Непростые вычисления: переводим киловатты в амперы и наоборот

Подбор электрических кабелей и аппаратов защиты, осуществляют по номинальной силе тока, измеряемой в амперах.

При этом в характеристиках электропотребителей, от которых и зависит нагрузка на провода и выключатели, указывают вовсе не амперах, а мощность в ваттах или киловаттах. Чтобы согласовать обе величины, следует знать, как перевести амперы в киловатты.

Как перевести амперы в киловатты?

Электрическая мощность увязывает в себе понятия напряжения и силы тока. По сути, это скорость, с которой носители заряда переводится данной разностью потенциалов.

Определяют мощность величину по формуле W = U * I, где:

• U — напряжение на концах участка цепи, В;
• I — сила тока на этом участке, А.

То есть при известной предельно допустимой (номинальной) силе тока, например, для кабеля, максимальную совокупную мощность подключенных к нему потребителей в ваттах (Вт) определяют умножением этой силы тока на величину питающего напряжения. После несложных преобразований данного выражения получается I = W / U.

Следовательно, если известна мощность электропотребителя, то для определения потребляемого им тока, эту мощность делят на величину питающего напряжения. В цепях переменного тока напряжение постоянно колеблется по синусоидальному закону, а вместе с ним и сила тока. Для удобства расчетов, переменные величины замещают постоянными — так называемым действующим значением.

В однофазной сети

В однофазной сети напряжение между фазой и нулевым проводником колеблется от 311 В до -311 В. Действующее значение составляет 220 В. Следовательно, если известно, что мощность электрочайника равна 1,5 кВт или 1500 Вт, сила потребляемого им тока составит I = 1500 / 220 = 6,8 А.

Если расчет ведется для кабеля, питающего розеточную группу с подключением нескольких приборов, то мощность последних надо просуммировать и умножить результат на коэффициент неодновременности.

Приборы не будут работать вместе, потому монтировать кабель и автоматы защиты в расчете на полную суммарную мощность — экономически нецелесообразно. Коэффициент неодновременности нормируется Правилами устройства и эксплуатации электроустановок (ПУЭ) и прочими документами и зависит от вида электрифицируемого объекта.

Некоторые приборы подключаются к сети через блок питания *БП с понижающим трансформатором. Самый распространенный пример — светодиодные ленты и светильники. От БП они получают постоянный ток напряжением 12 В. Номинал БП также указывается в амперах, тогда как светодиоды характеризуются мощностью.

Допустим, подбирается блок питания для светодиодной ленты с такими характеристиками:

• тип ленты: 5050;
• число светодиодов: 60 шт./м;
• мощность: 14,4 Вт/м;
• длина ленты: 6 м.

Порядок расчета:

1. определяют потребляемую мощность 6-метрового отрезка ленты W = 14.4 * 6 = 86.4 Вт;
2. рассчитывают потребляемый ток I = W / U = 86.4 / 12 = 7,2 А.

Следовательно, требуется БП с номиналом не менее 8 А. Постоянное напряжение в 12 В подается и в бортовую электросеть автомобиля электрогенератором и аккумулятором. Если, например, требуется подобрать предохранитель для дополнительной фары с лампой мощностью 55 Вт, его номинальный ток составит I = 55 / 12 = 4.6 А.

Следовательно, подходит предохранитель с номиналом в 5 А (ближайший, больший). Несколько сложнее обстоит дело с электропотребителями, в составе которых имеются компоненты с обмотками — двигатели и трансформаторы. В их характеристиках указывается не полная потребляемая мощность, а полезная или, как ее еще называют, активная.

Электромагнитная индукция

Помимо этого, существует понятие реактивной мощности — она тратится на преодоление индуктивного сопротивления. Оно обусловлено наличием в обмотке сильного переменного магнитного поля. Согласно закону электромагнитной индукции, оно создает в обмотке ЭДС самоиндукции, противодействующую трансформации силы переменного тока.

Полная потребляемая мощность равна сумме активной и реактивной мощностей. Чтобы ее вычислить, следует обратить внимание на такую характеристику, как cosϕ (коэффициент мощности). Он характеризует долю активной мощности в полной мощности cosϕ = Wа / Wп. Тогда формула вычисления полной мощности выглядит так Wп = Wа / cosϕ.

В случае с электродвигателями выходную мощность Wв, указанную в характеристиках, следует предварительно разделить на КПД, то есть:

• Wа = Wв / КПД;
• Wп = Wа / cosФ = Wв / (cosϕ * КПД).

Допустим, на шильдике компрессора холодильника указано:

• мощность: 800 Вт;
• cosϕ: 0,7;
• КПД: 85%.

Определяется полная потребляемая мощность Wп = 800 / (0,7 * 0,85) = 1344,5 Вт. Далее, определяется потребляемый ток I = 1344,5 / 220 = 6,1 А. По настройкам электромагнитного расцепителя (времятоковая характеристика) автоматические выключатели делятся на несколько классов. Приборы класса А наиболее чувствительны, ими защищают высокоточные устройства с полупроводниковыми элементами.

В быту же применяются автоматы классов:

• B (электромагнитный расцепитель срабатывает при 2-кратном превышении номинального тока): защищают освещение и розеточные группы для потребителей с минимальными пусковыми токами либо отсутствием таковых;
• C (мгновенное отключение при 5-кратном превышении номинального тока): автоматом данного класса предохраняют несколько розеточных групп, защищенных автоматами класса В — с целью подстраховки последних;
• D (производят мгновенное отключение только при 10-кратном превышении номинального тока): применяются для защиты потребителей с большими пусковыми токами, а также на вводе в здания — для подстраховки автоматов в отдельных помещениях.

Типы автоматических выключателей

Часто требуется выполнить пересчет в обратную сторону. К примеру, известно, что кабель или предохранитель рассчитан на ток в 20 А. Значит, к этой линии могут одновременно подключаться потребители с общей мощностью W = 20 * 220 = 4400 Вт = 4,4 кВт.

В трехфазной сети

В 3-фазной сети, ток потребителю подается по 3-м проводам со смещением по фазе на треть периода. Действующее значение напряжения между фазным и нулевым проводником составляет 220 В, но для междуфазного напряжения его величина равна U3 = 380 В.

Формула расчета мощности для 3-фазных потребителей имеет вид W = 3^1/3 * U3 * I = 1.73 * u3 * I. Соответственно, потребляемый каждой фазой ток рассчитывают по формуле I = W / 1,73 * U3.

Так, для 3-фазного электрокотла мощностью 15 кВт ток потребления в каждой фазе составит I = 15000 / (1.73 * 380) = 22,8 А. В характеристиках 3-фазных электродвигателей, как и 1-фазных, указывается выходная мощность, поэтому пересчет выполняется с учетом cosϕ и КПД I = Wвых / (1,73 * U3 * cosϕ * КПД).

Пример расчета потребляемого тока для двигателя со следующими характеристиками:

• выходная мощность: 5 кВт;
• cosϕ: 0,8;
• КПД: 0,9.

I = 5000 / (1.73 * 380 * 0.8 * 0.9) = 10.6 А.

Таблица

С целью стандартизации электрического оборудования разработан ряд номинальных токов. Поэтому вместо расчета по формулам удобнее подбирать допустимую мощность по номинальному току при помощи таблицы:

Видео по теме

О ваттах, вольтах и амперах в видео:

Вопрос выбора кабелей и автоматов защиты — далеко не праздный. В случае ошибки возможен перегрев проводов и арматуры с последующим возгоранием. Поэтому уметь переводить амперы в киловатты и обратно следует любому человеку, занимающемуся монтажом электропроводки или подбором электрооборудования.