La caída de voltaje es una preocupación principal al instalar grandes longitudes de cable. La cantidad de voltaje perdido entre la fuente de alimentación de origen y el dispositivo alimentado puede ser significativo.
La selección incorrecta del calibre del cable puede provocar una pérdida de voltaje inaceptable en el extremo de la carga.
Causas principales de la Caída de Voltaje
Hay cuatro causas principales de caída de tensión eléctrica:
La primera es la elección del material utilizado para el alambre. La plata, el cobre, el oro y el aluminio se encuentran entre los metales con mejor conductividad eléctrica.
El cobre y el aluminio son los materiales más empleados para los alambres debido a su precio relativamente bajo en comparación con la plata y el oro. El cobre es un mejor conductor que el aluminio y tendrá menos caída de voltaje que el aluminio para una longitud y tamaño de cable determinados.
El tamaño del cable es otro factor importante para determinar la caída de voltaje. 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 estadounidense, cada disminución de calibre 6 duplica el diámetro del cable y cada disminución de calibre 3 duplica el área de la sección transversal del cable. En la escala de calibre métrico, el calibre 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 voltaje es la longitud del cable. Los cables más cortos tendrán menos caída de voltaje que los cables más largos para el mismo tamaño de cable.
La caída de voltaje se vuelve importante cuando la longitud de un hilo 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 cuando se conecta el cable a una dependencia, una bomba de pozo, etc.
Finalmente, la cantidad de corriente que se transporta puede afectar los niveles de caída de voltaje; un aumento de la corriente a través de un cable da como resultado una mayor caída de voltaje.
La capacidad de transporte de corriente a menudo se denomina ampacidad, que es la cantidad máxima de electrones que se pueden empujar a la vez; la palabra ampacidad es la abreviatura de capacidad de amperios.
La ampacidad de un cable depende de varios factores. El material básico del que está hecho el alambre es, por supuesto, un factor limitante importante. Si se envía corriente alterna a través del cable, la velocidad de alternancia puede afectar la ampacidad. La temperatura a la que se utiliza el cable también puede afectar la ampacidad.
Los cables se usan a menudo en haces o hebras, y cuando se juntan, el calor total que generan tiene un efecto sobre la ampacidad y la caída de voltaje. Existen reglas estrictas sobre la agrupación de cables que deben seguirse por este motivo.
La selección de cables se rige por dos principios fundamentales. Primero, el cable debe poder soportar la carga de corriente que se le impone sin sobrecalentarse.
Debería poder hacer esto en las condiciones de temperatura más extremas 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.
La siguiente tabla de caída de tensión publicada por Altronix, está diseñada para ayudar a calcular la caída de voltaje por cada 100 pies de cable emparejado en función del calibre del cable y la corriente de carga.
Al hacer coincidir la corriente de carga (en Amperios) en la parte superior del gráfico con el calibre de cable (AWG) por el lado izquierdo del gráfico, se puede determinar la pérdida de voltaje por cada 100 pies de recorrido de cable emparejado.
NOTA : Una pasada o tiraje de cable pareado representa la línea de alimentación y retorno a la carga. Por lo tanto, un par de cable de 500 (150m) pies equivale a 1000 (300m) pies de cable total.
Caída de Tensión o Voltaje Ejemplos
Ejemplo 1:
Dada una corriente de carga de 1 AMP y utilizando un cable de 18 AWG, ¿cuánta caída de voltaje podemos esperar en el extremo de la carga para un cable emparejado de 350 pies (107 m)?
Usando el cuadro, unimos la fila para 18 AWG y la columna para 1 Amp y determinamos que la pérdida de voltaje por cada 100 pies es 1.27 voltios.
Al dividir la longitud del cable emparejado por 100, obtenemos el factor por el cual necesitamos multiplicar la caída de voltaje por cada 100 pies para determinar la pérdida total de voltaje. Por lo tanto, 350 pies divididos por 100 es igual a 3.5. Multiplique 3.5 por 1.27 voltios por cada 100 pies para obtener su pérdida de voltaje total. En consecuencia, la pérdida total de voltaje es 3.5 veces 1.27, o 4.445 caídas de voltaje para 350 pies.
350/100 x 1.27 = 4.45 Voltios
Ejemplo 2:
Dada una carga de cámara de 2 Amp, es decir, a 400 pies (120m) de la fuente de alimentación, ¿qué calibre debe seleccionarse para mantener la caída de tensión en la cámara a menos de 3 voltios?
Para usar la tabla, debemos determinar cuál es la pérdida máxima de voltaje por cada 100 pies. Calculamos que 100 pies es 1/4 de 400 pies, por lo que la caída de voltaje permitida para 100 pies es 1/4 veces 3 voltios (que es el equivalente de 0.75 voltios por 100 pies):
caída de voltaje por 100 pies = 3/4 = .75 voltios por 100 pies.
Entonces, sabiendo que no podemos permitir nada mayor que una pérdida de voltaje de .75 voltios por 100 pies, ahora podemos mirar la tabla y seleccionar los medidores de alambre que nos darán menores caídas de voltaje por 100 pies a una corriente de carga de 2 AMP.
En este caso, medidores de alambre de 10 (.40 V), 11 (.50 V) y 12 AWG (.64) serán suficientes, con 13 AWG (.80) como una posibilidad.
Por lo tanto, para mantener la caída de voltaje en la cámara a menos de 3 voltios dada una carga de la cámara de 2 AMP y un cableado de 400 pies, debemos usar un calibre de cable en el rango de 10-13 AWG.
Caída de voltaje cada 100 pies (30m) de cable pareado
Estas prácticas ecuaciones se pueden utilizar para determinar la pérdida de voltaje por 100 pies o calibre de cable como alternativa al gráfico, incluso para valores que no están en la tabla. Para llegar a una caída de voltaje total, siempre divida la longitud de cable emparejada por 100, y luego multiplique ese número por la caída de voltaje por cada 100 pies:
¿Cómo se calcula la caída de voltaje?
- Para determinar cuanto es la caída de voltaje en 100 pies dada la corriente de carga y el calibre del cable:
VD = Caída de voltaje Fórmula para 100 pies (Voltios)
IL = Carga de corriente (AMP)
AWG = Calibre del cable
2. Para determinar el calibre del cable necesario dada la longitud del cable emparejado, la corriente de carga y la caída de voltaje deseada por cada 100 pies:
Con estas útiles herramientas, se pueden evitar los problemas de caída de tensión antes de la instalación, ahorrando tiempo, dinero y asegurando un sistema que funcione correctamente.
El concepto de caída de voltaje se utiliza para describir la diferencia entre el voltaje suministrado en la fuente y el voltaje medido en la carga. Los factores que determinan la caída de tensión se resumen en la siguiente tabla:
| FACTORES DE CAÍDA DE VOLTAJE | DESCRIPCIÓN |
| A. Material conductor | Algunos materiales son mejores conductores eléctricos que otros. Por ejemplo, el cobre es más conductor que el aluminio. |
| B Diámetro del conductor | Un conductor más ancho tiene una conductividad mejorada, porque hay más material para transportar la corriente eléctrica. |
| C Longitud del conductor | Los conductores más largos tienen una mayor resistencia porque la corriente debe viajar una distancia más larga entre la fuente y la carga. |
| D. Temperatura del conductor | La temperatura influye en la conductividad de los materiales. Según el material y la temperatura real, la conductividad puede aumentar o disminuir con nuevos aumentos de temperatura. |
| E. Corriente transportada por el conductor | La corriente es directamente proporcional a la caída de tensión. Si la corriente se duplica mientras la resistencia se mantiene igual, la caída de voltaje también se duplica. |
| F. Conexiones en el circuito | Una conexión representa una interrupción en el material conductor y tiene asociada una resistencia de contacto. Las conexiones deficientes están asociadas con una mayor caída de voltaje. |
¿Cómo se puede controlar la caída de voltaje?
Como no existe un conductor perfecto y todos los materiales tienen resistencia eléctrica, es imposible eliminar por completo la caída de voltaje. Sin embargo, hay muchas maneras de minimizarlo:
- Mejora de la eficiencia del sistema
Suponiendo que la carga se mantenga igual, aumentar la eficiencia de los equipos eléctricos reduce el consumo de energía. Dado que el voltaje de suministro es constante, la eficiencia mejorada da como resultado menos corriente y una caída de voltaje reducida. - Resolución de problemas
Algunos problemas eléctricos provocan un aumento innecesario de la corriente o la resistencia, lo que conduce a una mayor caída de tensión. Una vez que se resuelven estos problemas, la caída de voltaje vuelve a la normalidad. - Corrección del tamaño
de los conductores Si los conductores de un circuito no se seleccionaron correctamente, pueden experimentar una caída de tensión significativa. Al seleccionar conductores, es importante tener en cuenta factores como la corriente a plena carga, la temperatura ambiente y la cantidad de conductores en una canalización. - Distribución eléctrica centralizada
Si el eje eléctrico principal y los tableros de distribución están ubicados cerca del centro de un edificio, el cableado debe cruzar distancias más pequeñas para llegar a las diferentes cargas. Este tipo de diseño minimiza la caída de tensión. Por otro lado, cuando el eje eléctrico y los paneles están ubicados en un extremo del edificio, los circuitos deben cruzar toda la construcción para alcanzar las cargas en el lado opuesto. - Distribución de carga equilibrada
Los edificios comerciales grandes suelen utilizar circuitos trifásicos, que tienen tres conductores vivos, como su nombre lo indica. Si una fase está demasiado cargada, también experimentará una corriente mayor y una mayor caída de voltaje en comparación con las otras fases.
Estas son medidas específicas que se pueden implementar para reducir la caída de voltaje. En general, cualquier medida que logre cualquiera de los siguientes efectos es viable, siempre que lo permita el Código Eléctrico de la Ciudad de Nueva York:
- Corriente de carga decreciente
- Aumento del diámetro del conductor
- Aumentar el número de conductores paralelos
- Disminución de la longitud del conductor
- Disminución de la temperatura del conductor
Caída de tensión permitida según NEC, edición de 2011
El Código Eléctrico Nacional (NEC) de la NFPA, que es la base del Código Eléctrico de la Ciudad de Nueva York, establece dos condiciones para la caída de voltaje permitida en las instalaciones eléctricas:
- El voltaje máximo permitido a través de un circuito derivado es del 3 %, medido entre el panel eléctrico correspondiente y el tomacorriente más alejado que suministre energía, calefacción, iluminación o cualquier combinación de tales cargas.
- La caída de voltaje combinada máxima entre los alimentadores principales y los circuitos derivados es del 5 %, medida desde la conexión de servicio hasta el tomacorriente más lejano.
Se considera que estos niveles de caída de voltaje proporcionan una eficiencia operativa razonable. Es importante tener en cuenta que, cuando se aumenta el tamaño de los conductores del circuito para compensar la caída de voltaje por distancia, el conductor de puesta a tierra del equipo se debe aumentar en consecuencia.
