Para garantizar la seguridad al operar electrodomésticos, es necesario calcular correctamente la sección transversal del cable de alimentación y el cableado. Dado que una sección de cable seleccionada incorrectamente puede provocar un incendio en el cableado debido a un cortocircuito. Esto amenaza con provocar un incendio en el edificio. Esto también se aplica a la elección del cable para conectar motores eléctricos.

Cálculo actual

El valor actual se calcula en términos de potencia y es necesario en la etapa de diseño (planificación) de una vivienda: apartamento, casa.

• El valor de esta cantidad depende de selección de cable de alimentación (alambre), a través del cual se pueden conectar dispositivos de consumo de energía a la red.
• Conociendo el voltaje de la red eléctrica y la carga total de los aparatos eléctricos, mediante la fórmula calcular la corriente que deberá pasar a través del conductor(cable de alambre). El área de la sección transversal de los núcleos se selecciona en función de su tamaño.

Si se conocen los consumidores eléctricos de un apartamento o casa, es necesario realizar cálculos sencillos para poder instalar correctamente el circuito de alimentación.

Se realizan cálculos similares para fines de producción: determinar el área de la sección transversal requerida de los núcleos de los cables al conectar equipos industriales (varios motores y mecanismos eléctricos industriales).

Tensión de red monofásica 220 V

La intensidad actual I (en amperios, A) se calcula mediante la fórmula:

Yo=P/U,

donde P es la carga eléctrica total (debe indicarse en la ficha técnica del dispositivo), W (vatios);

U – voltaje de la red eléctrica, V (voltios).

La siguiente tabla muestra valores de carga de electrodomésticos típicos y su consumo de corriente (para voltaje 220 V).

aparato eléctrico	Consumo de energía, vatios	Fuerza actual, A
Lavadora	2000 – 2500	9,0 – 11,4
Jacuzzi	2000 – 2500	9,0 – 11,4
Calefacción por suelo eléctrico	800 – 1400	3,6 – 6,4
Estufa eléctrica estacionaria	4500 – 8500	20,5 – 38,6
microonda	900 – 1300	4,1 – 5,9
Lavavajillas	2000 - 2500	9,0 – 11,4
Congeladores, refrigeradores	140 - 300	0,6 – 1,4
Picadora de carne eléctrica	1100 - 1200	5,0 - 5,5
Hervidor eléctrico	1850 – 2000	8,4 – 9,0
cafetera electrica	6z0-1200	3,0 – 5,5
exprimidor	240 - 360	1,1 – 1,6
Tostadora	640 - 1100	2,9 - 5,0
Mezclador	250 - 400	1,1 – 1,8
Secador de pelo	400 - 1600	1,8 – 7,3
Hierro	900 - 1700	4,1 – 7,7
aspiradora	680 - 1400	3,1 – 6,4
Admirador	250 - 400	1,0 – 1,8
TELEVISOR	125 - 180	0,6 – 0,8
Equipos de radio	70 - 100	0,3 – 0,5
Dispositivos de iluminación	20 - 100	0,1 – 0,4

La figura muestra diagrama del dispositivo de suministro de energía para un apartamento con conexión monofásica a una red de 220 V.

Como se puede ver en la figura, varios consumidores de electricidad se conectan a través de las máquinas correspondientes a un medidor eléctrico y luego a una máquina general, que debe estar diseñada para la carga de dispositivos con los que estará equipado el apartamento. El cable que suministra energía también debe satisfacer la carga de los consumidores de energía.

A continuación es tabla de cableado oculto para un diagrama de conexión de un apartamento monofásico para seleccionar cables a un voltaje de 220 V

Sección transversal del núcleo del cable, mm 2	Diámetro del núcleo del conductor, mm	Conductores de cobre		Conductores de aluminio
		Actual, A	Potencia, W	Actual, A	potencia, kWt
0,50	0,80	6	1300
0,75	0,98	10	2200
1,00	1,13	14	3100
1,50	1,38	15	3300	10	2200
2,00	1,60	19	4200	14	3100
2,50	1,78	21	4600	16	3500
4,00	2,26	27	5900	21	4600
6,00	2,76	34	7500	26	5700
10,00	3,57	50	11000	38	8400
16,00	4,51	80	17600	55	12100
25,00	5,64	100	22000	65	14300

Como puede verse en la tabla, la sección transversal de los núcleos depende, además de la carga, del material del que está hecho el cable.

Tensión de red trifásica 380 V

Con una fuente de alimentación trifásica, la intensidad de corriente I (en amperios, A) se calcula mediante la fórmula:

Yo = P/1,73 U,

donde P es el consumo de energía, W;

U - voltaje de red, V,

Dado que el voltaje en un circuito de alimentación trifásico es de 380 V, la fórmula tomará la forma:

Yo = P/657,4.

Si se suministra a la casa una fuente de alimentación trifásica con un voltaje de 380 V, el diagrama de conexión será el siguiente.

En la tabla se presenta la sección transversal de los conductores en el cable de alimentación con varias cargas en un circuito trifásico con un voltaje de 380 V para cableado oculto.

Sección transversal del núcleo del cable, mm 2	Diámetro del núcleo del conductor, mm	Conductores de cobre		Conductores de aluminio
		Actual, A	Potencia, W	Actual, A	potencia, kWt
0,50	0,80	6	2250
0,75	0,98	10	3800
1,00	1,13	14	5300
1,50	1,38	15	5700	10	3800
2,00	1,60	19	7200	14	5300
2,50	1,78	21	7900	16	6000
4,00	2,26	27	10000	21	7900
6,00	2,76	34	12000	26	9800
10,00	3,57	50	19000	38	14000
16,00	4,51	80	30000	55	20000
25,00	5,64	100	38000	65	24000

Para calcular la corriente en los circuitos de alimentación de una carga caracterizada por una alta potencia aparente reactiva, típica del uso de fuentes de alimentación en la industria:

• motor electrico;
• bobinas para dispositivos de iluminación;
• transformadores de soldadura;
• hornos de inducción.

Este fenómeno debe tenerse en cuenta a la hora de realizar cálculos. En dispositivos y equipos potentes, la proporción de carga reactiva es mayor y, por lo tanto, para dichos dispositivos en los cálculos el factor de potencia se toma igual a 0,8.

Contenido:

El movimiento de partículas cargadas en un conductor en ingeniería eléctrica se llama corriente eléctrica. La corriente eléctrica no se caracteriza solo por la cantidad de energía eléctrica que pasa a través del conductor, ya que en 60 minutos puede pasar electricidad igual a 1 culombio, sino que a través del conductor se puede pasar la misma cantidad de electricidad en un segundo.

¿Cuál es la fuerza actual?

Cuando se considera la cantidad de electricidad que fluye a través de un conductor en diferentes intervalos de tiempo, está claro que en un período de tiempo más corto la corriente fluye con mayor intensidad, por lo que se introduce otra definición en las características de la corriente eléctrica: esta es la intensidad de la corriente, que se caracteriza por la corriente que fluye en el conductor por segundo de tiempo. La unidad de medida para la magnitud de la corriente que pasa en ingeniería eléctrica es el amperio.

En otras palabras, la intensidad de la corriente eléctrica en un conductor es la cantidad de electricidad que ha pasado a través de su sección transversal en un segundo de tiempo, marcada con la letra I. La intensidad de la corriente se mide en amperios; esto es unidad de medida que es igual a la fuerza de una corriente constante que pasa a través de un sinfín de alambres paralelos con las secciones circulares más pequeñas separadas por 100 cm y ubicados en el vacío, lo que provoca una interacción sobre un metro de longitud del conductor con una fuerza = 2 * 10 menos 7 grados de Newton por cada 100 cm de longitud.

Los expertos suelen determinar la magnitud de la corriente que pasa; en Ucrania (potencia de rasgueo) es igual a 1 amperio, cuando 1 culombio de electricidad pasa a través de la sección transversal del conductor cada segundo.

En ingeniería eléctrica, se puede ver el uso frecuente de otras cantidades para determinar el valor de la corriente que pasa: 1 miliamperio, que es igual a uno / amperio, 10 elevado a menos un tercio de amperio, un microamperio es diez a menos sexto potencia de amperio.

Conociendo la cantidad de electricidad que pasa a través de un conductor durante un cierto período de tiempo, se puede calcular la intensidad de la corriente (como dicen en Ucrania, fuerza strumu) mediante la fórmula:

Cuando un circuito eléctrico está cerrado y no tiene ramas, entonces fluye la misma cantidad de electricidad por segundo en cada lugar de su sección transversal. Teóricamente, esto se explica por la imposibilidad de acumular cargas eléctricas en cualquier lugar del circuito, por esta razón la intensidad de la corriente es la misma en todas partes.

Esta regla también se aplica en circuitos complejos cuando hay ramas, pero se aplica a algunas secciones de un circuito complejo que pueden considerarse como un circuito eléctrico simple.

¿Cómo se mide la corriente?

La magnitud de la corriente se mide con un dispositivo llamado amperímetro, y también para valores pequeños: un miliamperímetro y un microamperímetro, que se puede ver en la foto a continuación:

Existe la opinión entre la gente de que cuando la intensidad de la corriente en un conductor se mide antes de la carga (consumidor), el valor será mayor que después de ella. Esta es una opinión errónea, basada en el hecho de que supuestamente se utilizará cierta fuerza para que el consumidor entre en acción. La corriente eléctrica en un conductor es un proceso electromagnético en el que participan electrones cargados, se mueven en una dirección, pero no son los electrones los que transmiten energía, sino el campo electromagnético que rodea al conductor.

La cantidad de electrones que salen al comienzo de la cadena será igual a la cantidad de electrones después del consumidor al final de la cadena, no se pueden consumir.

¿Qué tipos de conductores existen? Los expertos definen el concepto de “conductor” como un material en el que las partículas cargadas pueden moverse libremente. Casi todos los metales, ácidos y soluciones salinas tienen en la práctica estas propiedades. Un material o sustancia en el que el movimiento de partículas cargadas es difícil o incluso imposible se llama aislantes (dieléctricos). Los materiales dieléctricos comunes son el cuarzo o la ebonita, un aislante artificial.

Conclusión

En la práctica, los equipos modernos funcionan con valores de corriente grandes, de hasta cientos o incluso miles de amperios, así como con valores pequeños. Un ejemplo en la vida cotidiana del valor de la corriente en diferentes dispositivos puede ser una estufa eléctrica, donde alcanza un valor de 5 A, y una simple lámpara incandescente puede tener un valor de 0,4 A; en una fotocélula, el valor de la corriente que pasa. se mide en microamperios. En las líneas de transporte público urbano (trolebús, tranvía), el valor de la corriente que pasa alcanza los 1000 A.

Érase una vez una señora, sin muchos conocimientos de ingeniería eléctrica, cuando un instalador le contó el motivo de la falta de luz en su apartamento. Resultó ser un cortocircuito y la mujer exigió que se prolongara de inmediato. Puedes reírte de esta historia, pero es mejor considerar este problema con más detalle. Los electricistas, incluso sin este artículo, saben qué es este fenómeno, qué amenaza y cómo calcular la corriente de cortocircuito. La información que se presenta a continuación está dirigida a personas que no tienen educación técnica, pero que, como todos, no están inmunes a los problemas asociados con el funcionamiento de equipos, máquinas, equipos de producción y los electrodomésticos más comunes. Es importante que toda persona sepa qué es un cortocircuito, cuáles son sus causas, posibles consecuencias y métodos para prevenirlo. Esta descripción no se puede completar sin estar familiarizado con los conceptos básicos de la ingeniería eléctrica. Un lector que no los conozca puede aburrirse y no leer el artículo hasta el final.

Presentación popular de la ley de Ohm.

No importa cuál sea la naturaleza de la corriente en un circuito eléctrico, ésta ocurre sólo si hay una diferencia de potencial (o voltaje, es lo mismo). La naturaleza de este fenómeno se puede explicar con el ejemplo de una cascada: si hay un desnivel, el agua fluye en alguna dirección, y cuando no, se detiene. Incluso los escolares conocen la ley de Ohm, según la cual cuanto mayor es el voltaje, mayor es la corriente y cuanto menor es la resistencia incluida en la carga:

I es la magnitud de la corriente, que a veces se denomina "fuerza de la corriente", aunque esta no es una traducción completamente correcta del alemán. Medido en amperios (A).

De hecho, la corriente en sí no tiene ninguna fuerza (es decir, la causa de la aceleración), que es precisamente lo que se manifiesta durante un cortocircuito. Este término ya se ha vuelto familiar y se usa con frecuencia, aunque los profesores de algunas universidades, al escuchar las palabras "fuerza actual" de boca de un estudiante, inmediatamente lo califican de "fracaso". “¿Qué pasa con el fuego y el humo que sale del cableado durante un cortocircuito? - el oponente persistente preguntará: "¿No es esto fuerza?" Hay una respuesta a esta observación. El caso es que los conductores ideales no existen, y su calentamiento se debe precisamente a este hecho. Si suponemos que R = 0, entonces no se liberará calor, como se desprende de la ley de Joule-Lenz que se detalla a continuación.

U es la misma diferencia de potencial, también llamada voltaje. Se mide en Voltios (en nuestro país V, en el extranjero V). También se le llama fuerza electromotriz (EMF).

R es la resistencia eléctrica, es decir, la capacidad de un material de impedir el paso de la corriente. Para los dieléctricos (aislantes) es grande, aunque no infinito, para los conductores es pequeño. Medido en ohmios, pero evaluado como un valor específico. No hace falta decir que cuanto más grueso es el cable, mejor conduce la corriente y cuanto más largo, peor. Por tanto, la resistividad se mide en Ohmios multiplicados por un milímetro cuadrado y divididos por un metro. Además, su valor se ve afectado por la temperatura, cuanto mayor sea, mayor será la resistencia. Por ejemplo, un conductor de oro de 1 metro de largo y 1 metro cuadrado de sección transversal. mm a 20 grados Celsius tiene una resistencia total de 0,024 ohmios.

También existe una fórmula para la ley de Ohm para un circuito completo; en él se introduce la resistencia interna (propia) de la fuente de voltaje (EMF).

Dos fórmulas simples pero importantes

Es imposible entender la razón por la cual se produce la corriente de cortocircuito sin dominar otra fórmula simple. La potencia consumida por la carga es igual (sin tener en cuenta los componentes reactivos, pero hablaremos de ellos más adelante) al producto de la corriente y el voltaje.

P - potencia, Watt o Volt-Amp;

U - voltaje, voltio;

Yo - corriente, amperio.

La potencia nunca es infinita, siempre está limitada por algo, por lo tanto, con su valor fijo, a medida que aumenta la corriente, el voltaje disminuye. La dependencia de estos dos parámetros del circuito operativo, expresada gráficamente, se denomina característica corriente-voltaje.

Y otra fórmula necesaria para calcular las corrientes de cortocircuito es la ley de Joule-Lenz. Da una idea de cuánto calor se genera al resistir una carga, y es muy sencillo. El conductor se calentará con una intensidad proporcional al voltaje y al cuadrado de la corriente. Y, por supuesto, la fórmula no está completa sin tiempo: cuanto más se caliente la resistencia, más calor liberará.

¿Qué sucede en un circuito durante un cortocircuito?

Entonces, el lector puede considerar que ha dominado todas las leyes físicas principales para comprender cuál puede ser la magnitud (está bien, que haya fuerza) de la corriente de cortocircuito. Pero primero debes decidir qué es exactamente. KZ (cortocircuito) es una situación en la que la resistencia de carga es cercana a cero. Veamos la fórmula de la ley de Ohm. Si consideramos su versión para una sección del circuito, es fácil entender que la corriente tenderá al infinito. En la versión completa, estará limitado por la resistencia de la fuente EMF. En cualquier caso, la corriente de cortocircuito es muy grande y, según la ley de Joule-Lenz, cuanto mayor es, más se calienta el conductor por el que discurre. Además, la dependencia no es directa, sino cuadrática, es decir, si I aumenta cien veces, se liberará diez mil veces más calor. Éste es el peligro del fenómeno, que en ocasiones provoca incendios.

Los cables se ponen al rojo vivo (o al rojo vivo) y transfieren esta energía a las paredes, techos y otros objetos que tocan, prendiéndoles fuego. Si una fase de algún dispositivo toca el conductor neutro, se produce una corriente de cortocircuito desde la fuente, cerrada a sí misma. La base combustible del cableado eléctrico es una pesadilla para los inspectores de incendios y el motivo de muchas multas impuestas a propietarios irresponsables de edificios y locales. Y la culpa, por supuesto, no son las leyes de Joule-Lenz y Ohm, sino el aislamiento que se ha secado por la vejez, la instalación descuidada o analfabeta, los daños mecánicos o la sobrecarga del cableado.

Sin embargo, la corriente de cortocircuito, por grande que sea, tampoco es infinita. La cantidad de problemas que puede causar está influenciada por la duración del calentamiento y los parámetros del circuito de suministro de energía.

circuitos de CA

Las situaciones comentadas anteriormente eran de carácter general o se referían a circuitos de CC. En la mayoría de los casos, el suministro eléctrico tanto de instalaciones residenciales como industriales se realiza desde una red de tensión alterna de 220 o 380 Voltios. Los problemas con el cableado de CC ocurren con mayor frecuencia en los automóviles.

Existe una diferencia significativa entre estos dos tipos principales de suministro de energía. El caso es que el paso de la corriente alterna se ve impedido por componentes de resistencia adicionales, llamados reactivos y provocados por la naturaleza ondulatoria de los fenómenos que surgen en ellos. Las inductancias y capacitancias reaccionan a la corriente alterna. La corriente de cortocircuito del transformador está limitada no solo por la resistencia activa (u óhmica, es decir, que se puede medir con un probador de bolsillo), sino también por su componente inductivo. El segundo tipo de carga es capacitiva. Los vectores de los componentes reactivos están desviados con respecto al vector de corriente activo. La corriente inductiva va por detrás y la corriente capacitiva la adelanta 90 grados.

Un ejemplo de la diferencia de comportamiento de una carga con un componente reactivo es un altavoz convencional. Algunos fanáticos de la música alta lo sobrecargan hasta que el difusor impulsa el campo magnético hacia adelante. La bobina se sale del núcleo y se quema inmediatamente porque el componente inductivo de su voltaje disminuye.

Tipos de cortocircuito

La corriente de cortocircuito puede ocurrir en diferentes circuitos conectados a diferentes fuentes de CC o CA. La situación más simple es con el plus habitual, que de repente se conecta con el menos, sin pasar por la carga útil.

Pero con la corriente alterna hay más opciones. La corriente de cortocircuito monofásica ocurre cuando una fase está conectada al neutro o conectada a tierra. En una red trifásica pueden producirse contactos no deseados entre dos fases. Un voltaje de 380 o más (cuando se transmite energía a largas distancias a lo largo de líneas eléctricas) voltios también puede causar consecuencias desagradables, incluido un arco eléctrico en el momento de la conmutación. Los tres (o cuatro, junto con el neutro) cables se pueden cortocircuitar al mismo tiempo y la corriente de cortocircuito trifásica fluirá a través de ellos hasta que se active el equipo de protección automático.

Pero eso no es todo. En los rotores y estatores de máquinas eléctricas (motores y generadores) y transformadores, a veces se produce un fenómeno tan desagradable como un cortocircuito entre espiras, en el que los bucles de cables adyacentes forman una especie de anillo. Este circuito cerrado tiene una resistencia de CA extremadamente baja. La intensidad de la corriente de cortocircuito en las espiras aumenta, lo que provoca el calentamiento de toda la máquina. En realidad, si ocurre tal desastre, no debe esperar hasta que todo el aislamiento se derrita y el motor eléctrico comience a humear. Es necesario rebobinar los devanados de la máquina, lo que requiere equipo especial. Lo mismo se aplica a aquellos casos en los que, debido a la corriente de cortocircuito "entre vueltas" del transformador, surge una corriente de cortocircuito. Cuanto menos se queme el aislamiento, más fácil y económico será rebobinarlo.

Cálculo del valor actual durante un cortocircuito.

Por catastrófico que sea tal o cual fenómeno, su evaluación cuantitativa es importante para la ingeniería y las ciencias aplicadas. La fórmula de la corriente de cortocircuito es muy similar a la ley de Ohm, sólo que requiere alguna explicación. Entonces:

I cortocircuito = Uph / (Zn + Zt),

hago cortocircuito - valor de la corriente de cortocircuito, A;

Uph - voltaje de fase, V;

Zn es la resistencia total (incluido el componente reactivo) del bucle en cortocircuito;

Zt es la resistencia total (incluido el componente reactivo) del transformador de suministro (potencia), Ohm.

Las impedancias se definen como la hipotenusa de un triángulo rectángulo, cuyos catetos representan los valores de resistencia activa y reactiva (inductiva). Es muy sencillo, sólo necesitas utilizar el teorema de Pitágoras.

En la práctica se utilizan con mayor frecuencia que la fórmula de corriente de cortocircuito, curvas derivadas experimentalmente. Representan las dependencias de la magnitud del cortocircuito. de la longitud del conductor, la sección transversal del cable y la potencia del transformador de potencia. Las gráficas son una colección de rectas exponencialmente descendentes, de las que sólo queda elegir la adecuada. El método proporciona resultados aproximados, pero su precisión se adapta bien a las necesidades prácticas de los ingenieros energéticos.

¿Cómo funciona el proceso?

Todo parece suceder instantáneamente. Algo zumbó, la luz se atenuó y luego se apagó. De hecho, como cualquier fenómeno físico, el proceso puede ampliarse, ralentizarse, analizarse y dividirse mentalmente en fases. Antes del inicio de una emergencia, el circuito se caracteriza por un valor de corriente constante que se encuentra dentro del modo nominal. De repente, la resistencia total cae bruscamente hasta un valor cercano a cero. Los componentes inductivos (motores eléctricos, bobinas de choque y transformadores) de la carga parecen ralentizar el proceso de crecimiento de la corriente. Así, en los primeros microsegundos (hasta 0,01 segundos), la corriente de cortocircuito de la fuente de tensión permanece prácticamente sin cambios e incluso disminuye ligeramente debido al inicio del proceso transitorio. Al mismo tiempo, su FEM alcanza gradualmente el valor cero, luego lo atraviesa y se establece en algún valor estabilizado, lo que garantiza la aparición de un gran cortocircuito I. La corriente misma en el momento del proceso transitorio es la suma de componentes periódicos y aperiódicos. Se analiza la forma del gráfico del proceso, como resultado de lo cual es posible determinar un valor constante de tiempo, dependiendo del ángulo de inclinación de la tangente a la curva de aceleración en el punto de su inflexión (la primera derivada) y el tiempo de retardo, determinado por el valor del componente reactivo (inductivo) de la resistencia total.

Corriente de choque de cortocircuito

El término "corriente de choque de cortocircuito" se utiliza a menudo en la literatura técnica. No hay que tener miedo de este concepto, no da tanto miedo y no tiene relación directa con la descarga eléctrica. Este concepto significa el valor máximo de cortocircuito. en un circuito de corriente alterna, alcanzando normalmente su valor medio ciclo después de que se produzca una situación de emergencia. A una frecuencia de 50 Hz, el período es de 0,2 segundos y su mitad es, respectivamente, de 0,1 segundos. En este momento, la interacción de los conductores ubicados cerca unos de otros alcanza su mayor intensidad. La corriente de choque de cortocircuito se determina mediante una fórmula que no tiene sentido presentar en este artículo, que no está destinado a especialistas ni siquiera a estudiantes. Está disponible en literatura especializada y libros de texto. En sí misma, esta expresión matemática no es particularmente difícil, pero requiere comentarios bastante voluminosos que profundicen al lector en la teoría de los circuitos eléctricos.

Aviso breve útil

Parecería que el hecho obvio es que un cortocircuito es un fenómeno extremadamente malo, desagradable e indeseable. Esto puede provocar, en el mejor de los casos, un apagón de la instalación, el cierre del equipo de protección de emergencia y, en el peor de los casos, la quema del cableado e incluso un incendio. Por tanto, todos los esfuerzos deben concentrarse en evitar esta desgracia. Sin embargo, calcular las corrientes de cortocircuito tiene un significado muy real y práctico. Se han inventado muchos medios técnicos que funcionan en modos de alta corriente. Un ejemplo es una máquina de soldar convencional, especialmente una máquina de soldar por arco, que durante el funcionamiento prácticamente cortocircuita el electrodo a tierra. Otro problema es que estos modos son de corta duración y la potencia del transformador les permite soportar estas sobrecargas. Al soldar, pasan enormes corrientes en el punto de contacto del extremo del electrodo (se miden en decenas de amperios), como resultado de lo cual se libera suficiente calor para derretir localmente el metal y crear una costura fuerte.

Métodos de protección

En los primeros años del rápido desarrollo de la ingeniería eléctrica, cuando la humanidad todavía experimentaba valientemente, introduciendo dispositivos galvánicos, inventando varios tipos de generadores, motores e iluminación, surgió el problema de proteger estos dispositivos contra sobrecargas y corrientes de cortocircuito. La solución más sencilla fue instalar elementos fusibles en serie con la carga, que se destruían bajo la influencia del calor resistivo si la corriente superaba el valor establecido. Estos fusibles todavía sirven a las personas hoy en día; sus principales ventajas son la simplicidad, la confiabilidad y el bajo costo. Pero también tienen desventajas. La simplicidad misma del "tapón" (como lo llamaron los poseedores de fusibles por su forma específica) provoca que los usuarios, después de que se queme, no filosofen, sino que reemplacen los elementos defectuosos con los primeros cables, clips o incluso clavos que llegar a la mano. ¿Vale la pena mencionar que dicha protección contra corrientes de cortocircuito no cumple su noble función?

En las empresas industriales, los interruptores automáticos comenzaron a usarse para desenergizar circuitos sobrecargados antes que en los cuadros de distribución residenciales, pero en las últimas décadas, los "embotellamientos" han sido reemplazados en gran medida por ellos. Las “máquinas automáticas” son mucho más cómodas, no es necesario cambiarlas, sino encenderlas después de eliminar la causa del cortocircuito y esperar a que se enfríen los elementos térmicos. A veces sus contactos se queman, en cuyo caso es mejor sustituirlos y no intentar limpiarlos o repararlos. Los disyuntores diferenciales más complejos, de alto costo, no duran más que los convencionales, pero su carga funcional es más amplia; cortan el voltaje en caso de una mínima fuga de corriente "hacia un lado", por ejemplo, cuando una persona está electrocutado.

En la vida cotidiana, no se recomienda experimentar con cortocircuitos.

La energía eléctrica conlleva un peligro bastante elevado, del que no están protegidos ni los trabajadores de las subestaciones individuales ni los electrodomésticos. La corriente de cortocircuito es uno de los tipos de electricidad más peligrosos, pero existen métodos para controlarla, calcularla y medirla.

Lo que es

La corriente de cortocircuito (SCC) es un impulso eléctrico de choque que aumenta considerablemente. Su principal peligro es que, según la ley de Joule-Lenz, dicha energía tiene una tasa de liberación de calor muy alta. Como resultado de un cortocircuito, los cables pueden derretirse o ciertos aparatos eléctricos pueden quemarse.

Foto - diagrama de tiempo

Consta de dos componentes principales: el componente de corriente aperiódico y el componente periódico forzado.

Fórmula – periódica Fórmula – aperiódica

Según el principio, lo más difícil de medir es la energía de aparición aperiódica, que es capacitiva, previa a la emergencia. Después de todo, es en el momento del accidente cuando la diferencia entre las fases tiene la mayor amplitud. Además, su peculiaridad es la aparición atípica de esta corriente en las redes. El diagrama de su formación ayudará a mostrar el principio de funcionamiento de este flujo.

La resistencia de las fuentes debido al alto voltaje durante un cortocircuito se cortocircuita en una distancia corta o "cortocircuito", de ahí el nombre de este fenómeno. Hay una corriente de cortocircuito de tres fases, dos fases y monofásicas; aquí la clasificación se realiza según el número de fases cerradas. En algunos casos, el cortocircuito puede producirse entre fases y a tierra. Luego, para determinarlo, deberá tener en cuenta por separado la conexión a tierra.

Foto – resultado del cortocircuito

También se pueden distribuir cortocircuitos según el tipo de conexión del equipo eléctrico:

1. Con puesta a tierra;
2. Sin él.

Para explicar completamente este fenómeno, sugerimos considerar un ejemplo. Digamos que hay un consumidor de corriente específico que está conectado a una línea eléctrica local mediante un grifo. Con el circuito correcto, el voltaje total en la red es igual a la diferencia de EMF en la fuente de energía y la reducción de voltaje en las redes eléctricas locales. En base a esto, se puede utilizar la fórmula de Ohm para determinar la corriente de cortocircuito:

R = 0; Ikz = Ɛ/r

Aquí r es la resistencia de cortocircuito.

Si sustituye ciertos valores, puede determinar la corriente de falla en cualquier punto a lo largo de toda la línea eléctrica. No es necesario comprobar aquí la multiplicidad del cortocircuito.

Métodos de cálculo

Supongamos que ya se ha producido un cortocircuito en una red trifásica, por ejemplo, en una subestación o en los devanados de un transformador, entonces cómo se calculan las corrientes de cortocircuito:

Fórmula - corriente de falla trifásica

Aquí U20 es el voltaje de los devanados del transformador y Z T es la resistencia de una determinada fase (que resultó dañada en el cortocircuito). Si el voltaje en las redes es un parámetro conocido, se debe calcular la resistencia.

Cada fuente eléctrica, ya sea un transformador, un terminal de batería o cables eléctricos, tiene su propio nivel de resistencia nominal. En otras palabras, cada uno tiene su propia Z. Pero se caracterizan por una combinación de resistencias activas e inductivas. También los hay capacitivos, pero no son importantes a la hora de calcular corrientes elevadas. Por lo tanto, muchos electricistas utilizan un método simplificado para calcular estos datos: un cálculo aritmético de la resistencia de corriente continua en secciones conectadas en serie. Una vez conocidas estas características, no será difícil calcular la impedancia de una sección o de una red completa utilizando la siguiente fórmula:

Fórmula de puesta a tierra completa

Donde ε es la fem y r es el valor de resistencia.

Considerando que durante las sobrecargas la resistencia es cero, la solución toma la siguiente forma:

Yo = ε/r = 12 / 10 -2

En base a esto, la resistencia a cortocircuitos de esta batería es de 1200 amperios.

De esta forma también es posible calcular la corriente de cortocircuito de un motor, generador y otras instalaciones. Pero en producción no siempre es posible calcular parámetros aceptables para cada dispositivo eléctrico individual. Además, hay que tener en cuenta que en caso de cortocircuitos asimétricos, las cargas tienen una secuencia diferente, lo que requiere conocer el cos φ y la resistencia a tener en cuenta. Para el cálculo se utiliza una tabla especial GOST 27514-87, donde se indican estos parámetros:

También existe el concepto de cortocircuito de un segundo; aquí la fórmula para la intensidad de la corriente durante un cortocircuito se determina mediante un coeficiente especial:

Fórmula – coeficiente de cortocircuito

Se cree que, dependiendo de la sección transversal del cable, un cortocircuito puede pasar desapercibido para el cableado. La duración óptima del cortocircuito es de hasta 5 segundos. Tomado del libro de Nebrat “Cálculo de cortocircuitos en redes”:

Sección, mm 2	Duración del cortocircuito permitida para un tipo específico de cable
	Aislamiento de PVC		Polietileno
	Vetas de cobre	Aluminio	Cobre	Aluminio
1,5	0,17	No	0,21	No
2,5	0,3	0,18	0,34	0,2
4	0,4	0,3	0,54	0,36
6	0,7	0,4	0,8	0,5
10	1,1	0,7	1,37	0,9
16	1,8	1,1	2,16	1,4
25	2,8	1,8	3,46	2,2
35	3,9	2,5	4,8	3,09
50	5,2	3	6,5	4,18
70	7,5	5	9,4	6,12
95	10,5	6,9	13,03	8,48
120	13,2	8,7	16,4	10,7
150	16,3	10,6	20,3	13,2
185	20,4	13,4	25,4	16,5
240	26,8	17,5	33,3	21,7

Esta tabla le ayudará a conocer la duración condicional esperada de un cortocircuito en funcionamiento normal, el amperaje en las barras colectoras y los distintos tipos de cables.

Si no hay tiempo para calcular datos mediante fórmulas, se utiliza equipo especial. Por ejemplo, el indicador Shch41160 es muy popular entre los electricistas profesionales: es un medidor de corriente de cortocircuito de fase a cero de 380/220 V. El dispositivo digital le permite determinar y calcular la intensidad de cortocircuito en redes domésticas e industriales. Un medidor de este tipo se puede comprar en tiendas eléctricas especiales. Esta técnica es buena si necesita determinar de forma rápida y precisa el nivel actual de un bucle o sección de circuito.

También se utiliza el programa "Emergencia de emergencia", que puede determinar rápidamente el efecto térmico de un cortocircuito, la tasa de pérdida y la intensidad de la corriente. La verificación se realiza automáticamente, se ingresan los parámetros conocidos y él mismo calcula todos los datos. Este es un proyecto pago, la licencia cuesta alrededor de mil rublos.

Vídeo: proteger la red eléctrica de cortocircuitos.

Pautas de protección y selección de equipos.

A pesar del peligro de este fenómeno, todavía existe una manera de limitar o minimizar la probabilidad de que se produzcan situaciones de emergencia. Para limitar los cortocircuitos, es muy conveniente utilizar un aparato eléctrico, que puede ser un reactor limitador de corriente, que reduce significativamente el efecto térmico de los impulsos eléctricos elevados. Pero esta opción no es apta para uso doméstico.

Foto - diagrama de la unidad de protección contra cortocircuitos.

En casa, a menudo se puede encontrar el uso de disyuntores automáticos y protección de relés. Estas liberaciones tienen ciertas restricciones (corriente de red máxima y mínima), si se exceden, se corta la alimentación. La máquina le permite determinar el nivel de amperios permitido, lo que ayuda a aumentar la seguridad. La elección se realiza entre equipos con un grado de protección superior al necesario. Por ejemplo, en una red de 21 amperios, se recomienda utilizar un disyuntor de 25 amperios.

Corriente de cortocircuito

La Figura 1 muestra un diagrama de conexión de una lámpara incandescente eléctrica a una red eléctrica. Si la resistencia de esta lámpara r l = 240 ohmios y la tensión de red Ud.= 120 V, entonces según la ley de Ohm la corriente en el circuito de la lámpara será:

Figura 1. Diagrama de cortocircuito en los terminales del interruptor.

Veamos un caso en el que los cables que van a una lámpara incandescente se cortocircuitan a través de una resistencia muy pequeña, por ejemplo, una varilla de metal gruesa con resistencia r= 0,01 ohmios, cayendo accidentalmente sobre dos cables. En este caso, la corriente de la red que pasa al punto A, se bifurcará a lo largo de dos caminos: una gran parte irá a lo largo de una varilla de metal, un camino con baja resistencia, y la otra, una pequeña parte de la corriente, pasará a lo largo de un camino con alta resistencia, una lámpara incandescente.

Un modo de operación de emergencia de una red, cuando, debido a una disminución en su resistencia, la corriente en ella aumenta bruscamente en comparación con lo normal, se llama cortocircuito.

Determinemos la intensidad de la corriente de cortocircuito que fluye a través de la varilla de metal:

De hecho, en caso de cortocircuito, el voltaje de la red será inferior a 120 V, ya que una corriente grande creará una gran corriente en la red y, por lo tanto, la corriente que fluye a través de la varilla de metal será inferior a 12.000 A. Pero Aún así, esta corriente será muchas veces mayor que la corriente consumida anteriormente por una lámpara incandescente.

Potencia de cortocircuito en la corriente. I cortocircuito = 12.000 A será:

PAG kz = Ud. × I cortocircuito = 120 × 12.000 = 1.440.000 W = 1.440 kW.

La corriente que pasa a través de un conductor genera calor y el conductor se calienta. En nuestro ejemplo, la sección transversal de los cables del circuito eléctrico se diseñó para una pequeña corriente: 0,5 A. Cuando los cables están cerrados, una corriente muy grande fluirá a través del circuito: 12 000 A. Tal corriente causará la liberación de una enorme cantidad de calor, lo que seguramente provocará carbonización y quema del aislamiento del cable, fusión del material del cable, daños a los instrumentos de medición eléctricos, fusión de contactos de interruptores, interruptores de cuchilla, etc. La fuente de energía eléctrica que alimenta dicho circuito también puede resultar dañada. El sobrecalentamiento de los cables puede provocar un incendio.

Cada red eléctrica está diseñada para su propia corriente normal.

Debido a las consecuencias peligrosas, destructivas y a veces irreparables de un cortocircuito, es necesario observar ciertas condiciones al instalar y operar instalaciones eléctricas para eliminar las causas de un cortocircuito. Los principales son los siguientes:
1) el aislamiento de los cables debe corresponder a su finalidad (tensión de red y condiciones de funcionamiento);
2) la sección transversal de los cables debe ser tal que su calentamiento en las condiciones de funcionamiento existentes no alcance un valor peligroso;
3) los cables tendidos deben estar protegidos de forma fiable contra daños mecánicos;
4) las conexiones y derivaciones deben estar aisladas de forma tan fiable como los propios cables;
5) el cruce de cables debe realizarse de manera que no se toquen entre sí;
6) los cables deben pasar a través de paredes, techos y suelos de manera que estén protegidos de la humedad, daños mecánicos y químicos y bien aislados.

Protección contra cortocircuitos

Para evitar un aumento repentino y peligroso de la corriente en un circuito eléctrico durante un cortocircuito, el circuito está protegido con fusibles o interruptores automáticos.

Los fusibles son cables de baja fusible conectados en serie a la red. Cuando la corriente aumenta por encima de un cierto valor, el cable del fusible se calienta y se funde, como resultado de lo cual el circuito eléctrico se rompe automáticamente y la corriente en él se detiene.

Un disyuntor es un dispositivo de protección más complejo y costoso que un fusible. Sin embargo, a diferencia de un fusible, está diseñado para operaciones repetidas para proteger los circuitos durante condiciones de operación de emergencia. Estructuralmente, el disyuntor está fabricado en una carcasa dieléctrica con un mecanismo de disparo integrado en su interior. El mecanismo de liberación tiene contactos fijos y móviles. El contacto móvil está accionado por un resorte; el resorte proporciona fuerza para una liberación rápida de los contactos. El mecanismo de liberación se activa mediante una de dos liberaciones: térmica o magnética.

La liberación térmica es una placa bimetálica calentada por una corriente que fluye. Cuando fluye una corriente por encima del valor permitido, la placa bimetálica se dobla y activa el mecanismo de disparo. El tiempo de respuesta depende de la corriente (característica tiempo-corriente) y puede variar de segundos a una hora. A diferencia de un fusible, un disyuntor está listo para su próximo uso una vez que la placa se haya enfriado.

Un disparador electromagnético es un disparador instantáneo, que es una bobina hecha de un conductor, cuyo núcleo móvil también puede accionar el mecanismo de disparador. La corriente que pasa a través del interruptor fluye a través del devanado del solenoide y hace que el núcleo se retraiga cuando se excede el umbral de corriente especificado. Una liberación instantánea, a diferencia de una liberación térmica, funciona muy rápidamente (fracciones de segundo), pero con una corriente mucho mayor: 2 ÷ 14 veces la corriente nominal.

Vídeo 1. Cortocircuito