¿Cómo dimensionar un centro de carga, paneles y tablero de distribución?

Centro de carga de tamaño, tableros, tablero de distribución y unidad de consumo de acuerdo con NEC e IEC?

La planificación es la primera y clave prioridad para todos los proyectos de cableado eléctrico y una estimación y un análisis adecuados basados ​​en cálculos precisos son imprescindibles al diseñar e instalar un sistema de distribución en aplicaciones residenciales o comerciales. . Esto se debe a que el tamaño determinado correctamente del centro de carga y los tableros del panel transportarán y manejarán la carga actual y futura (si corresponde) de manera segura y sin problemas.

De esta manera, los centros de carga y los tableros de distribución deben tener el tamaño adecuado de acuerdo con NEC e IEC u otros códigos regionales aplicables (de manera similar, dimensionar un alambre y cable adecuados, seleccionar MCB del tamaño correcto o calcular el valor nominal de los enchufes y tomacorrientes, etc.). En la guía paso a paso de hoy, mostraremos cómo seleccionar un panelboard del tamaño correcto (centro de carga, tablero de distribución o panel de disyuntores) de acuerdo con NEC e IEC con ejemplos resueltos.

Tablero, centro de carga y tablero de distribución o unidad de consumo

Se utilizan diferentes términos para lo mismo, es decir, centro de carga, tablero de panel, tablero de distribución o unidad de consumo. En resumen, un panel o tablero de distribución es una combinación de múltiples dispositivos de protección, como interruptores automáticos, que se utiliza para controlar y distribuir de manera segura la energía ecléctica a los puntos de carga, como puntos de iluminación y circuitos finales.

• Términos utilizados en los EE. UU. :Panelboard, Centro de carga, Breaker box, panel de servicio o panel eléctrico principal.
• Términos utilizados en el Reino Unido y la UE :Tablero de distribución (comercial), unidad de consumo (residencial), caja de disyuntores, panel principal, etc.

Ya lo hemos discutido en detalle en nuestra publicación anterior, avancemos al tutorial paso a paso. El siguiente ejemplo también se puede utilizar para determinar la capacidad de carga del disyuntor principal así como también se puede utilizar para calcular la carga eléctrica total en una casa .

¿Cómo dimensionar una placa de panel y un centro de carga? 120/240 V - NEC?

Los niveles de voltaje comunes en los EE. UU. para aplicaciones residenciales son monofásicos de 120 V y 240 V. Los tres cables (identificados como Vivo 1 en color negro, Vivo 2 en color rojo y Neutro en color blanco) del lado secundario del transformador dividido ingresan a la caja del medidor y al panel de servicio principal (disyuntor del interruptor principal).

De esta forma, el voltaje disponible en un sistema de distribución monofásico es el siguiente:

• Voltaje entre cualquier Caliente (Caliente 1 o Caliente 2) y Neutro =120V
• Voltaje entre Caliente 1 y Caliente 2 =240V

La siguiente figura muestra la descripción general de una caja de panel, el nivel de voltaje entre diferentes conductores y la cantidad de interruptores automáticos.

Nota 1: El siguiente ejemplo se basa en VA (voltios x amperios), que se conoce como potencia aparente. Puede usar la potencia activa o real (en Watts) que es igual a Potencia aparente x factor de potencia o VA x PF ya que el factor de potencia en edificios residenciales es casi la unidad (1). En este caso, la potencia aparente en VA es igual a la potencia real en W “Watts”.

Ahora veamos el siguiente ejemplo para determinar el tamaño adecuado del tablero (centro de carga o tablero de distribución).

Nota 2: Este ejemplo se basa en NEC, que es aplicable en América del Norte, especialmente en EE. UU. y Canadá, que sigue a NEC y CEC. Verifique los otros ejemplos para IEC y UK/EU justo después de este ejemplo.

A continuación, se muestra una descripción general de un panel de servicio principal y sus diferentes partes, incluido el espacio para futuros puntos de carga y circuitos de 120 V y 240 V.

Ejemplo:

Calcule el tamaño correcto del centro de carga o el tablero de distribución para un 1500 ft ² (pie cuadrado) o 139,35 m ² (metros cuadrados) plano de la casa con los siguientes puntos de carga:

• Aire acondicionado:240V x 25A =6000 VA =6 kVA
• Rango eléctrico:240V x 35A =9600 VA =8,4 kVA
• Calentador eléctrico:240V x 30A =7200 VA =7,2 kVA
• Secadora:240V x 15A =3600 VA =3,6 kVA
• Lavavajillas:120 V x 10 A =1200 VA =1,2 kVA
• Triturador de basura =120 V x 8 A =960 VA =0,96 kVA
• Dos circuitos de Pequeños Electrodomésticos en cocina para frigorífico, persiana, etc.
• Iluminación general, ventiladores, electrodomésticos de baño y carga futura etc.

Solución:

Permítanos encontrar y calcular la clasificación de potencia para diferentes electrodomésticos en función del plano de planta sin sótano ni garaje utilizando los códigos NEC y las tablas relacionadas.

Carga de iluminación general:

La carga mínima de iluminación general, incluidos los receptáculos que no son de electrodomésticos para electrodomésticos, p. TV, lámpara de mesa, etc.) para una vivienda es de 3 VA por pie ² (Cuadro NEC 220.12).

De esta manera, la carga de iluminación general para 1800 pies ² (dado en el ejemplo):

3 VA x 1500 pies ² =4500 VA =4,5 kVA

Carga de electrodomésticos pequeños

Debe haber al menos dos circuitos de electrodomésticos pequeños de 120 V y 20 A, es decir, en la cocina para electrodomésticos pequeños, como cafeteras y tostadoras, etc. (Artículo 210.11(C)(1) del NEC. Estos circuitos deben tener una capacidad nominal de 1,5 kVA (artículo 220.52(A) del NEC). De esta forma, las cargas de electrodomésticos pequeños en la casa de ejemplo dada:

2 x 1500 VA =3000 VA =3 kVA

Circuito de Lavandería

Debe haber al menos un circuito de 120 V, 20 A para el área de lavado (artículo 210.11(C)(2) del NEC). La clasificación mínima de VA del circuito de lavado debe ser de 1,5 kVA. (Artículo 220.52(B) del NEC). De esta manera, la clasificación de carga en el área de lavado:

1500 VA =1,5 kVA

De esta manera, la iluminación general total y los pequeños electrodomésticos, incluida la calificación del circuito de lavandería:

• Iluminación general =4,5 kVA
• Carga de electrodomésticos pequeños =3 kVA
• Circuito de lavandería =1,5 kVA

Total de iluminación general y pequeños electrodomésticos =4,5 kVA + 3 kVA + 1,5 kVA =9 kVA

Factor de demanda

Como sabemos, todos los aparatos eléctricos no funcionan a la vez, es decir, (solo uno puede usarse como calentador eléctrico o refrigerador dependiendo de la temperatura). Del mismo modo, todos los equipos no siempre están encendidos de forma continua, como la plancha eléctrica, el calentador de agua, la iluminación, los ventiladores, etc. Por esta razón, los primeros 3 kVA están clasificados al 100 %, mientras que la carga restante puede clasificarse con un factor de demanda del 35 % ( NEC Tabla 220.42). De esta manera

• Los primeros 3 kVA al 100 % =3 kVA
• 6 kVA restantes (9 kVA – 3 kVA) al 35 % =2,1 kVA

Total neto de iluminación general y pequeños electrodomésticos =  3 kVA + 2,1 kVA =5,1 kVA

Cargas de electrodomésticos grandes

Calificación de alta potencia, p. Los electrodomésticos grandes con funcionamiento continuo y no continuo deben manejarse de manera diferente. Tenemos los siguientes electrodomésticos de alta potencia nominal en el ejemplo anterior:

• Aire acondicionado:240V x 25A =6 kVA
• Rango eléctrico:240V x 35A =  8,4 kVA
• Calentador eléctrico:240 V x 30 A =7,2 kVA
• Secadora:240V x 15A =3,6 kVA

Como ya hemos mencionado anteriormente, un aire acondicionado o un calentador eléctrico se pueden usar al mismo tiempo, es decir, solo se necesita un aparato para funcionar en función de la temperatura. En este caso, se deben tener en cuenta los aparatos con clasificaciones más altas (artículo 220.82(C) de NEC®). En nuestro ejemplo, la clasificación del calentador eléctrico (7,2 kVA) es mayor que la del acondicionador de aire (6 kVA), por lo que consideraremos el calentador entonces, es decir, 7,2 kVA

El resto de los electrodomésticos deben estar clasificados al 100 %, excepto la cocina eléctrica, ya que se usa por poco tiempo, es decir, es muy discontinua en comparación con otros electrodomésticos. El factor de demanda permitido para un calentador eléctrico de 7,2 kW es de 5,76 kW (Cuadro NEC 220.55). Asumimos que el factor de potencia es la unidad, es decir, "1" donde potencia aparente =potencia real, p. kVA =kW. De esta manera;

• Rango eléctrico:=8,4 kVA
• Calentador eléctrico =  5,76 kVA
• Secadora de ropa:=3,6 kVA

Total neto de electrodomésticos grandes =8,4 kVA + 5,76 kVA + 3,6 kVA =17,76 kVA

Cargas misceláneas

Las cargas misceláneas dadas en el ejemplo son:

• Lavavajillas =1,2 kVA
• Disposición de basura =0,96 kVA

Clasificación de carga miscelánea neta =1,2 kVA + 0,96 kVA =2,16 kVA

Carga total

Puntos de carga	Clasificación de kW o kVA
Iluminación general, lavandería y carga pequeña	5,1 kVA
Carga neta de electrodomésticos grandes	17,76 kVA
Carga de electrodomésticos varios	2,16 kVA
Carga total	25,02 kVA

Servicio necesario

Los niveles de voltaje de suministro comunes en los EE. UU. que se suministran a los hogares residenciales son 120 V/240 V. Por lo tanto, podemos usar el nivel más alto de voltaje para determinar el servicio requerido (para amperios) usando la siguiente fórmula.

I =P / V

Dónde:

• I =Corriente en Amperios
• P =Potencia en Watts (o kVA donde PF =1)
• V =Voltaje en voltios

Poner los valores;

I =25,02 kVA / 240 V

I =104.25A

Significa que el servicio requerido es 105A. Pero también tenemos que agregar la expansión futura y el factor de seguridad.

Carga futura:

Es importante agregar un espacio de al menos dos circuitos derivados para la futura expansión. Se debe agregar un mínimo de 2 interruptores cada uno con un espacio mínimo de 10 A, es decir, 2 x 10 A = 20 A

El total de amperios =20 A + 104,25 A = 124,25 A

Factor de seguridad

Se recomienda agregar un factor de seguridad del 20% al amperaje total ya que los interruptores automáticos y su funcionamiento en el centro de carga se ven afectados por el aumento de la temperatura. De esta forma, la corriente total en amperios:

Amperios netos totales =20 % + 124,25 A = 149 A

El tamaño adecuado del centro de carga o panel de distribución = 150 Amperios

Según los cálculos anteriores, el tamaño correcto del centro de carga o panel es 150A que está más cerca disponible del valor calculado.

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¿Cómo dimensionar un tablero de distribución? Trifásico, 400 V - IEC

En el siguiente ejemplo, le mostraremos cómo calcular el tamaño correcto de un tablero de distribución trifásico de 400 V, que se aplica principalmente en países que siguen las normas IEC, p. Reino Unido, UE y antiguas colonias británicas.

Ejemplo: 

¿Cuál es el tamaño adecuado de un cuadro de distribución trifásico si la carga total estimada en una vivienda es de 50 kVA? La carga es una combinación de sistemas monofásicos y trifásicos (400 V y 230 V CA) que incluyen aire acondicionado, refrigerador, cocina eléctrica, bombas de agua, lavadoras y puntos de iluminación general, etc. Considere el factor de potencia de 0,9.

Solución:

Primero que nada, encontraremos los amperios requeridos usando la fórmula de corriente trifásica.

P =√3 x V  x I x Cos Ф

I =P / √3  x V x Coseno Ф

Poner los valores:

I =50kW x / √3  x 400 V x 0,9

I =80.18A

Factor de demanda o diversidad:

El factor de diversidad general es el 80 % de la carga f conectada (consulte IEC 60439 para obtener más detalles). En este caso,

80% x 80,18A =64,15A .

Expansión futura:

La regla general para el factor de seguridad es del 20 %. Así que también puede agregarlo si es necesario.

20% x 64,15A =76,98A

Factor de seguridad

El rango mínimo seguro del factor de seguridad es 20-25%. Entonces lo agregaremos al valor calculado de la corriente de carga de la siguiente manera:

25% x 76,98 A =96,22 A

Ahora, la calificación estándar disponible más cercana de MCCB será 100A para el tablero de distribución trifásico de 400V que tiene el tamaño adecuado para manejar una carga de 50 kW.

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¿Cómo dimensionar una unidad de consumo? Monofásico, 230V – IEC

El siguiente ejemplo le mostrará cómo encontrar el tamaño correcto de una unidad de consumo o unidad de garaje monofásica de 230 V CA y MCB/MCCB asociado para manejar la carga residencial.

Ejemplo: 

Encuentre el tamaño adecuado de una unidad de consumo monofásica si la carga total estimada en una casa es de 12 kVA.

Solución:

Generalmente, el factor de potencia de viviendas residenciales con cargas normales se considera como la unidad “1”. De esta forma, la carga total en kVA =kW, es decir, la potencia aparente es igual a la potencia real en vatios debido a la ausencia de factor de potencia.

Ahora, primero tendremos que calcular la corriente de carga utilizando la fórmula general de corriente en amperios para circuitos monofásicos.

Primero que nada, encontraremos los amperios requeridos usando la fórmula de corriente trifásica.

P =  V  x I x Cos Ф

I =P / V x Cos Ф

Poner los valores:

I =12 kW x / 230V x 1

I =52.17A

Factor de demanda o diversidad:

El factor de diversidad general es el 80 % de la carga conectada (puede seleccionar el % adecuado según el tipo de carga en IEC 60439). En este caso,

80 % x 52,17 A =41,74 A

Expansión futura:

La regla general para el factor de seguridad es del 20 %. Así que también puede agregarlo si es necesario.

20 % x 41,74 A =50 A

Factor de seguridad

El rango mínimo seguro del factor de seguridad es 20-25%. Entonces lo agregaremos al valor calculado de la corriente de carga de la siguiente manera:

25 % x 50 A =62,5 A

De esta manera, podemos seleccionar la clasificación estándar disponible más cercana de MCCB, que es 63A para la unidad de consumo monofásica de 230V. Según el cálculo, este 63A MCB o MCCB tiene el tamaño adecuado para manejar una carga de 12kW en viviendas residenciales.

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