Cómo calcular potencia, corriente y voltaje: principios y ejemplos de cálculos para condiciones domésticas.
Los propietarios de apartamentos, casas privadas y otros objetos electrificados a menudo se enfrentan a la cuestión de determinar los valores de las cantidades eléctricas básicas, ya que no es muy fácil calcular la potencia basándose en la intensidad de corriente permitida y un voltaje conocido o resolver el problema. problema inverso.
La aplicación directa de la conocida ley de Ohm sin tener en cuenta las características de las redes y dispositivos domésticos puede conducir a un resultado incorrecto.
En este material entenderemos qué es la potencia y te diremos cómo calcular este indicador.
El contenido del artículo:
Conceptos básicos de cantidades.
Los cálculos eléctricos se basan en relaciones bien conocidas entre corriente (I, amperios), voltaje (U, voltios), valor de potencia (P, vatios) y resistencia (R, ohmios). Los cálculos prácticos suelen requerir el conocimiento de los valores de los tres primeros.
Le advertimos que las expresiones numéricas de los valores enumerados no son suficientes: se necesitan características adicionales que revelen el modo de consumo de energía.
Fuerza de corriente eléctrica
El cálculo de la sección transversal suficiente de los conductores y la clasificación del disyuntor para una rama específica de la red eléctrica se realiza de acuerdo con el valor de la corriente máxima posible para esta sección. Esto es necesario para evitar que el cableado se incendie, lo que a menudo provoca un incendio.
Trabajadores parámetros de la máquina y los RCD se seleccionan de acuerdo con los requisitos reglamentarios.Para determinar la sección transversal permitida de los conductores en función de la corriente máxima posible, es necesario utilizar la tabla proporcionada por el fabricante del producto, ya que los cables se fabrican con mayor frecuencia según las especificaciones y no según GOST.
Dado que la intensidad de la corriente eléctrica se puede calcular en función de la potencia consumida por los dispositivos y el voltaje de la red, es necesario determinar correctamente los valores de estos dos indicadores.
voltaje del hogar
Muchos propietarios de apartamentos creen que el voltaje de fase estándar para las necesidades del hogar es de aproximadamente 220 V. En la mayoría de los casos, esto es cierto. A pesar de GOST 29322-2014 a partir del 01/10/2015 dentro de la Federación de Rusia iba a haber una transición a un sistema de 230 V compatible con los países de la CEE.
Es aceptable una desviación del 5% del estándar para cualquier período y del 10% para un período que no exceda 1 hora. Por lo tanto, según las reglas antiguas, el valor del voltaje puede fluctuar en el rango de 198 a 242 V, y según 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. Esta situación surge cuando la potencia total de los aparatos eléctricos conectados a la sucursal es mucho mayor de lo planeado y cuando la mayoría de ellos están encendidos, se produce una “caída de la red”.
Este problema se presenta en el ámbito de responsabilidad de los organismos responsables del suministro de energía eléctrica, y está asociado a sobrecargas de los transformadores de distribución, deterioro de las subestaciones o sección insuficiente de los cables.
Para descubrir el significado voltaje real es necesario tomar medidas periódicamente con un voltímetro. Si los indicadores fluctúan mucho, entonces es necesario utilizar estabilizador o un convertidor más caro con función de almacenamiento de electricidad.
Matices en el concepto de potencia de los aparatos eléctricos.
Todos los dispositivos que consumen electricidad tienen un parámetro como la potencia. Cuanto mayor sea este indicador, más energía tomará el dispositivo del circuito.
Hay tres tipos de poder:
- Activo (PAG). Caracteriza la tasa de conversión de energía eléctrica a otra forma, por ejemplo electromagnética o térmica. Hay que tenerlo en cuenta a la hora de calcular los costes irreversibles de la electricidad y, por tanto, el coste de funcionamiento del dispositivo. Unidad de medida – W.
- reactivo (q). Caracteriza la energía que proviene de la fuente (transformador) a los elementos reactivos del consumidor (condensadores, devanados del motor), pero luego regresa casi instantáneamente a la fuente. La unidad de medida es W o var (la interpretación es voltamperio reactivo).
- Lleno (S). Caracteriza la carga que impone el consumidor a los elementos del circuito. Se utiliza al calcular el área de la sección transversal del cable y elegir la clasificación de las máquinas, es decir, la corriente se calcula en función de la potencia total de todos los aparatos eléctricos conectados al circuito. La unidad de medida es W o V*A (V*A – voltios amperios).
Todos estos parámetros se pueden recalcular a través del ángulo de fase que se produce entre el vector de tensión y la corriente (F):
PAG = S *porque(F);
q = S *pecado(F);
S2 = PAG2 + q2.
Los dispositivos domésticos en los que la potencia total puede exceder significativamente la potencia activa incluyen refrigeradores, lavadoras, lámparas fluorescentes y algunas lámparas de bajo consumo, así como unidades de electrónica de potencia.
También existe la potencia máxima o de arranque. El caso es que acelerar los motores requiere mucho más esfuerzo que mantener su rotación. Por lo tanto, cuando enciende aparatos como un refrigerador o una lavadora, se produce una sobrecarga de carga a corto plazo en una sección del circuito.
Las corrientes de arranque pueden ser varias veces mayores que las corrientes de funcionamiento. Al calcular el requerido secciones de cable A la hora de seleccionar el valor nominal de la máquina se debe tener esto en cuenta.
Para hacer esto, debe determinar el dispositivo con la mayor diferencia en la potencia de arranque y funcionamiento y sumarlo al valor total. Se pueden ignorar las corrientes de arranque de otros dispositivos, ya que la probabilidad de activación simultánea de motores para diferentes consumidores es prácticamente nula.
Relaciones lineales y de fase.
Hoy en día se ha generalizado la práctica de conectar objetos domésticos a redes eléctricas trifásicas.
Esto se justifica por las siguientes razones:
- Consumo energético importante. En este caso, conectar una red monofásica de alta potencia será muy irracional debido a la gran sección transversal del cable y al alto consumo de material del transformador.
- Disponibilidad de dispositivos que funcionan en tres fases. La implementación de un circuito para conectar un dispositivo de este tipo a un circuito monofásico no es muy simple y está plagada de interferencias que surgen, por ejemplo, al arrancar un motor asíncrono.
Hay dos formas de conectar dispositivos trifásicos: "estrella" y "triángulo".
En los circuitos tipo estrella, las corrientes lineales y de fase son idénticas y el voltaje lineal es 1,73 veces mayor que el voltaje de fase:
Iyo = IF;
Ud.yo = 1.73 * Ud.F.
Esta fórmula explica la relación de voltaje conocida para redes domésticas e industriales de bajo voltaje con una frecuencia de 50 Hz: 220 / 380 V (según el nuevo GOST: 230 / 400 V).
Con una conexión triangular, por el contrario, el voltaje es el mismo y las corrientes lineales son mayores que las corrientes de fase:
Iyo = 1.73 * IF;
Ud.yo = Ud.F.
Estas fórmulas sólo se pueden utilizar con cargas de fase simétricas. Si el consumo de corriente a través de los cables es diferente (receptor desequilibrado), los cálculos se realizan utilizando las reglas del álgebra vectorial y la corriente de ecualización resultante se compensa con el cable neutro. Sin embargo, en redes con electrodomésticos conectados, estos casos son raros.
Relación entre cantidades básicas
La tarea más común a la que se enfrentan los consumidores comunes es calcular la intensidad actual real. Entonces, ¿cómo calcular correctamente el amperaje basándose en valores conocidos de voltaje y potencia? Es necesario solucionarlo justificando los valores de sección de los núcleos y el calibre de la máquina, teniendo información técnica sobre los dispositivos que se alimentarán en este circuito.
Después de calcular la corriente, a menudo se seleccionan cables con la sección transversal más pequeña permitida. Sin embargo, esto no siempre es correcto, ya que esta solución conlleva importantes restricciones cuando es necesario añadir nuevos aparatos eléctricos a la red.
A veces es necesario realizar cálculos inversos y determinar qué potencia total se puede conectar a dispositivos con un voltaje conocido y una corriente máxima permitida, que está limitada por el cableado existente.
Puedes resolver estos dos problemas para un circuito monofásico usando una fórmula simple:
I = S / Ud.;
S = Ud. * I,
Dónde S – potencia total total de todos los consumidores eléctricos.
Para resolver el problema de calcular la corriente utilizando valores de potencia y voltaje conocidos o calculados en un circuito trifásico, es necesario conocer la carga total impuesta a cada fase.
Tanto la sección requerida de los núcleos de los cables como el calibre mínimo permitido de la máquina se seleccionan en función de la línea más transitada, considerando que:
S = 3 * máx{S1, S2, S3}.
I = S / (Ud. * 1.73).
La potencia permitida para cada fase se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
S1,2,3 I * Ud. / 1.73,
Dónde I – corriente máxima permitida para el cableado existente.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Cálculo de la intensidad actual por potencia para seleccionar la sección transversal del cable:
Determinación del consumo de energía de grupos de aparatos eléctricos en el ejemplo de una casa particular:
Puede calcular la intensidad actual para determinar los parámetros de cableado o determinar usted mismo la potencia permitida en un circuito existente. Para resolver correctamente el problema, es necesario tener en cuenta los matices que surgen en la práctica, y no simplemente utilizar fórmulas conocidas que funcionan en condiciones "ideales".
Si tienes dudas sobre el tema del artículo o puedes agregar información interesante a este material, por favor deja tus comentarios en el bloque a continuación.
En la producción se suelen utilizar circuitos trifásicos, ya que allí se necesita mucha potencia. En casas y apartamentos una fase es suficiente. Puede hacer cálculos o simplemente recordar: para la iluminación, un cable de cobre con una sección transversal de 1,5 mm cuadrados es suficiente, pero para enchufes es mejor tomar una sección transversal de 2,5 mm. Esto es suficiente para los electrodomésticos. Pero los calentadores de agua grandes funcionan con un cable separado con una sección transversal de 4 kV y se conectan a una línea separada con su propio disyuntor automático.
No entiendo, si todo es tan simple y estándar para cada apartamento, ¿por qué se proporciona esta información arriba? "Puedes hacer cálculos o simplemente memorizar". Y, ¿cómo funciona? Para qué hacerlo entonces si ya conocemos el resultado. Esta es una declaración muy controvertida; si yo fuera usted, frenaría este tipo de declaraciones y comentarios, de lo contrario le creará problemas a alguien.
Buenos días, Sergey.
Tienes razón: no es tan simple. El comentario de Vladimir se basa en información que circula en la red: a menudo "se olvidan" de las "Reglas para la construcción de instalaciones eléctricas" y hablan de las secciones transversales del cableado de los apartamentos de la siguiente manera: "normalmente se utilizan cables..." y luego hablan de 1,5, 2,5 cuadrados, que mencionó Vladimir.
El PUE, enfatizo, requiere cálculos, advirtiendo: si el resultado es menor que la sección mínima indicada en la tabla, se debe utilizar la sección tabulada. Adjunté una captura de pantalla de este requisito a mi comentario.