Para un servicio de cable largo y confiable, debe seleccionarse y calcularse correctamente. Los electricistas, al instalar el cableado, eligen principalmente la sección transversal de los cables, basándose principalmente en la experiencia. A veces esto conduce a errores. El cálculo de la sección transversal del cable es necesario, en primer lugar, en términos de seguridad eléctrica. Será incorrecto si el diámetro del conductor es menor o mayor que el requerido.
Sección de cable demasiado baja
Este caso es el más peligroso, porque los conductores se sobrecalientan por la alta densidad de corriente, mientras que el aislamiento se derrite y se produce un cortocircuito. Esto también puede destruir el equipo eléctrico, provocar un incendio y los trabajadores pueden energizarse. Si instala un disyuntor para el cable, funcionará con demasiada frecuencia, lo que creará cierta incomodidad.
La sección del cable es superior a la necesaria
Aquí el factor principal es económico. Cuanto mayor sea la sección transversal del cable, más caro será. Si realiza el cableado de todo el apartamento con un gran margen, le costará una gran cantidad. A veces, es recomendable hacer que la entrada principal tenga una sección transversal más grande, si se espera un aumento adicional en la carga de la red doméstica.
Si configura el disyuntor adecuado para el cable, las siguientes líneas se sobrecargarán cuando alguna de ellas no dispare su disyuntor.
¿Cómo calcular el tamaño del cable?
Antes de la instalación, se recomienda calcular la sección del cable en función de la carga. Cada conductor tiene una potencia determinada, que no debe ser inferior a la de los aparatos eléctricos conectados.
Cálculo de potencia
La forma más fácil es calcular la carga total en el cable de entrada. El cálculo de la sección transversal del cable según la carga se reduce a determinar la potencia total de los consumidores. Cada uno de ellos tiene su propia denominación, indicada en el estuche o en el pasaporte. Luego, la potencia total se multiplica por un factor de 0, 75. Esto se debe al hecho de que no se pueden encender todos los dispositivos al mismo tiempo. Para la determinación final del tamaño requerido, se utiliza la tabla de cálculo de la sección del cable.
Cálculo de la sección del cable por corriente
Un método más preciso es el cálculo de la carga actual. La sección transversal del cable se calcula determinando la corriente que lo atraviesa. Para una red monofásica se aplica la fórmula:
Icalc.=P/(Unom∙cosφ),
donde P - potencia de carga, Unom. - tensión de red (220 V).
Si la potencia total de cargas activas en la casa es 10kW, entonces la corriente nominal Icalc.=10000/220 ≈ 46 A. Cuando la sección transversal del cable se calcula por corriente, se realiza una corrección para las condiciones de tendido del cable (indicado en algunas tablas especiales), así como a la sobrecarga al encender aparatos eléctricos aproximadamente por encima de 5 A. Como resultado, Icalc.=46 + 5=51 A.
El grosor de los núcleos está determinado por el libro de referencia. El cálculo de la sección transversal del cable mediante tablas facilita encontrar el tamaño adecuado para la corriente continua. Para un cable de tres hilos tendido en la casa a través del aire, debe seleccionar un valor en la dirección de una sección estándar más grande. Es 10mm2. La corrección del autocálculo se puede verificar utilizando una calculadora en línea: cálculo de la sección del cable, que se puede encontrar en algunos recursos.
Calentamiento del cable durante el flujo de corriente
Cuando la carga está funcionando, se genera calor en el cable:
Q=I2Rn con cm, donde I es la corriente, R es la resistencia eléctrica, n es el número de núcleos.
De la expresión se deduce que la cantidad de energía liberada es proporcional al cuadrado de la corriente que fluye a través del cable.
Cálculo de la corriente admisible según la temperatura de calentamiento del conductor
El cable no puede calentarse indefinidamente, ya que el calor se disipa en el entorno. Al final, se produce el equilibrio y se establece una temperatura constante de los conductores.
Para un proceso constante, la relación es verdadera:
P=∆t/∑S=(tw - tav)/(∑S),
donde ∆t=tw-tav - la diferencia entre la temperatura del medio y la del núcleo, ∑S - resistencia a la temperatura.
La corriente admisible a largo plazo que pasa por el cable se obtiene de la expresión:
Iagregar=√((tagregar - tav)/(Rn ∑S)),
donde tadicional - temperatura de calentamiento del núcleo permisible (depende del tipo de cable y del método de instalación). Por lo general, es de 70 grados en modo normal y 80 en emergencia.
Condiciones de disipación de calor con el cable en funcionamiento
Cuando un cable se coloca en un ambiente, la disipación de calor está determinada por su composición y humedad. Por lo general, se supone que la resistividad calculada del suelo es de 120 Ohm∙°C/W (arcilla con arena con un contenido de humedad de 12-14%). Para aclarar, debe conocer la composición del medio, después de lo cual puede encontrar la resistencia del material según las tablas. Para aumentar la conductividad térmica, la zanja se cubre con arcilla. No se permite la presencia de escombros de construcción y piedras en el mismo.
La transferencia de calor del cable a través del aire es muy baja. Empeora aún más cuando se coloca en un canal de cable, donde aparecen capas de aire adicionales. Aquí, la carga actual debe reducirse en comparación con la calculada. En las características técnicas de cables y alambres se da la temperatura de cortocircuito permisible que es de 120°C para aislamiento de PVC. La resistencia del suelo es el 70% del total y es la principal en los cálculos. Con el tiempo, la conductividad del aislamiento aumenta a medida que se seca. Esto debe tenerse en cuenta en los cálculos.
Caída de tensión del cable
Debido al hecho de que los conductores tienen resistencia eléctrica, parte del voltaje se gasta en calentarlos y llega menos al consumidor que al principio de la línea. Como resultado, se pierde potencial a lo largo del cable debido a las pérdidas de calor.
El cable no solo debe seleccionarse de acuerdo con la sección transversal para garantizar su rendimiento, sino también tener en cuenta la distancia a la que se transmite la energía. Un aumento en la carga conduce a un aumento en la corriente a través del conductor. Al mismo tiempo, aumentan las pérdidas.
Se aplica un voltaje pequeño a los focos. Si disminuye ligeramente, se nota inmediatamente. Si elige los cables incorrectos, las bombillas ubicadas más lejos de la fuente de alimentación se verán tenues. El voltaje se reduce significativamente en cada sección posterior, y esto se refleja en el brillo de la iluminación. Por lo tanto, es necesario calcular la sección transversal del cable a lo largo.
La sección más importante del cable es el consumidor que se encuentra más alejado del resto. Las pérdidas se consideran predominantemente para esta carga.
En la sección L del conductor, la caída de tensión será:
∆U=(Pr + Qx)L/Un,
donde P y Q son potencia activa y reactiva, r y x son la activa y la reactancia de la sección L, y Un - tensión nominal a la que normalmente funciona la carga.
El ∆U permisible desde las fuentes de alimentación hasta las entradas principales no supera el ±5 % para la iluminación de edificios residenciales y circuitos de alimentación. Desde la entrada hasta la carga, las pérdidas no deben ser superiores al 4%. Para líneas largas se debe tener en cuenta la reactancia inductiva del cable, la cual depende de la distancia entre conductores adyacentes.
Métodos para conectar a los consumidores
Las cargas se pueden conectar de diferentes maneras. Las más comunes son las siguientes formas:
- al final de la red;
- los consumidores se distribuyen uniformemente a lo largo de la línea;
- una línea con cargas distribuidas uniformemente está conectada a una sección extendida.
Ejemplo 1
La potencia del aparato es de 4 kW. La longitud del cable es de 20 m, la resistividad ρ=0,0175 Ohm∙mm2.
La corriente se determina a partir de la relación: I=P/Unom=4∙1000/220=18,2 A.
Luego, se toma la tabla de cálculo de la sección del cable y se selecciona el tamaño adecuado. Para un hilo de cobre, será S=1,5 mm2.
Fórmula de cálculo de la sección del cable: S=2ρl/R. A través de él, puede determinar la resistencia eléctrica del cable: R=2∙0.0175∙20/1, 5=0.46 Ohm.
A partir del valor conocido de R, podemos determinar ∆U=IR/U∙100%=18,2100∙0,46/220∙100=3,8%.
El resultado del cálculo no supera el 5%, lo que significa que las pérdidas serán aceptables. En caso de grandes pérdidas, sería necesario aumentar la sección transversal de los conductores del cable eligiendo el tamaño adyacente más grande del rango estándar: 2,5 mm2.
Ejemplo 2
Tres circuitos de iluminación están conectados en paralelo entre sí en una fase de una línea trifásica con equilibrio de carga, que consta de un cable de cuatro hilos de 70 mm2 50 m de largo y portando una corriente de 150 A. Por cadaLíneas de alumbrado de 20 m de largo conducen una corriente de 20 A.
Las pérdidas de fase a fase bajo la carga real son: ∆Ufase=150∙0.05∙0.55=4.1 V. Ahora necesita determinar la pérdida entre neutro y fase, ya que la iluminación está conectada a una tensión de 220 V: ∆Ufn=4, 1/√3=2, 36 V.
En un circuito de iluminación conectado, la caída de voltaje será: ∆U=18∙20∙0, 02=7, 2 V. Las pérdidas totales están determinadas por la suma de Utotal=(2, 4+7, 2)/230∙100=4,2%. El valor calculado está por debajo de la pérdida permitida, que es del 6%.
Conclusión
Para proteger los conductores del sobrecalentamiento durante una carga a largo plazo, utilizando tablas, la sección transversal del cable se calcula de acuerdo con la corriente permisible a largo plazo. Además, es necesario calcular correctamente los alambres y cables para que la pérdida de voltaje en ellos no sea más de lo normal. Al mismo tiempo, las pérdidas en el circuito de alimentación se suman con ellas.
