Circuitos Alimentadores -Rev. 2002

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CIRCUITOS ALIMENTADORES

Dr. Ing. Víctor E. Rojas C.

REPROCON S. A. www.reproconsa.com

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CIRCUITOS ALIMENTADORES

Los Los circ circui uito toss alim alimen enta tado dore ress son son aque aquell conj conjun unto to de cabl cables es conductores comprendidos entre la acometida y las protecciones final inalees cont contrra sob sobreco ecorri rriente entess dest destiinada nadass a prot proteg eger er a los conductores de los circuitos ramales y los equipos. Se instalan para alimentar tableros en viviendas, apartamentos, comercios e indust industri rias. as. En las instal instalaci acione oness comerc comercial iales es e indust industri riale ales, s, los alimentadores atraviesan las respectivas plantas y alimentan a los tableros, a los interruptores de cuchillas, a los paneles de control y toda clase de equipos eléctricos mediante derivaciones que se le hacen a los alimentadores respectivos.

Cargas Art. 220, Parte B[Art.220, Parte III] Las reglas y regulaciones del Art.220, Parte B[Art.220, Parte III] se usarán para dimensionar dimensionar y seleccionar seleccionar los conductores de los circ circui uito toss alim alimen enta tado dore res, s, los los disp dispos osit itiv ivos os prot protec ecto tore ress cont contra ra sobrecargas y otros elementos pertinentes. Se aplicarán factores de demanda a cargas agrupadas que reducirán el dime dimens nsio iona nami mien ento to de dich dichos os cond conduc ucto tore res. s. Esto Estoss fact factor ores es de demanda se basan en cómo el equipo está usado en el sistema eléctrico.

Voltaje 220-2(a)[220.5(A)] Para efectos de cálculo de alimentadores y también de circuitos ramales, se usarán los siguientes voltajes nominales, según la Sec. 220-2(a)[220.5(A)]: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) REPROCON S. A. www.reproconsa.com

120v 120/240v 208 Y/120v 240v 347v 480 Y/277v 480v

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8) 600 Y/347v 9) 600v

Conductores de fase 215-2(b)[215.2(A)(2) y 2(A)(3)]; Tabla 310-16[310.16]; 240-3(d)[240.4(D)]; 310-15(b)(2)(a) [310.15(B)(2)(a) Los conductores de fase que se usan en los alimentadores se dimensionan y se seleccionan con base en la corriente total o los voltamperios totales divididos por el voltaje nominal del circuito. El amperaje total o los voltamperios totales de los alimentadores, se calcularán a operación continua o discontinua o a una combinación de ambas. Además, aquellas cargas a las que se les aplique un factor de demanda, se calcularán al porcentaje respectivo de su operación. Aquellos porcentajes (factores de demanda) se derivan de cómo las cargas son usadas en el alimentador respectivo. El alimentador de menor tamaño se considera ser el de 30 amperios, conforme a la Sec. 215-2(b). Para corresponder con este valor nominal mínimo, debemos usar conductores de cobre No. 10, conforme a la Tabla 310-16 (ver asterisco) y la Sec. 240-3(d). *El NEC 2005 elimina de plano esta sección, que se refiere a circuitos específicos y no menciona nada sobre una ampacidad mínima para los alimentadores.

Los conductores de fase son conductores transportadores de corriente y por consiguiente están sujetos a que se les aplique factores de corrección y ajuste, conforme a la Sec.310-15(b)(2)(a) [310.15(B)(2)(a)]y la Tabla 310-16[310.16].

Calculando la corriente 220-2(b)[220.5(B)] Si los voltamperios se conocen, los amperios se calculan dividiendo los voltamperios por la configuración del voltaje del circuito alimentador.


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¿Cuál es la corriente correspondiente a una carga de 18400va en un circuito alimentador, alimentado por un sistema monofásico de 120/240v?

I =va/v = 18400va/ 240v = 77 A, ∴la corriente en el alimentador es 77 amperios Determinar la corriente en un alimentador correspondiente a una carga de 18400 voltamperios alimentada por un sistema trifásico 120/208v de 4 hilos. I = va/1.732v = 18400va/1.732 · 208v = 51.1 A, ∴la corriente es 51 amperios Nota: La fracción:∠ a 0 .5 amperios, se desprecia conforme a la Sec. 220-2(b)[220.5(B)]

Cargas Discontinuas 215-2(a)[215.2(A)]; 215-3[215.3] Se clasifican como tales aquellas cargas que operan por un periodo menor a tres horas (Art.100).Todo aquel equipo para enchufar, sea portátil o fijo, puede clasificarse como carga discontinua. Se calculan al 100% y se le pueden aplicar factores de demanda a grupos específicos de cargas. Para efectos de dimensionamiento de los elementos de un circuito alimentador, ¿cuáles son los voltamperios nominales de una carga de 34500va que trabaja en forma discontinua? Va = va · 100% =34500va · 100% = 34500va, ∴los voltamperios nominales del alimentador son 34500va

Cargas continuas 215-2(a)[215.2(A)]; 215-3[215.3]


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Aquellas cargas que trabajan ininterrumpidamente por un periodo de tres o más horas, se clasifican como cargas continuas. Los voltamperios nominales para efectos de dimensionamiento de los conductores alimentadores de cargas continuas se obtienen multiplicando la carga continua por 125%. Es posible, a su vez, que haya que incrementar el calibre de estos conductores alimentadores a causa de la caída de tensión, temperatura ambiental, o muchos cables conductores en un tubo o canalización. ¿Cuáles son los voltamperios nominales para la alimentación de una máquina procesadora que trabaja a régimen continuo con una carga conectada de 34500va? Va = va · 125% = 34500va · 125% = 43125va, ∴los voltamperios nominales del alimentador son 43125va Tenemos un circuito alimentador que alimenta una carga continua de 98 amperios y otra discontinua de 95 amperios, cuál es la corriente de dimensionamiento para los conductores del alimentador? 95 A x 100% = 95 A 98 A x 125% = 122.5 A Carga total = 217.5 A = 218 A La corriente, para el dimensionamiento de los conductores del alimentador es 218 A

Factores de demanda Art.220, Parte B[III] Se pueden aplicar factores de demanda a los voltamperios nominales de grupos de cargas específicas, dependiendo de sus condiciones de uso. Los porcentajes correspondientes a los factores de demanda, están dados en tablas en el NEC. Los tipos de cargas, cuyos alimentadores pueden reducirse por aplicarles factores de demanda, son los siguientes: REPROCON S. A. www.reproconsa.com

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Tablas de Factores de Demanda por tipo de Carga

1) Iluminación Tabla 220-11[220.42] 2) Tomacorrientes Tabla 220-13[220.44]; Sec.220- 3(b)(9) [220.14(I)] 3) Secadoras residenciales Tabla 220-18[220.54] 4) Cocinas domésticas Tabla 220-19[220.55] 5) Cocinas comerciales/industriales Tabla220-20[220.56] 6) Viviendas 220-30(b);(c)[220.82(B) y (C)] 7) Viviendas existentes 220-31[220.83] 8)Viviendas multifamiliares Tabla 220-32[220.84] 9) Colegios Tabla 220-34[220.86] 10) Instalaciones Existentes 220-35[220.87] 11) Restaurantes Tabla 220-36[220.88] 12) Fincas Tabla 220-40[220.102]; Tabla 220-41[220.103]

Aplicando factores de demanda para cargas de tomacorrientes no residenciales Tabla 220-13[220.44] Los voltamperios nominales para tomacorrientes en operación discontinua, se calculan al 100% para los primeros 10000 VA y los voltamperios remanentes se calculan al 50%, según la Tabla 220-13[220.44]. También, las salidas de estos tomacorrientes, estimadas a 180 va por salida, pueden sumarse a la carga de iluminación respectiva y al total aplicársele los factores de demanda de la Tabla 220-11[220.42]. A los voltamperios correspondientes a tomacorrientes en operación continua, no se le aplican factores de demanda aunque su valor exceda de 10000 VA porque por definición son cargas que trabajan continuamente. ¿Cuál es la demanda de carga para un conjunto de tomacorrientes no residenciales de uso general en operación discontinua que alimentan una carga conectada de 24800va? Primeros 10000va x 100% Remanentes 14800va x 50% Demanda de carga REPROCON S. A. www.reproconsa.com

= 10000va = 7400va = 17400va

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Aplicando factores de demanda para cocinas comerciales Tabla 220-20[220.56] Una cocina comercial consta del siguiente equipo eléctrico: 4 parrillas, 2 marmitas eléctricas, 3 freidores, 3 microondas, 3 calentadores de agua, para un total de carga conectada de 50kw. Calcular la demanda para el circuito alimentador de la cocina., a sabiendas que las dos cargas mayores son de 10kw y 8kw respectivamente. Son 15 equipos. Conforme a la Tabla 220-20[220.56], el factor de demanda es del 65%. Tenemos que: 50kw x 65% = 32.5kw Además: 32.5kw es mayor que 18kw (la suma de las dos cargas más grandes) Por consiguiente, la demanda del circuito alimentador es de 32.5kw

El Neutro El neutro se aterriza intencionalmente donde se encuentra el equipo de acometida (tableros y equipos de protección). El neutro debe dimensionarse para que transporte la corriente máxima de desbalance. Se puede aplicar un factor de demanda al neutro bajo ciertas circunstancias.

Dimensionamiento del neutro 220-22[220.61] La máxima carga desbalanceada será la máxima carga neta calculada entre cualquier conductor de fase y el neutro. El neutro se dimensiona para que transporte la misma corriente que los conductores de fase hasta 200 amperios. Cuando la corriente excede dicha cantidad y la carga es de tipo lineal, al neutro se le puede aplicar un factor de demanda del 70% sobre el exceso de 200 amperios. Cuando en cambio la carga es de carácter no lineal (carga donde la onda de corriente no sigue la forma de onda del REPROCON S. A. www.reproconsa.com

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voltaje aplicado, como es el caso de equipo electrónico, de iluminación del tipo de descarga, o variadores de velocidad, etc.), no se aplica ningún factor de demanda para calcular la carga del neutro y por consiguiente la corriente del neutro coincide con la corriente de fase. Por consiguiente, no habrá reducción de la capacidad del neutro para aquella porción de la carga que consiste en cargas no lineales alimentadas por un sistema en estrella a cuatro hilos. Tampoco la habrá en el caso de un sistema a tres hilos que consista en dos fases y el neutro aterrizado de un sistema trifásico en estrella, a 4 hilos. En el caso de equipo de cocina residencial, como cocinas propiamente dichas, hornos de pared, hornos y plantillas (y también en el caso de las secadoras de ropa) la máxima corriente de desbalance puede considerarse ser el 70% de la corriente de los conductores de fase (calculada siguiendo la Tabla 220-19[220.55], en el caso de cocinas, y la Tabla 220-18 [220.54] para el caso de las secadoras) y es ésta la corriente a considerarse para el neutro. ¿Cuál es la corriente a considerarse para el neutro de un circuito alimentador con una carga no lineal de 400 A? Primeros 200 A al 100% Remanentes 200 A al 100% Carga total del neutro

= 200 A = 200 A = 400 A

¿Cuál es la corriente a considerarse para el neutro de un circuito alimentador con una carga lineal de 400 A? Primeros 200 A al 100% Remanentes 200 A al 70% Carga total del neutro

= 200 A = 140 A = 340 A

¿Cuál es la corriente a considerarse para el neutro de un circuito alimentador de una cocina residencial de 9kw? De la Tabla 220-19[220.55], Col. A[C]: a 9kw le corresponden 8kw Conforme a la Sec. 220-22[220.61]: 8kw x 70% = 5.6kw REPROCON S. A. www.reproconsa.com

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∴la carga que le corresponde al neutro del circuito alimentador es de sólo 5.6kw (el calibre del neutro no será inferior al #10, conforme a la Sec.210-19©, Excepción 2 [210.19(3)Exc.2]).

Cálculo de la corriente del neutro para circuitos trifásicos Se usa una fórmula específica para calcular la corriente del neutro para un circuito alimentador trifásico. Cuando las corrientes en las fases A, B y C tienen diferentes valores, se usa la expresión: _________________________________________ A = fA² + fB² + fC² – ( fA · fB) – (fB · fC) – (fC · fA ) ¿Cuál es la corriente que circula en el neutro, si las corrientes en las fases A, B y C son respectivamente 125 A, 90 A y 110 A? _________________________________ A = √ 15625+8100+12100-11250-9900-13750 A ____ = √ 925 A = 30 A Si las corrientes de las fases A, B y C fueran respectivamente 125 A, 90 A y 0 A, la corriente del neutro sería 112 A, igualmente si las corrientes de las fases B y C fueran cero, la corriente del neutro sería 125 A. Para que el neutro cumpla con lo dispuesto en la Sec. 22022[220.61], debe ser dimensionado para esta condición máxima de desbalance.

Utilizando el Neutro

310-15 (b)(4)[310.15(B)(4)]

La Sec. 310-15(b)(4) se divide en tres subdivisiones que explican las condiciones de carga y uso del neutro: Subdivisión (a) 310-15(b)(4)(a)[310.15(B)(4)(a)] REPROCON S. A. www.reproconsa.com

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El neutro no se considera transportador de corriente, cuando solamente transporta la corriente de desbalance de las otras fases. En efecto, cuando los circuitos están convenientemente balanceados, la corriente del neutro es muy pequeña. Sin embargo cuando tenemos un circuito de dos hilos, la corriente del neutro aterrizado coincide con la corriente de fase. Este tipo de instalación no tiene desbalance, por consiguiente la corriente del neutro es la corriente plena. Tenemos entonces que la corriente del neutro para un circuito monofásico, de dos hilos, 120v, que alimenta una carga de 14 amperios, es precisamente 14 amperios. Cuando nos referimos a un sistema trifilar, el neutro conduce la corriente de desbalance de los conductores de fase. Este tipo de instalación sí tiene desbalance a no ser que los dos conductores de fase transporten igual corriente. ¿Cuál es la corriente del neutro para un circuito trifilar donde las corrientes de fase son 64 A y 52 A respectivamente? La corriente del neutro es 64 A – 52 A = 12 A Si no hubiera desbalance, la corriente del neutro sería cero. Subdivisión (b) 310-15(b)(4)(b)[310.15(B)(4)(b)]

En un sistema de tres hilos que consista en dos conductores de fase y un neutro, derivado de un sistema trifásico en Y, de cuatro hilos, el neutro debe tener el mismo calibre que los conductores de fase porque transporta una corriente de la misma magnitud que la de los conductores de fase. Por consiguiente una reducción en el calibre no es permitida. El neutro, en este caso, es considerado un conductor transportador de corriente.


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¿Cuál es la corriente del neutro para un sistema 120/208v de tres hilos, derivado de un sistema trifásico a cuatro hilos, con 190 A en la fase A y 170 A en la fase B? Aplicando la expresión para determinar la corriente del neutro en los sistemas trifásicos, encontramos que esta corriente es de 180 A. Subdivisión © 310-15(b)(4)(c)[310.15(B)(4)(c)]

El neutro aterrizado de un sistema trifásico a cuatro hilos que alimenta cargas no lineales, debe tener el mismo calibre que los conductores de fase del sistema. El conductor neutro es considerado un transportador de corriente, debido a las corrientes armónicas que provienen de estas cargas no lineales. Por ejemplo, las corrientes armónicas generadas por balastos corrientes son un 25% aproximadamente de la carga total correspondiente a estos balastos, en un sistema trifásico a cuatro hilos. Estas corrientes armónicas se suman entre sí en el neutro al estar en fase (son terceras armónicas y múltiplos impares de éstas) y en un sistema totalmente balanceado el componente armónico de la corriente del neutro llega inclusive a ser un 75% del valor de la corriente de fase. Si los balastos fueran electrónicos, la corriente del neutro sería aún mayor.

Corrientes armónicas Se presentan corrientes armónicas en equipos de distribución eléctrica que alimentan cargas no lineales. Hay dos tipos básicos de cargas no lineales: monofásicas y trifásicas. Las monofásicas, las encontramos normalmente en oficinas, mientras que las trifásicas son predominantemente industriales.

Efectos en el neutro 220-22[220.61], FPN No.2 En sistemas eléctricos con mucha carga monofásica no lineal, la corriente en el neutro puede inclusive superar la corriente de fase. Pueden presentarse sobrecalentamientos excesivos al no haber REPROCON S. A. www.reproconsa.com

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una protección de sobrecarga en el neutro que limite la corriente en él circulante a un valor seguro. Basta pensar en los sistemas trifásicos, en estrella, a cuatro hilos, que alimentan cargas monofásicas no lineales generadoras de terceras, novenas, decimoquintas armónicas, etc., las cuales como se ha dicho, se suman en el neutro.

Consideraciones sobre las cargas no lineales Art. 100, Carga no lineal; 220-22[220.61] y FPN No.2 Desde 1947, el NEC ha ido mencionando en sus sucesivas ediciones los problemas que se presentan en el neutro a causa de cargas de origen no lineal. A continuación, se citan los siguientes extractos del NEC 1999[2005]: NEC Artículo 100, Carga no lineal: “Una carga donde la forma de onda de una corriente en estado estable no sigue la forma de onda del voltaje aplicado. (FPN): Equipos electrónicos, iluminación de descarga electrónica /eléctrica, sistemas variadores de velocidad, y equipos similares pueden ser cargas no lineales.” NEC Sección 220-22 (última oración)[220.61(C)]: “No debe haber reducción de la capacidad del neutro para aquella porción de la carga que consiste en cargas no lineales alimentadas por un sistema trifásico en estrella, de 4 hilos, ni tampoco en el conductor puesto a tierra de un sistema de tres hilos compuesto por dos fases y el neutro de un sistema trifásico en estrella de 4 hilos.” NEC Sección 220-22[220.61] FPN No.2: Un sistema trifásico de 4 hilos, en estrella usado para alimentar cargas no lineales puede requerir que su diseño permita altas corrientes con contenido de armónicas.” En el pasado, la mayoría de las cargas conectadas eran lineales, como la iluminación incandescente, la calefacción, los motores. En un circuito lineal, la corriente varía en proporción con el voltaje y las formas de onda tanto del voltaje como de la corriente son sinusoidales. REPROCON S. A. www.reproconsa.com

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Con el advenimiento de los equipos electrónicos como los UPS, los convertidores AC-DC, las computadoras y equipos periféricos, los controladores programables, equipos de procesamiento de datos, los balastos electrónicos, etc., comenzaron a presentarse problemas en los sistemas eléctricos. Situaciones sin aparente explicación comenzaron a presentarse tales como neutros recalentados, recalentamiento de transformadores y motores, recalentamiento de las barras en los tableros eléctricos, disparos sin causa aparente de los disyuntores, mal funcionamiento de las computadoras, etc. Estos problemas afectan a todo el sistema eléctrico, no solamente aquellas porciones del circuito donde las cargas no lineales están conectadas. El origen de estos problemas está en la distorsión de la onda senoidal que estos equipos producen al funcionar. Esta onda distorsionada puede descomponerse en una onda senoidal fundamental de frecuencia de 60hz y un número variable de ondas, con frecuencias múltiples de la fundamental (armónicas) y superpuestas a la fundamental. Se obtienen así la segunda armónica (120hz), la tercera armónica (180hz), la cuarta armónica (240hz), la quinta armónica (300 hz), etc. Las corrientes de tercera armónica y sus múltiples impares (novena, quinceava, veintiunésima, etc), se suman en el neutro común de un sistema trifásico, en vez de cancelarse unas a otras. Por ejemplo, en un sistema trifásico balanceado de 4 hilos donde por los conductores de fase circulan 100 A, en el neutro podrían llegar a circular cerca de 200 A y si el neutro estuviera dimensionado para 100 A, podría recalentarse severamente, adicionalmente podría presentarse una excesiva caída de tensión entre el neutro y tierra. Si hacemos una lectura de voltaje en un tomacorriente, con cargas conectadas y encontramos más de dos voltios entre neutro y tierra, muy probablemente es una indicación de que el neutro está sobrecargado a causa de cargas no lineales. El utilizar un amperímetro normal (que lee valores medios) no nos dará una lectura verídica de la corriente del neutro porque esta corriente está conformada por valores de corriente de varias frecuencias. La lectura estará entre un 30% y un 50% más baja que el valor verdadero. Para obtener lecturas precisas, cuando REPROCON S. A. www.reproconsa.com

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estén involucradas las armónicas, debemos utilizar amperímetros que lean valores reales rms de corriente. Hay mucho por aprender acerca de los efectos de las cargas no lineales. Los criterios más avanzados recomiendan que cuando se tenga que alimentar cargas no lineales con sistemas trifásicos de 4 hilos, en vez de utilizar el tradicional neutro común, se utilice un neutro independiente, de igual calibre que el conductor de fase, para cada fase o en su defecto que el neutro común se dimensione de capacidad doble que los conductores de fase. La CBEMA (la Computer and Business Equipment Manufacturers Association) da la siguiente recomendación:

Üsense neutros independientes para los tomacorrientes de 120v en cada fase. Evítense usar neutros comunes para salidas monofásicas de 120v en diferentes fases. Cuando se requiera usar un neutro común para un sistema 208Y/120v, úsese un conductor con por lo menos una capacidad del 173% de la de los conductores de fase. Está claro de la información suministrada, que las cargas no lineales pueden crear corrientes en el neutro bastante mayores que las corrientes de fase en sistemas trifásicos a 4 hilos. Considerando lo que se sabe y lo que no se sabe, durante la fase de diseño, es prudente diseñar conservadoramente, tomando en cuenta el costo adicional relativo que conlleva.

Determinación del calibre del conductor de puesta a tierra de protección 250-122(a) y (b)[250.122(A) y(B)]; Tabla 250122[250.122]; Tabla 8, Cap.9 La determinación del calibre de los conductores que fungen de puesta a tierra de protección de equipos está dada en la Sec. 250122(a)[250.122(A)] que dice que dicho calibre no debe ser inferior al señalado en la Tabla 250-122[250.122], pero tampoco debe ser superior al calibre de los conductores que alimentan al equipo respectivo. Sin embargo la Sec. 250-122(b)[250.122(B)] advierte que cuando el calibre de los conductores se ajusta para REPROCON S. A. www.reproconsa.com

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compensar la caída de tensión, el calibre de los conductores de puesta a tierra de protección debe ajustarse proporcionalmente conforme al área en mils circulares. Tenemos un circuito alimentado por conductores de cobre #2/0AWG que están protegidos por un breaker de 175 A. Por razones de caída de tensión se debe aumentar el calibre de los conductores a 3/0, ¿Cuál es el calibre del conductor de puesta a tierra? Conforme a la Tabla 250-122[250.122], a una protección de 175 A, le corresponde un conductor de puesta a tierra con calibre #6. Pero hay que aumentar el calibre de dicho conductor por lo expuesto en 250-122(b)[259.122(B)]. De la Tabla 8, Cap. 9: Calibre conductor Sección en CM #2/0 133100 #3/0 167800 #6 26240 Por consiguiente, la sección corregida para el conductor de puesta a tierra es: (167800/133100) · 26240 = 33081CM De la Tabla 8, Cap. 9 se deduce que el nuevo calibre es #4 (41470CM)

Determinación del calibre del neutro por razones de caída de tensión 240-23[240.23] La Sec.240-23[240.23] dice que cuando hay una variación en el calibre de los conductores de fase, por razones de caída de tensión u otras, una variación similar debe permitirse hacerse en el conductor neutro.


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Por ejemplo si el calibre de los conductores que alimentan una carga de 120v y 175 A, se aumentara del #2/0 THWN al # 3/0 THWN a causa de un problema de caída de tensión, el calibre del neutro se aumentará también del 2/0 al 3/0.

Cálculo de un circuito alimentador 215-2(a)[215.2(A)]; 2153[215.3]; Tabla 430-148[430.248]; Tabla 430-152[430.52]; 43062(a)[430.62(A)]; 240-6(a)[240.6(A)]; Tabla 310-16[310.16] Un circuito alimentador puede estar constituido por cargas tales como iluminación, tomacorrientes, dispositivos eléctricos diversos, aires acondicionados, calentadores y motores. Cada carga debe ser evaluada y calculada a operación continua o discontinua según sea el caso. Tenemos un circuito alimentador monofásico trifilar 240/120v que alimenta las siguientes cargas: un motor monofásico de 5hp, 230v; una carga de tomacorrientes en operación discontinua, distribuidos en 37.5 A en cada conductor de fase; una carga de dispositivos trabajando en forma continua y distribuidos en 30 A por fase; un circuito de iluminación que trabaja continuamente y distribuido en 40 A por fase; una carga de calefacción 10kw, 240v; un motor monofásico de 1hp,120v y un motor monofásico de 2hp,120v. Dimensionar los conductores alimentadores y la protección de corto circuito principal.

Cálculo de los conductores de fase: 215-2(a)[215.2(A)]; Tabla 430-148[430.248] Iluminación 40 A · 125%

= 50 A

37.5 A · 100%

= 37.5 A

30 A · 125%

= 37.5 A

Tomacorrientes Dispositivos eléctricos Calefacción (10kw ·1000 · 100%) /240v REPROCON S. A. www.reproconsa.com

= 42

A

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Motores 5hp = 28 A · 125% 1hp = 16 A · 100% 2hp = 24 A · 100% Total

= 35 A = 16 A = 24 A _______ 242 A

De la Tabla 310- 16[310.16], 242 A requieren conductores # 250kcmil THWN

Cálculo del neutro 220-22[220.61]; 250-24(b)(1)[[250.24(C) (1)]; tabla 250-66[250.66] El dimensionamiento del neutro, depende de la carga, como lo indica la sección 220-22[220.61]. Debe dimensionarse para que soporte el máximo desbalance que corresponde con la máxima carga neta (es decir, que para este cálculo no se tome en cuenta el factor 125% correspondiente a las cargas continuas sino que éstas se calculan al 100%) calculada entre un conductor de fase y el neutro. Esto nos da el calibre mínimo a menos que deba ser modificado por la sección 250-24(b)(1)[250.24(C)(1)]. Primero, se hace un cálculo de la carga como estipula la sec.22022[220.61]. Comparamos el calibre determinado por este método con el que obtenemos del uso de la tabla 250-66[250.66]. La sección 250-24(b)(1)[250.24(C)(1)] requiere que el calibre del neutro no sea inferior al determinado por la tabla 250-66[250.66]. Si el método de la sec. 220-22[220.61] nos determina un calibre menor que el que se obtiene de la tabla 250-66[250.66], el calibre deberá ser conforme a la tabla 250-66[250.66]. Si el método de la sección 220-22[220.61] da un calibre mayor que el de la tabla 250-66[250.66], se escoge el calibre mayor. Iluminación 40 A · 100%

= 40

A

37.5 A · 100%

= 37.5 A

Tomacorrientes REPROCON S. A. www.reproconsa.com

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Dispositivos eléctricos 30 A · 100%

= 30

A

Motores 2hp = 24 A · 125% 1hp = 16 A · 100% Total

= 30 A = 16 A ______ 153.5 A

De la tabla 310-16[310.16], 153.5 A requieren conductores # 2/0 THWN. Comparamos este resultado con el correspondiente a la tabla 250-66[250.66] (para conductores de fase #250 kcmil, se requiere un neutro #2 AWG, el cual es de menor calibre que el # 2/0 obtenido del cálculo aplicando la 220-22[220.61], por consiguiente predomina este último valor). El neutro es entonces # 2/0 THWN. Determinación de la protección de corto circuito principal 23090(a)[230.90(A)]; 230-90(a) Ex.1[230.90(A)Ex.1]; 430- 52©(1) [[430.52(C)(1)]; 430-62(a)[430.62(A)]; 430-63[430.63] La determinación de la protección del alimentador se puede hacer siguiendo el delineamiento de la 230-90(a)[230.90(A)] que coincide con el cálculo de la corriente para la determinación del calibre de los conductores de fase: 242 A, a lo que le corresponde una protección de 250 A conforme a la 240-3(b)[[240.4(B)] y la 230-90(a)[230.90(A)]. Pero también podemos utilizar el delineamiento de la 230-90(a) Ex.1[230.90(A)Ex.1], que conlleva a efectuar el siguiente procedimiento: Teniendo presente las secciones: 430-52©(1)[430.52©(1)]; 43062(a)[430.62(A)]; 430-63[430.63]; 240-3(g)[240.4(G)]; Tabla 430-152[430.52], al efecto consideramos que como protecciones de corto circuito se usan breakers de tiempo inverso. Motores 5hp = 28 A · 250% = 70 A 1hp = 16 A · 100% = 16 A 2hp = 24 A · 100% = 24 A Iluminación = 50 A Tomacorrientes = 37.5 A REPROCON S. A. www.reproconsa.com

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Dispositivos eléctricos Calefacción

= 37.5 A = 42 A ______

Total

= 277 A

De acuerdo con 430-62(a)[430.62(A)] y 240-6(a)[240.6(A)], 250 A es la capacidad del breaker inmediatamente inferior a 277 A y es la capacidad del breaker a escoger.

Cálculo para cargas adicionales en alimentadores existentes 220-35[220.87], Ex.; 215-2(a)[215.2(A)(1)]; 310-16[310.16] Es el método de cálculo a usarse cuando se debe determinar si cargas adicionales se pueden agregar a alimentadores existentes. Esta regla permite utilizar la máxima demanda cuando se cumplen las siguientes condiciones: (1)Se tiene la estadística de los datos de la máxima demanda por un periodo de un año Si tal información no está disponible, la carga calculada se basará en la máxima demanda (medición del valor promedio de potencia en un periodo de 15 minutos) continuamente registrado durante un periodo mínimo de 30 días por un amperímetro o vatímetro registrador conectado a la fase más cargada del alimentador, tomando como base la corriente medida al inicio del registro. El registro debe reflejar la máxima demanda del alimentador cuando el espacio considerado esté ocupado y debe incluir, por medición o cálculo, la mayor de las cargas de calefacción o enfriamiento u otras cargas que puedan ser periódicas por naturaleza. (2) El 125% de la demanda máxima existente más la nueva carga no debe exceder la capacidad de corriente de los conductores del alimentador. (3)La protección contra sobrecargas del alimentador corresponde con la Sección 240-3[240.4]. REPROCON S. A. www.reproconsa.com

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Determinar si a un alimentador existente compuesto por conductores de cobre # 500kcmil THWN y con una carga de 218 A (registrados durante 30 días), se le puede agregar una carga continua de 81.6 A. Conforme a la Sec. 215-2(a[215.2(A)(1)]) 81.6 A · 125% = 102 A Demanda existente: 218 A · 125% = 273 A Demanda existente más nueva carga: 273 A + 102 A = 375 A De la Tabla 310-16[310.16]: Los conductores 500MCM THWN soportan una corriente de 380 A ∴ El alimentador soporta esta nueva carga.

Un circuito alimentador trifásico a 208v con conductores de calibre # 400kcmil THWN, tiene en la actualidad una máxima demanda (debidamente registrada) de 78.4kva. Se desea saber si se le puede agregar una carga discontinua de 15.1kva adicionales. Demanda existente: 78.4kva · 125% = 98kva Demanda existente más nueva carga: 98kva + 15.1kva = 113.1kva De la Tabla 310-16[310.16]: Los conductores # 400MCM THWN soportan 335 A 113100va/ ( √ 3 · 208v) = 314 A ∴ El alimentador soporta la nueva carga


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Diseñar los conductores alimentadores de un almacén de 40000 pies cuadrados con una bodega de 20000 pies cuadrados alimentado por un sistema trifásico a cuatro hilos 208Y/ 120v. Se tienen las siguientes cargas:

120v, 1 80 pies lineales de ventanas de exhibición (operación continua) 120 pies de riel de iluminación (operación continua) 30 balastos de 180va destinados para la iluminación exterior (operación continua) 3600va iluminación de rótulos (operación continua) 65 tomacorrientes (operación discontinua) 28 tomacorrientes (operación continua) 80 pies de canalizaciones para tomas múltiples (operación discontinua)

208v, 3 Un congelador de 7380va Varios congeladores menores totalizando 5580va Un extractor de 3/4 hp Un calentador de agua de 10000va Una cámara fría de 9540va Aires acondicionados totalizando 22320va Una bomba de agua de 2 hp

Cálculo de la carga por iluminación Iluminación General (1[230.42(A)(1)]) 40000 · 3 va 120000 · 125% REPROCON S. A. www.reproconsa.com

Tabla 220-3(a)[220.12]; 230-42(a) = 120000va · = 150000va *

22

20000 · ¼ va 5000 · 125%

= =

5000va · 6250va *

Ventanas de exhibición 220-12(a)[220.43(A)] 80’ · 200va = 16000va · 16000 ·125% = 20000va * Iluminación por rieles 220-12(b)[220.43(B)] 120/2 · 150va = 9000va · 9000 · 125% = 11250va * Iluminación exterior 230-42(a)(1)[230.42(A)(1)] 30 · 180va = 5400va · 5400va · 125% = 6750va * Iluminación de rótulos 230-42(a)(1)[230.42(A)(1)] 3600va · 100% = 3600va · 3600 · 125% = 4500va * Carga Total = 159000va · Carga Total = 198750va *

Cálculo de la carga correspondiente a tomacorrientes Operación discontinua 220-3(b)(9)[220.14(I)]; 230-42(a)(1) [230.42(A)(1)] 65 · 180va = 11700va 80 · 180va = 14400va Carga Total Tabla 220-13 Primeros 10000va · 100% Siguientes 16100va · 50%

=

26100va

= =

10000va 8050va

Carga Total

= 18050va *·

Operación continua [230.42(A)(1)] 28 · 180va REPROCON S. A. www.reproconsa.com

220-3(b)(9)[220.14(I)]; 230-42(a)(1) =

5040va

23

5040va · 125%

=

Carga Total · Carga Total *

6300va =

23090va

=

24350va

Cálculo de cargas especiales Calentador de agua 10000va · 100%

=

10000va *

Cálculo de compresores Congelador 230-42(a)(1)[230.42(A)(1)] 7380va · 100%

=

7380va *

Congeladores menores 5580va · 100%

=

5580va *

Cámara fría 9540va · 100%

=

9540va *

Carga Total

=

22500va *

Cálculo de motores Bomba de agua 430-24[430.24]; Tabla 430-150[430.250] 7.5 A · √ 3 · 208v · 100% = 2700va * Extractor 3.5 A · √ 3 · 208v · 100%

=

1260va *

Carga Total

=

3960va *

Cálculo de los aires acondicionados 22320va · 100

=

22320va *


24

Motor más grande Cámara fría 430-24[430.24] 9540va · 25%

=

2385va *

Cálculo de la corriente en los conductores de fase Iluminación Tomacorrientes Cargas especiales Compresores Motores Aires acondicionados Motor más grande Carga total del almacén

198750va 24350 10000 22500 3960 22320 2385 284265va

I = va / √ 3 · v = 284265 / √ 3 · 208v = 789 A

Determinación del calibre de los conductores de fase Conductores de fase (conectando cinco conductores en paralelo): 789 A ÷ 5 = 157.8 A, que requieren conductores # 2/0 THHN ∴ se requieren 5 conductores # 2/0 THHN por fase

Cálculo de la corriente en el neutro 220-22[220.61]; 250- 24(b) (1)[250.24(C)(1)]; tabla 250-66[250.66] El dimensionamiento del neutro, depende de la carga, como lo indica la sección 220-22[220.61]. Debe dimensionarse para que soporte el máximo desbalance que corresponde con la máxima carga neta (es decir, que para este cálculo no se tome en cuenta el factor 125% correspondiente a las cargas continuas sino que éstas se calculan al 100%) calculada entre un conductor de fase y el neutro. Esto nos da el calibre mínimo a menos que deba ser modificado por la sección 250-24(b)(1)[250.24(C)(1)].


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Primero, se hace un cálculo de la carga como estipula la sec.22022[220.61]. Comparamos el calibre determinado por este método con el que obtenemos del uso de la tabla 250-66[250.66]. La sección 250-24(b)(1)[250.24(C)(1)] requiere que el calibre del neutro no sea inferior al determinado por la tabla 250-66[250.66]. Si el método de la sec. 220-22[220.61] nos determina un calibre menor que el que se obtiene de la tabla 250-66[250.66], el calibre deberá ser conforme a la tabla 250-66[250.66]. Si el método de la sección 220-22[220.61] da un calibre mayor que el de la tabla 250-66[250.66], se escoge el calibre mayor. Cuando se instale una configuración en paralelo, como en este caso, y como permitido por la sección 310-4[310.4], el calibre mínimo para el conductor puesto a tierra (neutro) se determina multiplicando el área en mils circulares de los conductores de fase por el número de conductores en paralelo y viendo en la tabla 250-66[250.66] el calibre que ésta da para el neutro para la sección equivalente obtenida, correspondiente a los conductores de fase. Ahora bien, cuando los neutros estén instalados en dos o más tuberías, el calibre de los neutros en cada tubería, será con base al calibre de los conductores de fase en cada tubería, pero no inferior al # 1/0 (sec. 250-24(b)(2))[250.24(C)(2)]. Cargas lineales de 120v Tomacorrientes: 18050 5040 Carga total

23090va / ( √ 3 · 208)

Cargas no lineales Iluminación: 120000 5000 16000 9000 REPROCON S. A. www.reproconsa.com

= 64 A

26

5400 3600 159000va / ( √ 3 · 208) Corriente Total

= 444 A = 508 A

Conductores del neutro (conectando cinco conductores en paralelo): Procedimiento del NEC: 508 A ÷ 5 = 102 A, que requieren conductores # 2 THHN, sin embargo la Sección 310-4 del NEC dice que para conectar conductores en paralelo, éstos deben ser iguales o mayores al calibre 1/0. ∴ se requieren 5 conductores # 1/0 THHN Procedimiento de la CBEMA: 444 · 173% + 64 = 832 A ÷ 5 = 166 A, que requieren conductores # 2/0 THHN ∴ se requieren 5 conductores # 2/0 THHN Ahora bien, aplicando la 250-24(b)(1)[250.24(C)(1)] y la tabla 250-66[250.66] y refiriéndonos a la tabla 8 del capítulo 9, tenemos que el área correspondiente a un conductor # 2/0 (calibre obtenido para cada conductor de fase en paralelo) es de 133100 mils circulares, por lo que 5 x 133100 = 665500 mil circulares y para este calibre de conductores alimentadores correspondería, de acuerdo a la tabla 250-66[250.66], un neutro 2/0 AWG. Obviamente, este es un menor calibre, que lo determinado mediante la 220-22[220.61] (procedimiento del NEC o procedimiento de CBEMA) por lo que cinco neutros # 1/0 o cinco neutros # 2/0 son la solución, según sea el caso (tuberías en //).

Determinación de la capacidad de corriente de la protección de sobrecarga del alimentador 230-90(a)[230.90(A)]; 240-3(b) [240.4(B)]; 240-6(a)[240.6(A)]


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789 A requieren una protección de 800 A (por la 230-90(a) [230.90(A)] y 240-3(b)[240.4(B)] Si la canalización se hace con tubería metálica rígida, calculemos el diámetro de cada uno de los cinco tubos que comprenden dicha canalización (consideremos el calibre de los conductores que comprenden el neutro como # 1/0). De la Tabla 5, Cap. 9 obtenemos las áreas de los conductores en pulgadas cuadradas: # 2/0 THHN 0.2223 # 1/0 THHN 0.1855 0.2223 · 3 = .6669 pulg. cuadr. 0.1855 · 1 = .1855 = .8524 pulg. cuadr. De la Tabla 4, Cap.9 : .8524 → 2” ∅ de conduit rígido metálico ∴ se requieren 5 tuberías de 2” ∅ de conduit rígido metálico.

¿Cuándo usar conductores en paralelo? Cuando una instalación requiere que los conductores transporten más de 250 A o 300 A, es casi siempre más económico el instalar conductores en paralelo. Es decir, difícilmente se justifica usar conductores con calibre mayor del 350 MCM. En el caso de altas corrientes, la sección (área) total requerida para el circuito, al instalar conductores en paralelo es menor que si se instala un solo conductor, es decir, la sección de cobre o aluminio es más aprovechada con calibres menores (ver tabla): Calibre Conductor

Mils Circulares Ampacidad Tabla 8 Cap. 9 75º C


a Capacidad Corriente por

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1/0 3/0 250 MCM 500 MCM 750 MCM

105.600 167.600 250.000 500.000 750.000


150 A 200 A 255 A 380 A 475 A

100.000 Mils circulares 141 A 120 A 102 A 76 A 63 A

Circuitos Alimentadores -Rev. 2002

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