Υπολογισμός ρεύματος κανονικής λειτουργίας διαφόρων φορτίων

Κατά τη μελέτη μιας εγκατάστασης και για την εκλογή των διατομών των γραμμών και των ασφαλιστικών διατάξεων θα πρέπει να υπολογίσουμε τα ρεύματα κανονικής λειτουργίας των φορτίων.

Τα φορτία μπορεί να είναι μονοφασικά ή τριφασικά και επίσης μπορεί να είναι ωμικά, επαγωγικά ή χωρητικά.

Μονοφασικό φορτίο είναι αυτό που για να λειτουργήσει χρειάζεται μια φάση και έναν ουδέτερο (επίσης όλα τα φορτία χρειάζονται να έχουν και έναν αγωγό προστασίας ο οποίος δεν συμμετέχει στη λειτουργία των φορτίων παρά μόνο στην προστασία μας από ηλεκτροπληξία).

Τριφασικό φορτίο είναι αυτό που για να λειτουργήσει χρειάζεται τρεις φάσεις ή τρεις φάσεις και έναν ουδέτερο.

Ωμικό φορτίο είναι αυτό που κατά βάση αποτελείται από αντιστάσεις, οι οποίες διαρρεόμενες από το ηλεκτρικό ρεύμα θερμαίνονται και παράγουν ωφέλιμο έργο (μας φωτίζουν το σπίτι, μας ψήνουν το φαΐ, μας ζεσταίνουν) και στο οποίο το ρεύμα με την τάση είναι συμφασικά (π.χ ηλεκτρικό θερμοσίφωνο ή μια λάμπα αλογόνου). Δηλαδή η τάση και η ένταση σχηματίζουν γωνία 0^ο και ο συντελεστής ισχύος είναι ίσος με συνφ=συν0^ο=1

Επαγωγικό φορτίο είναι αυτό που περιέχει τυλίγματα (πηνία). Ένα τέτοιο φορτίο μπορεί να είναι ένας κινητήρας, ένας μετασχηματιστής, και γενικά μία συσκευή που χρησιμοποιεί τον μαγνητισμό ( ηλεκτρομαγνητισμό ορθότερα) προκειμένου να κινήσει π.χ. τον κάδο του πλυντηρίου των ρούχων, ή για να μετατρέψει την τάση του δικτύου σε άλλη χαμηλότερη, έτσι ώστε να είναι ασφαλέστερη η εγκατάσταση φωτισμού του κήπου ( από τα 230 volt σε 42 Volt ), ή για να ανάψει μια λάμπα φθορισμού (τσόκ εκκίνησης). Στο καθαρά επαγωγικό φορτίο η τάση προηγείται του ρεύματος κατά 90^ο. Δηλαδή η τάση και η ένταση σχηματίζουν γωνία 90^ο και ο συντελεστής ισχύος είναι ίσος με συνφ=συν90^ο=0

Χωρητικό φορτίο είναι αυτό που αποτελείται βασικά από πυκνωτές (μέσα στους οποίους μπορεί να αποθηκευτεί ηλεκτρικό φορτίο) και στο οποίο η τάση καθυστερεί του ρεύματος κατά 90^ο. Δηλαδή η τάση και η ένταση σχηματίζουν γωνία 90^ο και ο συντελεστής ισχύος είναι ίσος με συνφ=συν90^ο=0

Συνήθως οι πραγματικοί καταναλωτές αποτελούν συνδυασμό των δύο ή και των τριών προαναφερθέντων στοιχείων με κάποια από τις τρεις «συμπεριφορές» να υπερισχύει ποσοτικά των άλλων και έτσι να προσδίδει τα δικά της χαρακτηριστικά στην όλη ηλεκτρική διάταξη του καταναλωτή.

Τα πραγματικά φορτία παρουσιάζουν και τις τρεις αυτές «ιδιότητες», και κατά κανόνα κάποια από αυτές είναι επικρατούσα, π.χ. σε μια ηλεκτρική σόμπα (κουκουνάρα) επικρατεί «συντριπτικά» η ωμική συμπεριφορά, αλλά παρ’ όλα αυτά υπάρχει και κάποια επαγωγική λόγω του ότι υπάρχουν τα σύρματα της αντίστασης υπό μορφή σπείρας και μάλιστα περιτυλιγμένη γύρω από το κεραμικό της «κουκουνάρας».
Αντίθετα σε ένα πλυντήριο ρούχων επικρατεί η επαγωγική συμπεριφορά λόγω του κινητήρα του κάδου (και αυτό μόνο όταν δεν λειτουργεί η αντίσταση που ζεσταίνει το νερό). Πέραν όμως αυτής, υπάρχει και η ωμική αντίσταση των αγωγών που απαρτίζουν τα τυλίγματα του κινητήρα του.

Σε αυτά η τάση και η ένταση σχηματίζουν μια γωνία 0^ο<φ<90^ο με συντελεστή ισχύος 0<συνφ<1

Ας δούμε λοιπόν πως υπολογίζουμε το ρεύμα λειτουργίας των παραπάνω φορτίων: Συνήθως σε μια ηλεκτρική εγκατάσταση έχουμε μονοφασικά και τριφασικά ωμικά (οικιακές συσκευές και λαμπτήρες) και επαγωγικά ηλεκτρικά φορτία (κινητήρες και μετασχηματιστές).

1. ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ

1α) Ωμικό μονοφασικό φορτίο

Ι=Ρ/V όπου

Ι: ρεύμα λειτουργίας

Ρ: ισχύς του φορτίου

V: τάση λειτουργίας του φορτίου

Π.χ ένα ηλεκτρικό θερμοσίφωνο ισχύος 4 KW θα διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι=Ρ/V=4000/230=17,39 Α

Ο παραπάνω τύπος ισχύει και στο συνεχές ρεύμα

1β) Επαγωγικό μονοφασικό φορτίο

Ι=Ρ/(V*συνφ)  όπου

Ι: ρεύμα λειτουργίας

Ρ: ισχύς του φορτίου

V: τάση λειτουργίας του φορτίου

συνφ: συντελεστής ισχύος

Π.χ μια συσκευή 1000 W και συντελεστή ισχύος 0,95 θα διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι=Ρ/(V*συνφ)=1000/(230*0,95)=4,57Α

Θα πρέπει να προσέξουμε στην περίπτωση ενός μονοφασικού επαγωγικού κινητήρα όπου μας δίνεται στο ταμπελάκι του η μηχανική του ισχύς Ρμηχ (η ισχύς που βγάζει στον άξονά του) και όχι η ηλεκτρική ισχύς Ρηλ που απορροφά από το δίκτυο. Σε αυτή την περίπτωση ο παραπάνω τύπος γίνεται:

Ι=Ρμηχ/(V*συνφ*n)  όπου

Ι: ρεύμα λειτουργίας

Ρμηχ: η μηχανική ισχύς του κινητήρα

V: τάση λειτουργίας του κινητήρα

συνφ: συντελεστής ισχύος

n: βαθμός απόδοσης του κινητήρα

Π.χ ένας μονοφασικός επαγωγικός κινητήρας ισχύος 2 KW (μηχανικής), συντελεστή ισχύος 0,85 και βαθμού απόδοσης 0,9 θα έχει ρεύμα κανονικής λειτουργίας Ι=Ρμηχ/(V*συνφ*n)=2000/(230*0,85*0,9)=11,36Α  

2. ΤΡΙΦΑΣΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ

2α) Ωμικό τριφασικό φορτίο

Ι=Ρ/(1,73*V) όπου

Ι: ρεύμα λειτουργίας

Ρ: ισχύς του φορτίου

V: τάση λειτουργίας του φορτίου

Π.χ μια τριφασική κουζίνα ισχύος 10 KW θα διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι=Ρ/(1,73*V)=10000/(1,73*400)=14,45 Α (σε κάθε φάση)

2β) Επαγωγικό τριφασικό φορτίο

Ι=Ρ/(1,73*V*συνφ)  όπου

Ι: ρεύμα λειτουργίας

Ρ: ισχύς του φορτίου

V: τάση λειτουργίας του φορτίου

συνφ: συντελεστής ισχύος

π.χ μια συσκευή 10000 W και συντελεστή ισχύος 0,95 θα διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι=Ρ/(1,73*V*συνφ)=10000/(1,73*400*0,95)=15,2Α

Θα πρέπει να προσέξουμε στην περίπτωση ενός τριφασικού επαγωγικού κινητήρα όπου μας δίνεται στο ταμπελάκι του η μηχανική του ισχύς Ρμηχ (η ισχύς που βγάζει στον άξονά του) και όχι η ηλεκτρική ισχύς Ρηλ που απορροφά από το δίκτυο. Σε αυτή την περίπτωση ο παραπάνω τύπος γίνεται:

Ι=Ρμηχ/(1,73*V*συνφ*n)  όπου

Ι: ρεύμα λειτουργίας

Ρμηχ: η μηχανική ισχύς του κινητήρα

V: τάση λειτουργίας του κινητήρα

συνφ: συντελεστής ισχύος

n: βαθμός απόδοσης του κινητήρα

Π.χ ένας τριφασικός επαγωγικός κινητήρας ισχύος 10 KW (μηχανικής), συντελεστή ισχύος 0,85 και βαθμού απόδοσης 0,9 θα έχει ρεύμα κανονικής λειτουργίας Ι=Ρμηχ/(1,73*V*συνφ*n)=10000/(1,73*400*0,85*0,9)=18,89Α 

Για τους τριφασικούς κινητήρες υπάρχει και ένας προσεγγιστικός τύπος για να βρούμε το ρεύμα κανονικής λειτουργίας ο οποίος ισχύει με μεγαλύτερη ακρίβεια στις μεσαίες ισχείς.

Ι(Α)=1,5*Ρ(HP)  ή Ι(Α)=2*Ρ(KW)