Podstawy elektrotechniki

Poznaj napięcie, prąd i moc oraz różnice między prądem przemiennym (AC) a stałym (DC). Interaktywny kalkulator pomaga zrozumieć te zależności.

Ta strona przedstawia podstawowe pojęcia z elektrotechniki.

W skrócie

Poniższe terminy pojawiają się na schematach, w obliczeniach i podczas walidacji:

  • U oznacza napięcie wyrażane w woltach.
  • I oznacza prąd wyrażany w amperach.
  • P oznacza moc wyrażaną w watach.
  • kWh to energia zużywana lub dostarczana w czasie, a nie moc chwilowa.
  • Spadek napięcia to utrata napięcia na przewodzie, przez który płynie prąd.

Moc, prąd i napięcie (U, I, P)

W instalacji elektrycznej często używa się trzech wielkości:

  • napięcia (U), wyrażanego w woltach (V);
  • prądu (I), wyrażanego w amperach (A);
  • mocy (P), wyrażanej w watach (W).

W typowych zagadnieniach instalacyjnych zależność między nimi opisuje wzór:

  • P = I · U

Innymi słowy: jeśli napięcie pozostaje stałe, zmiana mocy powoduje zmianę prądu i odwrotnie.

Ta zależność przydaje się podczas oceny projektu, na przykład przy sprawdzaniu, czy wartość wyłącznika nadprądowego jest odpowiednia do przewodu i obciążenia.

WielkośćSymbolJednostkaPytanie praktyczne
NapięcieUVJakie źródło zasila obwód?
PrądIAJaki prąd płynie przez przewód i zabezpieczenie?
MocPW lub kWJakiej mocy jest urządzenie lub źródło?
EnergiaEWh lub kWhIle energii zużyto lub dostarczono w czasie?
Spadek napięciaΔUV lub %Ile napięcia tracisz na przewodzie?

Prawo Ohma

Prawo Ohma opisuje zależność napięcia, rezystancji (R) i prądu: *U = R · I*. W praktycznych objaśnieniach często spotyka się też powiązane zależności między U, I i P: gdy znasz dwie wielkości, możesz wyliczyć trzecią.

Skorzystaj z poniższego kalkulatora, aby sprawdzić wzory łączące te wielkości.

Prąd AC i DC (przemienny i stały)

AC (prąd przemienny) zmienia kierunek i wartość w czasie. Jest standardowym rodzajem zasilania sieciowego i występuje w większości instalacji domowych.

DC (prąd stały) płynie w jednym kierunku, bez okresowej zmiany kierunku. Występuje między innymi w akumulatorach, po stronie DC instalacji fotowoltaicznych i w niektórych układach ładowania.

W praktyce rodzaj prądu wpływa przede wszystkim na dobór używanych urządzeń, takich jak falowniki i zabezpieczenia, oraz sposób zasilania odbiorników.

Prąd AC w domu

AC jest zwykłym rodzajem zasilania sieciowego w instalacjach mieszkaniowych. W ten sposób zasilana jest większość urządzeń.

  • W instalacji występują faza lub fazy, przewód neutralny i przewód ochronny.
  • Zabezpieczenia i schematy opierają się na typowych zasadach instalacji domowych.

Prąd DC w fotowoltaice i akumulatorach

DC występuje przede wszystkim po stronie źródeł, takich jak panele fotowoltaiczne i akumulatory, oraz w niektórych układach elektronicznych.

  • Urządzenia muszą być przystosowane do prądu stałego.
  • Dokumentacja powinna jasno wskazywać, gdzie kończy się część AC, a zaczyna część DC.

Energia i kilowatogodziny (kWh)

Moc (W lub kW) i energia (Wh lub kWh) to różne wielkości:

  • Moc określa, jak szybko urządzenie w danej chwili zużywa lub dostarcza energię.
  • Energia określa jej łączną ilość zużytą lub dostarczoną w czasie.

Przydatne przeliczenia:

  • 1 kW przez 1 godzinę = 1 kWh;
  • 2 kW przez 30 minut = 1 kWh.

Rachunki za prąd i liczniki cyfrowe podają przede wszystkim zużycie w kWh, a nie moc chwilową.

kW to nie to samo co kWh

Moc stacji ładowania wynosząca 7,4 kW określa możliwą moc chwilową. Ilość energii zużytej podczas ładowania w kWh zależy również od czasu ładowania.

Spadek napięcia

Spadek napięcia to różnica napięcia między początkiem a końcem przewodu. Każdy przewód ma rezystancję, więc gdy płynie przez niego prąd, część napięcia zostaje utracona na jego długości.

W krótkim obwodzie wewnętrznym zwykle nie jest to zauważalne. Spadek napięcia ma większe znaczenie przy długich przewodach, urządzeniach dużej mocy, budynkach gospodarczych, instalacjach ogrodowych, stacjach ładowania i połączeniach z panelami fotowoltaicznymi.

Zależy przede wszystkim od:

  • długości przewodu;
  • prądu, który przez niego płynie;
  • przekroju żył;
  • materiału i warunków ułożenia przewodu.
ZmianaWpływ na spadek napięcia
Dłuższy przewódWiększy spadek napięcia
Większy prądWiększy spadek napięcia
Większy przekrój przewoduMniejszy spadek napięcia
Nieodpowiednia trasa lub obciążenieWiększe ryzyko problemów na końcu obwodu

Spadek napięcia nie jest osobnym typem przewodu

Spadek napięcia to podstawowe pojęcie. Wymagania AREI dotyczące doboru przewodu, długości, przekroju i warunków ułożenia opisano w sekcji Przewody i sposób ułożenia.

Faza, przewód neutralny i ochronny

W typowej instalacji domowej występuje przewód fazowy i przewód neutralny:

  • Faza (L) przewodzi napięcie przemienne względem przewodu neutralnego.
  • Przewód neutralny (N) zapewnia drogę powrotną prądu i idealnie znajduje się blisko potencjału ziemi.

Wiele obwodów domowych działa w układzie L + N, a w razie potrzeby ma też przewód ochronny.

Zasilanie trójfazowe (3~)

W układzie trójfazowym występują trzy przesunięte względem siebie fazy: L1, L2 i L3. Pozwala to:

  • przesyłać większą moc przy mniejszym prądzie w każdej fazie;
  • stabilnie zasilać urządzenia dużej mocy, na przykład stacje ładowania, silniki i niektóre pompy ciepła.

Zależnie od rodzaju sieci stosuje się:

  • 3 × 230 V;
  • albo 3 × 400 V + N.

Na schematach i w obliczeniach trzeba jasno wskazać, do której fazy lub faz podłączono obwód albo urządzenie.