Jak vypočítat výkon, proud a napětí: pochopení vztahu mezi těmito veličinami

Majitelé bytů, soukromých domů a dalších elektrifikovaných objektů se často potýkají s otázkou stanovení hodnot základních elektrických veličin, protože výpočet výkonu na základě přípustné intenzity proudu a známého napětí nebo řešení inverzního problému není příliš jednoduché. .

Přímá aplikace známého Ohmova zákona bez zohlednění vlastností domácích sítí a zařízení může vést k nesprávnému výsledku.

V tomto materiálu pochopíme, co je síla, a řekneme vám, jak vypočítat tento indikátor.

Základní pojmy veličin

Elektrické výpočty jsou založeny na dobře známých vztazích mezi proudem (I, Ampere), napětím (U, Volt), hodnotou výkonu (P, Watt) a odporem (R, Ohm). Praktické výpočty obvykle vyžadují znalost hodnot prvních tří.

Upozorňujeme, že číselné vyjádření uvedených hodnot nestačí – jsou potřeba další charakteristiky, které odhalí režim spotřeby energie.

Síla elektrického proudu

Výpočet dostatečného průřezu vodičů a jmenovitého výkonu jističe pro konkrétní větev elektrické sítě se provádí podle hodnoty maximálního možného proudu pro tento úsek. To je nutné, aby se zabránilo vznícení elektroinstalace, což často vede k požáru.

Provozní parametry strojů a proudových chráničů se volí podle požadavků předpisů. Pro určení přípustného průřezu žil v závislosti na maximální možné proudové síle je nutné použít tabulku poskytnutou výrobcem produktu, protože kabely jsou nejčastěji vyráběny podle specifikací, nikoli podle GOST.

Kabely vyrobené v souladu s GOST (vlevo) a TU (vpravo) se stejnými značkami se liší jak vizuálně, tak v základních vlastnostech

Protože sílu elektrického proudu lze vypočítat na základě energie spotřebované zařízeními a síťového napětí, je nutné správně určit hodnoty těchto dvou indikátorů.

Napětí v domácnosti

Mnoho majitelů bytů se domnívá, že standardní fázové napětí pro potřeby domácnosti je přibližně 220 V. Ve většině případů je to pravda. Ačkoli GOST 29322-2014 od 01.10.2015 v rámci Ruské federace mělo dojít k přechodu na systém 230 V kompatibilní se zeměmi EHS.

Odchylka 5 % od normy je přijatelná pro jakékoli období a 10 % pro období nepřesahující 1 hodinu. Podle starých pravidel tedy může hodnota napětí kolísat v rozmezí od 198 do 242 V a podle současné GOST – od 207 do 253 V.

Existují i ​​případy, kdy je napětí v síti dlouhodobě výrazně nižší než standardní. Tato situace nastává, když je celkový výkon elektrospotřebičů připojených na pobočku mnohem vyšší, než je plánováno a při zapnutí většiny z nich dochází k „výpadku sítě“.

Tento problém se vyskytuje v oblasti odpovědnosti organizací odpovědných za dodávku elektřiny a je spojen s přetěžováním distribučních transformátorů, zhoršováním stavu rozvoden nebo nedostatečným průřezem vodičů.

Snížení vstupního napětí vede nejen ke změně parametru proudu a možnému vypnutí ochrany, ale také k rychlému výpadku elektrických spotřebičů obsahujících asynchronní elektromotory nebo složité elektroniky.

Chcete-li zjistit skutečnou hodnotu napětí, musíte pravidelně provádět měření pomocí voltmetru. Pokud ukazatele velmi kolísají, pak je nutné použít stabilizátor nebo dražší měnič s funkcí akumulace elektřiny.

Nuance v pojetí výkonu elektrických spotřebičů

Všechna zařízení, která spotřebovávají elektřinu, mají takový parametr jako výkon. Čím vyšší je tento indikátor, tím více energie zařízení odebírá z obvodu.

Existují tři typy napájení:

• Aktivní (P). Charakterizuje rychlost přeměny elektrické energie na jinou formu, například elektromagnetickou nebo tepelnou. Je třeba ji zohlednit při výpočtu nevratných nákladů na elektrickou energii, a tedy i nákladů na provoz zařízení. Jednotka měření – W.
• Reaktivní (Q). Charakterizuje energii, která přichází ze zdroje (transformátoru) do reaktivních prvků spotřebiče (kondenzátory, vinutí motoru), ale poté se téměř okamžitě vrací do zdroje. Jednotkou měření je W nebo var (interpretace je jalový voltampér).
• Plný (S). Charakterizuje zatížení, které spotřebitel působí na prvky obvodu. Používá se při výpočtu průřezové plochy kabelu a výběru jmenovitého výkonu strojů, to znamená, že proudová síla se vypočítá na základě plného výkonu všech elektrických spotřebičů připojených k obvodu. Jednotkou měření je W nebo V*A (V*A – voltampéry).

Všechny tyto parametry lze přepočítat pomocí fázového úhlu, který vzniká mezi vektorem napětí a proudem (f):

Mezi domácí spotřebiče, u kterých může celkový výkon výrazně převyšovat činný výkon, patří chladničky, pračky, zářivky a některé úsporné zářivky a také jednotky výkonové elektroniky.

Na motorech je obvykle uveden činný výkon a koeficient. V tomto případě se celkový výkon vypočítá následovně: S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Existuje také něco jako špičkový nebo startovací výkon. Faktem je, že zrychlení motorů vyžaduje mnohem více úsilí než udržení jejich rotace. Když tedy zapnete spotřebiče, jako je lednička nebo pračka, dojde na části okruhu ke krátkodobému rázu zátěže.

Startovací proudy mohou být několikanásobně vyšší než provozní proudy. Toto je třeba vzít v úvahu při výpočtu požadovaného průřezu kabelu a výběru jmenovitého výkonu stroje.

K tomu je třeba určit zařízení s největším rozdílem ve startovacím a provozním výkonu a přidat jej k celkové hodnotě. Startovací proudy jiných zařízení lze ignorovat, protože pravděpodobnost současné aktivace motorů pro různé spotřebiče je prakticky nulová.

Lineární a fázové vztahy

V současné době se rozšířila praxe připojení domácích předmětů k třífázovým elektrickým sítím.

To je oprávněné z následujících důvodů:

• Značná spotřeba energie. V tomto případě bude připojení vysoce výkonné jednofázové sítě velmi iracionální kvůli velkému průřezu kabelu a vysoké spotřebě materiálu transformátoru.
• Dostupnost zařízení pracujících na třech fázích. Realizace obvodu pro připojení takového zařízení k jednofázovému obvodu není příliš jednoduchá a je zatížena rušením, ke kterému dochází například při spouštění asynchronního motoru.

Existují dva způsoby připojení třífázových zařízení – „hvězda“ a „trojúhelník“.

Schématická schémata přenosu výkonu ve třech fázích. Dostali jména „hvězda“ a „trojúhelník“ kvůli jejich geometrické podobnosti s těmito objekty

V obvodech hvězdicového typu jsou lineární a fázové proudy totožné a lineární napětí je 1,73krát větší než fázové napětí:

Tento vzorec vysvětluje známý poměr napětí pro domácnosti a průmyslové sítě nízkého napětí s frekvencí 50 Hz: 220 / 380 V (podle nového GOST: 230 / 400 V).

U trojúhelníkového zapojení je naopak napětí stejné a lineární proudy jsou větší než fázové proudy:

Tyto vzorce lze použít pouze se symetrickým fázovým zatížením. Pokud je odběr proudu přes kabely odlišný (nesymetrický přijímač), provedou se výpočty pomocí pravidel vektorové algebry a výsledný vyrovnávací proud je kompenzován neutrálním vodičem. U sítí s připojenými domácími spotřebiči jsou však takové případy vzácné.

Vztah mezi základními veličinami

Nejběžnějším úkolem běžných spotřebitelů je výpočet skutečné intenzity proudu. Jak tedy správně vypočítat proud na základě známých hodnot napětí a výkonu? Je nutné to vyřešit zdůvodněním průřezových hodnot jader a jmenovitého výkonu stroje s technickými informacemi o zařízeních, která budou napájena do tohoto obvodu.

Po výpočtu proudu se často volí kabely s nejmenším přípustným průřezem. To však není vždy správné, protože takové řešení vede k výrazným omezením, když je nutné do sítě přidat nové elektrické spotřebiče.

Někdy je nutné provést zpětné výpočty a určit, jaký celkový výkon lze připojit k zařízením se známým napětím a maximálním přípustným proudem, který je omezen stávajícím zapojením.

Tyto dva problémy pro jednofázový obvod můžete vyřešit pomocí jednoduchého vzorce:

kde S – celkový celkový výkon všech elektrických spotřebičů.

Pro výpočet parametrů jednofázového obvodu je vhodný koláčový graf odrážející Ohmův zákon a vyjadřující závislost výkonu, proudu, napětí a odporu

Chcete-li vyřešit problém výpočtu síly proudu ze známých nebo vypočtených hodnot výkonu a napětí v třífázovém obvodu, musíte znát celkové zatížení každé fáze.

Jak požadovaný průřez žil kabelu, tak i minimální přípustný jmenovitý výkon stroje se volí podle nejvytíženější linky s ohledem na to, že:

Přípustný výkon pro každou fázi lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

kde I – maximální přípustný proud pro stávající vedení.

Závěry a užitečné video k tématu

Výpočet síly proudu podle výkonu pro výběr průřezu kabelu:

Určení příkonu skupin elektrických spotřebičů na příkladu soukromého domu:

Můžete vypočítat proudovou sílu a určit parametry zapojení nebo sami určit přípustný výkon ve stávajícím obvodu. Pro správné vyřešení problému je nutné vzít v úvahu nuance, které se objevují v praxi, a nejen používat známé vzorce, které fungují za „ideálních“ podmínek.

Pokud máte dotazy k tématu článku nebo můžete k tomuto materiálu přidat zajímavé informace, zanechte prosím své komentáře v bloku níže.

Každý výrobní podnik se snaží snížit náklady na své produkty, aby zvýšil svou ziskovost. V první řadě je pozornost věnována přímým výrobním nákladům, které tvoří hodnotu výrobních nákladů na jednotku produkce. Účinnost využití výrobní kapacity podniku však často nemá menší vliv na výrobní náklady. Ekonomická služba podniku proto musí systematicky analyzovat míru využití výrobních zařízení a sledovat efektivitu jejich využití. Jak takovou analýzu provést, vám řekneme v článku.

Proč analyzovat výrobní kapacitu podniku?

Výrobní kapacita podniku je definována jako maximální možný objem produkce za jednotku času (hodina, směna, měsíc, rok), za předpokladu, že podnik disponuje všemi druhy zdrojů a s přihlédnutím ke stávající úrovni technologie a organizace. výroby. Výrobní kapacita se vždy měří ve stejných jednotkách jako výkon. Mohou to být:

• přírodní (kusy, metry, tuny atd.);

• podmíněně přirozené (podmíněné páry bot, podmíněné tisíce plechovek, podmíněný metr krychlový atd.);

Jak analyzovat vliv podnikových zdrojů na výrobní kapacitu

Každý typ zdroje má svůj vliv na maximální možný objem produktů vyrobených podnikem.

• Výrobní kapacita podniku z hlediska zařízení (PM_asi) se vypočítá podle vzorce:

kde FV_asi — efektivní fond provozní doby zařízení;

Ч_asi — počet jednotek zařízení vyrábějících produkty;

К_VN — míra souladu s normami;

Т_Jednotky — standardní čas v hodinách na výrobu jednotky produktu.

• Výrobní kapacita podniku z hlediska personálu (PM_п) se vypočítá podle vzorce:

kde H_п — počet pracovníků vyrábějících produkty;

F V_п — efektivní fond pracovní doby jednoho výrobního dělníka.

• Výrobní kapacita podniku podle výrobní oblasti (PM_pl) se počítá u podniků s montážní výrobou a poměrně dlouhým výrobním cyklem:

kde PV je efektivní provozní doba všech jednotek zařízení vyrábějících produkty;

PL – výrobní plocha oddělení, m 2;

PLp – výrobní plocha obsazená jednotkou produkce.

Potenciální výrobní kapacita podniku se tedy bude rovnat nejmenší z vypočtených hodnot. A abyste ji zvýšili, musíte zvýšit další typy zdrojů, dokud se všechny ukazatele nevyrovnají na maximální hodnotu.

Výpočet roční výrobní kapacity výrobní dílny podniku

Výrobní dílna zahrnuje dvě výrobní linky na výrobu produktů, standardní doba výroby jednotky produktu je 0,5 hodiny.

Počet výrobních pracovníků v dílně je 20 osob.

Spočítejme si maximální možnou výrobní kapacitu této dílny za rok.

Za tímto účelem provedeme následující výpočty:

1. Výrobní kapacita podle zařízení (ODPOLEDNE_asi) definujeme jako podíl, jehož čitatelem je součin:

• efektivní fond provozní doby výrobního zařízení:

celková doba 365 dní. × 24 hodin – 365 dní. × 3 hodiny (to je doba přípravy na promoci) – 8 hodin × 12 měsíců. (čas pro údržbu) – 40 hodin ročně (čas pro plánovanou údržbu) = 7529 hodin ročně;

• počet jednotek výrobního zařízení (2 řádky);

• koeficient plnění výrobních norem (0,9),

a jmenovatel je standardní doba výroby pro jednotku produkce (0,5 hodiny):

PMob = (7529 × 2 × 0,9) / 0,5 = 27 104 jednotek. produkty.

2. Výrobní kapacita podle personálu se vypočítá jako podíl, jehož čitatel je součin:

• počet výrobních pracovníků (20 osob);

• efektivní fond pracovní doby jednoho výrobního dělníka:

160 hodin × 12 měsíců – dovolená 160 hodin = 1760 hodin;

• koeficient souladu s normami (0,9),

a jmenovatelem je standardní doba výroby pro jednotku produkce (1 osoba-hodina):

PMP = (20 × 1760 × 0,9) / 1 = 31 680 jednotek. produkty.

Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tabulce. 1.

Výkon

Získané výsledky naznačují, že personální zdroje podniku převyšují prostředky vybavení, proto je v době výpočtů maximální možná výrobní kapacita 27 104 jednotek. produktů za rok.

Pokud jej chce podnik zvýšit, měl by zvýšit produktivitu svých zařízení.

Pokud se tento objem produkce neplánuje zvýšit, pak má podnik nadbytečné personální zdroje, které by se měly snížit.

Jaké typy analýz podnikové výrobní kapacity existují?

Analýza výrobní kapacity podniku může být provedena různými způsoby (viz obrázek).

Podívejme se na cíle každého typu analýzy výrobní kapacity:

Uvažované vzorce a výpočty však budou správné za předpokladu, že podnik vyrábí pouze jeden typ výrobku a pouze na jednom typu výrobního zařízení, což je v praxi vzácné.

Ve většině případů není výše výrobní kapacity závislá na jediném typu zařízení, ale na celém řetězci zařízení zapojených do technologického procesu výroby produktu. Celková výrobní kapacita se tedy bude rovnat kapacitě nejméně produktivního zařízení v řetězci. Toto zařízení se nazývá úzké hrdlo výrobní kapacity. Může vzniknout z důvodu předmětu nebo technologické specializace technologického procesu výroby produktu.

A. A. Grebennikov,
Hlavní ekonom Rezon Group of Companies

Materiál je publikován částečně. Celý si jej můžete přečíst v časopise „Ekonomova příručka“ č. 8, 2022.

Další informace:

• Analýza likvidity a solventnosti podniku

• Analýza produktivity práce: algoritmus, výpočty, závěry