¿Cuántos kilovatios (o amperios) puedo extraer con seguridad de la red de CA?

Question

Alquilo una casa en la zona de la bahía de San Francisco. La casa no es exactamente nueva, pero está en buenas condiciones; espero que la instalación de AC sea la misma. La mayoría de los enchufes de CA no tienen toma de tierra; pero, afortunadamente, hay dos enchufes en el patio trasero que sí tienen conectores de tierra.

Estoy pensando en construir un horno para fundir y desplomar el vidrio. El problema es que estas cosas consumen mucha energía. Me han dicho que puedo necesitar 8 kW, quizás más. Pues bien, eso son 72 A en una red de 110 V.

¿Es seguro extraer tanta energía de una toma de corriente normal? Si no, ¿qué otras opciones tengo? Ten en cuenta que alquilo esta casa, así que no puedo hacer ningún hackeo.

Los elementos calefactores serán probablemente controlados por medio de unos triacs (con un Arduino detrás de ellos, o algo así), que se abrirán antes o después durante cada ciclo de CA dependiendo de lo caliente que quiera hacer el horno. Probablemente no importa, pero de todos modos, no es una carga puramente resistiva.

Answer 1

Aquí en Bélgica una casa tiene un interruptor automático principal (antes del armario de fusibles) aprobado por la compañía eléctrica. La potencia del interruptor es la máxima que se puede consumir en toda la casa. En mi apartamento, es de 40 A (a 230 V).
Supongo que en California las cosas serán más o menos igual. Yo no me preocuparía por el cableado exterior de la casa. Es el cableado dentro de la casa el que será el factor limitante. No puedes usar el cableado estándar, que no está a la altura de las altas corrientes que necesitas. Recablear (incluso si tu casero está de acuerdo) será engorroso, ya que los tubos para los cables pueden ser demasiado finos para los cables más gruesos, y mucho menos para que puedas pasarlos. Mi opinión es que puedes necesitar al menos 6mm \$^2\$ cables, una vez instalé un 3 \$\times\$ Calentador de 19A que requiere ya 4mm \$^2\$ .

Menciono los 3 \$\times\$ 19A porque 3 fases es el camino a seguir para este tipo de poder, realmente. Si la empresa de servicios públicos la suministra, y el propietario permite los cambios requeridos se obtiene 3 \$\times\$ 208V en lugar de 1 \$\times\$ 120V, lo que supone una gran diferencia: los 72A se reducirán a 13A por fase.

Answer 2

Como han dicho otros, los 72A no se pueden extraer de una toma de corriente normal y necesitarán un cableado especial. Legalmente, este cableado deberá ser realizado por un electricista autorizado y, por supuesto, requerirá la aprobación del propietario.

En cuanto a si la alimentación de la red puede soportar eso, es algo que deberías poder preguntar a la compañía eléctrica. Mi casa está en Massachusetts, se construyó en 1985 y tiene un servicio de 200A. Eso es bastante típico de las nuevas construcciones, pero menos es común en las casas más antiguas. Una vez más, esto debería ser una respuesta fácil para la compañía eléctrica.

En cuanto al controlador Adrduino, es una mala idea. Como es obvio que no eres experto ni en el manejo de energía eléctrica ni en microcontroladores (eso no es malo, sólo un hecho), esto no es algo para que lo piratees. Este no es de ninguna manera un proyecto para principiantes, ya que maneja altos niveles de potencia y voltajes letales (ciertamente estarás usando 220V para esto y no 110V).

Si de alguna manera terminas tratando de hacer el control de la temperatura y el manejo de la potencia por ti mismo, definitivamente no usaría el control del ángulo de fase en una base de ciclo por ciclo como mencionaste. En primer lugar, esto causará armónicos desagradables en la corriente de la línea eléctrica, presentará un mal factor de potencia, y tal vez te meta en problemas cuando los vecinos informen de una excesiva interferencia de radio. En segundo lugar, no es necesario controlar la potencia del calentador tan rápido de todos modos. La primera constante de tiempo del sistema de calefacción se mide probablemente en unos pocos minutos como mínimo. El sistema de control puede decidir fácilmente encender o apagar el calentador durante varios segundos a la vez.

En este caso, los relés simples son apropiados porque las corrientes son considerables y no es necesario conmutar con frecuencia. Como dije antes, cada 10, 20 o 30 segundos es probablemente suficiente. Desgraciadamente, los relés no están sincronizados con los pasos por cero de la línea eléctrica. Una posible solución es utilizar relés de estado sólido de paso por cero para la conmutación real de encendido/apagado, con un relé mecánico que tome el relevo poco después de que el interruptor de estado sólido se encienda hasta poco antes de que se apague. La razón para no utilizar los interruptores de estado sólido durante la fase de encendido en estado estacionario es que dejan caer algo de tensión. A tus niveles de corriente, eso resultará en un calor significativo, que será muy problemático de manejar. Si los conmutadores de estado sólido sólo dejan caer esta tensión durante uno o dos ciclos en cada transición, puedes hacerlos funcionar a su intensidad máxima y no preocuparte de enfriarlos tanto. Esto también reduce el estrés en los relés ya que no estarán conmutando altos voltajes. La salida del relé está en paralelo con la salida del interruptor de estado sólido, y el relé sólo se conmuta cuando el interruptor de estado sólido está encendido. Esto reducirá en gran medida el desgaste de los contactos y por lo tanto aumentará la vida del relé.

Answer 3

Este es un proyecto para un electricista autorizado. Hay muchas cosas a tener en cuenta que sólo un profesional sabría. La mayoría de las alimentaciones de los apartamentos están dimensionadas según sus necesidades actuales, como la estufa eléctrica, el aire acondicionado, el agua caliente eléctrica, la calefacción y los metros cuadrados de la superficie habitable. Lo que quieres añadir (8KW) es enorme, y necesita una consideración especial. No nos has dicho el tamaño de tu panel de servicio, ni qué demandas eléctricas hay ya, así que sólo se pueden hacer suposiciones.

Las líneas de alimentación de la compañía eléctrica están dimensionadas para el disyuntor del panel principal. Si se excede esa capacidad, la compañía eléctrica debe cambiar esos cables. No siempre se puede añadir un disyuntor adicional de 40A de 2 polos sólo porque hay espacio en el panel para ello, se debe hacer un estudio de carga de su apartamento. Si usted tiene el poder de añadir un circuito de este tipo, significaría un circuito dedicado de 2 polos (230V) con el cableado pesado adecuado a una sola toma de corriente dedicada (o tal vez cableado duro). El NEC tiene reglas estrictas (y los códigos locales también) sobre tales instalaciones.

Es posible que quieras buscar alternativas seguras como, un generador - 15KW debería ser suficiente, o si hay algún horno de gas disponible.

Answer 4

El enchufe medio de 110 o 120 voltios sólo sirve para 15A, y a veces se ven enchufes de 20A o incluso 30A con este voltaje. Estos tienen diferentes orientaciones de las clavijas para evitar la inserción de una carga de 20 o 30 amperios en una toma de 15A.

Debe ser una cuestión de código, porque aunque es técnicamente posible, nunca se ven enchufes de 120V para más de 30A. Al menos, yo no he visto ninguna. La solución habitual cuando se necesita tanta potencia es pasar a voltajes más altos. Es posible que tengas que obtener la energía de una toma de 240V, en cuyo caso podrías utilizar un transformador para obtener 120 a mayor corriente de ella, o, si estás construyendo el circuito, podrías diseñarlo para que funcione a mayor voltaje.

Otra idea es que 8kW es mucha potencia incluso a 240V. Si tienes una toma de corriente de 30A/240V, eso sólo te lleva a 7,2kW; más allá de eso sería imposible decir dónde podrías encontrar tanta potencia en tu casa en particular. Tu panel de distribución será la última palabra sobre si puedes obtener esa potencia; aunque el servicio de 200A no es raro en las casas más nuevas, hubo un tiempo en que el servicio de 100A era la norma, e incluso las casas más antiguas pueden tener paneles de 60A o menos. Si miras el panel principal, el valor del disyuntor principal (o de los fusibles principales, si es tan antiguo) te dirá cuál es el límite de toda la casa.

Por último, ya que dices que alquilas el local, podrías considerar la posibilidad de que un electricista revise tu instalación. Así, si el propietario levanta una ceja, podrás decir que has actuado con la debida diligencia.

Answer 5

No hay ninguna posibilidad de extraer 72A de una "toma de corriente normal".

Mientras la alimentación de la casa sea adecuada -y ese nivel de potencia esté dentro del rango que MAYO estarían disponibles en muchas residencias de Estados Unidos, pero no en todas, si fuera posible disponer de un circuito y una toma de corriente proporcionados a tal efecto.

Lo más parecido que encontrará disponible en una casa "normal" es la alimentación de la cocina (estufa eléctrica), pero incluso esto es muy poco probable que proporcione el nivel de potencia necesario.

Una búsqueda en Internet sobre disposiciones de fusibles de la gama USA sugiere 40A, 50A y 60A en uso en varias instalaciones. 50A parece común. Un vistazo a los fusibles o disyuntores en el tablero de distribución de su casa le mostrará lo que el circuito de la gama está actualmente "fusionado" para proporcionar. El circuito real MAYO ser un poco superior a la capacidad del fusible, pero probablemente no.

La norma reglamentaria pertinente suele ser NFPA70 - esto no es vinculante y se adopta opcionalmente en los EE.UU. y puede ser adoptado en forma revisada en un área determinada, PERO es una buena guía.

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Este es un comentario rápido sobre Cableado de la gama US . Las gamas más nuevas pueden ser de 40A y las más antiguas, aparentemente, de 50A. Dicen que

• Gama eléctrica de 50 amperios: Los hornos antiguos requieren un disyuntor de 50 amperios debido a la enorme carga que utilizan las estufas para hornear. El cableado de cobre o aluminio de tamaño seis AWG es aceptable para este tamaño de circuito. Si se utiliza cableado de aluminio, tiene que instalarse en un disyuntor CU/AL. Esto significa que el disyuntor acepta cableado de cobre o aluminio. La toma de corriente a la que se enchufa la estufa también debe aceptar el cableado de aluminio si se utiliza.

Supongamos que tiene un circuito de 50A. A 110 VAC, esto proporcionará 110 x 50A = 5,5 kW.

Es probable que si la gente está logrando resultados adecuados con 8 kW, entonces se puede obtener el mismo resultado con 5,5 kW más aislamiento adicional y más cuidado.

Los hornos pueden estar cableados para permitir el uso de 2 o 3 fases. Los elementos pueden estar conectados fase-neutro y no fase-fase. Por lo tanto, técnicamente no es posible alimentar un horno hecho para su uso con 2 o 3 fases desde múltiples circuitos o tomas de corriente, todos alimentados desde la misma fase. Es razonablemente probable que tal disposición no cumpla los requisitos reglamentarios.

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Los elementos del horno son susceptibles de aparecer principalmente resistivos a la red de 50 o 60 Hz.

Usted menciona el control de la potencia conmutando antes y después en un ciclo - con los hornos obtendrá resultados aceptables conmutando ciclos enteros con controles de encendido/apagado. Esto permite que los circuitos integrados de control TRIAC de cruce cero y la electrónica de control muy simplificado.

Cruce de cero muy básico / fase aleatoria tutorial aquí .

Nota de aplicación del controlador TRIAC de paso por cero de Fairchild AN3004 . Más detalles de los que se necesitan en la actualidad, pero un documento de referencia que merece la pena.