Električna snaga

Dalekovodni stupovi predviđeni za nošenje i zatezanje dalekovoda.

Presjek kroz indukcijski ili asinkroni elektromotor.

Električna žarulja.

Primjer peći s električnim otporom.

Ako se grafički s pomoću dužina prikažu djelatna snaga P = UIcos φ i S = UI, te veličine zatvaraju kut φ, pa se dužinom Q = UIsin φ može sastaviti pravokutan trokut u kojem je jalova snaga veličina okomita na djelatnu snagu.

Električna snaga (oznaka P) je brzina promjene električne energije W s vremenom t. Ako je tok energije stalan, električna se snaga može iskazati količnikom:

$P={\frac {W}{t}}$

Kako je električna energija razmjerna električnom naponu U, jakosti električne struje I i vremenu t, ona je pri stalnoj istosmjernoj struji:

$W=U\cdot I\cdot t$

a iz toga slijedi da je električna snaga jednaka umnošku električnoga napona i električne struje:

$P=U\cdot I$

Mjerna jedinica električne snage je umnožak volta i ampera, koji se naziva vat (W). Električna snaga izvora jednaka je brzini kojom će se u izvoru pretvorbom stvarati električna energija, a snaga trošila brzina je kojom će u trošilu električna energija obavljati rad. Zato se snaga trošila može izraziti i kao brzina obavljanja rada. Posebno za elektrotermička trošila, kojima je glavno obilježje djelatni (takozvani omski) električni otpor R. Primjenom Ohmova zakona za istosmjernu struju može se dobiti da je snaga trošila:

$P={I^{2}}\cdot R={\frac {U^{2}}{R}}$

Snaga izmjenične struje

Podrobniji članak o temi: Izmjenična električna struja

Snaga istosmjerne struje jednaka je umnošku njene jakosti I i napona U, to jest:

$P=U\cdot I$

To isto vrijedi i za izmjeničnu struju ako je jakost i napon u fazi, to jest φ = 0. Ta najveća snaga izmjenične struje, to jest:

$P_{z}=U\cdot I$

zove se prividna snaga. Ako struja i napon nisu u fazi, te je 0° < φ < 90°, onda je stvarna ili djelatna snaga manja od prividne, pa njena veličina ovisi o faznom pomaku φ između jakosti i napona. U tom je slučaju djelatna snaga izmjenične struje:

$P=U\cdot I\cdot \cos \phi$

Omjer između djelatne P i prividne P_z zove se faktor snage ili kosinus φ, pa je:

$\cos \phi ={\frac {P}{P_{z}}}={\frac {P}{U\cdot I}}$

Ako je fazni pomak φ = 90°, onda je snaga izmjenične struje jednaka nuli. Ta snaga koja ne vrši nikakav rad zove se jalova snaga.

Nazivna snaga

Nazivna snaga je snaga za koju je električni uređaj konstruiran (dimenzioniran) kako bi uz nju trajno radio (nazivno stalno opterećenje). Kratkotrajno preopterećenje je vrijeme u kojem uređaj može biti podvrgnut opterećenju višemu od nazivnoga bez opasnosti od oštećenja. Kod poluvodičkih elektroničkih elemenata i sklopova (dioda, tranzistor, pojačalo, pretvornik; integrirani sklop), je statička i dinamička opteretivost, što odgovara snazi, ovisna o mikroenergijskome rasporedu.

Pri izmjeničnoj električnoj struji električna je snaga promjenljiva, a njezina trenutačna vrijednost jednaka je umnošku trenutačnih vrijednosti električnog napona i struje. Za sinusne je struje snaga:

$P=U\cdot I\cdot \cos \phi$

gdje su: U i I efektivne vrijednosti napona i struje, a φ kut faznoga pomaka, pa je cos φ faktor snage, koji ovisi o vrsti trošila priključenoga na izvor napona.

Na grafičkom prikazu sinusne izmjenične struje, umnoškom vrijednosti sinusoide napona i sinusoide struje dobije se krivulja trenutačnih vrijednosti snage. Vrijednosti električne snage mjenjaju se dvostruko brže od frekvencije izmjenične struje. Ovisno o kutu faznoga pomaka φ, razlikovat će se položaj krivulje trenutačnih vrijednosti snage prema vremenskoj osi koordinatnoga sustava. Tri su svojstvena položaja: za omski otpornik φ = 0, za idealnu električnu zavojnicu φ = 90° te za stvarno trošilo, na primjer električni motor, 0 < φ < 90°. Krivulja snage za kut faznog pomaka φ = 0 ima samo pozitivne ordinate, a za φ ≠ 0 ima i pozitivne i negativne ordinate. Posebno, krivulja snage čisto jalovog trošila (induktivnoga: φ = 90°, ili kapacitivnoga: φ = – 90°) simetrična je s obzirom na vodoravnu os koordinatnog sustava, što znači da joj je negativna polovica jednaka pozitivnoj.

Površina što je zatvara krivulja snage s vremenskom osi predstavlja električnu energiju, jer je to umnožak snage i vremena. Za kut faznog pomaka φ = 0 sva je energija pozitivna, što znači da se u toplinskom trošilu (otporniku) sva energija iz izvora pretvara u toplinu. Za φ = 90° energija je u jednoj polovici perioda toliko pozitivna koliko je u drugoj negativna, pa je ukupna utrošena energija jednaka nuli, uz cos 90° = 0 slijedi P = UIcos φ = 0. Sinusna struja, koja je prema naponu vremenski pomaknuta za jednu četvrtinu perioda T, što odgovara faznomu kutu od 90°, naziva se jalovom strujom, jer ne obavlja koristan rad. Ako je 0 < φ < 90°, tada je dio energije predan trošilu veći nego dio što se vraća u izvor, to jest energija u trošilu pretvorena je u neki koristan rad. Srednja se snaga, a time i dio energije pretvoren u rad, smanjuje ako se fazni pomak povećava.

Djelatna snaga

Djelatna snaga ili aktivna snaga je snaga o kojoj ovisi rad trošila. Dana je izrazom:

$P=U\cdot I\cdot \cos \phi$

Umnožak električnog napona i struje kojim je iskazana ukupna energijska moć izvora za obavljanje rada postaje pokaznikom energije tek kada se pomnoži faktorom snage cos φ.

Prividna snaga

Prividna snaga je umnožak efektivnih vrijednosti električnog napona i električne struje i određena je izrazom:

$S=U\cdot I$

i obično se mjeri jedinicom voltamper (VA = W).

Jalova snaga

Jalova snaga ili reaktivna snaga je snaga koja ne sudjeluje u korisnom radu trošila, a potrebna je u elektroenergetskoj mreži za postizanje promjenljivoga magnetskog polja koje u svojem radu koriste električni strojevi izmjenične struje (električni motori, transformatori i prigušnice). Određena je izrazom:

$Q=U\cdot I\cdot \sin \phi$

a mjeri se iznimno dopuštenom jedinicom var (var = W). Budući da kod prijenosa električne energije jalovi dio opterećuje mrežu, treba ga održavati na najnižim mogućim vrijednostima. U uređajima za kompenzaciju jalove snage, najčešće energetskim kondenzatorima, koristi se pojava međusobnog poništavanja induktivne i kapacitivne jalove snage. Ako se grafički s pomoću dužina prikažu djelatna snaga P = UIcos φ i S = UI, te veličine zatvaraju kut φ, pa se dužinom Q = UIsin φ može sastaviti pravokutan trokut u kojem je jalova snaga veličina okomita na djelatnu snagu.

Snaga višefaznih sustava

Podrobniji članak o temi: Višefazni sustav

Snaga višefaznih sustava jednaka je zbroju snaga pojedinih faza. Za simetrično opterećeni trofazni sustav sve su tri snage jednake, pa je djelatna snaga, izražena faznim f, odnosno linijskim l naponima i strujama, određena izrazom:

$P=3\cdot U_{f}\cdot I_{f}\cdot \cos \phi ={\sqrt {3}}\cdot U_{l}\cdot I_{l}\cdot \cos \phi$

Na jednak se način mogu odrediti prividna i jalova snaga takva sustava.