Como calcular potência, corrente e tensão: princípios e exemplos de cálculos para condições domésticas

Proprietários de apartamentos, casas particulares e outros objetos eletrificados muitas vezes se deparam com a questão de determinar os valores das grandezas elétricas básicas, uma vez que calcular a potência com base na intensidade da corrente permitida e em uma tensão conhecida ou resolver o problema inverso não é muito simples .

A aplicação direta da conhecida lei de Ohm, sem levar em conta as características das redes e dispositivos domésticos, pode levar a um resultado incorreto.

Neste material entenderemos o que é potência e explicaremos como calcular esse indicador.

Conceitos básicos de quantidades

Os cálculos elétricos são baseados em relações bem conhecidas entre corrente (I, Ampere), tensão (U, Volt), valor de potência (P, Watt) e resistência (R, Ohm). Cálculos práticos geralmente requerem conhecimento dos valores dos três primeiros.

Alertamos que as expressões numéricas dos valores listados não são suficientes - são necessárias características adicionais que revelem o modo de consumo de energia.

Força da corrente elétrica

O cálculo da seção transversal suficiente dos condutores e da classificação do disjuntor para um determinado ramal da rede elétrica é realizado de acordo com o valor da intensidade de corrente máxima possível para este trecho. Isso é necessário para evitar que a fiação pegue fogo, o que geralmente resulta em incêndio.

Trabalhadores parâmetros da máquina e os RCDs são selecionados de acordo com os requisitos regulamentares.Para determinar a seção transversal permitida dos núcleos em função da intensidade máxima de corrente possível, é necessário utilizar a tabela fornecida pelo fabricante do produto, pois os cabos são mais frequentemente produzidos de acordo com as especificações, e não de acordo com GOST.

Tendo as mesmas marcações, os cabos produzidos de acordo com GOST (esquerda) e TU (direita) diferem tanto visualmente quanto nas características básicas

Como a intensidade da corrente elétrica pode ser calculada com base na potência consumida pelos dispositivos e na tensão da rede, é necessário determinar corretamente os valores desses dois indicadores.

Tensão doméstica

Muitos proprietários de apartamentos acreditam que a tensão de fase padrão para necessidades domésticas é de aproximadamente 220 V. Na maioria dos casos, isso é verdade. Embora GOST 29322-2014 a partir de 01/10/2015 na Federação Russa deveria haver uma transição para um sistema de 230 V compatível com os países da CEE.

Um desvio de 5% do padrão é aceitável para qualquer período e de 10% para um período não superior a 1 hora. Assim, de acordo com as regras antigas, o valor da tensão pode variar na faixa de 198 a 242 V, e de acordo com o GOST atual - de 207 a 253 V.

Também há casos em que a tensão na rede por muito tempo é significativamente inferior à padrão. Essa situação surge quando a potência total dos aparelhos elétricos conectados ao ramal é muito superior ao planejado e quando a maioria deles está ligada ocorre um “rebaixamento da rede”.

Este problema ocorre na área de responsabilidade das entidades responsáveis ​​​​pelo fornecimento de energia elétrica e está associado à sobrecarga dos transformadores de distribuição, à deterioração das subestações ou à seção transversal insuficiente dos fios.

Uma tensão de entrada reduzida leva não apenas a uma alteração no parâmetro de corrente e a um possível disparo da proteção, mas também a uma rápida quebra de aparelhos elétricos contendo motores elétricos assíncronos ou componentes eletrônicos complexos

Para descobrir o significado tensão real você precisa fazer medições periodicamente usando um voltímetro. Se os indicadores flutuarem muito, é necessário usar estabilizador ou um conversor mais caro com função de armazenamento de eletricidade.

Nuances no conceito de potência dos aparelhos elétricos

Todos os dispositivos que consomem eletricidade possuem um parâmetro como potência. Quanto maior este indicador, mais energia o dispositivo retira do circuito.

Existem três tipos de poder:

• Ativo (P). Caracteriza a taxa de conversão da energia elétrica em outra forma, por exemplo eletromagnética ou térmica. Deve ser levado em consideração no cálculo dos custos irreversíveis da eletricidade e, portanto, do custo de operação do dispositivo. Unidade de medida – W.
• Reativo (P). Caracteriza a energia que vem da fonte (transformador) para os elementos reativos do consumidor (capacitores, enrolamentos do motor), mas retorna quase instantaneamente à fonte. A unidade de medida é W ou var (a interpretação é volt-ampere reativo).
• Completo (S). Caracteriza a carga que o consumidor impõe aos elementos do circuito. É utilizado no cálculo da área da seção transversal do cabo e na escolha da classificação das máquinas, ou seja, a intensidade da corrente é calculada com base na potência total de todos os aparelhos elétricos conectados ao circuito. A unidade de medida é W ou V*A (V*A – volt-amperes).

Todos esses parâmetros podem ser recalculados através do ângulo de fase que ocorre entre o vetor tensão e corrente (f):

P = S *cos(f);

P = S *pecado(f);

S² = P² + P².

Os dispositivos domésticos nos quais a potência total pode exceder significativamente a potência ativa incluem refrigeradores, máquinas de lavar, lâmpadas fluorescentes e algumas lâmpadas economizadoras de energia, bem como unidades eletrônicas de potência.

Nos motores, geralmente são indicados a potência ativa e o coeficiente. Neste caso, a potência total é calculada da seguinte forma: S = P / cos(f) = 750 / 0,78 = 962 W

Também existe potência de pico ou de partida. O fato é que acelerar motores exige muito mais esforço do que manter sua rotação. Portanto, quando você liga aparelhos como geladeira ou máquina de lavar, ocorre um pico de carga de curto prazo em uma seção do circuito.

As correntes de partida podem ser várias vezes maiores que as correntes de operação. Ao calcular o necessário seções de cabo Ao selecionar o valor nominal da máquina, isto deve ser levado em consideração.

Para isso, é necessário determinar o dispositivo com maior diferença na potência inicial e operacional e somá-lo ao valor total. As correntes de partida de outros dispositivos podem ser ignoradas, pois a probabilidade de acionamento simultâneo de motores para diferentes consumidores é praticamente zero.

Relações lineares e de fase

Hoje em dia, a prática de conectar objetos domésticos a redes elétricas trifásicas se generalizou.

Isto se justifica pelas seguintes razões:

• Consumo significativo de energia. Neste caso, conectar uma rede monofásica de alta potência será muito irracional devido à grande seção transversal do cabo e ao alto consumo de material do transformador.
• Disponibilidade de dispositivos operando em três fases. A implementação de um circuito para conectar tal dispositivo a um circuito monofásico não é muito simples e está repleta de interferências que ocorrem, por exemplo, na partida de um motor assíncrono.

Existem duas maneiras de conectar dispositivos trifásicos - “estrela” e “triângulo”.

Diagramas esquemáticos de transmissão de energia em três fases. Eles receberam o nome de “estrela” e “triângulo” devido à semelhança geométrica com esses objetos

Em circuitos do tipo estrela, as correntes lineares e de fase são idênticas e a tensão linear é 1,73 vezes maior que a tensão de fase:

EU_eu = EU_f;

você_eu = 1.73 * você_f.

Esta fórmula explica a relação de tensão conhecida para redes domésticas e industriais de baixa tensão com frequência de 50 Hz: 220/380 V (de acordo com o novo GOST: 230/400 V).

Com uma conexão triangular, ao contrário, a tensão é a mesma e as correntes lineares são maiores que as correntes de fase:

EU_eu = 1.73 * EU_f;

você_eu = você_f.

Estas fórmulas só podem ser usadas com cargas de fase simétricas. Se o consumo de corrente entre os cabos for diferente (receptor desequilibrado), os cálculos serão realizados usando as regras da álgebra vetorial, e a corrente de equalização resultante será compensada pelo fio neutro. No entanto, para redes com eletrodomésticos conectados, tais casos são raros.

Relação entre quantidades básicas

A tarefa mais comum enfrentada pelos consumidores comuns é calcular a intensidade real da corrente. Então, como calcular corretamente a amperagem com base em valores conhecidos de tensão e potência? É necessário resolvê-lo justificando os valores da seção transversal dos núcleos e a classificação da máquina, tendo informações técnicas sobre os dispositivos que serão alimentados neste circuito.

Depois de calcular a corrente, geralmente são selecionados cabos com a menor seção transversal permitida. Porém, isso nem sempre é correto, pois tal solução acarreta restrições significativas quando é necessário adicionar novos aparelhos elétricos à rede.

Às vezes é necessário realizar cálculos reversos e determinar qual potência total pode ser conectada aos dispositivos com uma tensão conhecida e corrente máxima permitida, que é limitada pela fiação existente.

Você pode resolver esses dois problemas para um circuito monofásico usando uma fórmula simples:

EU = S / você;

S = você * EU,

Onde S – potência total total de todos os consumidores elétricos.

Um gráfico de pizza refletindo a lei de Ohm e expressando a dependência de potência, corrente, tensão e resistência é adequado para calcular os parâmetros de um circuito monofásico

Para resolver o problema de cálculo de corrente usando valores de potência e tensão conhecidos ou calculados em um circuito trifásico, é necessário conhecer a carga total imposta a cada fase.

Tanto a seção transversal necessária dos núcleos do cabo quanto a classificação mínima permitida da máquina são selecionadas de acordo com a linha mais movimentada, considerando que:

S = 3 * máximo{S₁, S₂, S₃}.

EU = S / (você * 1.73).

A potência permitida para cada fase pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

S_1,2,3 EU * você / 1.73,

Onde EU – corrente máxima permitida para a fiação existente.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Cálculo da intensidade da corrente por potência para seleção da seção transversal do cabo: