Cómo calcular la potencia, corriente y voltaje: principios y ejemplos de cálculo para condiciones domésticas

Los propietarios de apartamentos, casas privadas y otros objetos electrificados a menudo enfrentan el problema de determinar los valores de las principales cantidades eléctricas, ya que no es muy simple calcular la potencia a partir de la intensidad de corriente permitida y el voltaje conocido o resolver el problema inverso.

La aplicación directa de la famosa 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 el poder y hablaremos sobre cómo calcular este indicador.

Conceptos básicos de cantidades

Los cálculos eléctricos se basan en relaciones bien conocidas entre la intensidad de corriente (I, amperios), el valor de voltaje (U, Volt), el valor de potencia (P, Watt) y la resistencia (R, Ohm). Los cálculos prácticos generalmente requieren el conocimiento de los valores de los tres primeros.

Le advertiremos que las expresiones numéricas de los valores enumerados no son suficientes; necesitamos características adicionales que revelen el modo de consumo de energía.

Corriente electrica

El cálculo de una sección transversal suficiente de los núcleos y la clasificación del interruptor automático para una rama particular de la red eléctrica se realiza de acuerdo con el valor de la corriente máxima posible para esta sección. Esto es necesario para evitar una situación de incendio en el cableado, que a menudo conduce a 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, dependiendo de la intensidad de corriente máxima posible, es necesario utilizar la tabla proporcionada por el fabricante de los productos, ya que los cables se producen con mayor frecuencia según TU y no según GOST.

Teniendo la misma marca, los cables producidos de acuerdo con GOST (izquierda) y TU (derecha) difieren tanto visualmente como en características básicas

Dado que es posible calcular la intensidad de la corriente eléctrica a partir de la potencia consumida por los dispositivos y el voltaje 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 de fase estándar para las necesidades del hogar es de aproximadamente 220 V.En la mayoría de los casos esto es cierto. Aunque por GOST 29322-2014 desde el 01.10.2015 dentro de la Federación de Rusia, se llevaría a cabo una transición a un sistema de 230 V compatible con los países de la CEE

Una desviación del 5% del estándar es aceptable para cualquier período, y del 10% para un período que no exceda 1 hora. Por lo tanto, de acuerdo con las viejas reglas, el valor del 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 normativo. Tal situación surge cuando la potencia total de los aparatos eléctricos conectados a la rama es mucho mayor de lo planeado y cuando la mayoría de ellos están encendidos, se produce una "caída de la red".

Este problema surge en el área de responsabilidad de las organizaciones responsables del suministro de electricidad, y está asociado con la sobrecarga de los transformadores de distribución, el deterioro de las subestaciones o con una sección transversal insuficiente de los cables.

Un voltaje de entrada reducido conduce no solo a un cambio en el parámetro de corriente y al posible disparo de protección, sino también a una falla rápida de los aparatos eléctricos que contienen motores asíncronos o componentes electrónicos complejos.

Para encontrar el significado voltaje real Es necesario medir periódicamente utilizando un voltímetro. Si los indicadores están muy "caminando", entonces la aplicación es necesaria estabilizador o convertidor más caro con la función de almacenamiento de energía.

Matices en el concepto de potencia de los electrodomésticos.

Todos los dispositivos que consumen electricidad tienen un parámetro como la energía. Cuanto más alto sea este indicador, más energía tomará el dispositivo del circuito.

Hay tres tipos de poder:

• Activo (P). Caracteriza la tasa de conversión de energía eléctrica en otra forma, por ejemplo, electromagnética o térmica. Debe tenerse en cuenta al calcular los costos de energía irreversibles y, por lo tanto, el costo del dispositivo. La unidad de medida es W.
• Reactivo (Q). Caracteriza la energía que proviene de la fuente (transformador) a los elementos reactivos del consumidor (condensadores, bobinados del motor), pero luego regresa casi instantáneamente a la fuente. La unidad de medida es W o var (decodificación - volt-ampere reactive).
• Completo (S). Caracteriza la carga que el consumidor impone sobre los elementos del circuito. Se utiliza para calcular el área de la sección transversal del cable y elegir la clasificación de las máquinas, es decir, la intensidad de corriente se calcula a la potencia máxima de todos los aparatos eléctricos conectados al circuito. La unidad de medida es W o V * A (V * A es un voltio amperio).

Todos estos parámetros pueden recalcularse a través del ángulo de fase que ocurre entre el vector de voltaje y la corriente (f):

P = S * cos (f);

Q = S * pecado (f);

S² = P² + Q².

Para los electrodomésticos, en los que la potencia total puede superar significativamente la activa, se incluyen refrigeradores, lavadoras, lámparas fluorescentes y algunas lámparas de bajo consumo, así como unidades de electrónica de potencia.

Los motores generalmente indican potencia activa y coeficiente. En este caso, la potencia total se calcula de la siguiente manera: S = P / cos (f) = 750 / 0.78 = 962 W

También existe una potencia máxima o de arranque. El hecho es que acelerar los motores requiere mucho más esfuerzo que mantener su rotación. Por lo tanto, cuando enciende dispositivos como un refrigerador o una lavadora, se produce un aumento repentino de la carga en una sección del circuito.

Las corrientes iniciales pueden ser varias veces más altas que las corrientes. Al calcular lo necesario secciones de cable y la selección de la calificación de la máquina debe tener esto en cuenta.

Para hacer esto, debe determinar el dispositivo con la mayor diferencia en la potencia de arranque y funcionamiento y agregarlo al valor total. Las corrientes de arranque de otros dispositivos pueden ignorarse, ya que la probabilidad de operación simultánea en la inclusión de motores de 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 extendido.

Esto se justifica por las siguientes razones:

• Consumo de energía significativo. En este caso, resumir 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.
• La presencia de dispositivos que operan desde tres fases. La implementación del circuito para conectar dicho dispositivo a un circuito monofásico no es muy simple y está cargada de interferencia que ocurre, por ejemplo, al arrancar un motor de inducción.

Hay dos formas de conectar dispositivos trifásicos: "estrella" y "triángulo".

Diagramas esquemáticos de la transmisión de electricidad en tres fases. El nombre "estrella" y "triángulo" que recibieron debido a la similitud geométrica con estos objetos

En los circuitos de tipo estrella, las corrientes lineales y de fase son idénticas, y el voltaje lineal es 1.73 veces mayor que el voltaje de fase:

Yo_l = Yo_f;

U_l = 1.73 * U_f.

Esta fórmula explica la conocida relación de voltaje para redes industriales domésticas y 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, el voltaje coincide y las corrientes lineales son mayores que las de fase:

Yo_l = 1.73 * Yo_f;

U_l = U_f.

Estas fórmulas solo se pueden aplicar con una carga de fase simétrica. Si el consumo de corriente en los cables es diferente (receptor asimétrico), entonces los cálculos se llevan a cabo utilizando las reglas del álgebra vectorial, y la corriente de ecualización resultante es compensada por el cable neutro. Sin embargo, para redes con dispositivos conectados, estos casos son raros.

La relación de las cantidades principales.

El problema más común que enfrentan los consumidores comunes es calcular la intensidad actual real. Entonces, ¿cómo calcular correctamente el amperaje de acuerdo con los valores conocidos de voltaje y potencia? Es necesario resolverlo al verificar los valores de la sección transversal de los núcleos y la clasificación de la máquina, con información técnica sobre los dispositivos que se alimentarán en este circuito.

Después de calcular la intensidad actual, a menudo se selecciona el cable con la sección transversal permitida más pequeña. Sin embargo, esto no siempre es correcto, ya que dicha solución conlleva limitaciones significativas cuando es necesario agregar nuevos electrodomésticos a la red.

A veces es necesario realizar cálculos inversos y determinar qué potencia total se puede conectar a los dispositivos con un voltaje conocido y la intensidad de corriente máxima permitida, que está limitada por un cableado existente.

Puede resolver estos dos problemas para un circuito monofásico usando una fórmula simple:

Yo = S / U;

S = U * Yo,

donde S - potencia aparente total de todos los consumidores eléctricos.

El gráfico circular que refleja la ley de Ohm y expresa 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 intensidad de 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.

Y la sección transversal requerida de los conductores de cable y la clasificación mínima permitida de la máquina se seleccionan a lo largo de la línea más ocupada, considerando que:

S = 3 * máx. {S₁, S₂, S₃}.

Yo = S / (U * 1.73).

La potencia permitida para cada fase se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

S_1,2,3 Yo * U / 1.73,

donde Yo - La corriente máxima permitida para el cableado existente.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Cálculo de la intensidad actual por potencia para seleccionar la sección del cable:

Determinación del consumo de energía de grupos de electrodomésticos como ejemplo de una casa privada:

El cálculo de la intensidad de corriente para determinar los parámetros de cableado o determinar la potencia permitida en un circuito existente se puede hacer de forma independiente. Para la solución correcta del problema, es necesario tener en cuenta los matices que surgen en la práctica, y no solo usar fórmulas bien conocidas que funcionen en condiciones "ideales".

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