¿Planea actualizar la red eléctrica o extender una línea eléctrica adicional a la cocina para conectar una nueva estufa eléctrica? Aquí es útil un conocimiento mínimo sobre la sección transversal del conductor y el efecto de este parámetro en la potencia y el amperaje.
Acuerde que el cálculo incorrecto de la sección transversal del cable conduce a un sobrecalentamiento y cortocircuito o a gastos injustificados.
Es muy importante realizar cálculos en la etapa de diseño, ya que la falla del cableado oculto y el reemplazo posterior está cargada de costos significativos. Le ayudaremos a lidiar con las complejidades de los cálculos para evitar problemas con el funcionamiento posterior de la red eléctrica.
Para no agobiarlo con cálculos complejos, seleccionamos fórmulas comprensibles y opciones de cálculo, brindamos información en una forma accesible y le proporcionamos explicaciones a las fórmulas. Además, se agregaron fotos temáticas y materiales de video al artículo, que permiten comprender claramente la esencia del tema en consideración.
Cálculo de la sección transversal según la capacidad de los consumidores.
El objetivo principal de los conductores es la entrega de energía eléctrica a los consumidores en la cantidad requerida. Dado que los superconductores no están disponibles en condiciones normales de funcionamiento, se debe tener en cuenta la resistencia del material del conductor.
El cálculo de la sección requerida de conductores y cables en función de la potencia total de los consumidores se basa en la experiencia operativa a largo plazo.
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Diferentes tipos de cable para el dispositivo de cableado.
Diferentes espesores para conductores de uso doméstico.
Número de núcleos en varias marcas de cable.
Opciones de cable trenzado
Comenzamos el proceso de cálculo general realizando primero los cálculos usando la fórmula:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
Dónde:
- PAGS - el poder de todos los consumidores conectados a la rama calculada en vatios.
- P1, P2, PN - potencia del primer consumidor, el segundo, n-ésimo, respectivamente, en vatios.
Habiendo recibido el resultado al final de los cálculos de acuerdo con la fórmula anterior, era hora de pasar a los datos de la tabla.
Ahora debe elegir la sección requerida de acuerdo con la tabla 1.
Tabla 1. La sección transversal de los conductores de cable siempre debe seleccionarse en el lado más cercano más grande (+)
Etapa n. ° 1: cálculo de la potencia reactiva y activa
Las capacidades de los consumidores se indican en los documentos para el equipo. Por lo general, los certificados de equipo indican potencia activa junto con potencia reactiva.
Los dispositivos con un tipo activo de carga convierten toda la energía eléctrica recibida, teniendo en cuenta la eficiencia, en trabajo útil: mecánico, térmico u otra forma.
Los dispositivos con una carga activa incluyen lámparas incandescentes, calentadores, estufas eléctricas.
Para tales dispositivos, el cálculo de potencia para corriente y voltaje tiene la forma:
P = U * I,
Dónde:
- PAGS - potencia en vatios;
- U - tensión en V;
- yo - intensidad actual en A.
Los dispositivos con un tipo de carga reactiva pueden acumular energía de la fuente y luego devolverla. Tal intercambio ocurre debido al desplazamiento de la corriente sinusoidal y el voltaje sinusoidal.
En el desplazamiento de fase cero, la potencia P = U * I siempre tiene un valor positivo. Tal gráfico de las fases de corriente y voltaje está disponible para dispositivos con un tipo activo de carga (I, i es la intensidad de la corriente, U, u es el voltaje, π es el número pi igual a 3.14)
Los dispositivos de potencia reactiva incluyen motores eléctricos, dispositivos electrónicos de todos los tamaños y propósitos, y transformadores.
Cuando hay un cambio de fase entre la corriente sinusoidal y el voltaje sinusoidal, la potencia P = U * I puede ser negativa (I, i es la corriente, U, u es el voltaje, π es el número pi igual a 3.14). El dispositivo de energía reactiva devuelve la energía almacenada a la fuente
Las redes eléctricas están construidas de tal manera que pueden transmitir energía eléctrica en una dirección desde la fuente a la carga.
Por lo tanto, la energía devuelta del consumidor con una carga reactiva es parasitaria y se gasta en conductores de calefacción y otros componentes.
La potencia reactiva depende del ángulo de fase entre el voltaje y las sinusoides de corriente. El ángulo de fase se expresa en términos de cosφ.
Para encontrar la potencia máxima, usa la fórmula:
P = Q / cosφ,
Dónde Q - potencia reactiva en VA.
Por lo general, los datos del pasaporte en el dispositivo indican potencia reactiva y cosφ.
Ejemplo: en el pasaporte, el perforador muestra una potencia reactiva de 1200 VAR y cosφ = 0,7. Por lo tanto, el consumo total de energía será igual a:
P = 1200 / 0.7 = 1714 W
Si no se puede encontrar cosφ, para la gran mayoría de los electrodomésticos, cosφ puede tomarse igual a 0.7.
Etapa # 2 - la búsqueda de los coeficientes de simultaneidad y margen
K - coeficiente de simultaneidad adimensional, muestra cuántos consumidores se pueden incluir simultáneamente en la red. Raramente sucede que todos los dispositivos consuman electricidad simultáneamente.
El funcionamiento simultáneo del televisor y el centro de música es poco probable. De la práctica establecida, K puede tomarse igual a 0.8. Si planea usar todos los consumidores al mismo tiempo, K debe tomarse igual a 1.
J - factor de seguridad adimensional. Caracteriza la creación de una reserva de energía para futuros consumidores.
El progreso no se detiene, cada año se inventan nuevos y sorprendentes electrodomésticos nuevos y útiles. Para 2050, se espera que el crecimiento del consumo de electricidad alcance el 84%. Por lo general, se supone que J es de 1.5 a 2.0.
Etapa n. ° 3: realizar un cálculo geométrico
En todos los cálculos eléctricos, se toma el área de la sección transversal del conductor, la sección central. Medido en mm2.
A menudo es necesario aprender a calcular correctamente la sección transversal de un cable de acuerdo con el diámetro del cable conductor.
En este caso, hay una fórmula geométrica simple para un cable redondo monolítico:
S = π * R2 = π * D2/4, o viceversa
D = √ (4 * S / π)
Para conductores de sección transversal rectangular:
S = h * m,
Dónde:
- S - área del núcleo en mm2;
- R - radio del núcleo en mm;
- re - diámetro del núcleo en mm;
- h, m - ancho y alto, respectivamente, en mm;
- π ¿Es el número pi igual a 3.14?
Si compra un cable trenzado, en el que un conductor consiste en muchos cables trenzados de sección transversal circular, el cálculo se realiza de acuerdo con la fórmula:
S = N * D2/1,27,
Dónde norte - El número de cables en la vena.
Los alambres que se han torcido de varios alambres, en general, tienen mejor conductividad que los monolíticos. Esto se debe a las peculiaridades de la corriente que fluye a través de un conductor circular.
La corriente eléctrica es el movimiento de las mismas cargas a lo largo del conductor. Las cargas del mismo nombre repelen, por lo tanto, la densidad de distribución de carga se desplaza a la superficie del conductor.
Otra ventaja de los cables trenzados es su flexibilidad y resistencia mecánica. Los cables monolíticos son más baratos y se utilizan principalmente para instalaciones fijas.
Etapa n. ° 4: calcule la sección de potencia en la práctica
Tarea: La potencia total de los consumidores en la cocina es de 5000 vatios (lo que significa que se cuenta la potencia de todos los consumidores reactivos). Todos los consumidores están conectados a una red monofásica de 220 V y tienen alimentación de una rama.
Tabla 2. Si planea conectar consumidores adicionales en el futuro, la tabla muestra las capacidades requeridas de los electrodomésticos comunes (+)
Decisión:
Se supone que el coeficiente de simultaneidad K es igual a 0,8. La cocina es un lugar de innovación constante, no importa, un factor de seguridad de J = 2.0. La capacidad total estimada será:
P = 5000 * 0.8 * 2 = 8000 W = 8 kW
Usando el valor de la potencia de diseño, buscamos el valor más cercano en la tabla 1.
La sección transversal de conductor adecuada más cercana para una red monofásica es un conductor de cobre con una sección transversal de 4 mm.2. Tamaño de cable similar con núcleo de aluminio de 6 mm2.
Para el cableado de un solo núcleo, el diámetro mínimo será de 2.3 mm y 2.8 mm, respectivamente. En el caso de una opción multinúcleo, se suma la sección transversal de los núcleos individuales.
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Habitación con el máximo número de electrodomésticos.
Equipamiento técnico de baños y baños combinados.
Conexión de consumidores de energía
Bloque de salida para equipos de baja potencia.
La placa requiere una conexión adecuada
Línea eléctrica para lavadora
Ramas de alimentación separadas para refrigeradores
Potentes consumidores de energía en baños y baños.
Cálculo de la sección transversal actual
Los cálculos de la sección transversal requerida para la corriente y la potencia de los cables y alambres presentarán resultados más precisos. Dichos cálculos permiten evaluar el efecto general de varios factores en los conductores, incluida la carga térmica, la marca del cable, el tipo de junta, las condiciones de funcionamiento, etc.
El cálculo completo se realiza durante los siguientes pasos:
- selección de poder de todos los consumidores;
- cálculo de corrientes que pasan por el conductor;
- selección de una sección transversal adecuada según las tablas.
Para esta versión del cálculo, se toma la potencia actual de los consumidores con voltaje sin tener en cuenta los factores de corrección. Se tendrán en cuenta al sumar la fuerza actual.
Etapa n. ° 1: cálculo de la intensidad actual mediante las fórmulas
Para aquellos que han olvidado el curso de física de la escuela, ofrecemos las fórmulas básicas en forma de diagrama gráfico como una hoja de trucos visual:
La "Rueda clásica" demuestra la interconexión de fórmulas y la interdependencia de las características de la corriente eléctrica (I - intensidad de corriente, P - potencia, U - voltaje, R - radio del núcleo)
Escribamos la dependencia de la intensidad de corriente I de la potencia P y el voltaje de línea U:
I = P / Ul,
Dónde:
- yo - intensidad actual, tomada en amperios;
- PAGS - potencia en vatios;
- Ul - tensión de línea en voltios.
El voltaje lineal en el caso general depende de la fuente de alimentación; puede ser monofásico y trifásico.
La relación del voltaje lineal y de fase:
- Ul = U * cosφ en caso de tensión monofásica.
- Ul = U * √3 * cosφ en caso de tensión trifásica.
Para los consumidores eléctricos domésticos, se toma cosφ = 1, por lo que el voltaje lineal se puede reescribir:
- Ul = 220 V para tensión monofásica.
- Ul = 380 V para tensión trifásica.
A continuación, resumimos todas las corrientes consumidas por la fórmula:
I = (I1 + I2 + ... IN) * K * J,
Dónde:
- yo - intensidad de corriente total en amperios;
- I1..IN - fuerza actual de cada consumidor en amperios;
- K - coeficiente de simultaneidad;
- J - factor de seguridad.
Los coeficientes K y J tienen los mismos valores que se usaron para calcular la potencia total.
Puede haber un caso cuando en una red trifásica una corriente de fuerza desigual fluye a través de diferentes conductores de fase.
Esto sucede cuando los consumidores monofásicos y trifásicos están conectados a un cable trifásico simultáneamente. Por ejemplo, una máquina trifásica y una iluminación monofásica están alimentadas.
Surge una pregunta natural: ¿cómo se calcula la sección transversal de un cable trenzado en tales casos? La respuesta es simple: los cálculos se realizan para el conductor más cargado.
Etapa # 2: elegir una sección adecuada de acuerdo con las tablas
En las reglas para la operación de instalaciones eléctricas (PES), se dan varias tablas para elegir la sección de núcleo de cable requerida.
La conductividad del conductor depende de la temperatura. Para conductores metálicos, la resistencia aumenta al aumentar la temperatura.
Cuando se supera un cierto umbral, el proceso se vuelve autosuficiente: cuanto mayor es la resistencia, mayor es la temperatura, mayor es la resistencia, etc. hasta que el conductor se queme o provoque un cortocircuito.
Las siguientes dos tablas (3 y 4) muestran la sección transversal de los conductores según las corrientes y el método de instalación.
Tabla 3. Primero, debe elegir el método de tendido de los cables, depende de qué tan eficientemente tenga lugar el enfriamiento (+)
El cable difiere del cable en que todos los cables con su propio aislamiento en el cable están retorcidos en un paquete y encerrados en una cubierta aislante común. En este artículo se escriben más detalles sobre las diferencias y los tipos de productos de cable.
Tabla 4.Se indica un método abierto para todos los valores de la sección transversal de los conductores, sin embargo, en la práctica, las secciones transversales por debajo de 3 mm2 no se colocan abiertamente por razones de resistencia mecánica (+)
Cuando se usan tablas, los siguientes factores se aplican a la corriente continua permitida:
- 0.68 si 5-6 vivieron;
- 0,63 si vivían 7-9;
- 0.6 si 10-12 vivieron.
Los coeficientes decrecientes se aplican a los valores actuales de la columna "abierta".
Los conductores de puesta a tierra y cero no están incluidos en el número de conductores.
De acuerdo con los estándares PES, la elección de la sección transversal del núcleo cero para la corriente continua permitida se realiza como mínimo al 50% del núcleo de fase.
Las siguientes dos tablas (5 y 6) muestran la dependencia de la corriente continua permitida al colocarla en el suelo.
Tabla 5. Dependencias de corriente continua permitidas para cables de cobre cuando se colocan en aire o tierra
La carga actual cuando se abre y cuando se profundiza en el suelo es diferente. Se toman iguales si el tendido en el suelo se realiza con bandejas.
Tabla 6. Dependencias de corriente continua permitidas para cables de aluminio cuando se colocan en aire o tierra
La siguiente tabla (7) se aplica a la disposición de las líneas temporales de suministro de electricidad (transporte, si es para uso privado).
Tabla 7. Corriente continua permitida cuando se utilizan cables de manguera portátiles, cables de manguera y mina portátiles, reflectores, cables portátiles flexibles. Solo se utilizan conductores de cobre.
Al tender cables en el suelo, además de las propiedades de eliminación de calor, es necesario tener en cuenta la resistividad, que se refleja en la siguiente tabla (8):
Tabla 8. Factor de corrección según el tipo y la resistividad del suelo para la corriente continua permisible, al calcular la sección transversal del cable (+)
Cálculo y selección de conductores de cobre hasta 6 mm.2 o aluminio hasta 10 mm2 conducido como para corriente continua.
En caso de grandes secciones transversales, es posible aplicar un factor de reducción:
0.875 * √Tpv
Dónde Tpv - la relación entre la duración de la inclusión y la duración del ciclo.
La duración de la inclusión se toma del cálculo de no más de 4 minutos. En este caso, el ciclo no debe exceder los 10 minutos.
Al elegir un cable para cablear la electricidad en una casa de madera, se presta especial atención a su resistencia al fuego.
Etapa n. ° 3: cálculo de la sección transversal del conductor de corriente utilizando un ejemplo
Tarea: calcule la sección transversal requerida del cable de cobre para la conexión:
- Máquina de carpintería trifásica de 4000 W;
- Máquina de soldadura trifásica de 6000 W;
- electrodomésticos en la casa con una capacidad total de 25,000 vatios;
La conexión se realizará mediante un cable de cinco hilos (conductores trifásicos, uno cero y uno a tierra) tendido en el suelo.
El aislamiento de los productos de cable se calcula sobre un valor específico de la tensión de funcionamiento. Cabe señalar que el voltaje operativo del fabricante de su producto debe ser mayor que el voltaje en la red
Decisión.
Paso 1. Calculamos el voltaje lineal de una conexión trifásica:
Ul = 220 * √3 = 380 V
Paso 2. Los electrodomésticos, las máquinas herramienta y las máquinas de soldar tienen potencia reactiva, por lo que la potencia de la maquinaria y el equipo será:
PAGSaquellos = 25000 / 0.7 = 35700 W
PAGSRdo = 10000 / 0.7 = 14300 W
Paso 3. Corriente requerida para conectar electrodomésticos:
yoaquellos = 35700/220 = 162 A
Paso 4. Corriente requerida para conectar el equipo:
yoRdo = 14300/380 = 38 A
Paso 5. La corriente requerida para conectar electrodomésticos se calcula en función del cálculo de una fase. Por la condición del problema, hay tres fases. En consecuencia, la corriente se puede distribuir en fases. Por simplicidad, asumimos una distribución uniforme:
yoaquellos = 162/3 = 54 A
Paso 6. Corriente por fase:
yoF = 38 + 54 = 92 A
Paso 7. Los equipos y electrodomésticos no funcionarán al mismo tiempo, excepto que tendremos un margen igual a 1.5. Después de aplicar los factores de corrección:
yoF = 92 * 1.5 * 0.8 = 110 A
Paso 8 Aunque el cable contiene 5 núcleos, solo se tienen en cuenta los núcleos trifásicos.Según la tabla 8, en una columna de un cable de tres núcleos en el suelo, encontramos que una corriente de 115 A corresponde a una sección transversal de un núcleo de 16 mm2.
Paso 9. Según la tabla 8, aplicamos el factor de corrección según las características de la tierra. Para un tipo de tierra normal, el coeficiente es 1.
Paso 10. Opcional, calcule el diámetro del núcleo:
D = √ (4 * 16 / 3.14) = 4.5 mm
Si el cálculo se realizó solo por potencia, sin tener en cuenta las características del cable, la sección transversal del núcleo será de 25 mm2. El cálculo de la intensidad actual es más complicado, pero a veces ahorra mucho dinero, especialmente cuando se trata de cables de alimentación de varios núcleos.
La relación entre voltaje y corriente se puede encontrar con más detalle aquí.
Cálculo de caída de voltaje
Cualquier conductor, excepto los superconductores, tiene una resistencia. Por lo tanto, con una longitud de cable o cable suficiente, se produce una caída de voltaje.
Los estándares PES requieren que la sección transversal del núcleo del cable sea tal que la caída de voltaje no sea superior al 5%.
Tabla 9. Resistividad de conductores metálicos comunes (+)
Esto se relaciona principalmente con cables de baja tensión de sección transversal pequeña.
El cálculo de la caída de voltaje es el siguiente:
R = 2 * (ρ * L) / S,
Ualmohadilla = I * R,
U% = (Ualmohadilla / Ulin) * 100,
Dónde:
- 2 - coeficiente debido al hecho de que la corriente fluye necesariamente en dos núcleos;
- R - resistencia del conductor, Ohm;
- ρ - resistencia específica del conductor, Ohm * mm2/ m;
- S - sección del conductor, mm2;
- Ualmohadilla - caída de tensión, V;
- U% - caída de tensión con respecto a Ulin,%.
Usando fórmulas, puede realizar independientemente los cálculos necesarios.
Llevar ejemplo de cálculo
Tarea: calcule la caída de voltaje para un cable de cobre con una sección transversal de un núcleo de 1.5 mm2. Se necesita un cable para conectar una máquina de soldadura eléctrica monofásica con una potencia total de 7 kW. Longitud del cable 20 m.
Si desea conectar una máquina de soldar doméstica a la rama principal, debe tener en cuenta la situación para la que está diseñado el cable. Es posible que la potencia total de los dispositivos operativos sea mayor. La mejor opción es conectar a los consumidores con sucursales individuales.
Decisión:
Paso 1. Calculamos la resistencia del alambre de cobre usando la tabla 9:
R = 2 * (0.0175 * 20) / 1.5 = 0.47 Ohm
Paso 2. Corriente que fluye a lo largo del conductor:
I = 7000/220 = 31.8 A
Paso 3. Caída de voltaje en el cable:
Ualmohadilla = 31.8 * 0.47 = 14.95 V
Paso 4. Calculamos el porcentaje de caída de voltaje:
U% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
Conclusión: para conectar la máquina de soldar, se requiere un conductor con una gran sección transversal.
El cálculo de la sección transversal del conductor de acuerdo con las fórmulas:
Recomendaciones de especialistas en la selección de productos de cable y alambre:
Los cálculos anteriores son válidos para conductores de cobre y aluminio para uso industrial. Para otros tipos de conductores, la transferencia de calor total se calcula previamente.
En base a estos datos, la corriente máxima capaz de fluir a través del conductor se calcula sin causar un calentamiento excesivo.
Si tiene alguna pregunta sobre la metodología para calcular la sección transversal del cable o si desea compartir su experiencia personal, deje comentarios en este artículo. El cuadro de comentarios se encuentra a continuación.