Как посчитать потребляемую мощность приборов и расход электроэнергии

Что такое потребляемая мощность?

Потребляемая мощность — это численная мера количества электрической энергии, необходимой для функционирования электроприбора или преобразуемой им в процессе функционирования. Для статических устройств (плита, утюг, телевизор, осветительные приборы) энергия тока при работе переходит в тепло). При преобразовании (электродвигатели) – энергия электрического тока преобразуется в механическую энергию.

Основная единица электрической мощности – Ватт, ее численное значение

Р = U × I,

где U – напряжение, Вольты, I – ток, амперы.

Иногда этот параметр указывают в В×А (V×А у импортной техники), что более правильно для переменного тока. Разница между Ваттами и В×А для бытовых сетей мала и ее можно не учитывать.

Потребляемая электрическая мощность важна при планировании проводки (от нее зависит сечение проводов, а также выбор номиналов и количество защитных автоматов). При эксплуатации она определяет затраты на содержание жилища.

Формула для определения мощности

Первое, на что надо обратить внимание, – это паспортные данные приборов. Потребляемая мощность в ваттах может быть указана и на различных табличках, прикрепленных к устройствам.

Часто показатель мощности указывается в вольтамперах (В*А). Обычно это происходит, когда потребляемая прибором энергия имеет реактивную составляющую. Тогда обозначается полная мощность электрического устройства, а она измеряется в вольтамперах.

Потребляемая мощность, указанная на электроприборе

Но не всегда эта информация доступна. Тогда на помощь приходят простая формула и измерительные приборы.

Основная формула, с помощью которой ведется расчет потребляемой мощности:

P = I * U, то есть надо перемножить напряжение и ток.

Если в паспортных данных электроприбора нет мощности, но указан ток, то ее можно узнать по этой формуле. Допустим, устройство берет ток 1 А и работает от сети 220 В. Тогда P = U * I = 1 * 220 = 220 Вт.

Измерение мощности приборами

В чем измеряется мощность

Если это обычный бытовой прибор, подключаемый в розетку, то питающее напряжение электрической сети известно – 220 В. При подсоединении к другим источникам питания берется их напряжение.

Сила тока может быть измерена:

• токоизмерительными клещами;
• используя тестер.

С помощью токоизмерительных клещей замеры проще, так как осуществляются бесконтактным способом на одном проводе, подходящем к нагрузке.

Существует два метода, как измерить мощность мультиметром:

1. Включить его в режиме измерения силы тока последовательно с электроприбором и затем рассчитать мощность по формуле. Этот способ не всегда подходит, так как может не быть возможности разорвать цепь питания устройства для подключения мультиметра;
2. Подсоединить мультиметр к устройству в режиме измерения сопротивления и затем определить ток по формуле I = U/R, зная напряжение. Затем посчитать мощность.

Измерение сопротивления ТЭНа мультиметром

Важно! Если измеряется сила тока бытовых электроприборов, то тестер устанавливается на измерение переменного тока.

Как определить?

Для решения задачи нахождения мощности можно воспользоваться различными способами. Все они доступны для применения даже при знаниях в области физики и электротехники на уровне школьной программы.

Чаще мощность находят через определение тока, иногда можно обойтись без промежуточных процедур и определит ее сразу.

Смотрим в техпаспорт

Обычно потребляемая мощность указывается в паспорте или описании устройства и дублируется на фирменной табличке-шильдике. Последняя находится на задней стенке корпуса или его основании.

В случае отсутствия описания этот параметр можно узнать по интернету, для чего достаточно воспользоваться поиском по названию устройства.

Указываемая производителем техники мощность относится к пиковой и потребляется от сети только при полной нагрузки, что встречается достаточно редко. Образовавшаяся разница рассматривается как запас. На нормативном уровне этот запас определяют через коэффициент мощности.

Закон Ома в помощь

Мощность большинства бытовых электрических устройств можно довольно точно оценить экспериментально-расчетным путем с привлечением известного еще со средней школы закона Ома. Этот эмпирический закон связывает между собой напряжение, ток и сопротивление R нагрузки как:

P = U2/R.
U = 230 В, а сопротивление измеряется тестером. Далее следует простой расчет по формуле
P = 48 400/R Вт.

Например, при R = 200 Ом получаем мощность Р = 240 Вт.

Метод не учитывает так называемое реактивное сопротивление прибора, которое создается в первую очередь входными трансформаторами и дросселями, и поэтому получаемая оценка дает некоторое завышение.

Используем электросчетчик

При определении мощности по счетчику можно поступить двумя различными способами. В обоих случаях от бытовой сети должен питаться только тестируемый прибор. Все без исключения остальные потребители должны быть отключены.

При первом подходе для замера мощности привлекается оптический индикатор счетчика, интенсивность вспышек которого пропорциональна потребляемой мощности. Коэффициент пропорциональности указан на лицевой панели в единицах imp/kWh или имп/кВтч, рисунок 1, где imp – количество импульсов (вспышек индикатора) на один киловатт час.

 Лицевая панель бытового счетчика электроэнергии с оптическим индикатором.

После включения исследуемого устройства необходимо начать считать вспышки индикатора на протяжении 15 или 20 минут. Затем полученное значение умножается на 3 или на 4 (при 20- или 15-минутном интервале замера, соответственно) и делится на коэффициент с лицевой панели. Результат выкладки дает мощность прибора в кВт, который в ряде случаев умножением на 1000 удобно перевести в Ватты.

Пример. Для счетчика имеем k = 1600 импульсов на киловатт час. При 20 минутном интервале замера индикатор сработал (вспыхнул) 160 раз. Тогда мощность устройства составит 160*3/1600 = 0,3 кВт или 300 Вт.

При втором подходе также используется 15- или 20-минутный интервал времени, но расход электроэнергии определяется уже по цифровой шкале. Например, при разности показаний за 20 минут 0,2 кВт×час мощность агрегата составляет 0,2 × 3 = 0,6 кВт или 600 Вт.

Прибор для для определения мощности «Ваттметр».

Современный бытовой измеритель мощности или ваттметр удобен для использования, так как:

• включается непосредственно в разрыв цепи, для чего снабжен вилкой и розеткой, см. рисунок 2;
• оборудован легко читаемым цифровым индикатором и снабжен внутренними цепями автоматической настройки, что исключает ошибки в показаниях;
• отличается хорошими массогабаритными показателями.

Прибор готов к работе немедленно после включения.

Единственный его недостаток – узкая специализация, поэтому этот прибор редко встречается в домашнем хозяйстве.

Измерение мощности с помощью электросчетчика

Для того чтобы узнать мощность электроприбора, пользуясь счетчиком, надо отсоединить от сети все остальные устройства и посмотреть на счетчик:

1. Есть электронные приборы учета, которые сразу показывают, какова потребляемая мощность. Для этого надо просто воспользоваться соответствующими кнопками, найдя активную мощность;
2. В других электросчетчиках мигающий индикатор позволяет подсчитать количество импульсов. Например, сосчитав их за 1 минуту, надо умножить полученную цифру на 60 (получится количество импульсов за час). На приборе должно быть указано значение imp/kW*h (3200 или другая цифра). Теперь количество импульсов за час делится на imp/kW*h, и получается мощность электроприбора;
3. Если установлен индукционный счетчик, мощность рассчитывается в несколько этапов.

Расчет мощности по счетчикам.

Расчет мощности потребления с помощью индукционного счетчика:

• нужно найти на табло счетчика цифру, указывающую число оборотов диска, совершаемых за 1 кВт ч;
• с помощью секундомера отсчитать, сколько вращений диск совершит за 15 секунд (можно взять и другой временной промежуток);
• вычислить мощность по формуле P = (3600 x N х 1000)/(15 x n), где n – коэффициент, найденный на счетчике, N – сосчитанное число вращений диска, 15 – временной промежуток в секундах, который может быть представлен другой цифрой.

Пример. За 15 секунд диск совершил 5 вращений. Передаточный коэффициент электросчетчика – 1200. Тогда мощность будет равна:

P = (3600 x 5 х 1000)/(15 х 1200) = 1000 Вт.

Очевидно, что мощность приборов, рассчитанных на малое потребление, измерить, пользуясь индукционным счетчиком, почти невозможно. Слишком большая погрешность измерения. Если диск вращается очень медленно, невозможно корректно учесть часть оборота. На электронном счетчике результат будет немного точнее.

В сети существуют калькуляторы для расчета мощности, куда в соответствующие окна надо ввести значения токов и напряжений и получить высчитанное значение мощности. Иногда в поле калькулятора достаточно обозначить название электроприбора. Другой вариант – воспользоваться таблицами, где указаны средние значения потребляемых мощностей для различных электроприборов.

Потребляемая энергия.

Потребляемая энергия тесно связана с мощностью. Она рассчитывается, исходя из мощности прибора, умноженной на время его работы. Это именно тот показатель, по которому судят о потребительских расходах на электроэнергию. Точное значение израсходованной мощности во всей квартире или доме за определенный временной промежуток укажут данные счетчика. Для того, чтобы продумать способы уменьшения этого расхода, служат замеры мощности конкретных электроприборов.

Как рассчитать амперы.

Способы экономии электроэнергии:

1. По возможности постараться не использовать старые модели холодильников, телевизоров и других бытовых электроприборов, которые рассчитаны на значительно большее потребление;
2. Заменить лампы накаливания на люминесцентные, а еще лучше – на светодиодные. Для сравнения: средняя лампа накаливания потребляет 60 Вт, люминесцентная – 15 Вт, а LED лампа – всего 8 Вт. При использовании 5 ламп разного типа в течение 3-х часов в день получается суточный расход: лампы накаливания – 0,900 кВт ч, люминесцентные – 0,225 кВт ч, LED лампы – 0,120 кВт ч. Экономия значительная;

Важно! Низкая мощность энергосберегающих ламп не означает плохого освещения. Их яркость практически соответствует более мощным аналогам ламп накаливания.

3. Большинство дисплеев телевизоров и компьютеров потребляет от 0,1 до 3 Вт электроэнергии, даже находясь в спящем режиме. Поэтому важно отключать их от сети, когда приборы не используются длительное время.

Методы расчета мощности при помощи измерений тестером дадут величины приблизительные из-за недостаточного учета реактивного мощностного показателя в электросетях переменного  тока. Самым точным является измерение потребляемой мощности ваттметром для бытового пользования.

Потребление электроэнергии

Расчет потребляемой мощности — это важная процедура, так как оплата электроэнергии производится именно по этому показателю. Чем больше энергии потребляет электроприбор, тем больше придется платить. Но в быту для измерения используются не ватты, а киловатты. В одном киловатте 1 тыс. ватт.

Номинальный показатель предполагает величину, необходимую для нормального функционирования прибора, например:

• Для обычного холодильника этот параметр составляет 0,5 киловатт. Для того чтобы экономить электроэнергию, важно уметь проводить полные расчеты. То есть важно знать суммарную мощность всех потребителей тока, находящихся в доме.
• При применении двух осветительных приборов, обладающих величинами 80 Ватт и 20 Ватт, можно оценить экономическую целесообразность покупки лампы с наименьшей величиной. Если оба прибора будут работать одинаковое количество времени, то первый будет потреблять в четыре раза больше электроэнергии. Следовательно, платить за него также придется в 4 раза больше.

Однако в доме современного человека электроприборов много. Это не только лампочки, поэтому определять суммарную величину несколько сложнее. Нужно знать величину каждого прибора и время его работы.

Для уменьшения финансовых расходов многие устанавливают в своих домах специальные энергосберегающие лампы. Стоит иметь в виду, что некоторые электроприборы способны потреблять энергию даже тогда, когда они не работают, но при этом не отключены от сети.

Трёхфазная сеть напряжением 380 В

В трехфазном электроснабжении сила тока рассчитывается по следующей формуле:

I = P /1,73 U

P — потребляемая мощность в ватах;

U — напряжение сети в вольтах.

В техфазной схеме элетропитания 380 В, формула имеет следующий вид:

I = P /657, 4

Если к дому будет проводиться трехфазная сеть 380 В, то схема подключения будет иметь следующий вид.

В таблице ниже представлена схема сечения жил в питающем кабеле при различной нагрузке при трехфазном напряжении 380 В для скрытой проводки.

Сечение жилы провода, мм2	Диаметр жилы проводника, мм	Медные жилы		Алюминиевые жилы
		Ток, А	Мощность, Вт	Ток, А	Мощность, кВт
0,50	0,80	6	2250
0,75	0,98	10	3800
1,00	1,13	14	5300
1,50	1,38	15	5700	10	3800
2,00	1,60	19	7200	14	5300
2,50	1,78	21	7900	16	6000
4,00	2,26	27	10000	21	7900
6,00	2,76	34	12000	26	9800
10,00	3,57	50	19000	38	14000
16,00	4,51	80	30000	55	20000
25,00	5,64	100	38000	65	24000

Для дальнейшего расчета питания в цепях нагрузки, характеризующейся большой реактивной полной мощностью, что характерно применению электроснабжения в промышленности:

• электродвигатели;
• индукционные печи;
• дроссели приборов освещения;
• сварочные трансформаторы.

Это явление в обязательном порядке необходимо учитывать при дальнейших расчетах. В более мощных электроприборах нагрузка идет гораздо больше, поэтому в расчетах коэффициент мощности принимают 0,8.

При подсчете нагрузки на бытовые приборы запас мощности нужно брать 5%. Для электросети этот процент становит 20%.

Однофазная сеть напряжением 220 вольт.

Формула силы тока I (A — амперы):

I=P/U

Где P — это электрическая полная нагрузка (ее обозначение обязательно указывается в техническом паспорте данного устройства), Вт — ватт;

U — напряжение электросети, В (вольт).

В таблице представлены стандартные нагрузки электроприборов и потребляемый ими ток (220 В).

Электроприбор	Потребляемая мощность, Вт	Сила тока, А
Стиральная машина	2000 – 2500	9,0 – 11,4
Джакузи	2000 – 2500	9,0 – 11,4
Электроподогрев пола	800 – 1400	3,6 – 6,4
Стационарная электрическая плита	4500 – 8500	20,5 – 38,6
СВЧ печь	900 – 1300	4,1 – 5,9
Посудомоечная машина	2000 — 2500	9,0 – 11,4
Морозильники, холодильники	140 — 300	0,6 – 1,4
Мясорубка с электроприводом	1100 — 1200	5,0 — 5,5
Электрочайник	1850 – 2000	8,4 – 9,0
Электрическая кофеварка	6з0 — 1200	3,0 – 5,5
Соковыжималка	240 — 360	1,1 – 1,6
Тостер	640 — 1100	2,9 — 5,0
Миксер	250 — 400	1,1 – 1,8
Фен	400 — 1600	1,8 – 7,3
Утюг	900 — 1700	4,1 – 7,7
Пылесос	680 — 1400	3,1 – 6,4
Вентилятор	250 — 400	1,0 – 1,8
Телевизор	125 — 180	0,6 – 0,8
Радиоаппаратура	70 — 100	0,3 – 0,5
Приборы освещения	20 — 100	0,1 – 0,4

На рисунке вы можете видет схему устройства электроснабжение дома при однофазном подключении к сети 220 вольт.

Схема приборов при однофазном напряжении

Как и показано на рисунке, все потребители должны быть подключены к соответствующим автоматам и счетчику, далее к общему автомату который будет выдерживать общею нагрузку дома. Кабель который будет доводит ток, должен выдерживать нагрузку всех подключенных бытовых приборов.

В таблице ниже показана скрытая проводка при однофазной схеме подключение жилища для подбора кабеля при напряжении 220 вольт.

Сечение жилы провода, мм2	Диаметр жилы проводника, мм	Медные жилы		Алюминиевые жилы
		Ток, А	Мощность, Вт	Ток, А	Мощность, кВт
0,50	0,80	6	1300
0,75	0,98	10	2200
1,00	1,13	14	3100
1,50	1,38	15	3300	10	2200
2,00	1,60	19	4200	14	3100
2,50	1,78	21	4600	16	3500
4,00	2,26	27	5900	21	4600
6,00	2,76	34	7500	26	5700
10,00	3,57	50	11000	38	8400
16,00	4,51	80	17600	55	12100
25,00	5,64	100	22000	65	14300

Как и показано в таблице, сечение жил зависит и от материала из которого изготовлен.

Как и зачем экономить электроэнергию на основании данных о расходе электричества бытовыми приборами.

Есть по меньшей мере две причины, почему нужно экономить электроэнергию. Это сбережение природных ресурсов и снижение вредных выбросов в атмосферу и уменьшение денежных расходов потребителя. Проанализируйте, сколько электричества расходует каждый прибор в вашем доме и можно ли уменьшить этот показатель. Если общий расход превышает принятую в России среднестатистическую норму потребления электроэнергии 350 кВт на одного человека в месяц, достаточно принять несложные меры. За счет чего можно экономить электроэнергию:

1. не оставлять без надобности включенным свет
2. если электроприбор не используется, выключать его из сети;
3. использовать только энергосберегающие лампы, их высокая стоимость быстро окупится, так как они работают значительно дольше простых ламп накаливания;
4. установить на компьютере экономный режим ожидания, через определенное время устройство отключится автоматически, а при переводе в активный режим «съест» меньше электрической энергии;
5. не оставлять открытыми окна при включенном кондиционере, заставляя его работать вхолостую;
6. поставить холодильник и морозильную камеру подальше от горячей батареи и окон, чтобы уберечь от теплых солнечных лучей;
7. размораживать холодильник, как только в морозилке образовалась наледь, она увеличивает расход электричества;
8. по возможности не использовать переходники и удлинители;
9. регулярно удалять в чайнике накипь, она заставляет расходовать большее количество электроэнергии на нагрев;
10. установить многотарифные счетчики, чтобы пользоваться энергоемкой техникой в ночное время, когда тарифы ниже почти в два раза.

Отдавайте предпочтение бытовым приборам с высоким классом энергоэффективности. С 2011 года вся домашняя техника от холодильников и стиральных машин до светильников маркируется специальными индексами – A, B, C, D, E, F, G.

Меньше всего энергии потребляет бытовая техника с маркировкой А, А+ и А++, ее относят к 1 классу энергосбережения, она экономит до 50-80% электроэнергии. Классы В и С сберегают от 10 до 50%. Остальные индексы означают, что электроприборы экономят незначительно или являются энергозатратными.

Экономия электричества актуальна для каждой семьи, ведь расходы на него – тяжелое бремя для домашнего бюджета. Зная, как рассчитать среднесуточное потребление электричества по каждому прибору, вы сможете снизить свои затраты.

Пример расчета полной мощности для электродвигателя.

Отдельный интерес представляет собой нагрузка, подключенная к трехфазной сети, так как электрические величины, протекающие в ней, напрямую зависят от номинальной нагрузки каждой из фаз. Но для наглядности примера мы не будем рассматривать, как найти мощность несимметричного прибора, так как это довольно сложная задача, а приведем пример расчета трехфазного двигателя.

Особенность питания и асинхронной и синхронной электрической машины заключается в том, что на обмотки может подаваться и фазное и линейное напряжение. Тот или иной вариант, как правило, обуславливается способом соединения обмоток электродвигателя. Тогда мощность будет вычисляться по формуле:

S = 3*Uф*Iф

В случае выполнения расчетов с линейным напряжением, чтобы найти мощность формула примет вид:

Активная и реактивная мощности будут вычисляться по аналогии с сетями переменного тока, как было рассмотрено ранее.

Теперь рассмотрим вычисления на примере конкретной электрической машины асинхронного типа. Следует отметить, что официальная производительность, указываемая в паспортных данных электродвигателя – это полезная мощность, которую двигатель может выдать при совершении оборотов вала. Однако полезная кардинально отличается от полной, которую можно вычислить за счет коэффициента мощности.

Шильд электродвигателя

Как видите, для вычислений с шильда мы возьмем следующую информацию об электродвигателе:

• полезная производительность – 3 кВт, а в переводе на систему измерения – 3000 Вт;
• коэффициент полезного действия – 80%, а в пересчете для вычислений будем пользоваться показателем 0,8;
• тригонометрическая функция соотношения активных и реактивных составляющих – 0,74%;
• напряжение, при соединении обмоток треугольником составит 220 В;
• сила тока при том же способе соединения – 13,3 А.

С таким перечнем характеристик можно воспользоваться несколькими способами:

S = 1,732*220*13,3 = 5067 Вт

Чтобы найти искомую величину, сначала определяем активную составляющую:

P = Pполезная / КПД = 3000/0.8 = 3750 Вт

Далее полную по способу деления активной  на коэффициент cos φ:

S = P/cos φ = 3750/0.74 = 5067 Вт

Как видите, и в первом, и во втором случае искомая величина получилась одинакового значения.

Источники

• https://www.asutpp.ru/kak-opredelit-potreblyaemuyu-moschnost-elektropribora.html
• https://elquanta.ru/teoriya/kak-rasschitat-potreblyaemuyu-moshhnost.html
• https://220v.guru/fizicheskie-ponyatiya-i-pribory/moschnost/raschet-potreblyaemoy-elektricheskoy-moschnosti-elektropriborov.html
• https://DomStrouSam.ru/raschet-moshhnosti-po-toku-i-napryazheniyu-shema-i-tablitsyi/
• https://knigaelektrika.ru/poleznye-sovety/kak-rasschitat-rashod-elektroenergii-potreblyaemoj-priborami-doma-i-v-ofise.html
• https://www.asutpp.ru/kak-nayti-moschnost.html