Амперы и киловатты являются основными характеристиками электроэнергии. Значение ампер еще называют нагрузкой, а киловатт – мощностью. Необходимость перевода этих единиц из одной в другую возникает, когда нужно понять, какое защитное реле можно установить в электрической цепи, чтобы не повредить подключенный к ней прибор.
В материале, который изложен ниже, даются конкретные примеры и формулы расчетов для разных типов электрических сетей и пояснения по проведению таких расчетов.
Если мы посмотрим на маркировку большинства устройств, которые работают от электросети, то в обозначениях характеристик прибора обычно указывается только сила тока, то есть значение в амперах. Но есть еще и мощность тока, которая измеряется в киловаттах. А этот показатель особенно важен, когда нужно подобрать защитное сетевое устройство, которое устанавливается в электрическую сеть. Правильный выбор автоматического реле позволяет обезопасить подключаемые к сети устройства от выхода из строя из-за пиковых нагрузок напряжения, а провода сети от возгорания. Теорию и примеры таких расчетов мы рассмотрим ниже.
Необходимость перевода ампер в киловатты
Мощность и сила тока две основные характеристики, которые необходимо знать, чтобы правильно установить защитные устройства при работе с электрическими приборами, подключаемыми к сети. Каждый подключенный к сети прибор должен быть защищен индивидуально подбираемыми защитными устройствами. В то же время, проводка электросети может оплавиться и загореться, если защитные устройства подобраны неправильно и не соответствуют техническим характеристикам сети. Ведь все электрические провода, которые используются, имеют собственную токонесущую способность, зависящую от сечения жилы провода, причем нужно учитывать материал, из которого эти жилы произведены.
Защитные устройства обычно срабатывают при скачках напряжения, которые могут вывести из строя приборы, включенные в сеть на этот момент. Чтобы этого не произошло, защита должна отключить ветку, к которой подключены маломощные приборы. Но на реле стоит только обозначение силы тока в амперах. А электроприборы, которые мы включаем в сеть, маркируются потребляемой мощностью в ваттах и киловаттах. Связь между мощностью и силой тока очень тесная.
Чтобы это понять, нужно разобраться в терминологии и принципах действия электрической сети.
- Обычно рассматривают напряжение в сети, которое представляет собой разность потенциалов, то есть работу, которая происходит при перемещении электрического заряда от одной точки в электрической сети к другой. Напряжение в любой электрической сети обозначается в вольтах.
- Силой тока, которая измеряется в амперах, называется число ампер, проходящих по проводнику за определенную единицу времени.
- Мощностью тока называется скорость перемещения заряда по проводнику и измеряется она в ваттах или киловаттах.
Пересчет мощности в ток для однофазной сети
Расчет тока выполняется обычно в процессе подбора автомата, обслуживающего мощный потребитель типа прямоточного водонагревателя.
На основании выражений (1) и (2) задача решается в одно действие. Для этого достаточно разделить мощность на напряжение.
Величина мощности приводится в техническом описании устройства или же указывается прямо на его корпусе. Напряжение принимается равным 220 В, что создает некоторый запас расчета.
Например, при мощности 3000 Вт в соответствии с приведенным правилом получаем ток в 3000/220 = 13,7 А, что указывает на необходимость применения 16-амперного защитного автомата.
При указании мощности в киловаттах в расчет добавляется одно действие: необходимо предварительно перевести киловатты в ватты с учетом формулы (3).
Например, нагреватель имеет мощность 2,8 кВт. Тогда расчет тока выполняется следующим образом:
- W = 2,8*1000 = 2800 Вт;
- I = W/220 = 12,7 А.
Если мощность указывается в ВА или кВА, то выкладка не меняется, т.е. 3000/220 = 13,7 А (во втором случае предварительно переводим кВА в простые ВА, т.е. 3 кВА = 3*1000 = 3000 ВА).
Главной особенностью в данном случае становится то, что с учетом типового для бытовых устройств cosφ = 0,85 полезную работу будет выполнять 11,6 А (т.е. 85% всего тока), тогда как оставшиеся 2,1 А являются реактивным током, который бесполезно расходуется на разогрев проводов.
Правила перевода единиц
В инструкциях ко многим приборам попадаются обозначения в вольт-амперах. Различие их необходимо только специалистам, которым эти нюансы важны в профессиональном плане, но для обычных потребителей это не так важно, потому что используемые в этом случае обозначения характеризуют почти одно и то же. Что же касается киловатт/час и просто киловатт, то это две различных величины, которые нельзя путать ни при каких условиях.
Чтобы определить электрическую мощность через показатель сетевого тока, можно использовать различные инструменты, с помощью которых производятся замеры и вычисления:
- с помощью тестера;
- используя токоизмерительные клещи;
- производя вычисления на калькуляторе;
- с помощью специальных справочников.
Применив тестер, мы измеряем напряжение в интересующей нас электросети, а после этого используем токоизмерительные клещи для определения силы тока. Получив нужные показатели, и применив существующую формулу расчета постоянного и переменного тока, можно рассчитать мощность. Имеющийся результат в ваттах при этом делим на 1000 и получаем количество киловатт.
Однофазная электрическая цепь
В основном все бытовые электросети относятся к сетям с одной фазой, в которых применяется напряжение на 220 вольт. Маркировка нагрузки для них записывается в киловаттах, а сила тока в амперах и обозначается как АВ.
Для перевода одних единиц в другие, применяется формула закона Ома, который гласит, что мощность (P) равна силе тока (I), умноженной на напряжение (U). То есть, расчет будет выглядеть так:
Определение мощности по силе тока для однофазной сети
Необходимость выполнения этой процедуры чаще всего возникает при задании ограничений по максимальной мощности электроприбора, который можно подключить к конкретной розетке или их группе.
При нарушении данного ограничения возрастают риски пожара, а пластмассовые декоративные элементы розетки могут расплавиться из-за избытка выделяющегося тепла.
На основании определений, которые в математической форме описываются выражениями (1) и (2), для нахождения мощности следует просто умножить ток на напряжение.
Максимально допустимый ток выносится на маркировку розетки и для большинства комнатных бытовых изделий этой разновидности обычно составляет 6 А.
Напряжение, подаваемое от электросети на розетку, равно 220 – 230 В. Таким образом, максимальная мощность составляет 1,3 кВт.
Отдельно укажем на то, что риски повреждения розетки при подключении чрезмерно мощного устройства минимальны в правильно спроектированной бытовой проводке.
Это полезное свойство обеспечено:
- установкой автоматов;
- применением в мощных электроприборах вилок, которые физически не могут подключаться к обычным розеткам (механическая блокировка).
Своеобразным вариантом механической блокировки можно считать довольно популярное прямое соединение мощного стационарного устройства (кондиционер, бойлер) с сетью без использования розеток.
Вывод
Если вернуться к однофазной сети на 220В, то существует правило, что 1 кВт равен 4,54А, то есть 1А = 0,22кВт или 220В.
Как видно из приведенных формул и вычислений, везде при расчетах используется закон Ома, где сила электротока является обратной сопротивлению. Зная теперь все необходимые для расчетов формулы, вы самостоятельно можете произвести необходимые действия, чтобы выбрать нужное для подключения автоматическое реле, которое можно включить в электрическую сеть с гарантией того, что все приборы, подключенные к ней, будут в безопасности.
Выводы и полезное видео по теме
О связи ватт, ампер и вольт:
Зависимость между амперами и киловольтами описывает закон Ома. Здесь наблюдается обратная пропорциональность силы электротока по отношению к сопротивлению. Что касается напряжения, то прослеживается прямая зависимость силы тока от этого параметра.
У вас остались вопросы по принципу перевода Амперов в Киловатты или хотите уточнить нюансы практического расчета? Задавайте свои вопросы нашим экспертам в блоке комментариев, расположенном ниже под статьей.
Если у вас есть полезная информация, дополняющая изложенный выше материал, или уточнения, поправки, пишите свои замечания и дополнения ниже.
Напряжение
Одно из определений электрического напряжения описывает его как разность электрических потенциалов, что определяется формулой:
V = ϕ1 – ϕ2
Понятие напряжение ввёл немецкий физик Георг Ом
в работе 1827 года, в которой предлагалась гидродинамическая модель электрического тока для объяснения открытого им в 1826 г. эмпирического закона Ома:
Трансформатор Тесла в Канадском музее науки и техники
V = I·R,
где V — это разность потенциалов, I — электрический ток, а R — сопротивление.
Другое определение электрического напряжения представляется как отношение работы поля по передвижению заряда в проводнике к величине заряда.
Для этого определения математическое выражение для напряжения описывается формулой:
V = A / q
Напряжение, как и электрический потенциал, измеряется в вольтах
(В) и его десятичных кратных и дольных единицах — микровольтах (миллионная доля вольта, мкВ), милливольтах (тысячная доля вольта, мВ), киловольтах (тысячах вольт, кВ) и мегавольтах (миллионах вольт, МВ).
Напряжением в 1 В считается напряжение электрического поля, совершающего работу в 1 Дж по перемещению заряда в 1 Кл. Размерность напряжения в системе СИ определяется как
В = кг•м²/(А•с³)
Напряжение может создаваться различными источниками: биологическими объектами, техническими устройствами и даже процессами, происходящими в атмосфере.
Боковая линия акулы
Элементарной ячейкой любого биологического объекта является клетка, которая с точки зрения электричества представляет собой электрохимический генератор малого напряжения. Некоторые органы живых существ, вроде сердца, являющихся совокупностью клеток, вырабатывают более высокое напряжение. Любопытно, что самые совершенные хищники наших морей и океанов — акулы различных видов — обладают сверхчувствительным датчиком напряжения, называемым органом боковой линии
, и позволяющим им безошибочно обнаруживать свою добычу по биению сердца. Отдельно, пожалуй, стоит упомянуть об электрических скатах и угрях, выработавших в процессе эволюции для поражения добычи и отражения нападения на себя способность создавать напряжение свыше 1000 В!
Хотя люди генерировали электричество, и, тем самым, создавали разность потенциалов (напряжение) трением кусочка янтаря о шерсть с давних времён, исторически первым техническим генератором напряжения явился гальванический элемент
. Он был изобретён итальянским учёным и врачом
Луиджи Гальвани
, который обнаружил явление возникновения разности потенциалов при контакте разных видов металла и электролита. Дальнейшим развитием этой идеи занимался другой итальянский физик
Алессандро Вольта
. Вольта впервые поместил пластины из цинка и меди в кислоту, чтобы получить непрерывный электрический ток, создав первый в мире химический источник тока. Соединив несколько таких источников последовательно, он создал химическую батарею, так называемый
«Вольтов столб»
, благодаря которой стало возможным получать электричество с помощью химических реакций.
Вольтов столб — копия, сделанная электриком из Музея Алессандро Вольта в Комо, Италия. Канадский музей науки и техники в Оттаве
Из-за заслуг в создания надёжных электрохимических источников напряжения, сослуживший немалую роль в деле дальнейших исследования электрофизических и электрохимических явлений, именем Вольта названа единица измерения электрического напряжения — Вольт.
Среди создателей генераторов напряжения необходимо отметить голландского физика Ван дер Граафа
, создавшего
генератор высокого напряжения
, в основе которого лежит древняя идея разделения зарядов с помощью трения — вспомним янтарь!
Отцами современных генераторов напряжения были два замечательных американских изобретателя — Томас Эдисон
и
Никола Тесла
. Последний был сотрудником в фирме Эдисона, но два гения электротехники разошлись во взглядах на способы генерации электрической энергии. В результате последующей патентной войны выиграло всё человечество — обратимые машины Эдисона нашли свою нишу в виде генераторов и двигателей постоянного тока, исчисляющихся миллиардами устройств — достаточно просто заглянуть под капот своего автомобиля или просто нажать кнопку стеклоподъёмника или включить блендер; а способы создания переменного напряжения в виде генераторов переменного тока, устройств для его преобразования в виде трансформаторов напряжения и линий передач на большие расстояния и бесчисленных устройств для его применения по праву принадлежат Тесле. Их число ничуть не уступает числу устройств Эдисона — на принципах Тесла работают вентиляторы, холодильники, кондиционеры и пылесосы, и масса других полезных устройств, описание которых выходит за рамки настоящей статьи.
Этот находящийся в Канадском музее науки и техники в Оттаве мотор-генератор, изготовленный компанией Westinghouse в 1904 г., использовался в качестве надежного источника питания для создания магнитного поля возбудителя на гидроэлектростанции в Ниагара-Фоллс, шт. Нью-Йорк. Строительством электростанции руководили Никола Тесла и Джордж Вестингауз
Безусловно, учёными позднее были созданы и другие генераторы напряжения на других принципах, в том числе и на использовании энергии ядерного распада. Они призваны служить источником электрической энергии для космических посланцев человечества в дальний космос.
Но самым мощным источником электрического напряжения на Земле, не считая отдельных научных установок, до сих пор остаются естественные атмосферные процессы.
Ежесекундно на Земле грохочут свыше 2 тысяч гроз, то есть, одновременно работают десятки тысяч естественных генераторов Ван дер Граафа, создавая напряжения в сотни киловольт, разряжаясь током в десятки килоампер в виде молний. Но, как ни удивительно, мощь земных генераторов не идёт ни в какое сравнение с мощью электрических бурь, происходящих на сестре Земли — Венере — не говоря уже об огромных планетах вроде Юпитера и Сатурна.
Расчет
Для подсчета величин используются специальные формулы. После их подсчета останется только вставить их в приведенные выше формулы. Чтобы отыскать электроток, стоит напряжение поделить на проводниковое сопротивление, а чтобы отыскать мощность, необходимо умножить напряжение на токовую силу или же двойное значение силы тока умножить на сопротивление. Также есть возможность поделить двойное значение напряжения на сопротивление.
Обратите внимание! Нередко все необходимые данные прописаны на коробке или технических характеристиках на сайте производителя. Часто информация указана в кВт и ее посредством конвертора легко можно перевести в ампераж. Еще одним простым вариантом, как определить потребление энергии и ампераж, будет изучение электросчетчика или автоматического выключателя потребителя. Но в таком случае необходимо подключать только один прибор к сети.
Связь мощности и тока в трехфазной сети
Принцип расчета мощности и тока для трехфазных сетей остается прежним. Главное отличие заключается в незначительной модернизации расчетных формул, что позволяет полноценно учесть особенности построения этого вида проводки.
В качестве базового соотношения традиционно берется выражение:
W =1,73* U*I, (4)
причем U в данном случае представляет собой линейное напряжение, т.е. составляет U = 380 В.
Из выражения (4) вытекает выгодность применения в обоснованных случаях трехфазных сетей: при такой схеме построения проводки токовая нагрузка на отдельные провода падает в корень из трех раз при одновременном трехкратном увеличении отдаваемой в нагрузку мощности.
Для доказательства последнего факта достаточно заметить, что 380/220 = 1,73, а с учетом первого числового коэффициента получаем 1,73 * 1,73 = 3.
Приведенные выше правила связи токов и мощности для трехфазной сети формулируются в следующей форме:
- один кВт соответствует 1,5 А потребляемого тока;
- один ампер соответствует мощности 0,66 кВт.
Укажем на то, что все сказанное справедливо в отношении случая соединения нагрузки так называемой звездой, что наиболее часто встречается на практике.
Возможно еще соединение треугольником, которое меняет правила расчета, но оно встречается достаточно редко и в этой ситуации целесообразно обратиться к специалисту.
Быстрая оценка токов и мощностей
Предельная простота исходных соотношений (1) и (2) позволяет заметно упростить выполнение текущих расчетов при дополнительном условии задания мощности в киловаттах.
В основу упрощения расчетов положен факт того, что с учетом примерного постоянства напряжения в бытовой однофазной 220-вольтовой сети пересчет мощности в ток можно выполнить умножением мощности на постоянный коэффициент.
Для определения такого коэффициента целесообразно воспользоваться тем, что при задании W в кВт имеем довольно точную оценку I = W*1000/220 = 4,5*W.
Например, при W = 2,8 кВт получаем 4,5*2,8= 12,6 А, т.е. выкладки выполняются быстрее и существенно удобнее по сравнению с “правильным” расчетом при незначительной потерей точности.
Аналогичным образом столь же легко показать, что W = 0,22*I кВт. Необходимо помнить о том, что ток I указывается в амперах.
Таким образом, получаем простые правила:
- один кВт соответствует 4,5 А тока;
- один ампер соответствует мощности 0,22 кВт.
Последнее правило часто закругляют до уровня один ампер эквивалентен 0,2 кВт.
Общие сведения
Поднимаясь в гору, мы совершаем работу против силы притяжения
Поскольку мы живём в эпоху электричества, многим нам с детства знакомо понятие электрического напряжения:
ведь мы порой, исследуя окружающую действительность, получали от него немалый шок, засунув тайком от родителей пару пальцев в розетку питания электрических устройств. Поскольку вы читаете эту статью, ничего особо страшного с вами не произошло — трудно жить в эпоху электричества и не познакомится с ним накоротке. С понятием
электрического потенциала
дело обстоит несколько сложнее.
Будучи математической абстракцией, электрический потенциал лучше всего по аналогии описывается действием гравитации — математические формулы абсолютно схожи, за исключением того, не существуют отрицательные гравитационные заряды, так как масса всегда положительная и в то же время электрические заряды бывают как положительными, так и отрицательными; электрические заряды могут как притягиваться, так и отталкиваться. В результате же действия гравитационных сил тела могут только притягиваться, но не могут отталкиваться. Если бы мы смогли разобраться с отрицательной массой, мы бы овладели антигравитацией.
Но стоит только оттолкнуться…
Понятие электрического потенциала играет важную роль в описании явлений, связанных с электричеством. Вкратце понятие электрического потенциала описывает взаимодействие различных по знаку или одинаковых по знаку зарядов или групп таких зарядов.
Из школьного курса физики и из повседневного опыта, мы знаем, что поднимаясь в гору, мы преодолеваем силу притяжения Земли и, тем самым, совершаем работу против сил притяжения, действующих в потенциальном гравитационном поле. Поскольку мы обладаем некоторой массой, Земля старается понизить наш потенциал — стащить нас вниз, что мы с удовольствием позволяем ей, стремительно катаясь на горных лыжах и сноубордах. Аналогично, электрическое потенциальное поле старается сблизить разноимённые заряды и оттолкнуть одноимённые.
Отсюда следует вывод, что каждое электрически заряженное тело старается понизить свой потенциал, приблизившись как можно ближе к мощному источнику электрического поля противоположного знака, если никакие силы этому не препятствуют. В случае одноимённых зарядов каждое электрически заряженное тело старается понизить свой потенциал, удалившись как можно дальше от мощного источника электрического поля одинакового знака, если никакие силы этому не препятствуют. А если они препятствуют, то потенциал не меняется — пока вы стоите на ровном месте на вершине горы, сила гравитационного притяжения Земли компенсируется реакцией опоры и вас ничто не тянет вниз, только ваш вес давит на лыжи. Но стоит только оттолкнуться…
Аналогично и поле, создаваемое каким-то зарядом, действует на любой заряд, создавая потенциал для его механического перемещения к себе или от себя в зависимости от знака заряда взаимодействующих тел.
«Сизиф», Тициан, Музей Прадо, Мадрид, Испания
