Как рассчитать расход электроэнергии, потребляемой приборами дома и в офисе

Для выбора сечения питающих кабелей и проводов при прокладке электрических сетей потребителей нужно знать, приборы какой мощности будут в них включены. Как рассчитать потребляемую мощность того или иного электрического прибора, можно узнать, разобравшись в самом понятии мощности. Для этого хватит информации из школьной программы и элементарных понятий о токе, напряжении, сопротивлении. К тому же эти знания нужны при приобретении бытовых электроприборов.

Мощность электрического тока

Полная мощность и ее составляющие

Электрическая мощность – это величина, отвечающая за скорость изменения или передачи электроэнергии. Полная мощность обозначается буквой S и находится как произведение действующих значений тока и напряжения. Её единица измерения – вольт-ампер (В·А; V·A).

Полная мощность может складываться из двух составляющих: активной (P) и реактивной (Q).

Активная мощность измеряется в ваттах (Вт; W), реактивная – в варах (Вар).

Это зависит от того, какой тип нагрузки включён в цепь потребления электроэнергии.

Активная нагрузка

Такой тип нагрузки представляет собой элемент, оказывающий сопротивление электрическому току. В результате чего ток выполняет работу по нагреву нагрузки, и электричество превращается в тепло. Если к батарейке последовательно подключить резистор на любое сопротивление, то ток, проходящий по замкнутой цепи, будет нагревать его до тех пор, пока батарейка не разрядится.

Внимание! В качестве активной нагрузки в сетях переменного тока можно привести пример теплового электронагревателя (ТЭНа). Тепловыделение на нём – результат работы электричества.

К подобным потребителям также относятся спирали лампочек, электроплиты, духовки, утюг, кипятильник.

Емкостная нагрузка

В качестве такой нагрузки выступают аппараты, которые могут аккумулировать энергию в электрополях и создавать движение (колебание) мощности от источника к нагрузке и обратно. Ёмкостной нагрузкой служат конденсаторы, кабельные линии (ёмкость между жилами), последовательно и параллельно соединённые в контур конденсаторы и катушки индуктивности. Усилители звуковой мощности, синхронные электрические двигатели в перевозбуждённом режиме тоже нагружают линии ёмкостной составляющей.

Индуктивная нагрузка

Когда потребителем электричества является определённое оборудование, включающее в свой состав:

• трансформаторы;
• трёхфазные асинхронные двигатели, насосы.

На табличках, прикреплённых к оборудованию, можно увидеть такую характеристику, как cos ϕ. Это коэффициент сдвига фаз между током и напряжением в сети переменного тока, в которую будет включено оборудование. Его ещё называют коэффициентом мощности, чем ближе cos ϕ к единице, тем лучше.

Важно! Когда в устройстве содержатся индуктивные или ёмкостные компоненты: трансформаторы, дроссели, обмотки, конденсаторы, синусоидальный ток отстаёт по фазе от напряжения на некоторый угол. В идеале ёмкость обеспечивает сдвиг фазы на -900, а индуктивность – на + 900.

Значения cos ϕ в зависимости от типа нагрузки

Ёмкостная и индуктивная составляющие в сумме образуют реактивную мощность. Тогда формула полной мощности имеет вид:

S = √ (P2 + Q2),

где:

• S – полная мощность (ВА);
• P – активная часть (Вт);
• Q – реактивная часть (Вар).

Если отобразить это графически, тогда можно увидеть, что векторное сложение P и Q будет полной величиной S – гипотенузой треугольника мощности.

Графическое пояснение сути полной мощности

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.

Для небольшого значения используют кратные приставки: «милли-», «микро-», для крупной величины — «мега-». Например: 5 800 Вт = 5,8 киловатт = 5,8 кВт.

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).

Энергии в батареях измеряется в миллиампер-часах (мА-ч). Источник listtopa.ru

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:

• лошадиные силы (HP) — 746 Вт;
• кило Ватты (кВт) — 1×1000 Вт;
• мегаватты (МВт) −1×1000000 Вт;
• гигаватт (ГВт) — 1×1000000000 Вт.

Сегодня «лошадиная сила» применяется для указания второго показателя силы двигателя транспортных средств.

Негативное воздействие реактивной нагрузки

Учимся легко считать потребляемую мощность электроприбора

Реактивная нагрузка не выполняет никакой полезной работы. Колебания реактивной составляющей от источника к потребителю только вызывают паразитные потери. Кроме того, промышленные предприятия обязаны платить за отпущенную им реактивную энергию. Это вызвано тем, что в большинстве своём приёмники энергии – электродвигатели и трансформаторы. Количество потреблённого электричества (кВт⋅ч) не всё идёт на полезную работу, а оплачивать нужно и её реактивную составляющую.

Решить эту проблему помогут конденсаторные компенсационные установки. Ведь если включить параллельно индуктивной нагрузке ёмкостную, то можно свести действие паразитных токов к минимуму. На подстанциях, питающих потребителей, устанавливаются такие установки.

Почему реактивное сопротивление схемы влияет на мощность переменного тока

Синусоидальная гармоника напряжения, поступая на резистивное сопротивление, изменяет величину тока без его отклонения на комплексной плоскости.

Такой ток совершает полезную работу с минимальными потерями энергии, вырабатывая активную мощность. Частота колебания сигнала не оказывает на нее никакого влияния.

Сопротивление конденсатора и индуктивности зависит от частоты гармоники. Его противодействие отклоняет направление тока на каждом из этих элементов в разные стороны.

Такие процессы связаны с потерей части энергии на бесполезные преобразования. На них расходуется мощность Q, которую называют реактивной.Ее влияние на полную мощность S и связь с активной P удобно представлять графически прямоугольным треугольником.

Захотелось его нарисовать на фоне оборудования из нагромождений фарфора и металла, где пришлось поработать довольно долго. Отвлекся. Не судите за это строго.

Сравните его с опубликованным мною ранее треугольником сопротивлений. Находите общие черты?

Ими являются геометрические пропорции фигуры, описывающие их формулы и угол φ, определяющий потери полной мощности. Перехожу к их более подробному рассмотрению.

Формула для вычислений

Как рассчитать потребление электрической энергии

Все данные, необходимые для подставления в формулу при вычислениях, можно либо измерить, либо взять из характеристик используемых приборов.

К сведению. Если в паспортных данных указана величина cos ϕ, значит, получаемое устройством электричество будет иметь реактивную составляющую. Это тоже нужно учитывать при вычислениях.

Формула для вычисления имеет вид:

P = I * U * cos ϕ,

где:

• I – ток в амперах;
• U – напряжение в вольтах;
• cos ϕ – сдвиг фаз.

В случае активной нагрузки сдвиг фаз в формулу не подставляется, и она имеет вид:

P = I * U.

Особенности вычисления

Чтобы вычислить мощность, не обладая полными данными о потребляемом токе и напряжении, можно воспользоваться средними характеристиками. Обратившись к справочникам, можно узнать, что осветительное оборудование может потреблять ток до 15 А. Максимальный ток мощных приборов доходит до 50-60 А. Коэффициент мощности, если он не указан или не известен, можно брать 0,7 – это среднее значение.

Однофазное напряжение в бытовой сети – 220 В. Его линейное значение в трёхфазных сетях равно 380 В.

Косинус фи для различных потребителей – таблица

Математические действия

Основная формула позволяет вычислять неизвестную величину, когда известны две других. К примеру, если известен потребляемый прибором ток I = 2 А и напряжение сети U = 220 В, то потребляемая мощность равна Р = 2*220 = 440 Вт.

К примеру, известно, что утюг потребляет 2 кВт, а напряжение в розетке – 220 В, то можно найти силу тока, на которую рассчитано сечение жил питающего шнура.

I = P/U = 2000/220 = 9,1 А.

В случае дольных величин при использовании для вычислений калькулятора полученные значения округляют до десятых единиц искомой величины.

Основные формулы для вычисления

Подбор номинала автоматического выключателя

КПД источника тока

Для решения практических задач при подключении нескольких потребителей к стандартной домашней сети 220 V рассчитывают суммарную силу тока в отдельных линиях.

Порядок вычислений для одного бытового кондиционера:

• мощность потребления – 1 250 Вт;
• cosϕ – 0,75;
• I = 1 250/ (220 * 0,75) = 7,58 А.

Аналогичным образом делают расчет других потребителей. Менее мощные устройства объединяют в блок для подключения к одной линии. Делают необходимые коррекции с учетом размещения, чтобы экономно расходовать кабельную продукции. Подходящий автомат выбирают из стандартного модельного ряда в большую сторону номинала (с запасом по силе тока).

Далее проверяют соответствие проводников. Площадь сечения вычисляют по известной геометрической формуле:

S = ¼ * π * d2.

Далее по таблице из ПУЭ выбирают подходящий вариант. Для представленного выше примера при подключении только одного кондиционера достаточно применить медный проводник с площадью сечения 1,5 мм кв. Этого достаточно для длительного пропускания тока силой до 19 А.

Правила расчета потребляемой мощности

В быту, когда возникает необходимость самостоятельно определить мощность потребления электроэнергии, выполняют следующее:

• определяют напряжение, необходимое для питания прибора;
• узнают из паспортных данных номинальную силу тока.

Как узнать мощность электроприбора, если вообще не известен ни один параметр? Бытовые электроприборы рассчитаны на напряжение 220 В.

Чтобы определить мощность, допустимо измерить потребляемый ток. Это можно сделать с помощью прибора амперметра. Его включают в цепь последовательно, предварительно выставив самый большой предел измерений – не меньше сотни ампер. Токоизмерительные клещи помогут без особого труда измерить ток, для чего один из проводников обхватывается датчиком клещей, и показания отображаются на дисплее. Зная напряжение, умножают его на измеренный ток, получают величину потребляемой мощности.

Токоизмерительные клещи

Сколько электроэнергии потребляет чайник

Электрический чайник является удобным бытовым прибором, который за считанные минуты способен обеспечить хозяев кипятком.

Рассчитывать, сколько киловатт потребляет чайник, необходимо с учетом мощности устройства и максимального объема жидкости, который он может довести до кипения. Чем больше литраж прибора, тем больше времени понадобится для нагревания воды, соответственно увеличивается количество потребляемой электроэнергии. С другой стороны, высокая мощность чайника способствует быстрой его работе. Однако требует при этом достаточного количества электроэнергии.

Все электрочайники различны по своим параметрам и, соответственно, по уровню потребления энергии.

Чтобы рассчитать, сколько потребляет чайник, следует выполнить следующие подсчеты:

• из паспорта берется мощность прибора;
• выполняется подсчет времени, которое затрачивается на закипание воды в чайнике;
• определяется потребление электроэнергии в единицу времени;
• полученное значение следует умножить на количество раз кипячения воды;
• определяется месячный расход электроэнергии.

Исходя из таблицы, мощность электроприбора находится в пределах 700-3000 Вт, которая зависти от объема чаши, материала корпуса, литража, типа нагревательного элемента, химического состава воды. Нагревательный элемент может быть открытого (спираль) или закрытого (пластина) типа. Первый вариант обеспечивает высокую скорость нагрева воды, соответственно использует меньшее количество энергии.

На энергопотребление прибора также оказывает влияние материал корпуса. В металлической чаше вода нагревается быстрее. Однако дополнительное количество электроэнергии затрачивается на нагрев корпуса. Стекло также быстро нагревается, но хуже удерживает тепло. Керамика отличается низкой скоростью нагревания, но вода в чайнике будет долго оставаться горячей.

Обратите внимание! Кипячение воды в электрическом чайнике является менее затратным по сравнению с использованием электроплиты.

Если в чайник заливать минимальное количество воды без запаса, то можно снизить растраты и воды, и электроэнергии.

Для снижения энергопотребления чайника следует выключать прибор из розетки, когда он не используется. В него следует наливать воду необходимого объема, без запаса. Следует следить за состоянием ТЭНа, регулярно очищая его от накипи.

Расчет мощности лампочек

Подбор мощности ламп накаливания зависит от желаемой величины освещённости жилого помещения. Одна лампочка мощностью 100 Вт, работая в тёмное время суток не менее 12 часов, потребляет мощность 1,2 кВт. За месяц это составит 36 кВт, за год – не менее 432 кВт. Если лампочек в квартире 10 шт., то суммарное годовое потребление составит 4320 кВт. При цене за 1 кВт электроэнергии – 5 рублей, сумма получается приличная – 21000 рублей. Поэтому замена ламп накаливания на энергосберегающие источники света: светодиодные лампы, светодиодные ленты и им подобные, позволяет экономить средства. Кроме того, снижение мощности таких лампочек не снижает величины светового потока. Пониженное напряжение питания светодиодных лент также понижает величину потребляемой мощности.

Измерение мощности приборами

Для измерения Р можно воспользоваться специальными приборами. Для этого подойдёт мультиметр, к которому можно подключить токоизмерительные клещи. Как измерить мощность мультиметром? Тестер включается на режим измерения переменного напряжения, клещи должны обхватывать только один проводник, подводимый к нагрузке.

Измерение при помощи мультиметра

Разделение проводников в кабеле не всегда удобно. К тому же после измерений нужно рассчитывать мощность по формуле.

Измеритель мощности

Для измерения можно использовать специальный прибор – ваттметр. Прибор включается в розетку, в его выходное гнездо включают нагрузку, мощность которой нужно измерять. Результаты проводимого измерения выводятся на дисплей уже в киловаттах.

Измеритель мощности

Измерение мощности с помощью электросчетчика

Используя квартирный счётчик электроэнергии, можно также проверить потребляемую мощность отдельного прибора. Для этого необходимо:

• выключить все потребители энергии, оставив в режиме потребления лишь тестируемый прибор;
• отметить показания на текущий момент и зафиксировать их значения через час;
• произвести вычитания последних значений из предыдущих показаний;
• результат будет измеренной величиной.

Основной недостаток такого блока действий – отключение других необходимых бытовых приборов.

Информация. При использовании этого метода, пользуясь моментом, можно посмотреть, нет ли скрытой утечки тока, и исправность счётчика. При отключении всех приборов электросчётчик должен остановиться.

Потребляемая энергия

Расчёт потребляемой энергии для дома или квартиры не представляет особой сложности. Для этого требуется выполнить следующий алгоритм действий:

• составить таблицу всех электроприборов, используемых в доме, включая и лампы освещения;
• в отдельные графы вынести: мощность прибора, часы работы в сутки;
• для каждого потребителя энергии посчитать (путём умножения мощности на время работы) среднесуточное потребление;
• просуммировать все полученные величины мощности.

Такой расчёт даст реальную картину потребления электроэнергии. Пользуясь этими данными, можно контролировать расход и корректировать потребляемую суточную мощность каждого прибора.

Не важно, каким способом рассчитывается или измеряется потребляемая мощность. Главная задача процесса – грамотно подобрать сечение проводников для устройства проводки, подвода питающих кабелей и обеспечить срабатывание автоматической защиты. Кабель, подводящий напряжение в помещение, должен выдерживать одновременное включение всех потребителей, расположенных в нём длительное время. Его выбор напрямую зависит от точности определения мощности потребителей.

Дополнительные рекомендации

От мощности зависит довольно много вещей в нашей жизни. Поэтому мы хотим дать вам несколько советов, которые помогут обезопасить и приукрасить её.

Для сокращения расходов необходимо их оптимизировать. Например, когда вы выходите из комнаты, можно выключать в ней свет. Это сократит потребление энергии, и в конце месяца вам придут счета с более приятными цифрами. Помимо выключения света, есть много других способов сократить количество потребляемой энергии.

Можно использовать электрические приборы, которые потребляют меньше мощности. Например, чистота в вашей квартире не станет хуже, если пользоваться пылесосом средней мощности. Это относится и к другим бытовым приборам. Главное, чтобы качество вашей жизни не ухудшилось. А это можно осуществить, пользуясь приборами средней мощности. Ведь они делают все необходимое и потребляют не так много энергии.

Если вы так и не поняли все детали расчёта мощности, не мучайте себя. Лучше воспользуйтесь онлайн-калькулятором или установите на ваш смартфон специальное приложения для её расчёта. Помните, в жизни важно экономить не только энергию, но и время.

Расчётами электрической мощности занимаются инженеры, которые разрабатывают бытовую технику. Они делают это для избежания короткого замыкания и пожаров. Помните, это нужно прежде всего для вашей безопасности.

Теперь вы знаете, как посчитать мощность, и в чём заключается суть этой физической величины. Выбирая бытовой прибор, вы будете иметь представление о том, какая мощность вам нужна для достижения той или иной цели. Успехов вам!

Видео

Кофе капсульный Nescafe Dolce Gusto Капучино, 3 упаковки по 16 капсул

1305 ₽ Подробнее

Кофе в капсулах Nescafe Dolce Gusto Cappuccino, 8 порций (16 капсул)

435 ₽ Подробнее

Bluetooth адаптеры