Cálculo de la sección transversal del cable por potencia y corriente: cómo calcular el cableado correctamente

¿Estás planeando hacer modernización de la red eléctrica o además de extender la línea eléctrica 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 costos injustificados.

Es muy importante llevar a cabo los cálculos en la etapa de diseño, ya que la falla del cableado oculto y el reemplazo posterior están cargados de costos significativos. Le ayudaremos a lidiar con las complejidades de los cálculos para evitar problemas durante el funcionamiento posterior de la red eléctrica.

Para no agobiarlo con cálculos complejos, seleccionamos fórmulas comprensibles y opciones de cálculo, proporcionamos 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 por el poder de los consumidores.

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, se debe tener en cuenta la resistencia del material conductor.

Cálculo de la sección requerida. conductores y cables dependiendo de la capacidad total de los consumidores en función de la experiencia operativa a largo plazo.

Comenzamos el proceso de cálculo general realizando primero los cálculos usando la fórmula:

P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,

Donde:

• P - 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 cables 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, las clasificaciones de los equipos 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 de carga activa incluyen lámparas incandescentes, calentadores y estufas eléctricas.

Para tales dispositivos, el cálculo de potencia para corriente y voltaje tiene la forma:

P = U * I,

Donde:

• P - 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 son dispositivos con un tipo activo de carga (I, i - corriente, U, u - voltaje, número π - 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 potencia 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,

Donde 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: busca simultaneidad y relaciones de 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 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 diámetro del cable conductor de cable

En este caso, hay una fórmula geométrica simple para un cable redondo monolítico:

S = π * R² = π * D²/4o viceversa

D = √ (4 * S / π)

Para conductores de sección transversal rectangular:

S = h * m,

Donde:

• S - área del núcleo en mm²;
• R - radio del núcleo en mm;
• D - 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,

Donde N - El número de cables en la vena.

Los cables que tienen núcleos retorcidos de varios cables tienen generalmente una mejor conductividad que los cables 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 4: calcula la sección de potencia en la práctica

Desafío: 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 (+)

Solución:

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.

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, el grado del cable, el tipo de junta, las condiciones de funcionamiento, etc.

El cálculo completo se lleva a cabo 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 / U_l,

Donde:

• Yo - intensidad actual, tomada en amperios;
• P - potencia en vatios;
• U_l - tensión de línea en voltios.

La tensión lineal en el caso general depende de la fuente de alimentación, es monofásica y trifásica.

La relación del voltaje lineal y de fase:

1. U_l = U * cosφ en caso de tensión monofásica.
2. U_l = U * √3 * cosφ en caso de tensión trifásica.

Para los consumidores eléctricos domésticos, tome cosφ = 1, de modo que el voltaje lineal se pueda reescribir:

1. U_l = 220 V para tensión monofásica.
2. U_l = 380 V para tensión trifásica.

A continuación, resumimos todas las corrientes consumidas por la fórmula:

I = (I1 + I2 + ... IN) * K * J,

Donde:

• Yo - 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 resistencia 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 ocurra 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. Más detalles sobre las diferencias y los tipos de productos de cable están escritos en este articulo.

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 de acuerdo con la corriente continua permitida se realiza como al menos el 50% del núcleo de fase.

Las siguientes dos tablas (5 y 6) muestran la dependencia de la corriente continua permitida cuando se coloca en el suelo.

Tabla 5. Dependencias de corriente continua permitidas para cables de cobre cuando se colocan en aire o tierra

La carga actual al abrir y al profundizar 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 líneas de suministro de energía temporales (transporte, si es para uso privado).

Tabla 7. Corriente continua permitida cuando se usan 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 permitida, 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 * √T_pv

donde T_pv - 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 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

Desafío: calcular la sección transversal requerida cable de cobre para conectar:

• 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 neutro 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. Debe tenerse en cuenta que el voltaje operativo del fabricante de su producto debe ser mayor que el voltaje en la red

Solución

Paso 1. Calculamos el voltaje lineal de una conexión trifásica:

U_l = 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:

P_{de esos} = 25000 / 0.7 = 35700 W

P_rev = 10000 / 0.7 = 14300 W

Paso 3. Corriente requerida para conectar electrodomésticos:

Yo_{de esos} = 35700/220 = 162 A

Paso 4. Corriente requerida para conectar el equipo:

Yo_rev = 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:

Yo_{de esos} = 162/3 = 54 A

Paso 6. Corriente por fase:

Yo_f = 38 + 54 = 92 A

Paso 7 El equipo y los electrodomésticos no funcionarán al mismo tiempo, excepto que tendremos un margen igual a 1.5. Después de aplicar los factores de corrección:

Yo_f = 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 un dinero considerable, especialmente cuando se trata de cables de alimentación de varios núcleos.

Puedes leer más sobre la relación entre voltaje y corriente aqui.

Cálculo de caída de voltaje

Cualquier conductor, excepto los superconductores, tiene una resistencia. Por lo tanto, con una longitud suficiente del cable o cable, 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,

U_almohadilla = I * R,

U_% = (U_almohadilla / U_lin) * 100,

Donde:

• 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 transversal del conductor, mm²;
• U_almohadilla - caída de tensión, V;
• U_% - caída de tensión con respecto a U_lin,%.

Usando fórmulas, puede realizar independientemente los cálculos necesarios.

Llevar ejemplo de cálculo

Desafío: 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 cual 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.

Solución:

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. La corriente que fluye a lo largo del conductor:

I = 7000/220 = 31.8 A

Paso 3. Caída de voltaje en el cable:

U_almohadilla = 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.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

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.