Aumento de voltaje al conectar una carga grande al circuito doméstico

Entonces, en el lugar donde me hospedo actualmente, usan un calentador de agua en línea 1 . Esta es una bestia 2 de ~ 5500 W, 50 A que reemplaza el cabezal de la ducha y calienta el agua a medida que sale. En particular, incluso 5500 W no son suficientes para calentar realmente el agua si el caudal es alto, pero ciertamente es mejor que nada.

Me di cuenta de que cuando abro el agua, la bombilla del baño se vuelve más brillante . Eso es lo contrario de lo que normalmente habría esperado. Saqué el multímetro y, efectivamente, cuando la ducha no está funcionando, estoy leyendo 92 V-95 V 3 , pero tan pronto como lo enciendo y la ducha comienza a consumir ~ 30 A, el voltaje aumenta a aproximadamente 107 V, lo que explica las bombillas más brillantes.

Estoy acostumbrado a una carga pesada como un 30A 4 , ya sea bajando el voltaje, en un sistema con tramos de cableado largos e insuficientemente gruesos (o una fuente de voltaje débil, como un generador o inversor cerca de su carga máxima), o manteniéndolo estable (un pozo sistema diseñado), pero ¿qué podría causar que una carga aumente significativamente el voltaje del sistema?

Notas: No pude medir el voltaje en el cabezal de la ducha; lo mido en un tomacorriente en otra parte de la casa. No puede verlo en la imagen, pero el cable a tierra que sale de la parte posterior del cabezal de la ducha simplemente está conectado a la posición neutra, por lo que solo ve dos cables que salen del cabezal: inseguro como el infierno, pero podría esto también tiene un efecto, por ejemplo, al proporcionar una segunda ruta de retorno para la corriente?

Calentador de agua caliente en línea

1 Es cierto que solo estoy inventando este nombre; estoy seguro de que el término correcto está al acecho en alguna parte.

2 Nunca los he visto en Canadá, EE. UU. o Europa occidental, así que supongo que están en contra del código. Tener voltaje de la red en vivo en la ducha no parece una gran idea, y muchos de los que he visto tienen cobre desnudo expuesto en el cable caliente, por lo que está a solo un par de pulgadas de un accidente grave cuando alcanza para ajustar eso. Dicho esto, son muy comunes al menos en México y Guatemala, donde la plomería no existe o solo está fría. La plomería doble caliente/fría es muy rara.

3 Sí, está fuera de especificación, pero estamos hablando de la Guatemala rural.

4 Está al máximo, por lo que debería estar tratando de extraer 50 A, no 30 A, pero probablemente esté experimentando una gran caída de voltaje en el cableado largo que va al cabezal de la ducha.

¿Cuál es el voltaje? No he visto un modelo de 120v tan grande, pero si hay un desequilibrio en una pata, puede hacer que aumente el voltaje de la otra pata. Si 240v no he visto que una carga pesada provoque un aumento de voltaje.
@EdBeal: una inspección minuciosa de la foto muestra que el dispositivo es una unidad de 120v. Entonces, ciertamente tiene razón en que está causando un desequilibrio, lo que no es tan sorprendente a 5kW.
Sí, es una unidad de 120V. ¿Puede dar algunos detalles sobre un posible desequilibrio y cómo podría medirlo o confirmarlo? Debo señalar que mis lecturas de voltaje fueron de caliente a neutral.
FWIW, la unidad tiene aproximadamente el mismo tamaño que muchas de las otras que he visto. Creo que la forma en que tomé la foto hace que parezca más grande. Es tan grande como tu mano, de arriba a abajo.
¿El servicio está desequilibrado donde ingresa al edificio de la vivienda? ¿Es un servicio de tipo de fase dividida como EE. UU.? ¿Cuál es la especificación de voltaje en Guatemala? ¿O solo cuando se mide en el punto remoto dentro? Una conexión neutra floja (o de alta resistencia), especialmente que sea común a ambos circuitos probados, podría causar lecturas como la suya.
¿La salida está en la misma pata que el calentador o en la pata opuesta?
@Tyson - Realmente no puedo decirlo. No puedo suponer que esté conectado de manera razonable, ya que la mayor parte del trabajo aquí se realiza de manera ad hoc, a menudo por personas sin capacitación formal. Puedo ver un agujero en la pared donde entra el servicio y pasa a dos interruptores (30A y 40A), pero no estoy seguro de qué más puedo determinar para eso. Guatemala es un país nominal de ~120 V como EE. UU. y Canadá, pero no estoy seguro de cuál es el voltaje de especificación exacto. La mayoría de los lugares parecen correr alrededor de 110V.
@ThreePhaseEel - buena pregunta. Puedo intentar averiguarlo encendiendo y apagando los interruptores (no está claro si este lugar tiene varias patas, pero parece que sí).

Respuestas (2)

Parece que el cable neutro en un servicio 120-N-120 dividido no está manejando la corriente completa. Una pequeña ganancia en el brillo de una lámpara en un lado del circuito, cuando se aplica una carga de 30 o 50 A al otro lado, no es inusual, pero mida el voltaje si es más que un aumento apenas perceptible en el brillo. El voltaje máximo no debe ser superior a ~127 V.

En el caso extremo de que se rompa un cable neutro (que le sucedió a mi servicio después de que un árbol cayera sobre el cable de entrada), el voltaje en cada mitad del circuito se convierte en 240 V dividido por la resistencia del circuito. Por ejemplo, con una carga diseñada de 40 A (3 ohmios) en un lado y una carga diseñada de 1 A (solo una lámpara de 120 W, 120 ohmios) en el otro lado, el voltaje real a través de la lámpara sería ~234 V, y el 40 Un calentador de agua recibiría solo ~6V. La lámpara sería muy brillante por un tiempo muy corto. (En mi caso, tuve suerte: algunos balastos de lámparas se quemaron, pero los varistores de protección contra sobrevoltaje en los tomacorrientes explotaron los disyuntores antes de que comenzara un incendio).

El aumento de brillo es significativo y, como se indicó anteriormente, se trata de un cambio de 12 a 15 V, de ~ 92 V a ~ 107 V.
Lo que no entiendo es cómo se obtienen 240 V en un tomacorriente en una pata en el escenario de que se rompe el neutral. ¿Esto no rompería el circuito? ¿De dónde sale la conexión a la otra pata de 120V?
@BeeOnRope: de uno caliente a otro caliente a través del sistema neutral de la casa.
12 - 15 V es un poco más oscilante de lo deseable. Indica que la línea de neutro desde la placa de calle hasta el transformador no está manejando la corriente. Dado que no es su propia casa, puede sugerirle al propietario que haga que un electricista revise el problema. Existe cierto peligro de que el cableado se sobrecaliente o de que pierda el neutro y luego tenga ~220 V en el circuito opuesto al del calentador.

Si hubiera hecho los cálculos 5500/120 = 45,8 amperios. Para verificar que es un desequilibrio de carga el que causa el problema, se necesitará una pinza amperimétrica. Es posible que pueda mover los interruptores para equilibrar la carga en el servicio. Con una pata muy cargada y la otra sin carga, no es inusual un aumento en el voltaje en el lado descargado. El código requiere cargas balanceadas pero no da un porcentaje específico que sea permisible. Esto puede ser casi imposible de equilibrar por completo, pero mover más de las cargas de 120 V que pueden estar en uso mientras el calentador de agua está funcionando reducirá el desequilibrio y reducirá la oscilación de voltaje que está observando. Solo trataría de reducir el desequilibrio porque después de que se apague el calentador de agua, el desequilibrio estará en la otra pierna.

Tengo una pinza amperimétrica, que es como medí el flujo de 30A. Solo hay dos interruptores en total en la entrada de servicio, por lo que realmente no puedo mover nada. En parte fue más curiosidad acerca de cómo podría ocurrir esto.
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