¿Está planeando modernizar la red eléctrica o adicionalmente extender la línea eléctrica a la cocina para conectar la nueva estufa eléctrica? Este será un conocimiento mínimo útil de la sección transversal del conductor y el efecto de este parámetro en la potencia y la intensidad de la corriente.
Acuerde que el cálculo incorrecto de la sección transversal del cable conduce al sobrecalentamiento y al cortocircuito oa costos innecesarios.
Es muy importante realizar cálculos en la etapa de diseño, ya que la falla del cableado oculto y el reemplazo posterior se asocian con costos significativos. Le ayudaremos a lidiar con las complejidades de los cálculos, para evitar problemas en el funcionamiento de las redes eléctricas.
Para no sobrecargarlo con cálculos complejos, seleccionamos fórmulas claras y opciones computacionales, brindamos información en una forma accesible y explicamos las fórmulas. Además, se agregaron fotos temáticas y materiales de video al artículo, lo que permite comprender visualmente la esencia del tema en cuestión.
Cálculo de la sección transversal de los consumidores de energía.
El objetivo principal de los conductores es el suministro de energía eléctrica a los consumidores en la cantidad requerida. Dado que los superconductores no están disponibles en condiciones normales de funcionamiento, es necesario tener en cuenta la resistencia del material del conductor.
El cálculo de la sección transversal requerida de conductores y cables en función de la potencia total de los consumidores se basa en una larga experiencia operativa.
La sección transversal del cable es uno de los valores básicos al seleccionarlo para un dispositivo de cableado. 
La sección transversal determina qué corriente de potencia puede conducir el cable sin sobrecalentarse debido al exceso de potencia 
La base del cable es un conductor de cobre de un solo cable o de varios cables, que en sección transversal puede ser redondo, triangular o rectangular. 
Si hay más de dos venas en el conductor, entonces están torcidas con mayor frecuencia. La sección transversal nominal de los productos multinúcleo es la suma de las secciones transversales de todas las venas existentes.
Comenzamos el curso general de cálculos realizando los cálculos primero utilizando la fórmula:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
Donde
- P es el poder de todos los consumidores conectados a la sucursal calculada en vatios.
- P1, P2, PN : potencia del primer consumidor, segundo, n-th, respectivamente, en vatios.
Una vez obtenido el resultado al final de los cálculos utilizando la fórmula anterior, fue el turno de pasar a los datos tabulares.
Ahora tenemos que elegir la sección necesaria en la tabla 1.
Tabla 1. La sección transversal de los cables siempre es necesaria para elegir el lado grande más cercano (+)
Etapa # 1 - cálculo de potencia reactiva y activa
Las capacidades de los consumidores se enumeran en los documentos para el equipo. Por lo general, en los pasaportes del equipo se indica la potencia activa, junto con la potencia reactiva.
Los dispositivos con un tipo activo de carga transforman toda la energía eléctrica recibida, teniendo en cuenta la eficiencia, en trabajo útil: mecánico, térmico u otro tipo de energía.
Los dispositivos con carga activa incluyen lámparas incandescentes, calentadores, estufas eléctricas.
Para tales dispositivos, el cálculo de la potencia por corriente y voltaje es:
P = U * I,
Donde
- P - potencia en W;
- U es la tensión en V;
- I - actual en A.
Los dispositivos con un tipo de carga reactiva pueden acumular energía de la fuente y luego regresar. Dicho intercambio tiene lugar debido al desplazamiento de la corriente sinusoidal y la tensión 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 tiene dispositivos con un tipo de carga activa (I, i es la corriente, U, u es el voltaje, π es el número pi, igual a 3.14)
Los dispositivos con potencia reactiva incluyen motores eléctricos, dispositivos electrónicos de todos los tamaños y propósitos, transformadores.
Cuando hay un cambio de fase entre una sinusoide de corriente y una sinusoide de voltaje, 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). Un dispositivo con potencia reactiva devuelve la energía almacenada a la fuente
Las redes eléctricas se construyen de tal manera que pueden producir la transmisión de energía eléctrica en una dirección desde la fuente hasta la carga.
Por lo tanto, la energía devuelta del consumidor con carga reactiva es parásita y se gasta en conductores de calefacción y otros componentes.
La potencia reactiva depende del ángulo de desplazamiento de fase entre la tensión y la corriente sinusoidal. El ángulo de fase se expresa en términos de cosφ.
Para encontrar el poder completo aplica la fórmula:
P = P p / cosφ,
Donde P p - potencia reactiva en vatios.
Por lo general, en los datos del pasaporte en el dispositivo indica la potencia reactiva y cosφ.
Ejemplo : en el pasaporte del perforador, la potencia reactiva es de 1200 W y cosφ = 0.7. En consecuencia, el consumo total de energía será igual a:
P = 1200 / 0.7 = 1714 W
Si no se pudo encontrar cosφ, para la gran mayoría de los electrodomésticos, el cosφ se puede tomar como 0.7.
Etapa # 2 - búsqueda de ratios de simultaneidad y margen
K, el coeficiente de simultaneidad sin dimensiones, muestra cuántos consumidores pueden conectarse simultáneamente a la red. Raramente sucede que todos los dispositivos consumen simultáneamente electricidad.
El funcionamiento simultáneo de un televisor y un centro de música es poco probable. De la práctica establecida, K puede tomarse igual a 0.8. Si planea utilizar 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 inventó todos los nuevos electrodomésticos increíbles y útiles. Se espera que para 2050 el crecimiento del consumo eléctrico sea del 84%. Normalmente se asume que J es de 1.5 a 2.0.
Etapa # 3 - realizar el cálculo por el método geométrico
En todos los cálculos eléctricos, se toma el área de la sección transversal del conductor: la sección del núcleo. Medido en mm 2 .
A menudo es necesario aprender a calcular correctamente la sección transversal del cable en el diámetro del cable conductor.
En este caso, existe una fórmula geométrica simple para un alambre monolítico de sección transversal circular:
S = π * R 2 = π * D 2/4, o viceversa
D = √ (4 * S / π)
Para conductores rectangulares:
S = h * m,
Donde
- S es el área del núcleo en mm 2 ;
- R es el radio del núcleo en mm;
- D es el diámetro del núcleo en mm;
- h, m - ancho y alto, respectivamente, en mm;
- π es pi, igual a 3.14.
Si adquiere un cable multinúcleo, en el que un conductor consiste en un conjunto de cables redondos trenzados, el cálculo se realiza de acuerdo con la fórmula:
S = N * D 2 / 1.27,
Donde N es el número de cables en una vena.
Los cables que se han retorcido de varios cables de una vena, en general, tienen la mejor conductividad que los monolíticos. Esto se debe a las peculiaridades del flujo de corriente a través de un conductor circular.
La corriente eléctrica es el movimiento de cargas similares a lo largo de un conductor. Las cargas iguales se repelen entre sí, 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 la instalación fija.
Etapa # 4: calcular la sección de potencia en la práctica
Tarea : la potencia total de los consumidores en la cocina es de 5000 W (lo que significa que se recalcula la potencia de todos los consumidores reactivos). Todos los consumidores están conectados a una red monofásica de 220 V y se alimentan desde una sucursal.
Tabla 2. Si planea en el futuro conectar consumidores adicionales, la tabla muestra la potencia necesaria de los electrodomésticos comunes (+)
Solución :
El coeficiente de simultaneidad K se toma igual a 0.8. La cocina es un lugar de constante innovación, nunca se sabe, el factor de seguridad es J = 2.0. La potencia total estimada será:
P = 5000 * 0, 8 * 2 = 8000 W = 8 kW
Usando el valor de la potencia estimada, buscamos el valor más cercano en la tabla 1.
El valor adecuado más cercano de la sección transversal del conductor para una red monofásica es un conductor de cobre con una sección transversal de 4 mm 2 . El mismo tamaño del alambre con alma de aluminio 6 mm 2 .
Para el cableado de un solo conductor, el diámetro mínimo es de 2, 3 mm y 2, 8 mm, respectivamente. En el caso de la versión multinúcleo, se suma la sección transversal de los conductores individuales.
Las cocinas generalmente tienen los consumidores de energía más poderosos y los electrodomésticos menos "voraces". 
Baños y baños combinados también pueden tener una impresionante cantidad de equipos eléctricos. 
Dependiendo de la potencia de la unidad técnica, se alimenta desde una línea eléctrica común o separada. Los cálculos se realizan para un grupo de sockets, para los consumidores de líneas individuales se seleccionan de acuerdo con la potencia 
Al bloque de enchufes, alimentado por una línea de alimentación, puede conectar solo dispositivos de bajo consumo: mezcladores, secadores de pelo, molinillos de café, etc. 
La conexión a una línea eléctrica separada requiere microondas, hornillos y hornos eléctricos. 
El funcionamiento normal de una lavadora estándar debe ser proporcionado por una línea eléctrica separada. 
La colocación obligatoria de una rama de alimentación separada requiere refrigeradores y estufas eléctricas 
En las instalaciones higiénicas, se colocan líneas separadas para el jacuzzi, cubiertas de bidé electrónico, cabinas de ducha.
Cálculo de la sección actual.
Los cálculos de la sección transversal requerida para la corriente y la potencia de los cables proporcionarán resultados más precisos. Dichos cálculos permiten estimar el efecto general de varios factores en los conductores, incluida la carga térmica, el tipo de cables, el tipo de instalación, las condiciones de funcionamiento, etc.
Todo el cálculo se realiza en el curso de las siguientes etapas:
- elección de poder de todos los consumidores;
- cálculo de las corrientes que pasan por el conductor;
- Selección de una sección adecuada según las tablas.
Para esta versión del cálculo, la potencia de los consumidores actuales con voltaje se toma sin tener en cuenta los factores de corrección. Se tendrán en cuenta a la hora de resumir la corriente.
Etapa # 1 - cálculo de la intensidad de corriente usando fórmulas
Para aquellos que han olvidado el curso escolar de física, ofrecemos las fórmulas básicas en forma de un esquema gráfico como una cuna visual:
La "rueda clásica" demuestra claramente la relación de las fórmulas y la interdependencia de las características de la corriente eléctrica (I - intensidad de corriente, P - potencia, U - voltaje, R - radio del núcleo)
Anotamos la dependencia de la intensidad de corriente I en la potencia P y el voltaje de línea U:
I = p / u l,
Donde
- I - fuerza actual, tomada en amperios;
- P - potencia en vatios;
- U l - voltaje lineal en voltios.
El voltaje de línea en el caso general depende de la fuente de alimentación, puede ser monofásico y trifásico.
La relación de tensión lineal y de fase:
- U l = U * cosφ en el caso de tensión monofásica.
- U l = U * √3 * cosφ en el caso de tensión trifásica.
Para los consumidores de electricidad en el hogar, tome cosφ = 1, por lo que la tensión lineal puede reescribirse:
- U l = 220 V para tensión monofásica.
- L l = 380 V para tensión trifásica.
A continuación resumimos todas las corrientes consumidas según la fórmula:
I = (I1 + I2 + … IN) * K * J,
Donde
- I - corriente total en amperios;
- I1..IN - la fuerza actual de cada consumidor en amperios;
- K es el coeficiente de simultaneidad;
- J es el factor de seguridad.
Los coeficientes K y J tienen los mismos valores que se usaron en el cálculo de la potencia total.
Puede darse el caso de que una corriente de potencia desigual fluya a través de una red trifásica a través de diferentes conductores de fase.
Esto sucede cuando los consumidores monofásicos y trifásicos están conectados al cable trifásico simultáneamente. Por ejemplo, la máquina trifásica motorizada y la iluminación monofásica.
Surge una pregunta natural: ¿cómo en tales casos se calcula la sección de alambre de sección transversal? La respuesta es simple: los cálculos se realizan en el núcleo más cargado.
Etapa # 2 - elegir la sección apropiada por tablas
En las reglas de operación de las instalaciones eléctricas (PES) hay una serie de tablas para seleccionar la sección transversal deseada del núcleo del cable.
La conductividad del conductor depende de la temperatura. Para conductores metálicos con aumento de temperatura aumenta la resistencia.
Si se supera un cierto umbral, el proceso se auto-soporta: a mayor resistencia, mayor temperatura, mayor resistencia, etc. Hasta que el conductor sople o cause 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, es necesario elegir la forma de tendido de los cables, depende de la eficiencia con que se lleve a cabo el enfriamiento (+)
El cable es diferente del cable en que el cable, todos los conductores, equipados con su propio aislamiento, están trenzados en un haz 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. El método abierto está indicado para todos los valores de la sección transversal de los conductores, sin embargo, en la práctica, las secciones por debajo de 3 mm2 no se disponen abiertamente por razones de resistencia mecánica (+)
Cuando se usan tablas, los siguientes factores se aplican a la corriente continua permisible:
- 0.68 si 5-6 vivieron;
- 0.63 si 7-9 vivió;
- 0.6 si 10-12 vivieron
Los factores de reducción se aplican a los valores de las corrientes 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 del PES, la elección de la sección transversal del conductor cero de acuerdo con la corriente continua permisible se realiza como al menos el 50% del conductor de fase.
Las siguientes dos tablas (5 y 6) muestran la dependencia de la corriente continua permisible al colocarla en el suelo.
Tabla 5. Las dependencias de la corriente continua permisible para cables de cobre al instalar aire o tierra
La carga de corriente cuando está tendido abierto y cuando se empotra en el suelo difiere Se toman igual si la colocación en el suelo se realiza mediante bandejas.
Tabla 6. Dependencias de la corriente continua permisible para cables de aluminio al instalar aire o tierra
Para el dispositivo de líneas de suministro de energía temporal (transporte, si es para uso privado), se aplica la siguiente tabla (7).
Tabla 7. Corriente continua permisible cuando se usan cables de manguera portátiles, cables de mina y manguera portátiles, cables de luz de búsqueda, cables portátiles flexibles. Solo se utiliza conductor de cobre.
Al colocar cables en el suelo, además de las propiedades de disipación de calor, se debe tener en cuenta la resistividad, como se refleja en la siguiente tabla (8):
Tabla 8. Coeficiente de corrección según el tipo y la resistencia específica del suelo a la corriente continua permisible, al calcular la sección del cable (+)
El cálculo y la selección de conductores de cobre de hasta 6 mm 2 o de aluminio de hasta 10 mm 2 se llevan a cabo como para una corriente continua.
En el caso de grandes secciones, es posible aplicar un factor de reducción:
0.875 * √Т пв
donde T pv - la relación entre la duración de la inclusión y la duración del ciclo.
La duración de la inclusión se toma a una velocidad de no más de 4 minutos. En este caso, el ciclo no debe superar los 10 minutos.
Al elegir un cable para distribuir electricidad en una casa de madera, se presta especial atención a su resistencia al fuego.
Etapa # 3: cálculo de la sección del conductor por corriente en un ejemplo
Tarea : calcule la sección requerida del cable de cobre para la conexión:
- Máquina de carpintería trifásica de 4000 W;
- Máquina de soldadura trifásica 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), tendidos en el suelo.
El aislamiento del cable se calcula para un valor específico de la tensión de funcionamiento. Se debe tener en cuenta que la tensión de operación especificada por el fabricante para su producto debe ser más alta que la tensión de línea.
La decisión.
Paso # 1. Calcula el voltaje de línea trifásico:
U l = 220 * √3 = 380 V
Paso # 2. Los electrodomésticos, la máquina y la máquina de soldadura tienen potencia reactiva, por lo que la potencia de los equipos será:
P tech = 25000 / 0.7 = 35, 700 W
Equipo P = 10000 / 0.7 = 14300 W
Paso # 3 . Corriente requerida para conectar electrodomésticos:
I tech = 35700/220 = 162 A
Paso # 4 . Corriente requerida para conectar el equipo:
I equ = = 14300/380 = 38 A
Paso # 5 . La corriente requerida para conectar los electrodomésticos se calcula a la velocidad de una fase. Por la condición del problema hay tres fases. Por lo tanto, la corriente se puede distribuir en fases. Para simplificar, supongamos una distribución uniforme:
I tech = 162/3 = 54 A
Paso # 6. La corriente por fase:
I f = 38 + 54 = 92 A
Paso # 7. El equipo y los electrodomésticos no funcionarán al mismo tiempo, excepto que pondremos un stock igual a 1.5. Después de aplicar los factores de corrección:
I f = 92 * 1, 5 * 0, 8 = 110 A
Paso # 8. Aunque el cable tiene 5 núcleos, solo se tienen en cuenta los núcleos trifásicos. De acuerdo con la tabla 8 en el cable de tres núcleos de la columna en el suelo, encontramos que la corriente de 115 A corresponde a la sección transversal del núcleo de 16 mm 2 .
Paso # 9 . De acuerdo con la tabla 8, aplicamos el factor de corrección dependiendo de las características del terreno. Para un tipo normal de tierra, el coeficiente es 1.
Paso # 10 . No es obligatorio, calculamos el diámetro del núcleo:
D = √ (4 * 16 / 3.14) = 4.5 mm
Si el cálculo se realizó solo para la potencia, sin tener en cuenta las características del tendido de cables, la sección transversal del núcleo será de 25 mm 2 . El cálculo de la intensidad de la corriente es más complicado, pero a veces ahorra mucho dinero, especialmente cuando se trata de cables de alimentación trenzados.
Sobre la relación de voltaje y corriente puede ser más detallado aquí.
Cálculo de caída de tensión
Cualquier conductor, excepto los superconductores, tiene resistencia. Por lo tanto, con suficiente cable o longitud de cable, se produce una caída de voltaje.
Las normas PES requieren que la sección transversal del conductor del cable sea tal que la caída de voltaje no sea más del 5%.
Tabla 9. Resistencia específica de conductores metálicos comunes (+)
En primer lugar se trata de cables de baja tensión de pequeña sección.
El cálculo de la caída de tensión es el siguiente:
R = 2 * (ρ * L) / S,
U pad = I * R,
U % = (U pad / U lin ) * 100,
Donde
- 2 - coeficiente debido al hecho de que la corriente fluye necesariamente a través de dos conductores;
- R - resistencia del conductor, Ohm;
- ρ es la resistividad del conductor, Ohm * mm 2 / m;
- S - sección del conductor, mm 2 ;
- Almohadilla en U - caída de tensión, V;
- U % - caída de voltaje en relación con U lin, %.
Usando fórmulas, puede realizar independientemente los cálculos necesarios.
Ejemplo de cálculo de acarreo
Tarea : calcule la caída de voltaje para el cable de cobre con una sección de un conductor de 1.5 mm 2 . El cable es necesario para conectar un aparato de soldadura eléctrica monofásico con una potencia total de 7 kW. Longitud del cable 20 m.
Aquellos que deseen conectar una máquina de soldadura doméstica a la rama de la fuente de alimentación deben tener en cuenta la situación actual para la cual está diseñado el cable utilizado. Es posible que la potencia total de los dispositivos en funcionamiento sea mayor. La mejor opción es conectar a los consumidores a sucursales individuales.
Solución:
Paso # 1. Calcule 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 través de un conductor:
I = 7000/220 = 31.8 A
Paso # 3. La caída de voltaje en el cable:
Almohadilla en U = 31.8 * 0.47 = 14.95 V
Paso # 4. Calcula el porcentaje de caída de voltaje:
U % = (14.95 / 220) * 100 = 6.8%
Conclusión: se requiere un conductor con una sección transversal grande para conectar la máquina de soldadura.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Cálculo de la sección transversal del conductor según las fórmulas:
Recomendaciones de expertos en la selección de productos de cable:
Los cálculos anteriores son válidos para conductores de cobre y aluminio de grado industrial. Para otros tipos de conductores, la transferencia de calor total se calcula previamente.
Sobre la base de estos datos, la corriente máxima capaz de fluir a través del conductor se calcula sin causar un calentamiento excesivo.
Si tiene alguna pregunta sobre el método de cálculo de la sección de cable o desea compartir experiencias personales, deje comentarios sobre este artículo. El bloque de comentarios se encuentra abajo.