Kalkulator Kuasa Elektrik

Empat hubungan utama menghubungkan kuasa (P dalam watt), voltan (V dalam volt), arus (I dalam amp), dan rintangan (R dalam ohm):

• P = V × I
• P = I²R
• P = V²/R
• V = IR (hukum Ohm)

Mengetahui mana-mana dua nilai membolehkan anda mengira dua nilai yang lain. Mentol lampu 60 watt pada 120V menarik I = 60/120 = 0.5 amp dengan rintangan R = 120/0.5 = 240 ohm.

Untuk litar DC, formula ini adalah mudah. Untuk litar AC, faktor kuasa (PF) mempengaruhi hubungan tersebut: kuasa sebenar (watt) = V × I × PF. Motor yang menarik 10 amp pada 240V dengan faktor kuasa 0.85 menggunakan 240 × 10 × 0.85 = 2,040 watt kuasa sebenar, walaupun ia kelihatan menarik 2,400 VA (volt-ampere) daripada bekalan utiliti.

Litar kediaman standard AS: 15A pada 120V menyediakan kapasiti maksimum 1,800 watt, 20A pada 120V menyediakan 2,400 watt, dan 30A pada 240V menyediakan 7,200 watt.

NEC mengesyorkan beban litar tidak melebihi 80% daripada kadar pemutus litar untuk beban berterusan (beroperasi lebih dari 3 jam): litar 15A tidak sepatutnya menarik lebih daripada 12A (1,440 watt) secara berterusan.

Beban peralatan elektrik biasa:

• ketuhar gelombang mikro 1,000-1,500W
• pengering rambut 1,200-1,800W
• pembakar roti 800-1,500W
• peti sejuk 100-400W (semasa beroperasi)
• penyaman udara tingkap 500-1,500W
• pengering pakaian elektrik 4,000-5,500W (memerlukan litar 30A 240V)
• dapur elektrik 8,000-12,000W (memerlukan litar 40-50A 240V)

Melebihi kapasiti litar menyebabkan pemutus litar terpelantik — ciri keselamatan untuk mengelakkan pemanasan melampau pada wayar dan kebakaran.

Tenaga (kilowatt-jam) = kuasa (watt) × masa (jam) / 1,000. Kos = kWh × kadar elektrik. Pemanas ruang 1,500W yang beroperasi 8 jam sehari menggunakan 12 kWh/hari, bernilai $1.44/hari pada kadar $0.12/kWh ($43.20/bulan).

Kuasa sedia ada (beban hantu) daripada peralatan elektronik dalam mod sedia ada menggunakan 5-10% daripada tenaga elektrik kediaman:

• TV dalam mod sedia ada menggunakan 5-15W
• konsol permainan 10-25W
• dekoder TV kabel 15-30W

Secara keseluruhan, beban hantu ini menelan kos $100-200 setahun bagi sebuah rumah purata.

Mentol LED telah merevolusikan kos pencahayaan: mentol LED 10W menghasilkan cahaya yang sama seperti mentol pijar 60W, menjimatkan $8-10/tahun bagi setiap mentol pada penggunaan purata. Menggantikan 30 mentol pijar menjimatkan kos elektrik sebanyak $250-300 setahun.

Untuk mengira kuasa elektrik, darabkan voltan dengan arus: P = V × I, di mana P ialah kuasa dalam watt (W), V ialah voltan dalam volt (V), dan I ialah arus dalam ampere (A). Bagi litar 120 V yang menarik arus 5 A, kuasanya ialah P = 120 × 5 = 600 W.

Menggunakan hukum Ohm (V = I × R) — yang boleh diselesaikan oleh kalkulator hukum Ohm kami untuk sebarang pemboleh ubah yang hilang — dua bentuk setara muncul: P = I² × R dan P = V² / R. Bagi litar AC, darabkan dengan faktor kuasa: P = V × I × PF.

Menurut HyperPhysics dari Georgia State University, satu watt bersamaan dengan satu jul tenaga yang dipindahkan setiap saat, menjadikan kuasa sebagai kadar penghantaran tenaga mengikut masa dalam mana-mana litar elektrik.

Unit SI bagi kuasa elektrik ialah watt (W), yang ditakrifkan oleh BIPM sebagai satu jul setiap saat (1 W = 1 J/s), yang juga bersamaan dengan satu volt-ampere dalam litar DC (1 W = 1 V × 1 A). Nama watt diambil sempena James Watt dan merupakan unit terbitan SI, menurut NIST.

Gandaan biasa termasuklah kilowatt (1 kW = 1,000 W) dan megawatt (1 MW = 1,000,000 W). Unit berkaitan termasuk volt-ampere (VA) untuk kuasa ketara dan volt-ampere reaktif (VAR) untuk kuasa reaktif dalam sistem AC.

Sebaliknya, tenaga diukur dalam jul atau kilowatt-jam (1 kWh = 3.6 megajul), mencerminkan kuasa yang dihantar mengikut masa.

Untuk mencari arus daripada kuasa dan voltan, susun semula P = V × I menjadi I = P ÷ V. Alat elektrik 1,500 W pada bekalan 120 V menarik arus I = 1,500 ÷ 120 = 12.5 A.

Bagi litar AC, bahagikan dengan kedua-dua voltan dan faktor kuasa: I = P ÷ (V × PF). Beban 1,500 W yang sama pada PF 0.9 menarik arus 1,500 ÷ (120 × 0.9) ≈ 13.9 A.

Inilah sebabnya alat berkuasa tinggi seperti ketuhar dan pengecas kenderaan elektrik (EV) beroperasi pada 240 V — menggandakan voltan memotong separuh arus, membolehkan pengalir yang lebih nipis dan pemanasan rintangan yang lebih rendah. Kursus kejuruteraan elektrik Khan Academy menjelaskan bagaimana pengiraan arus ini menjadi asas kepada pemilihan tolok wayar dan pemutus litar yang selamat.

Dalam litar AC, tiga kuantiti kuasa membentuk segi tiga kuasa:

• kuasa sebenar (P, dalam watt) — P = V × I × cosφ melakukan kerja sebenar
• kuasa ketara (S, dalam volt-ampere) — S = V × I ialah jumlah kuasa yang ditarik
• kuasa reaktif (Q, dalam volt-ampere reaktif) — Q = V × I × sinφ memindahkan tenaga ulang-alik antara sumber dengan beban induktif atau kapasitif

Kuantiti ini dihubungkan melalui S² = P² + Q². Bagi beban 230 V, 10 A pada PF 0.85, P = 1,955 W, S = 2,300 VA, dan Q = √(2,300² − 1,955²) ≈ 1,211 VAR.

IEC mengelaskan piawaian definisi ini untuk pengukuran kuasa yang konsisten di seluruh dunia.

Bagi sistem tiga fasa seimbang yang menggunakan nilai talian, kuasa sebenar ialah P = √3 × V_L × I_L × PF, di mana V_L ialah voltan talian-ke-talian, I_L ialah arus talian, dan √3 ≈ 1.732. Motor tiga fasa 400 V yang menarik 20 A pada faktor kuasa 0.9 menghasilkan P = 1.732 × 400 × 20 × 0.9 ≈ 12,470 W (12.47 kW).

Faktor √3 wujud kerana kuantiti talian dan fasa berbeza sebanyak 30° dalam sistem seimbang. Agihan tiga fasa mengalirkan jauh lebih banyak kuasa bagi setiap pengalir berbanding satu fasa, itulah sebabnya IEEE mengesyorkannya untuk motor industri dan jentera berat.

Kuasa ketara mengikut bentuk yang sama tanpa faktor kuasa: S = √3 × V_L × I_L.

Pengiraan kuasa elektrik menjadi panduan dalam keputusan harian dan industri:

• Juruelektrik menentukan saiz wayar dan pemutus litar dengan mencari arus beban terlebih dahulu menggunakan I = P ÷ V, kemudian merujuk jadual keupayaan membawa arus (ampacity).
• Pemilik rumah menganggarkan kos pengoperasian dengan menukar kuasa kepada tenaga: pemanas 1,500 W yang digunakan 8 jam sehari mengguna 12 kWh harian.
• Jurutera yang menentukan spesifikasi penjana menentukan saiz dalam kVA dan bukannya kW kerana kuasa ketara menentukan kadaran pengalir dan penjana.
• Pemasang panel solar menukar output panel dalam watt kepada jangkaan kWh menggunakan waktu sinaran matahari tempatan.
• Pengendali pusat data memantau kuasa dalam kilowatt setiap rak untuk merancang sistem pendinginan.

Encyclopaedia Britannica menyatakan bahawa mengkuantiti kuasa elektrik dengan cara ini telah menjadi teras reka bentuk grid sejak sistem agihan AC terawal.

Kesilapan yang paling kerap berlaku semasa mengira kuasa elektrik termasuklah:

• Keliru antara watt (kuasa sebenar) dengan volt-ampere (kuasa ketara) dalam litar AC dan mengabaikan faktor kuasa — sentiasa gunakan P = V × I × PF untuk AC.
• Lupa faktor √3 dalam sistem tiga fasa, yang mengurangkan anggapan kuasa sebanyak kira-kira 42%.
• Mencampuradukkan unit (membiarkan kuasa dalam kW manakala voltan dalam V) memesongkan keputusan arus sebanyak faktor 1,000, jadi tukarkan kW kepada W terlebih dahulu.
• Menggunakan formula DC pada beban AC reaktif, mengabaikan sudut fasa.
• Menentukan saiz pemutus litar mengikut beban puncak dan bukannya 125% daripada beban berterusan seperti yang disyorkan oleh NEC.

Panduan NIST menekankan kepentingan menjejak unit tepat bagi setiap kuantiti untuk mengelakkan kesilapan magnitud yang besar ini.

Faktor kuasa (PF) ialah nisbah kuasa sebenar (watt) kepada kuasa ketara (volt-ampere), bernilai antara 0 hingga 1. PF 1.0 bermakna voltan dan arus berada dalam fasa yang sempurna dan setiap volt-ampere melakukan kerja yang berguna; PF 0.7 bermakna hanya 70% yang berbuat demikian.

Beban induktif seperti motor dan pengubah (transformer) menurunkan PF, memaksa syarikat pembekal tenaga membekalkan arus tambahan yang tidak menghasilkan kerja yang boleh dibilkan. Banyak syarikat pembekal mengenakan caj tambahan apabila PF industri jatuh di bawah kira-kira 0.9.

Memperbaiki PF dengan bank kapasitor meningkatkan nilainya mendekati 1 (uniti), mengurangkan sedutan arus dan kerugian. Menurut IEC, menambah baik faktor kuasa daripada 0.7 kepada 0.95 mengurangkan arus talian bagi kuasa sebenar yang sama sebanyak kira-kira 26%.