- Conceptos básicos de cantidades.
- Relaciones lineales y de fase.
- Correlación de cantidades básicas.
- Conclusiones y video útil sobre el tema.
¡Ayuda al desarrollo del sitio, compartiendo el artículo con amigos!
Los propietarios de apartamentos, casas privadas y otros objetos electrificados a menudo se enfrentan a la cuestión de determinar los valores de cantidades eléctricas básicas, ya que no es muy fácil calcular la potencia por el amperaje admisible y el voltaje conocido o resolver el problema inverso.
La aplicación directa de la famosa ley de Ohm sin tener en cuenta las peculiaridades de las redes y los aparatos domésticos puede llevar a un resultado incorrecto.
En este artículo entenderemos qué es el poder y describiremos cómo calcular este indicador.
Conceptos básicos de cantidades.
Para la corriente eléctrica, existen dependencias conocidas entre cantidades básicas, como fuerza ( I, amperio), voltaje ( U, voltio), potencia ( P, vatio) y resistencia del circuito ( R, ohm). Usualmente, para resolver problemas reales, use los primeros tres parámetros, cada uno de los cuales en la práctica tiene sus propios matices.
Corriente electrica
El cálculo de una sección transversal suficiente de los núcleos y el valor nominal del interruptor automático para una rama particular de la red eléctrica se realiza de acuerdo con el valor de la corriente máxima para esta sección. Esto es necesario para evitar que el cableado se encienda, lo que a menudo provoca un incendio.
Los parámetros operativos de los autómatas y el RCD se seleccionan de acuerdo con los requisitos reglamentarios. Para determinar la sección transversal permitida de los núcleos en función de la intensidad de corriente máxima posible, es necesario utilizar la tabla provista por el fabricante del producto, ya que los cables se fabrican con mayor frecuencia de acuerdo con las especificaciones y no según GOST.
Teniendo el mismo etiquetado, los cables producidos de acuerdo con GOST (izquierda) y TU (derecha) difieren visualmente y en términos de sus características principales.
Dado que es posible calcular la intensidad de la corriente eléctrica por la potencia consumida por los dispositivos y la tensión de la red, es necesario determinar correctamente los valores de estos dos indicadores.
Tensión en redes domésticas.
Muchos propietarios de apartamentos creen que el voltaje estándar en la fase para las necesidades domésticas es de aproximadamente 220 V. En la mayoría de los casos, esto es cierto. Aunque según GOST 29322-2014, desde el 10 de octubre de 2015, una transición a un sistema de 230 V compatible con los países de la UE se llevaría a cabo dentro de la Federación Rusa.
Se permite una desviación del 5% de la norma para cualquier período, y del 10% para un período que no exceda de 1 hora. Por lo tanto, de acuerdo con las reglas anteriores, el valor de voltaje puede fluctuar en el rango de 198 a 242 V, y de acuerdo con el GOST actual, de 207 a 253 V.
También hay casos en los que el voltaje en la red durante mucho tiempo es significativamente más bajo que el estándar. Tal situación surge cuando la potencia total de los aparatos eléctricos conectados a una sucursal es mucho mayor que lo planeado y cuando la mayoría de ellos están encendidos, se produce una "hundimiento de la red".
Este problema surge en el área de responsabilidad de las organizaciones responsables del suministro de electricidad, y se asocia con la sobrecarga de los transformadores de distribución, el deterioro de las subestaciones o con una sección transversal insuficiente de los cables.
El voltaje de entrada reducido no solo conduce a un cambio en el parámetro actual y al posible disparo de la protección, sino también a una rápida descomposición de los dispositivos eléctricos que contienen motores eléctricos asíncronos o componentes electrónicos complejos.
Para averiguar el valor del voltaje real, es necesario tomar mediciones periódicamente con un voltímetro. Si los indicadores están "caminando", entonces es necesario usar un estabilizador o un convertidor más caro con la función de un dispositivo de almacenamiento de energía.
Los matices en el concepto de electrodomésticos.
Todos los dispositivos que consumen electricidad tienen un parámetro como la potencia. Cuanto más este indicador, más energía toma el dispositivo del circuito.
En total hay tres tipos de poder:
- Activo ( P ). Caracteriza la velocidad de transferencia de energía eléctrica a otra forma, por ejemplo, electromagnética o térmica. Debe tenerse en cuenta al calcular el costo irreversible de la electricidad y, por ende, el costo de operación del dispositivo. Unidad de medida - vatios.
- Reactivo ( Q ). Caracteriza la energía que proviene de la fuente (transformador) a los elementos reactivos del consumidor (condensadores, bobinas del motor), pero luego regresa casi instantáneamente a la fuente. Unidad de medida - W o var (transcripción - volt-amperio reactivo).
- Completa ( S ). Caracteriza la carga que el consumidor impone a los elementos de la cadena. Se utiliza en el cálculo del área de la sección transversal del cable y la selección del valor nominal de los autómatas, es decir, el cálculo de la intensidad de la corriente se realiza a partir de la potencia total de todos los aparatos eléctricos conectados al circuito. La unidad de medida es W o V * A (B * A es voltios amperios).
Todos estos parámetros se pueden recalcular a través del ángulo de fase que se produce entre el vector de voltaje y la corriente ( f ):
P = S * cos ( f );
Q = S * pecado ( f );
S 2 = P 2 + Q 2 .
Los electrodomésticos, en los que la potencia total puede exceder significativamente la activa, incluyen refrigeradores, lavadoras, lámparas fluorescentes y algunas de ahorro de energía, así como unidades de electrónica de potencia.
Los motores suelen indicar potencia activa y ratio. En este caso, la potencia total se calcula de la siguiente manera: S = P / cos (f) = 750 / 0.78 = 962 W
También hay una cosa tal como pico o potencia de arranque. El hecho es que dispersar los motores requiere mucho más esfuerzo que mantener su rotación. Por lo tanto, al encender aparatos como un refrigerador o una lavadora, hay un aumento de corto plazo en la carga en la sección del circuito.
Las corrientes de arranque pueden ser varias veces más altas que las de los trabajadores. Al calcular la sección transversal requerida de los cables y la selección del valor nominal de la máquina, se debe tener esto en cuenta.
Para hacer esto, debe determinar el dispositivo con la mayor diferencia entre la capacidad de inicio y la capacidad operativa y agregarlo al valor total. Las corrientes de arranque de otros dispositivos se pueden ignorar, ya que la probabilidad de un accionamiento simultáneo para encender los motores para diferentes consumidores es casi nula.
Relaciones lineales y de fase.
Hoy en día, la práctica de conectar objetos domésticos a redes eléctricas trifásicas se ha generalizado.
Esto se justifica por las siguientes razones:
- Consumo significativo de energía. En este caso, la introducción de una red monofásica de alta potencia será muy ineficiente debido a la gran sección del cable y al alto consumo de material del transformador.
- La presencia de dispositivos que operan en tres fases. La implementación del esquema de conexión de dicho dispositivo a un circuito monofásico no es muy simple y está plagada de interferencias que se producen, por ejemplo, cuando arranca un motor asíncrono.
Hay dos formas de conectar dispositivos trifásicos: "estrella" y "triángulo".
Diagramas esquemáticos de la transmisión de potencia en tres fases. Obtuvieron el nombre de "estrella" y "triángulo" debido a su similitud geométrica con estos objetos.
En los circuitos en estrella, las corrientes de línea y de fase son idénticas, y el voltaje de línea es 1.73 veces el voltaje de fase:
I l = I f ;
U l = 1.73 * U f .
Esta fórmula explica la relación conocida de voltajes para redes domésticas e industriales de bajo voltaje con una frecuencia de 50 Hz: 220/380 V (según el nuevo GOST: 230/400 V).
Al conectar un tipo de triángulo, por el contrario, la tensión es la misma, y las corrientes lineales son más de fase:
I l = 1.73 * I f ;
U l = U f .
Estas fórmulas solo se pueden aplicar con una carga de fase simétrica. Si el consumo de corriente sobre los cables es diferente (receptor asimétrico), los cálculos se realizan utilizando las reglas del álgebra vectorial, y la corriente de compensación resultante se compensa con el cable neutro. Sin embargo, para redes con electrodomésticos conectados, estos casos son raros.
Correlación de cantidades básicas.
El problema más común que enfrentan los consumidores comunes es calcular la fuerza actual real. Entonces, ¿cómo calcular correctamente el amperaje a partir de valores conocidos de voltaje y potencia? Es necesario resolverlo al justificar los valores de la sección transversal de los núcleos y el valor nominal del autómata, con información técnica sobre los dispositivos que se alimentarán en este circuito.
Después de calcular la corriente, a menudo elija el cable con la sección transversal más pequeña posible. Sin embargo, esto no siempre es correcto, ya que una solución de este tipo conlleva importantes limitaciones en la necesidad de agregar nuevos dispositivos a la red.
A veces es necesario realizar cálculos inversos y determinar qué potencia total puede conectarse a los dispositivos con un voltaje conocido y la intensidad de corriente máxima permitida, que está limitada por el cableado existente.
Para resolver estos dos problemas para un circuito monofásico, puede usar una fórmula simple:
I = s / u ;
S = U * I,
donde S es la potencia total total de todos los consumidores eléctricos.
Un gráfico circular que refleje la ley de Ohm y que exprese la dependencia de la potencia, la corriente, el voltaje y la resistencia es adecuado para calcular los parámetros de un circuito monofásico.
Para resolver el problema de calcular la corriente a partir de valores conocidos o calculados de potencia y voltaje en un circuito trifásico, debe conocer la carga total impuesta en cada fase.
Tanto la sección transversal necesaria de los núcleos de cable como el valor nominal mínimo permitido de la máquina se seleccionan de la línea más ocupada, considerando que:
S = 3 * máx { S 1, S 2, S 3 }.
I = S / ( U * 1.73).
La potencia permitida para cada una de las fases se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
S 1, 2, 3 <S / 3 = I * U / 1.73,
donde I es la corriente máxima permitida para el cableado existente.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Cálculo de la intensidad de corriente por potencia para la selección de la sección del cable:
Determinación de grupos de consumo de energía de aparatos eléctricos en el ejemplo de una casa privada:
El cálculo de la corriente para determinar los parámetros del cableado o determinar la potencia permitida en un circuito existente se puede realizar de forma independiente. Para la solución correcta del problema, es necesario tener en cuenta los matices que surgen en la práctica, y no solo utilizar las fórmulas conocidas que funcionan en condiciones "ideales".
Si tiene preguntas sobre el tema del artículo o puede agregar este material con información interesante, deje sus comentarios en el cuadro a continuación.