, за которое эта работа совершена (мы помним, что меряется в Ватт или когда много килоВатт, кВт)

Можно сказать и так: при постоянном токе, мощность (тепловые потери проводника) прямо пропорциональна сопротивлению, а при постоянном напряжении, обратно пропорциональна сопротивлению. Цирк да и только. Считай как хочешь:

Мощность настольтко прочно связана с теплом, что одно можно переводить в другое - Джоули, калории, ватты

Ну, как водится, если дело связано с Деньгами, Корпорациями и Государством, то простому гражданину нельзя далеко убирать защитную шапочку из фольги.

Так и с мощностью и оплатой счетов. Весь ток, который потребляют наши приборы в основном тратится или на разогрев проводников: печки, теплые полы, обогреватели, процессоры компьютеров, ж-к панели и фен с утюгом, либо на превращение электрической энергии в движение барабана стиральной машины, посудомойки, вентиляторов и двигателей компрессоров кондиционера и холодильника. Полезная работа, что тут говорить. Мощность, которая тратится на все это добро называется Активной Мощностью.

Мощность, которая тратится на нашу пользу в течении времени называется работой тока и считается по формуле.  В неподвижном проводнике работа тока преобразуется в тепло. Иногда это полезно как в обогревателе, а иногда не очень, как в процессоре или в проводе на деревянной стене.

Но как всегда все слишком хорошо, чтобы быть правдой. Есть еще и паразитная, бесполезная Реактивная Мощность. В наши бытовые приборы производители, сговорившиеся с масонами из электро-компаний понавставляли конденсаторов и катушек индуктивности. В цепи переменного тока происходят колебания электромагнитной энергии вызванные наличием конденсаторов и катушек индуктивности. Эти колебания и составляют Реактивную мощность.  Энергия хоть и не тратится, но переливается туда-сюда без толку, а так как проводники обладают активным сопротивлением, то конечно есть и потери от этой бесполезной деятельности.  Но главное – Реактивная мощность не позволяет нам задействовать всю мощщу на полезную работу, уменьшает наши возможности, поэтому она плохая, хоть обычно и маленькая. Полная мощность естественно включает в себя Активную мощность и Реактивную мощность

Тут и появляется загадочный КОСИНУС ФИ (Cos ϕ)

Будьте осторожны, при упоминании КОСИНУСА ФИ  IQ электрика увеличивается на 20% а стоимость его работы на 30%, это могут делать только профессионалы, не повторяйте этого дома.

Дело в том, что отношение Полной Мощности (S пол), Активной Мощности (P акт) и Реактивной Мощности (Q реакт) легко выражается через рисование треугольника, где гипотенуза – это Полная Мощность, а катеты Активная и Реактивная. А КОСИНУС это всего лишь отношение прилежащего к углу катета к гипотенузе. То есть КОСИНУС ФИ – ОТНОШЕНИЕ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ К ПОЛНОЙ.

Полезная мощность в сети переменного тока, на самом деле вот такая : P=U*I* cos ϕ (это само пиво, а полная мощность - пиво с пеной, меряется в Вольт-Амперах)

Смысл косинуса в этой формуле – это коэффициент, который позволяет из мгновенной мощности выделить ту часть, которая реально тратится на полезную работу.

Реактивная плохая мощность обозначается буквой Q, меряется в ВАР (Вольт-Ампер Реактивный) и вычисляется вот так: Q=U*I* sin ϕ

А полная окончательная мощность обозначается буквой S, меряется в Вольт-Амперах и вычисляется вот так: S=√(Q²+P²)

Если закажете проект электроснабжения дома, то вам с умным видом вручат стопку листов, где будет большая таблица вот такого вида:

№ пп	Название	P(уст.) кВт	Кс	Cos ϕ	Tg ϕ	P(расч.)кВт	Q,кВAp	S,кВА	Iрасч.(220/380В) А
6	Стиральная машина	2.00	0.50	0.92	0.42	1.00	0.42	1.08	4.94/1.65
7	Кондиционеры	5.40	0.60	0.98	0.20	3.24	0.65	3.30	15.03/5.02

Пояснение:

P (уст.) кВт – установленная мощность. Это то, что написано в паспорте прибора

Кс – коэффициент спроса. Типа стиралка крутится не больше чем полсуток. Уменьшаем установленную мощность вполовину.

cos ϕ – теперь вы знаете, что это такое. Отношение Активной полезной мощности к Полной.

tg ϕ – отношение реактивной мощности к активной

Р(расч.) кВт – Расчетная мощность. Должна показать вам мощность уменьшенную коэффициентом спроса

Q, кВАр – Реактивная мощность.

S, кВА – Полная мощность в килоВольт-Амперах

I расч. (220/380В) – Расчетная сила тока с учетом Полной мощности.

Правда в том, что все это шляпа. Для начала частный потребитель не платит за реактивную мощность. Обычные счетчики ее не считают. В добавок почти все бытовые приборы имеют КОСИНУС ФИ около единицы, так что потери на реактивную мощность незначительные. И наконец, подробный подсчет реактивной мощности помог бы вам учесть ВЕСЬ ток, проходящий по вашим проводам и в теории заложить более толстые провода. НО даже если вы обвешаетесь графиками, косинусами и расчетами – на рынке всего три сечения проводов, подходящих для бытовой электрики – 1.5, 2.5, 4 квадратных миллиметра. И 6 квадратных миллиметров ну для особенно крутой керамической варочной панели в однофазном исполнении (в трехфазной будет не больше 25 ампер на каждую фазу и подойдет провод 4 квадрата). Так что просто использовав самое элементарное правило подбора и защиты проводников вы навсегда обезопасите себя от любых проблем. Отдельно стоит упомянуть, что модульное оборудование внутри распределительного шкафа соединяется либо медными перемычками (гребенками, шинами) сечением около 16кв. миллиметров, либо одножильными проводами сечением 6 квадратных миллиметров. Так как шкаф - место, где собираются все токи, "текущие" между квартирными устройствами, экономить на сечении проводников в нем - плохая примета.

КОСИНУС ФИ и все эти расчеты имеют смысл только для больших предприятий. Там есть несколько вариантов расчетов с электро-компанией с учетом реактивной мощности. Там есть дорогие, но полезные устройства, уменьшающие потери на реактивной составляющей. Но для дома и квартиры ничего такого не бывает.

Нет конечно на каком-нибудь сайте на пару тысяч рублей можно закупить «Экономайзер» для борьбы с реактивной мощностью в деревне. Что тут сказать, как поется в известной песне Шнура – «Любит наш народ всякое г..но»

А вот если вы директор производственной компании или какого-нибудь датацентра, то может какую-то работу с реактивной мощностью и придется провести. Но вам косинус фи и там не пригодится – придет к вам мальчик из компании-интегратора с проектом, а у вас больше будет голова болеть на какую статью всю эту возню списать, чтобы налоги оптимизировать.

В пользу тех, кто решает делать все работы по электричеству самостоятельно, стоит сказать, что в Гарварде или Массачусетском технологическом не учат электриков и сантехников. Профессия электрика в бытовом секторе не включает научного и только самый минимум творческого компонента и осваиваются за месяц-два теории и практики, никаких сложных формул и вычислений в ней нет. А все задачи уже решены умными четырехглазыми людьми и выложены в виде простых инструкций и табличек. Хотя современные электротехнические системы позволяют ставить и решать сложные интересные задачи: умные дома, всякая автоматизация, интеграция инженерных систем дома.

Как-то так....

Приложения:

Таблица выбора проводов :

В таблице МАКСИМАЛЬНАЯ мощность и ток, которые не вызовут скорого уничтожения кабеля при температуре среды по-моему около 30 градусов Цельсия. При этом допускается, что кабель нагреется до 70-80 градусов. Так что доводить до максимальных значений не круто.

Автоматический выключатель защищающий кабель, позволяет довольно продолжительное время превышать свой номинал, поэтому берется на ступень меньше.

Расчет мощности ТЭНа для обогрева помещения :

Для расчета времени за которое тэн нагреет воду, используем формулу теплодинамики.

При этом для простоты будем считать, что окружающая среда, переходные процессы, емкость и т.д. не влияют на нашу систему ТЭН — жидкость:
А=С(T1-T2)m,
где А  -работа, которую необходимо проделать, чтобы изменить температуру жидкости массой «m» с Т1 до Т2.
С — удельная теплоемкость жидкости;
и формулу работы электрического тока:
А=Рt,
где А — работа электрического тока,
Р — мощность установки (в нашем случае — ТЭНов), Вт,
t — время работы электрического тока, сек.
Пример: За какое время тэн мощностью 2.0 кВт согреет воду массой 1.0 кг. с 20 до 80 градусов?
Справочное данное: С для воды = 4200 Дж/кг*градус.
С(Т1-Т2)m=Рt, отсюда t=C(T1-T2)m/P=4200*(80-20)*1.0/2000=126 секунд.
Ответ: вода массой 1.0 кг нагреется тэном мощностью 2 кВт с 20 до 80 градусов за 2 минуты и 6 секунд.

 

Формулы для любых вычислений  и перевода Силы Тока, Сопротивления, Напряжения, Мощности

Для всех электротехнических вычислений, есть два простых приспосоления:

Магический круг и Магический треугольник.

Магический круг очень прост. В центре выбираете одну из четырех величин (Мощность, Сила Тока, Напряжение, Сопротивление).

Магический круг вычисления и преобразования основных единиц измерения.

P - мощность         I -  Сила тока

V - напряжение     R - сопротивление

В соответствующем секторе представлены все формулы для перевода этой величины. В примере выделены синеньким варианты.

 

Магический треугольник вычисления напряжения, силы тока и сопротивления

Магический треугольник еще проще. Мысленно отрываете от треугольника одну из вершин с Напряжением, Силой Тока или Сопротивлением. В оставшемся кусочке – формула по вычислению оторванной величины. В примерах все понятно.

U - напряжение,  I - сила тока,   R - сопротивление  

(в примере с магическим кругом напряжение обозначалось как V - бывает)

Формулы для ПАРАЛЛЕЛЬНОГО и ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО соединения

Практически все приборы в квартире-доме подключены ПАРАЛЛЕЛЬНО  (то есть провода к ним разветвляются из одной точки).

Пример последовательного соединения внутри потребителей - устройство елочной гирлянды. Очевидно, что для елочной гирлянды с последовательным соединением можно брать лампочки рассчитанные на маленькое напряжение, ведь в этом случае наши 230Вольт делятся на количество лампочек. Правда есть и минус - одна лампочка сгорит и вся гирлянда выключится. 

Так как в квартире все соединено параллельно, Сила Тока (I) в цепи квартиры равна сумме сил тока в каждом ответвлении. Напряжение одинаково во всей цепи во всех ответвлениях, а сопротивление в такой цепи вычисляется по формуле 1/R=1/R1+1/R2+1/R3. То есть общее сопротивление в параллельной цепи R=R1*R2*R3/(R1+R2+R3) 

Проще говоря общее сопротивление цепи с параллельным подключением проводников меньше чем сопротивление каждого параллельного участка в отдельности.

В обычной жизни в быту последовательное соединение электроприборов практически и не используется. Все розетки и все лампочки соединены параллельно.  В случае последовательного соединения Сила Тока такой цепи будет одинакова во все цепи, а вот напряжение будет суммой напряжений на каждом потребителе, как и сопротивление.

Расчет мощности светодиодной ленты

Источник: https://ledjournal.info/vopros-otvet/moshchnost-svetodiodnoj-lenty.html

Известно, что любая LED-лента с питанием от +12 В состоит из групп светоизлучающих диодов, соединённых параллельно. В свою очередь, в каждой группе по 3 светодиода, соединённых последовательно, а значит, через них протекает одинаковый ток. Поэтому К = 3. Для светодиодной ленты, работающей от +24 В значение К = 6. Для большей наглядности рассчитаем мощность потребления 1 метра светодиодной ленты типа SMD 5050-30 шт./м с питанием от источника +12 В:

Для некоторых других популярных изделий с питанием 12 В, мощность указана в таблице.

Расчёт мощности всей длины LED-ленты

Логично предположить, что для расчёта мощности светодиодной ленты длиной больше или меньше 1 метра, нужно полученный результат умножить на общую длину:

L – длина одного или нескольких отрезков, подключаемых к блоку питания. К примеру, нужен блок питания, чтобы запитать 2 куска светодиодной ленты типа SMD 5050-30 шт./м длиною 2,5 и 3 метра. Мощность потребления составит:

Чтобы источник питания работал без перегрузок, необходимо полученный результат умножить на коэффициент запаса – 1,2 и округлить до ближайшего стандартного значения. В данном случае подойдёт блок питания мощностью 50 Вт. Если необходимо посчитать, сколько электроэнергии потребляет светодиодная лента за определённый промежуток времени, то суммарную мощность придётся перевести в кВт*ч. Для этого воспользуемся формулой:

h – время, в течение которого светодиоды включены, ч. К примеру, за 8 часов непрерывной работы светодиодная лента из предыдущего примера потребит: