Diseño de Sistemas Eléctricos I: Residencial y Comercial

Dr. Lionel R. Orama Exclusa, PE

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Fundamentos

• En diseño residencial– Receptáculos– Luces– Cocina– Lavandería– Acondicionadores de

aire– Motores de bombas

• Piscina• Fuentes• Jacuzzis

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Articulo 240- Overcurrent Protection (OC)

• 240- I-VII cubre OC hasta <=600V• 240- VIII cubre OC industrial bajo supervisión <=600V

– 240.2- (1) Supervisión de Ingeniero– 240.2- (2) Sistema de alambrado para >=2500kVA

– 240.2- (3) Sistema tenga 1 feeder >=150V & >=300V línea a línea

• 240- IX cubre instalaciones > 600V• 240.5(B)(2)- especificación de calibre por Ampacidad• 240.6- Standard Ampere Ratings

– Indica lo que la industria de manufactura proveerá

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Art. 240.6 Standard Ampere Ratings• 240.6 (A) Fuses and Fixed-Trip Circuit Breakers – The

standard ampere ratings for fuses and inverse time circuit breakers shall be considered 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1600, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000 and 6000 amperes.

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Artículo 220-Branch Circuit, Feeder & Service Calculations

• Tabla 220.12-Cargas de Iluminación para diferentes tipos de edificios.– “Dwelling Units”-vivienda, 3VA/sqft (1613sqft-

>4839VA)• En el NEC VA = W• 220.5(B) Redondean los Amp, i.e. 2.3A=2A, 2.5A=3A

– 220.14(J)-los 3VA/sqft incluyen receptáculos uso general

– 210.12(B) AFCI, para cuartos dormitorios– 210.11(C)(3)-circuito específico para baños

• 210.8(A)-GFCI, por el agua– 210.11(A) mínimo 2 circuitos para enseres pequeños

(ver 210.11(C)(1), pagina 15).

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Artículo 220-Branch Circuit, Feeder & Service Calculations

– 210.52(E) y (G)-Patio, garajes y sótanos, al menos uno

• 210.8(B)-GFCI, donde puede haber uso de líquidos• 210.8(6)-En cocinas, los que sean para servir topes

– 210.52(C)(1-5) requisitos mínimos

– 210.52(A)(1)-desde un punto no más de 6ft lineales – 210.52(A)(3)-a 18in del piso terminado– 210.52(H)-en pasillos al menos un rec. en paredes

=>10’– 210.70(A),(B)-iluminación “living areas”, pasillos,

garajes, etc.• 210.70(A)(1-2)- al menos una “switch” para iluminación.

– 220.14(L)-Si no se especifica la carga en 220.14(A) a (K) se asignaran 180VA por “outlet”

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Number of branch circuits

• Receptáculos (uso general)1. 42 outlets @ 180VA/outlet; load0= 42x180=7560VA2. 20A @ 120V = 2400VA/circuit3. Los circuitos de recepáculos para uso general no son

clasificados como carga continua.4. # Circuitos = load0 /2400 = 7560VA/2400 = 3.155. Se requiere un mínimo de 4 circuitos ramales

Nota: 210.4-Permite uso de un conducto con más de un circuito.

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Number of branch circuits

• Iluminación (Lighting)1. 35 outlets @ 180VA/outlet; load0= 35x180=6300VA2. 20A @ 120V = 2400VA/circuito3. Art. 100-I, carga continua será aquella que opere por

3hr o más. Art. 210.19(A)(1) Carga continua se daráampacidad de 25% adicional; loadc = load0 x (1.25) = 7875VA (aplica a carga de motores Art. 430)

4. # Circuitos = loadc/2400 = 3.285. Se requiere un mínimo de 4 circuitos ramales

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Circuitos dedicados• 220.14(B) Secadoras y estufas

– 220.54 Secadoras a 5kW• @ 240V son 21A, se usa circuito de 30A

– 220.55 Estufas (Tabla 220.55) 12kW• computo de carga @8kW• circuito es de 12kW/240V = 50A

• 210.11(C)(2) 1 circuito para lavandería– 210.52(F) al menos un circuito de 120V, 20A en la lavandería

• 220.14(B) Calentador de agua, según placa• @ 240V, circuito de 50A, 12kW (en línea )• @ 240V, circuito de 30A, 7200W (tanque)

• 220.14(A) Cargas específicas no cubiertas (B)-(L), según placa del equipo

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Kitchen Branch CircuitsA210-52(B)

A210-52(C)

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Kitchen Branch CircuitsA210-52(C)

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Kitchen Branch Circuits

• 210.11(C)(1) mínimo 2 circuitos para enseres pequeños– 210.52(B)(1), incluye;

• cocina, breakfast, comedor• receptáculos de pared, tope y equipo de refrigeración

– 210.52(C)(1), en topes• Desde un punto no más de 2ft lineales a un receptáculo• En topes de 2ft o más

– 210.52(C)(2) y (3), islas y penínsulas• Al menos un receptáculo si tienen 2ft o más

– 210.52(C)(4), sobre el tope, a no más de 20in

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Kitchen Receptacle Outlets

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Uso de tablas y Capítulo 9

Para llanar Itinerario de Panel (Panel Schedule), conociendo Ampacidad del circuito

• 310 Conductors for General Wiring– Tabla 310.16-hasta 3 conductores por conducto

• Ej: 20A, columna de 90oC, tipos de aislamiento– XHHW-2 (Tabla 310.13, para características del

aislamiento)– #14 AWG, pero hay nota (*See 240.4(D)), OC no puede

ser mayor de 15A para #14 AWG, entonces elegir #12– #12 AWG mínimo para circuito de 20A

– Se especifica el conductor:• 3#12 AWG, CU XHHW-2, 1 GND• 2#12 AWG, CU XHHW-2 & 1#12 GND

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Uso de tablas y Capítulo 9

• Tabla C.1 (Cap. 9)-Número máximo de conductores del mismo calibre en EMT (Electric Metallic Tubing)

– En EMT de ½”φ caben hasta 6 conductores– Dichos conductores no pueden ocupar más de 40%

del área de sección del tubo– Se especifica:

• 3#12 AWG, CU XHHW-2, 1 GND, ½”φ EMT (ver itinerario panel dist.)

• Tabla 310.15-Se aplican factores de reducción para más de 3 conductores por conducto

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Uso de tablas y Capítulo 9

Ej.: equipo susceptible a harmónicas (calibres diferentes)– Calibre del neutral 2 veces mayor (recomendado)– Circuito 30A (Tabla 310.16, Art.240.4(D))

• Calibre #10 AWG– Se especifica:

• 1#10 XHHW-2 & 1#10 GND & 1#6 XHHW-2 NTL– Tabla 5, Cap. 9 (pg633)

• #10 AWG, Área=0.0243in2

• #6 AWG, Área=0.059in2

• Suma de Áreas Aw=1x(0.0243in2)+1x(0.059in2)=0.0833in2

• Aw<=0.31*AC (Table 1, pg625)– AC>=Aw/0.31=0.1076in2/0.31=0.2687in2

– Tabla 4, Cap. 9 (pg 626), Conducto:• 1-1/4”φ EMT

* Los conductores GND son “non current carrying”

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Art 220 III. Feeder & Service Calculations(Cómputos de Carga)

• Iluminación @3VA/ ft2 (viviendas), incluye receptáculos(Art. .– (35out @180VA/out = 6300VA)– Tabla 220.42

• 3000VA@100% = 3000VA• Resto @35% = 0.35*(3300VA) = 1155VA (3000VA hasta 120kVA)• TOTAL ilum = 4155VA

• 220.52-Enseres pequeños y lavandería• 220.52(A)2 circ. enseres pequeños, 1500VA/ea = 2*(1500VA)= 3000VA• 220.52(B)Lavanderías 1500VA

• 220.54-Secadora• Tabla 220.54, 1-4 secadoras @100% = 5000VA

• 220.55-Estufa• Tabla 220.55, 1 estufa = 8,000VA

• Total = 21,655VA (falta la calentador y A/C)

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Art 220 III. Feeder & Service Calculations(Cómputos de Carga)

• 220.43- Vitrinas y Track Lightning• Vitrinas- @200VA por cada ft lineal de vitrina• Track Lightning- @150VA por cada 2ft lineales

• 220.50- Motores, según 430.24-26 y 430.6• 220.51- Calefacción, @100% de la carga• 220.53- Factor de 75% para cargas inmovibles (no estufas, ni

secadora, ni calefacción, ni A/A en el mismo alimentador o servicio)

• 220.56- Equipo de cocina no-viviendas, Tabla 220.56• 220.60- Cargas no-coincidentes, la más grande.

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Art 220 IV. Optional Feeder & ServiceCalculations

• 220.82(A)- Viviendas, con servicio 120/240V o 208Y/120V, más de 100A

• 220.82(B)– 10,000VA @100%– El resto @40

1) Iluminación general y receptáculos, 3VA/ft2

2) 2 circ. Enseres pequeños y lavandería @1500VA/ea= 3*(1500VA)= 4500VA

1) cargas permanente según la placa (de cocina, secadora, calentador de agua)

2) Motores y equipos de PF bajo según la placa

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Art 220 IV. Optional Feeder & ServiceCalculations

• 220.82(C) Calefacción y Acondicionador de Aire (A/A)– A/A: 100% de corriente continua en la placa (ver 220.82(C))– Calefacción es diferente, ir al 220.82(C)(2)-(6)

• 220.84(A)- Viviendas multifamiliares (3 ó más)– Tabla 220.84 (ver tabla) en sustitución de la Parte III del Artículo

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Art 220 IV. Optional Feeder & ServiceCalculations

Ej: Carga computada con factores de demanda según Art. 220 Parte IV6.3kVA (Iluminación y receptáculos)

+4.5kVA (enseres peque. y lavandería)+5kVA (secadora)+12kVA (estufa)+5kVA (calentador)=32,800VA

Total = 10kVA+0.4(22.8kVA) = 19,120VAAmpacidad del Alimentador• Conductores Vivos (ungrounded*)

– 19,120VA/240V=79.67A (80A)

* El conductor del Neutral es un ”grounded conductor”

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Circuit Panel & Feeder Specifications

Assuming 25% additional capacity for future construction:

•Panel board rated 125A, 600V, 1 phase

•Feeder Spec’s.: Circuit-3#2 AWG, CU, XHHW-2, & 1#6 CU, GRN*

Conduit-1-1/4” Dia., EMT**

AAAmpLoadTotal 100)25.1(*80)25.1( ===

*From Table 310.16.

**From Table C1, Chapter 9- Assuming 3 current carrying conductors, 2 Live conductors and 1 Neutral conductor. GRN theoretically is not a current carrying conductor during normal operation.

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220.61- Fedeer or Service Neutral Load

• 220.61(A)- Será el desbalance máximo– Carga máxima computada entre Neutral y cualquier conductor

no conectado a tierra (L)

• 220.61(B)- Reducciones permitidas, factor de 70%, generalmente son overuled (ver 220.61(B)(1) y (2))

• 220.61(C)- Reducciones prohibidas– 220.61(C)(1)- cualquier porción de:

• circuito de 3 hilos, 2 fases y neutral de 4 hilos, 3 fases en Y– 220.61(C)(2)- la parte de la carga no-lineal en:

• circuito 4 hilos, 3 fases Y