Единица измерения мощности: обозначение и расчет ватта и киловатта

Содержание

Различия между «кВА» и «кВт»

Часто в ценах разных производителей электрическая мощность оборудования не указана в обычных киловаттах (кВт), а в «таинственном» кВА (киловольт-ампер).

Как понять потребителя, сколько «кВА» ему нужно?

Существует активная концепция (измеренная в кВт) и полная мощность (измеренная в кВА).

Общая мощность переменного тока является результатом текущего значения тока в цепи и эффективного значения напряжения на его концах. Общая сила имеет ощущение, что она называется «по-видимому», поскольку эта способность не может быть задействована в выполнении работы.

Общая мощность — это мощность, передаваемая источником, некоторые преобразуются в тепло или работу (активная мощность), а другая часть передается электромагнитным полям схемы — этот компонент учитывается путем введения так называемого. реактивная мощность.

Общая и активная мощность — это разные физические величины с мощностью.

Стоимость 1 кВт электроэнергии по счетчику на 2019 год в Москве и жителей Новой Москвы

Для Москвы цена за один киловатт электроэнергии по счетчику в 2019 году с 1 января возрастет в сравнении с предыдущим годом в среднем на 1,7%. Для тех, кто интересуется, сколько стоит 1 кВт электричества (по счетчику) на первое полугодие 2019 года приведем ниже таблицу:

Тарифы на электроэнергию в Москве на 2019 год на 1 и 2 полугодие

№	Наименование тарифа и его параметры	Размер тарифа
c 01.01.2019 (1 полугодие)	c 01.07.2019 (2 полугодие)
1	Основное население, проживающее в газифицированных домах городского типа
1.1	Тариф с единой ставкой	5,47	5,47
1.2	Двухставочный тариф с дифференцированием по зонам суток*
Зона пика	6,29	6,29
Ночь	1,95	2,13
1.3	Трехставочный тариф с дифференцированием по зонам суток
Зона пика	6,57	6,57
Зона полупика	5,47	5,47
Ночь	1,95	2,13
2	Потребители, проживающие в жилых помещениях со стационарными эл.плитами и/или эл.отопительными системами
2.1	Тариф с единой ставкой	4,37	4,65
2.2	Двухставочный тариф с дифференцированием по зонам суток
Зона пика	5,03	5,35
Ночь	1,37	1,50
2.3	Трехставочный тариф с дифференцированием по зонам суток
Зона пика	5,25	5,58
Зона полупика	4,37	4,65
Ночь	1,37	1,50
3	Потребители, отнесенные к населению
3.1	Тариф с единой ставкой	—	3,83
3.2	Двухставочный тариф с дифференцированием по зонам суток
Зона пика	—	4,41
Ночь	—	1,89
3.3	Трехставочный тариф с дифференцированием по зонам суток
Зона пика	—	4,60
Зона полупика	—	3,83
Ночь	—	1,89

Безусловно, нельзя назвать такие тарифы низкими, однако, стоит отметить, что они соответствуют уровню зарплат и общего уровня жизни населения московского региона.

Как происходит деление по зонам суток

Единым (другое название – одноставочным) считается тариф, по которому цена на электричество одинакова в течение всех суток.

2-х фазным называется тариф, который предполагает, что в течение суток электроэнергия стоит по разному (в зависимости от конкретного интервала времени: ночью дешевле, чем в дневное время):

Тариф дневной – с 07.00 до 23.00;
Тариф ночной – с 23.00 до 07.00.

Существует также тариф на электроэнергию дифференцированный, который подразумевает наличие таких интервалов:

Зону пиковую – с 07.00 до 09.00 и с 17.00 до 20.00;
Зону полупиковую – с 09.00 до 17.00 и с 20.00 до 23.00;
Тариф ночной – с 23.00 до 07.00.

Дольные и кратные единицы

Если мощность слишком велика или, наоборот, мала, то использование в качестве единицы измерения обычного ватта будет неудобным. В этом случае на помощь придут кратные и дольные единицы. Если говорить только об одной лампочке и о малых промежутках времени, то мощность будет не очень большой. Например, за час такой осветительный прибор может вырабатывать около 100 джоулей энергии.

Но когда требуется определить силу не одной, а нескольких таких лампочек (десятка, сотен, тысяч), и не за один час, а, например, за месяц или год, то число получится громоздким. Целесообразно использовать не ватты, а их кратные обозначения — киловатты (кВт), мегаватты (МВт), гигаватты (ГВт).

Вам это будет интересно Какой мультиметр лучше выбрать для дома и автомобиля

Значение кратных величин легко определить по префиксам, которые используются так же, как и в случаях с большинством других единиц. Приставка «кило» указывает на 1000 единиц, «мега» — на миллион, «гига» — на миллиард.

Чаще всего на практике используются киловатты. В одной такой кратной единице насчитывается тысяча ватт. То же самое касается и дольных долей, использующихся в тех случаях, когда необходимо указать малую мощность, которая в десятки, сотни, тысячи и миллионы раз меньше 1 Вт. Например:

десятая часть вата — это дециват;
сотая часть — сантиватт;
тысячная — милливатт.

Все формулы мощности

Зная определения, несложно понять формулы мощности, используемые в разных разделах физики — в механике и электротехнике.

В механике

Механическая мощность (N) равна отношению работы ко времени, за которое она была выполнена.

Основная формула:

N = A / t, где A — работа, t — время ее выполнения.

Если вспомнить, что работой называется произведение модуля силы, модуля перемещения и косинуса угла между ними, мы получим формулу измерения работы.

Если направления модуля приложения силы и модуля перемещения объекта совпадают, угол будет равен 0 градусов, а его косинус равен 1. В таком случае формулу можно упростить:

A = F × S

Используем эту формулу для вычисления мощности:

N = A / t = F × S / t = F × V

В последнем выражении мы исходим из того, что скорость (V) равна отношению перемещения объекта на время, за которое это перемещение произошло.

В электротехнике

В общем случае электрическая мощность (P) говорит о скорости передачи энергии. Она равна произведению напряжения на участке цепи на величину тока, проходящего по этому участку.

P = I × U, где I — напряжение, U — сила тока.

В электротехнике существует несколько видов мощности: активная, реактивная, полная, пиковая и т. д. Но это тема отдельного материала, сейчас же мы потренируемся решать задачи на основе общего понимания этой величины. Посмотрим, как найти мощность, используя вышеуказанные формулы по физике.

Задача 1

Допустим, человек поднимает ведро воды из колодца, прикладывая силу 60 Н. Глубина колодца составляет 10 м, а время, необходимое для поднятия — 30 сек. Какова будет мощность человека в этом случае?

Решение:

Найдем вначале величину работы, используя тот факт, что мы знаем расстояние перемещения (глубину колодца 10 м) и приложенную силу 60 Н.

A = F × S = 60 Н × 10 м = 600 Дж

Когда известно значение работы и времени, найти мощность несложно:

N = A / t = 600 Дж / 30 сек = 20 Вт

Ответ: мощность человека при поднятии ведра — 20 ватт.

Задача 2

В комнате включена лампа мощностью 100 Вт. Напряжение домашней электросети — 220 В. Какая сила тока проходит через эту лампу?

Решение:

Мы знаем, что Р = 100 Вт, а U = 220 В.

Поскольку P = I × U, следовательно I = P / U.

I = 100 / 220 = 0,45 А.

Ответ: через лампу пройдет сила тока 0,45 А.

Мы переводим Volt-Amperes (VA) в Watts (Watts)

Для ярлыков на различных электрических устройствах или в технической документации снова требуется указать, какая мощность находится под вопросом, и не смешивать эти физические величины как общие блоки привода от токовых усилителей вместо ватт.

Если мы считаем, что практическое значение полной мощности, то есть значение, описывающее нагрузку, которую потребитель фактически вводит на элементы, подключается к электрической сети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередач, агрегаты …) нагрузка зависит от текущего потребления, а не от фактической энергии, потребляемой потребителем.

Поэтому номинальная мощность трансформаторов и коммутаторов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

Связь между активной мощностью и общей мощностью схемы называется коэффициентом мощности.

Коэффициент мощности (cosfi) является безграничной физической величиной, которая изменяет электрический ток потребителю в зависимости от наличия реактивной составляющей в нагрузке.

Коэффициент мощности показывает, сколько переменного тока протекает через фазовый сдвиг относительно приложенного к нему напряжения.

Коэффициент мощности — это численный косинус этого смещения фазы.

Значения коэффициента мощности:

идеальный индекс
0,95	хорошая ценность
0,90	удовлетворительное значение
0,80	плохое значение

Большинство производителей определяют потребление электроэнергии их оборудованием в Ваттах.

Если потребитель не имеет реактивной мощности (установка для сжигания — например, вода, вода, лампочка, нагреватель), информационный фактор не имеет значения, учитывая тот факт, что он один.

Это означает, что в этом случае общая мощность, потребляемая устройством и необходимая для ее работы, равна активной мощности в ваттах.

P = I * U * COS (fi) →

P = I * U * 1 →

P = I * U

Пример. В пассажирском электронагревателе потребляемая мощность составляет 2 кВт. Это означает, что общая мощность, необходимая для успешной работы устройства, составляет 2 кВА.

Если потребитель является инструментом с его реакционной способностью (емкостью, индуктивностью), технические данные всегда показывают мощность в ваттах и коэффициент мощности для этого устройства.

Это значение определяется параметрами самого устройства, в частности, отношением его активных и реактивных резисторов.

Пример: Технический паспорт перфоратора указывает на потребляемую мощность — 5 кВт и коэффициент мощности (Sos (fi)) — 0,85.

Это означает, что общая мощность, необходимая для его работы, будет

Полный = Cos./f.

Full = 5 / 0,85 = 5,89 кВА

При выборе генераторной единицы часто возникает понятный вопрос: «Сколько энергии он может произвести?» Это связано с тем, что характеристики генераторных установок показывают полную мощность в кВА. Ответ на этот вопрос — это статья.

Пример: генератор мощностью 100 кВА. Если потребители имеют только активное сопротивление, то кВА = кВт.

Если имеется реактивный компонент, необходимо учитывать коэффициент нагрузки.

Поэтому характеристики агрегатов показывают полную мощность в кВА. И как вы будете использовать, это зависит от вас.

Мощность переменного тока

В таких цепях применять формулы для мгновенных величин нельзя, так как итоговое значение будет изменяться от минимума до максимума с частотой сети. В стандартной однофазной сети 220 V поддерживается синусоидальная форма сигнала 50 Гц.

Однако допустимо использование рассмотренных выше простых соотношений (P = U * I и других) при подключении нагрузки с резистивными характеристиками:

ТЭНов стиральных машин;
нагревательных спиралей инфракрасных излучателей;
лампочек с вольфрамовой нитью накаливания.

С помощью этого выражения выясняют, какая мощность будет выделяться в нагрузке.

Активная мощность

Ситуация меняется радикальным образом, если включается мощный электродвигатель или конденсатор. Подобные нагрузки формируют колебательный контур, который обменивается энергией с источником питания. Полезные функции в данном случае выполняются только активной компонентой (Pакт). Ее вычисляют следующим образом:

U * I – постоянный ток (переменный при резистивной нагрузке);
U * I * cos ϕ – для ~220V, одна фаза;
U * √3 * cos ϕ = U * 1,7321 * cos ϕ – три фазы, U * √3 * ~380V.

Реактивная мощность

Этот параметр, несмотря на отсутствие полезной работы, следует учитывать для корректной оценки важных параметров сети. Дело в том, что проводники нагреваются при пропускании тока в любом направлении. Циклические энергетические воздействия при достаточно большой интенсивности:

разрушают жилы и защитные оболочки кабелей;
провоцируют короткое замыкание;
повреждают обмотки электроприводов и трансформаторы.

Реактивная составляющая определяется формулой:

Pреакт = U * I * sin ϕ.

Она принимает отрицательное (положительное) значение при подключении нагрузки с емкостными (индукционными) характеристиками, соответственно.

В чем измеряется мощность тока для подобных ситуаций, понятно из определения. Так как речь идет об изменении параметров электрического (магнитного) поля, итоговый результат обозначают вольт-амперами реактивными (единица измерения сокр. – вар).

Полная мощность

Если рассматриваемые величины выразить векторами, образуется треугольник. Длина сторон будет соответствовать потреблению энергии определенной составляющей. Угол между полной (Pполн) и активной мощностью (ϕ) используется в расчетах для вычислений. Общая формула:

Pполн = √((Pакт)2 + (Pреакт)2).

Комплексная мощность

Потребление энергии можно выразить при необходимости комплексными величинами. Используют базовые соотношения. Вместо сопротивления применяют импеданс.

Дольные и кратные единицы

десятая часть вата — это дециват;
сотая часть — сантиватт;
тысячная — милливатт.

Простое объяснение с формулами

Активная мощность (P)

Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть

P = U I

потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.

Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:

P = U I Cosθ

В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = U I.

Формулы для активной мощности

P = U I – в цепях постоянного тока

P = U I cosθ – в однофазных цепях переменного тока

P = √3 UL IL cosθ – в трёхфазных цепях переменного тока

P = 3 UPh IPh cosθ

P = √ (S2 – Q2) или

P =√ (ВА2 – вар2) или

Активная мощность = √ (Полная мощность2 – Реактивная мощность2) или

кВт = √ (кВА2 – квар2)

Реактивная мощность (Q)

Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).

Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.

Реактивная мощность определяется, как

Q = U I sinθ

и может быть положительной (+Ue) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ue) для емкостной нагрузки.

Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.

Примеры переводов

Чтобы вам было понятно, как перевести киловатты в ватты и обратно, предоставим несколько простых примеров из жизни.

Пример 1

. На шильдике электродвигателя указана номинальная мощность 1,5 kW. Требуется определить, как сделать перевод мощности данного двигателя в watt. В соответствии с вышеизложенным, умножаем число кВт на 1000:

P ном = 1,5 (kW)·1000 = 1500 (W).

Пример 2

. Таблица технических данных электрической дрели содержит информацию: P ном = 900 W. Вычислим, сколько кВт составляет данное значение мощности:

P ном = 900 (Вт)/1000 = 0,9 (кВт).

Наименование единицы измерения мощности (kW) на слуху у каждого, кто хоть раз сдавал показания счетчика в электроснабжающую организацию. Для людей, далеких от электричества, следует сделать некоторое пояснение. Потребитель производит оплату за потребленную электроэнергию, которая измеряется в киловатт × час, что видно на фото ниже.

Один киловатт*час — это энергия, которая потребляется из электрической сети при включении в нее нагрузки, мощностью 1 kW в течение часа. Например, мощная лампа накаливания 500 W при включении на один час потребляет электрическую энергию в объеме 500 Вт × час.

Ватт — это физическая величина, с которой каждому приходится сталкиваться ежедневно, даже не зная об этом. Что же ею измеряется, когда она возникла и по какой формуле ее можно найти? Давайте найдем ответы на все эти вопросы.

Что такое «ватт»

Системная единица ватт (Вт, W) используется при измерении мощности, теплового потока, потока звуковой энергии, постоянного электрического тока, активной, реактивной и полной мощности переменного электрического тока, потока излучения и потока энергии ионизирующего излучения.

Названа в честь изобретателя-механика, создавшего паровую машину – Джеймса Уатта (Ватта). Данная единица измерения была принята в 1882 году, и сменила применявшиеся до этого времени лошадиные силы. В СИ ватт введён в 1960 году.

Поскольку потребляемая мощность является основной характеристикой электроприборов, на всех подобных приборах или в инструкциях к ним содержится информация о мощности в ваттах.

Для измерения мощности существует прибор – ваттметр. Ватт – это мощность, при которой за 1 сек. совершается работа в 1 джоуль. Различают механическую, тепловую и электрическую мощность.

В разделе «Справочная информация» различные термины используются для описания технических характеристик оборудования, которое неподготовленный человек не может легко понять.

Прямое измерение тока

Методы той группы отличаются более высокой точностью за счет того, что основаны на прямом измерении тока. Существуют два прибора для выполнения этой процедуры в бытовых условиях.

Замер токовыми клещами

Наиболее удобны для использования токовые клещи, которые не требуют разрыва контролируемой цепи. Выполнены как ручное устройство с измерительным узлом на основе тороидального сердечника. Для замера тока узел раскрывают на манер губок клещей, после чего закрывают с охватом провода, рисунок 3. Действующее значение тока находится по изменению магнитного поля, которое фиксируется датчиком Холла.

Рис. 3. Измерение токовыми клещами

Замер тестером

Второй способ основан на применении тестера, который переключают в режим амперметра и включают в разрыв цепи. Сложности реализации этой процедуры простыми средствами делают его мало популярным на практике. Нельзя сбрасывать со счетов также то, что некоторые модели тестеров не имеют токовой защиты и выходят из строя (сгорают) при неправильном выборе диапазона (токовой перегрузке).

Взаимосвязь величин

Чтобы лучше понять предназначение этой единицы, следует иметь представление о том, что такое мощность. Многие думают, что это просто сила. Однако в физике это совершенно разные величины, которые друг к другу почти не имеют никакого отношения. Если говорить максимально кратко, закрывая глаза на некоторые незначительные нюансы, то мощность — это скорость, с которой тот или иной объект потребляет энергию.

Например, лампочка осветительного прибора может светиться ярко или тускло. Всё зависит от того, с какой скоростью ею потребляется электрическая энергия. Если горит ярко, значит, энергия расходуется быстро. Когда свет, исходящий от лампы, тусклый, она потребляет энергию с небольшой скоростью. Еще проще можно сказать так:

если лампа светится ярко, значит, ее мощность высока;
если же свет ее тусклый, значит, она обладает небольшой силой.

Например, если взять движущийся автомобиль, то он обладает определенной силой. Чем быстрее потребляется вырабатываемая топливом в бензобаке энергия, тем мощнее автомобиль. Правда, автомобилисты измеряют мощность своих «железных коней» в других единицах, называемых лошадиными силами. Однако это вовсе не означает, что традиционные ватты для этого случая неприменимы. Одну единицу легко можно перевести в другую, зная, что одна лошадиная сила — это примерно 735 Вт. Всего существует три вида мощности:

Электрическая. Именно ее имеют в виду, когда говорят о лампочках или других электроприборах.
Механическая. «Лошадиные силы» автомобиля как раз относятся к этой категории.
Тепловая. О том, насколько большой тепловой мощностью обладает тот или иной объект, можно судить по его температуре.

Мощность — это скорость, с которой потребляется энергия. Пытаясь понять, чему равен 1 ватт, какая энергия и за какое время должна использоваться объектом, чтобы о нем можно было сказать, что его мощность равна одному ватту, физики выводили такую величину, как мощность, исходя из других простых величин — времени и энергии. Они взяли их основные единицы измерения и условились считать, что если физическое тело получает или вырабатывает 1 джоуль энергии за 1 секунду, значит, оно обладает мощностью 1ватт.

Примеры в природе

Величина	Описание
10 −9 ватт	Поток энергии мощностью примерно в 1 нВт падает на поверхность земли площадью 1 м² от звезды яркостью в +1,4 звёздной величины.
5·10 −3 ватт	Такую мощность (или близкую к ней) имеют обычные лазерные указки.
1 ватт	Примерная мощность приёмника/передатчика обычного мобильного телефона.
10³ ватт	Небольшой обогреватель имеет мощность порядка 1 кВт. Среднее потребление энергии одного домашнего хозяйства в США составляет примерно 8900 кВт·ч за год, это соответствует равномерно потребляемой мощности 1 кВт в течение года.
6·10 4 ватт	Легковой автомобиль с двигателем в 80 лошадиных сил имеет мощность, примерно равную 60 кВт.
1,2·10 7 ватт	Электропоезд Eurostar имеет мощность около 12 МВт.
8,2·10 9 ватт	Электростанция Касивадзаки-Карива в городе Касивадзаки (Япония), крупнейшая в мире атомная электростанция, при пиковых нагрузках вырабатывает 8,212 ГВт электроэнергии.
2,24·10 10 ватт	Самая крупная существующая электростанция Санься (ГЭС Три ущелья) (Китай). Проектная мощность ГЭС — 22,4 ГВт электроэнергии.
10 12 ватт	Пиковая мощность среднего удара молнии примерно равна 1 ТВт.
1,9·10 12 ватт	Общая мощность потребляемой человечеством электроэнергии в 2007 году в среднем оценивалось в 1,95 ТВт .
1,5·10 15 ватт	Рекордная мощность импульсного лазерного излучения, достигнутая на установке Nova в 1999 году . Энергия в импульсе составляла 660 Дж, длительность импульса — 440·10 −15 с.
1,74·10 17 ватт	Исходя из средней мощности потока энергии на поверхности Земли в 1,366 кВт/м², общая мощность потока энергии солнечного излучения, падающего на Землю, примерно равна 174 ПВт. Таким образом, если бы Земля не излучала энергию в пространство, она становилась бы тяжелее на 1,94 кг каждую секунду.
3,86·10 26 ватт	Полная мощность излучения Солнца оценивается учёными в 386 ЙВт, что более чем в два миллиарда раз больше, чем мощность излучения, падающего на поверхность Земли. Другими словами, вследствие термоядерных реакций в центре Солнца, наше светило ежесекундно теряет массу около 4 000 000 тонн.