Esta es una calculadora para la estimación de la caída de tensión de un circuito eléctrico en función del tamaño del cable, la distancia y la corriente de carga anticipada. Tenga en cuenta que esta calculadora supone que el circuito funciona en condiciones normales: temperatura ambiente con frecuencia normal.
La caída de voltaje real puede variar dependiendo de la condición del cable, el conducto que se utiliza, la temperatura, el conector, la frecuencia, etc. Se recomienda que la caída de tensión sea inferior al 5% bajo la condición de carga completa.
Calcule la caída de tensión en un circuito de CA o CC dado el calibre del cable, el voltaje, la corriente y la longitud. Determine el tamaño correcto para un circuito que incluya el calibre mínimo del cable y la longitud máxima del conductor dada una caída de Tensión permitida.
¿Qué es la caída de tensión?
La caída de tensión es la cantidad de voltaje perdido en un circuito debido a la resistencia del conductor. La caída de voltaje es una consideración importante cuando se planifica un circuito para permitir que el equipo que utiliza el circuito funcione según lo diseñado. Una caída de voltaje excesiva podría ocasionar daños a los equipos y dispositivos o la introducción de un exceso de calor en un peligro de incendio.
Cómo calcular la caída de tensión
La caída de tensión se puede calcular usando la siguiente fórmula:
caída de tensión VD = (M × K × I × L) ÷ CM
“M” = multiplicador de fase: utilice 2 para un circuito monofásico o de CC y 3 , o 1.732 , para un circuito trifásico.
«K» = constante de corriente continua: use 12.9 para un conductor de cobre y 21.2 para un conductor de aluminio. Esto es igual a la resistencia de un conductor que tiene mil milésimas circulares y mil pies de longitud.
«I» = corriente: esta es la corriente del circuito en amperios . Pruebe nuestra calculadora de la Ley de Ohm para convertir de vatios a amperios.
“L” = longitud en pies: esta es la longitud unidireccional del conductor en pies . Use nuestras calculadoras de conversión de longitud para convertir medidas métricas a pies.
“CM” = área de sección transversal: esta es el área de sección transversal del conductor en milésimas circulares. Use nuestra calculadora de calibre de cable para encontrar el área de un conductor en kcmil. Para convertir kcmil a milésimas circulares, multiplique kcmil × 1000.
Por ejemplo: Calcule la caída de Tensión de un circuito de 120V que dibuja 15A usando un conductor de cobre 14AWG de 25 ‘de largo.
Un cable 14AWG es 4.1067 kcmil que es 4106.7 milésimas circulares.
VD = (M × K × I × L) ÷ CM
VD = (2 × 12.9 × 15 × 25) ÷ 4,106.7
VD = 9,675 ÷ 4,106.7
VD = 9,675 ÷ 4,106.7
VD = 2.35 voltios
Cómo estimar el tamaño del conductor necesario para un circuito
Usando la ecuación para la caída de tensión y un poco de álgebra, el tamaño mínimo del conductor en milésimas circulares para un circuito se puede encontrar usando lo siguiente:
milésimas circulares CM = (L × M × K × I) ÷ caída de tensión
kcmil = CM ÷ 1,000
Sustituya los valores en la fórmula para encontrar el área de la sección transversal en milésimas circulares, luego divida por 1,000 para encontrar el tamaño del conductor en kcmil requerido. Use nuestra tabla de tamaños de calibre de cable para encontrar el calibre de cable con el área de sección transversal correcta.
Por ejemplo: Encuentre el calibre de cable mínimo necesario para un circuito de 120V que dibuja 20A usando un conductor de cobre de 40 ‘de largo con una caída de tensión máxima del 3%.
Una caída de tensión del 3% sería 3.6 voltios.
kcmil = ((L × M × K × I) ÷ caída de tensión) ÷ 1000
kcmil = ((40 × 2 × 12.9 × 20) ÷ 3.6) ÷ 1,000
kcmil = (20,640 ÷ 3.6) ÷ 1,000
kcmil = 5,733 ÷ 1,000
kcmil = 5.733
12 AWG
Cómo determinar la longitud máxima de un circuito
La longitud máxima de un conductor en un circuito se puede determinar reescribiendo la fórmula para la caída de tensión de esta manera:
L = (VD × CM) ÷ (M × K × I)
Al igual que antes, sustituya los valores conocidos en la fórmula para obtener la longitud en pies.
Por ejemplo: Encuentre la longitud máxima del conductor para un circuito de 120V que dibuja 15A usando un conductor de cobre de 14 AWG con una caída de tensión máxima del 3%.
Una caída de tensión del 3% sería 3.6 voltios.
Un conductor de 14 AWG tiene un área de sección transversal de 4,107 milésimas circulares.
L = (VD × CM) ÷ (M × K × I)
L = (3.6 × 4,107) ÷ (2 × 12.9 × 15)
L = 14785.2 ÷ 387
L = 38.2 pies
Cuando la corriente eléctrica se mueve a través de un cable, debe superar un cierto nivel de presión contraria. Si la corriente es alterna, dicha presión se llama impedancia. La impedancia es un vector, o cantidad bidimensional, que consiste en resistencia y reactancia (reacción de un campo eléctrico acumulado a un cambio de corriente). Si la corriente es directa, la presión se llama resistencia.
Todo esto suena terriblemente abstracto, pero en realidad no es muy diferente del agua que corre por una manguera de jardín. Se necesita una cierta cantidad de presión para empujar el agua a través de la manguera, que es como el voltaje de la electricidad. La corriente es como el agua que fluye a través de la manguera. Y la manguera causa un cierto nivel de resistencia, dependiendo de su grosor, forma, etc. Lo mismo ocurre con los cables, ya que su tipo y tamaño determinan el nivel de resistencia.
Una caída de voltaje excesiva en un circuito puede hacer que las luces parpadeen o se quemen tenuemente, que los calentadores se calienten mal y que los motores funcionen más calientes de lo normal y se quemen. Esta condición hace que la carga trabaje más con menos voltaje que empuje la corriente.
Los expertos dicen que la caída de voltaje nunca debe ser mayor al 3 por ciento. Esto se hace seleccionando el tamaño correcto de cable y cuidando el uso de cables de extensión y dispositivos similares.
Hay cuatro causas básicas de caída de tensión
El primero es la elección del material utilizado para el cable. El cobre es un mejor conductor que el aluminio y tendrá menos caída de tensión que el aluminio para una longitud y un tamaño de cable determinados. La electricidad que se mueve a través de un cable de cobre es en realidad un grupo de electrones que son empujados por el voltaje. Cuanto mayor sea el voltaje, más electrones pueden enviarse a través del cable.
Ampacidad (amperaje) se refiere a la cantidad máxima de electrones que pueden ser empujados a la vez: la palabra ampacity es la abreviatura de capacidad de amperios.
El tamaño del cable es otro factor importante para determinar la caída de tensión. Los tamaños de cable más grandes (aquellos con un diámetro mayor) tendrán menos caída de voltaje que los tamaños de cable más pequeños de la misma longitud. En el calibre de cable americano, cada disminución de calibre en 6 unidades duplica el diámetro del cable, y cada disminución de calibre en 3 duplica el área de la sección transversal del cable. En la escala del indicador métrico, el indicador es 10 veces el diámetro en milímetros, por lo que un cable métrico de calibre 50 tendría 5 mm de diámetro.
Otro factor crítico en la caída de tensión es la longitud del cable. Los cables más cortos tendrán menos caída de tensión que los cables más largos para el mismo tamaño de cable (diámetro). La caída de voltaje se vuelve importante cuando la longitud de un tramo de alambre o cable se vuelve muy larga. Por lo general, esto no es un problema en los circuitos dentro de una casa, pero puede convertirse en un problema al tender el cable a una dependencia, bomba de pozo, etc.
Una caída de tensión excesiva puede causar pérdida de eficiencia en la operación de luces, motores y electrodomésticos. Esto podría ocasionar luces tenues y motores o electrodomésticos cuya vida útil se acorta. Por lo tanto, es importante usar el calibre de cable correcto cuando se ejecutan cables a larga distancia.
Finalmente, la cantidad de corriente transportada puede afectar los niveles de caída de tensión. La caída de tensión aumenta en un cable con un aumento en la corriente que fluye a través del cable. La capacidad de carga actual es la misma que la ampacidad.
La ampacidad de un cable depende de varios factores. Los cables están cubiertos con aislamiento, y esto puede dañarse si la temperatura del cable es demasiado alta. El material básico del que está hecho el cable es, por supuesto, un importante factor limitante. Si se envía corriente alterna a través del cable, la velocidad de la alternancia puede afectar la ampacidad. La temperatura en la que se usa el cable también puede afectar la ampacidad.
Los cables a menudo se usan en paquetes, y cuando se juntan, el calor total que generan tiene un efecto sobre la ampacidad y la caída de tensión. Existen reglas estrictas sobre la agrupación de cables que deben seguirse por este motivo.
La selección del cable se guía por dos principios principales. Primero, el cable debe poder transportar la carga actual impuesta sin sobrecalentarse. Debe poder hacer esto en las condiciones más extremas de temperatura que encontrará durante su vida útil. En segundo lugar, debe ofrecer una conexión a tierra suficientemente sólida para (i) limitar el voltaje al que las personas están expuestas a un nivel seguro y (ii) permitir que la corriente de falla dispare el fusible en poco tiempo.
Estas son consideraciones importantes de seguridad
Segúm estudios de la NFPA se tiene que:
- Los departamentos de bomberos locales respondieron a un promedio estimado de 44,880 incendios domésticos que involucran fallas eléctricas o mal funcionamiento cada año en 2012-2016.
- Los incendios en el hogar que involucran fallas eléctricas o mal funcionamiento causaron un promedio estimado de 440 muertes civiles y 1,250 lesiones civiles cada año en 2012-2016, así como un estimado de $ 1.3 mil millones en daños directos a la propiedad por año.
- La distribución eléctrica, la iluminación y el equipo de transferencia de energía representaron la mitad (50%) de los incendios domésticos que involucraron fallas eléctricas o mal funcionamiento, seguidos por el equipo de cocina (15%), el equipo de calefacción (9%), los ventiladores (6%), los aires acondicionados (3%) y secadoras de ropa (3%).
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