Módulo de Aprendizaje 13: Panelboards y Switchboards. Serie Básica 101

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1 Módulo de Aprendizaje 13: Panelboards y Switchboards Serie Básica 101

2 Temario En este módulo, estudiaremos con detalles cada uno de estos temas: Introducción 4 Definiciones 4 Similaridades entre los Panelboards y los Switchboards 4 Sistema de Suministro de Energía Eléctrica 5 Equipo de Entrada de Servicio 5 Equipo de Distribución 6 Conexión a Tierra y Falla a Tierra 8 Especificaciones de Equipo 10 Panelboards 12 Panelboard vs. Centro de Carga 12 Componentes de un Panelboard 12 Identificación de Circuito 13 Gabinetes 14 Repaso 1 15 Interruptores de Circuito 16 Equilibrio de Carga 16 Tipos de Panelboards 16 Panelboards para Alumbrado y Aparatos 16 Panelboards para Distribución de Energía 16 Instalación y Montaje 18 Especificaciones y Montaje de NEC 18 Repaso 2 20 Switchboards 21 Componentes de Switchboard 21 Secciones de Switchboard 24 Secciones de Switchboard 24 Sección Auxiliar 25 Sección de Distribución 25 Sección de IFS 25 Repuesto, Espacio y Espacio Futuro 27 Ayuda al Cliente 28 Correspondencia entre Panelboard y Aplicación 28 Correspondencia entre Switchboard y Aplicación 29 Repaso 3 30 Glosario 31 Respuestas del Repaso 1 35 Respuestas del Repaso 2 35 Respuestas del Repaso 3 36 Página 2

3 Bienvenido Bienvenido al Módulo 13, que trata de Panelboards y Switchboards. En el Módulo 10, comentamos la distribución de la energía eléctrica con un centro de carga. Los centros de carga se emplean principales en aplicaciones residenciales. La distribución de la energía eléctrica en instalaciones comerciales e industriales es más compleja que la distribución residencial. Un sistema de distribución industrial típico se muestra en la Figura 1. Además de los dispositivos de distribución tales como switchgear, switchboards, transformadores y panelboards, dicho sistema contiene habitualmente equipo de medición, desconectadores principales y de ramales, dispositivos de protección, dispositivos de conmutación de la energía eléctrica, y conductores. En este módulo veremos los switchboards y panelboards con detalles. Estos dispositivos escalables se utilizan para suministrar la energía eléctrica en aplicaciones industriales. Figura 1. Componentes Típicos de un Sistema de Distribución Comercial y/o Industrial Nota sobre los Estilos de Fuentes Viendo el Glosario Como en los demás módulos en esta serie, este módulo presenta secciones de material nuevo seguidas por una serie de preguntas sobre el material. Estudie el material con cuidado y conteste después las preguntas sin hacer referencia a lo que acaba de leer. Usted es el mejor juez de su asimilación del material. Repase el material tan frecuentemente como lo considere necesario. Lo más importante es establecer una base sólida sobre la cual construir conforme pasa de tema en tema y de módulo en módulo. Los puntos esenciales se presentan en negritas. Los elementos del Glosario están en cursivas y subrayados la primera vez que aparecen. Las versiones impresas tienen el glosario al final del módulo. Usted puede también hojear el Glosario seleccionando con el mouse la marca de Glosario en el margen izquierdo. Página 3

4 Introducción Definiciones Similaridades entre los Panelboards y los Switchboards Tanto los panelboards como los switchboards contienen los cables de alimentación de circuito y dispositivos de protección requeridos para los Ramales. Sin embargo desempeñan funciones ligeramente diferentes. Un panelboard ofrece control de circuito y protección contra sobrecorriente para alumbrado, calefacción y otras cargas eléctricas. Se emplea en aplicaciones en instalaciones comerciales e industriales. El NEC (Código Eléctrico Nacional) ofrece esta definición de un panelboard: Un panel único o grupo de unidades de panel diseñadas para ser montadas en forma de un solo panel; incluye buses, dispositivos automáticos de protección contra sobrecorriente y están equipados con o sin interruptores para el control de circuitos de alumbrado, calefacción o energía eléctrica; están diseñados para su colocación en un gabinete o en una caja colocada en o contra una pared o división y accesible solamente desde la parte frontal. Un switchboard divide grandes bloques de corriente eléctrica en bloques más pequeños utilizados por el equipo eléctrico. Las aplicaciones pueden ser tan pequeñas como un pequeño edificio de oficinas o bien tan grandes como un importante complejo industrial. El NEC ofrece esta definición de un switchboard: Un gran panel individual, marco o conjunto de paneles en donde se montan, en la parte frontal o posterior, o en ambas partes, interruptores de protección contra sobrecorriente y otros dispositivos de protección, buses y habitualmente instrumentos. Se tiene acceso generalmente a los switchboards tanto de la parte posterior como de la parte frontal y no se contemplan para su instalación en gabinetes. La Figura 1 muestra el panelboard corriente abajo del switchboard. Los sistemas de distribución, ya sea simples o complejos, incluyen típicamente un panelboard. Sin embargo, un sistema de distribución no necesita siempre de un switchboard. Existen varias similaridades entre panelboards y switchboards: Sistemas de suministro de energía eléctrica Equipo de acometida/equipo de distribución Tipo de dispositivo principal y tipo de zapata principal solamente Conexión a tierra Especificaciones Página 4

5 Sistema de Suministro de Energía Eléctrica Los Panelboards y los switchboards reciben su energía eléctrica de varias fuentes. Ambos equipos pueden servir como Equipo de Acometida, recibiendo la energía eléctrica directamente del transformador de la compañía de suministro de energía eléctrica. Además, ambos pueden servir solamente como puntos de distribución, recibiendo su energía de un panelboard o switchboard corriente arriba. De cualquier manera, la energía eléctrica se origina en la compañía de suministro de energía eléctrica o el generador local, y puede ser reducida a través de transformadores para distribución. Existen tres sistemas principales de suministro de energía eléctrica actualmente para panelboards y switchboards. Estos sistemas son los siguientes: Sistema monofásico, de tres hilos Transformador trifásico, de cuatro hilos, conectado en Y Transformador trifásico, de cuatro hilos, conectado en delta Este sistema puede suministrar tanto energía eléctrica de 240 volts como de 120 volts. Efectuando una conexión a través de ambos hilos vivos se obtiene 240 volts. Efectuando una conexión con cualquier hilo vivo y el tercer hilo neutro se obtiene 120 volts. Este sistema se utiliza de manera predominante en aplicaciones residenciales. En un sistema conectado en Y 208Y/120 o 480Y/277 una conexión a través de dos de los tres hilos vivos produce 208 o 4809 volts, respectivamente. La conexión a través de un hilo vivo y el neutro proporciona 120 o 277 volts. Este sistema es un poco más complejo. La conexión a través de dos de los tres hilos vivos produce 240 volts. Una conexión efectuada del neutro a cualquiera de los dos hilos vivos adyacentes (C o A) produce 120 volts. Finalmente, una conexión entre el neutro y el hilo vivo no adyacente (B) proporciona 208 volts. Este hilo vivo no adyacente ha sido especialmente marcado de tal manera que el electricista no lo conecte accidentalmente cuando se desea solamente 120 volts. Como resultado, los sistemas conectados en delta más antiguos están siendo reemplazados por sistemas conectados en Y. Figura 2. Sistemas de Suministro de Energía Eléctrica Equipo de Acometida A veces se pueden utilizar panelboards y switchboards como equipo de acometida. La Acometida es el único punto en el cual el servicio eléctrico entra a un edificio. Un equipo de acometida permite a un operador controlar y desconectar el suministro de energía eléctrica a todo el edificio desde un punto. Para ser clasificado como equipo de acometida, el panelboard o switchboard debe cumplir los requisitos siguientes: Debe ser aprobado y etiquetado Adecuado para uso como Equipo de Servicio Debe tener un dispositivo de desconexión y protección contra sobrecorriente Debe conectar a tierra el conductor de servicio neutro Página 5

6 Debe seguir la regla de las seis subdivisiones del interruptor principal : Los conductores de acometida deben tener un dispositivo de acceso fácil para desconectar el suministro de energía eléctrica. Es la razón por la cual el NEC tiene una Regla de los Seis Interruptores Derivados. Esta regla establece que se debe desconectar el servicio eléctrico poniendo en la posición de desconexión no más de seis manijas. En otras palabras, el panelboard o switchboard de acometida puede contener hasta un máximo de seis dispositivos de protección contra sobrecorriente sin necesidad de un solo Dispositivo de Desconexión Principal. Si se requieren de más de seis circuitos de ramal, entonces se debe suministrar un dispositivo principal corriente arriba para desconectar todos los ramales de una vez. Por esta razón, existen dos formas de configurar un panelboard o switchboard: El Interruptor Principal o bien unidad de interrupción principal tiene un solo Dispositivo de Desconexión principal que desconecta la energía eléctrica a todos los equipos que reciben el servicio. Protege también el sistema contra cortos y sobrecargas (así como Fallas a Tierra, si está equipado con una protección contra fallas a Tierra). La unidad de Zapatas Principales Solamente (MLO) está equipada con hasta seis dispositivos para desconectar la energía eléctrica a todo el equipo suministrado por el servicio. No tiene un solo dispositivo principal. Los cables de suministro de energía entrantes están conectados directamente a las zapatas de la Barra Bus. Figura 3. Dispositivo Principal (izquierda) Vs. Zapata Principal Solamente (derecha) Equipo de Distribución Tanto los switchboards como los panelboards pueden ser utilizados como Equipo de Distribución. Es el término dado a un panelboard o switchboard utilizado en un punto corriente abajo a partir del equipo de acometida. Hablando en términos de electricidad, los paneles de acometida y paneles de distribución o switchboards difieren solamente en dos aspectos: Los paneles de distribución o switchboards pueden o no estar protegidos por un interruptor principal integral. Esto significa que el MLO se utiliza para distribución. Un cable de alimentación a partir del equipo de acometida de suministro de energía eléctrica a los paneles de distribución. Por consiguiente, puede ser protegido por el Interruptor de Circuito del cable de alimentación en el panel de servicio. La acometida es el único punto en el cual el neutro está conectado a tierra. El neutro en cualquier equipo corriente abajo está aislado. La explicación de esta situación se dará en la siguiente sección sobre conexión a tierra. Un switchboard que desempeña las dos funciones tiene simplemente una sección de acometida y una o varias secciones de distribución, como se muestra abajo. Página 6

7 Figura 4. Switchboard Simplificado con Acometida/Distribución Página 7

8 Conexión a Tierra y Falla a Tierra Hemos mencionado el concepto de conexión a tierra varias veces durante este módulo pero no hemos realmente definido de que se trata. El Código Eléctrico Nacional define la conexión a tierra como Una conexión conductora (intencional o accidental) entre un circuito eléctrico o equipo y la tierra, o bien algún cuerpo conductor que sirve de tierra. Una conexión a tierra apropiada de un sistema eléctrico es esencial no solamente para la seguridad de las personas sino también para la duración del equipo. Existen dos objetivos de la conexión intencional a tierra de un equipo eléctrico: Reducir el potencial de choque eléctrico minimizando las diferencias de tensión potenciales entre varias partes del sistema. Minimizar la impedancia de la vía de conexión a tierra. Una impedancia más baja significa una corriente más alta cuando ocurre una falla. Esto se traduce en una abertura más rápida de los dispositivos de protección contra sobrecorriente. La protección contra falla a tierra es requerida por el Código Eléctrico Nacional [National Electrical Code ] para todas las acometidas de equipo de acometida de sistemas en Y sólidamente conectados a tierra en donde la tensión a tierra rebasa volts y la sobrecorriente es clasificada en 1000 amperes o más y en donde se proporciona un neutro. Esto incluye todos los sistemas de 480Y/277 volts. Si se utiliza la regla de las seis desconexiones, todos los dispositivos de protección contra sobrecorriente que rebasan los requerimientos indicados arriba deberán tener una protección contra falla a tierra. Por ejemplo, un switchboard de acometida de 3000 amperes a 480Y/277 volts tiene seis interruptores principales. Dos interruptores principales son de 1000 amperes, un interruptor principal es de 800 amperes, y tres interruptores principales son de 200 amperes. Los dos interruptores principales de 1000 amperes requieren de protección contra falla a tierra; los demás cuatro interruptores principales no requieren de dicha protección. Como ya lo hemos planteado, el conductor de servicio neutro en el equipo de acometida debe estar conectado a tierra. El neutro está conectado a tierra solamente en el servicio de tensión. Además de la acometida, una conexión a tierra adicional se requiere en servicios derivados separadamente, como por ejemplo transformadores de distribución. Los panelboards y switchboards de distribución se benefician de la conexión a tierra corriente arriba en el caso de un cortocircuito o problema de sobrecorriente. Un circuito está conectado a tierra solamente en la acometida o servicios derivados separadamente, nunca en ningún equipo corriente abajo. Página 8

9 Figura 5. Conexión a Tierra del Panel Corriente Abajo Por ejemplo, en la Figura 6, la computadora tiene un cortocircuito. Si usted traza una línea gruesa hacia atrás, verá cómo la corriente de falla es regresada a la fuente. Es la razón por la cual el panelboard corriente abajo contiene un interruptor de circuito de ramal. Se dispara, desconectando la energía eléctrica de la carga. Figura 6. Cortocircuito en Una Carga Corriente Abajo Aún cuando un equipo adecuadamente conectado a tierra es de vital importancia, una protección contra falla a tierra es también importante. Este tipo de protección está diseñada para salvar vidas y proteger el equipo. Una falla a tierra puede ocurrir cuando se está lavando y el agua llega accidentalmente a un equipo eléctrico o tomacorriente. Un interruptor de circuito especial conocido como interruptor de circuito de falla a tierra puede proporcionar protección contra este tipo de falla. Contiene la protección de circuito termomagnético normal, junto con un sensor de falla a tierra. Un interruptor de falla a tierra puede detectar niveles extremadamente bajos de fuga de corriente a tierra desde cuatro a seis miliamperes. Los interruptores de circuito estándares no pueden hacer esto. El nivel de cuatro a seis miliamperes fue seleccionado puesto que, arriba de este nivel de corriente, sería difícil que una persona suelte físicamente un conductor. Cuando se requiere solamente de protección a equipo, se utiliza un nivel de 30 miliamperes para detección. Página 9

10 Especificaciones de Equipo Usted requiere de dos informaciones claves sobre una aplicación antes de poder seleccionar panelboards, switchboards y dispositivos de protección contra sobrecorriente. Estas dos informaciones son las siguientes: Amperaje continuo máximo Corriente de falla disponible El artículo de NEC establece lo siguiente: Un equipo contemplado para interrumpir una corriente a niveles de falla debe tener una capacidad interruptiva suficiente para la tensión nominal del circuito y la corriente disponible en las terminales del equipo. Un equipo contemplado para interrumpir la corriente a niveles otros que los niveles de falla debe tener una capacidad en tensión de circuito nominal suficiente para la corriente que debe ser interrumpida. La Sección fue cambiada en el código de 1999 sustituyendo la palabra interrumpir por la palabra abrir en dos lugares. La capacidad interruptiva de dispositivos de protección contra sobrecorriente es determinada en condiciones de prueba estándares. Es importante que las condiciones de pruebas correspondan a las necesidades reales de la instalación. La Sección establece que todos los fusibles e interruptores de circuito contemplados para interrumpir el circuito a niveles de falla deben tener una capacidad interruptiva adecuada en todos los lugares en donde se utilizan en el sistema eléctrico. Fusibles o interruptores de circuito que no tienen capacidades interruptivas adecuadas podrían romperse al intentar eliminar un cortocircuito. Existen dos formas de cumplir con este requerimiento: el Método de Capacidad al 100% y el Método con Capacidades en Cascada. El método de especificación completa selecciona dispositivos de protección de circuito con especificaciones iguales o mayores a la corriente de falla disponible. Consideremos un edificio con 65,000 amperes de corriente de falla disponible en la acometida. Todos los dispositivos de protección de circuito corriente abajo deben ser clasificados a una Capacidad Interruptiva en Amperes (AIC) de 65,000 amperes. Aún cuando switchboard están disponibles con Corriente Nominal de cortocircuito de hasta 200,000 amperes, arriba de 100,000 AIC, empiezan a ser excesivamente costosos debido a la sujeción de bus adicional requerida. En la Figura 7, el interruptor de circuito principal y todos los interruptores de ramal son clasificados para 65,000 AIC. Figura 7. Método de Especificación Completa (izquierda) Vs. Método de Especificación en Serie (derecha) El método especificado en serie establece que el dispositivo de protección de circuito corriente arriba principal debe tener una capacidad interruptiva nominal igual o mayor a la corriente de falla disponible del sistema, pero los dispositivos corriente abajo conectados en serie pueden tener especificaciones menores. En condiciones de falla, tanto el dispositivo principal, como el dispositivo corriente abajo deben abrir para eliminar la falla. Página 10

11 Considere un edificio con 42,000 amperes de corriente de falla disponible. Aún cuando el interruptor en la acometida es especificado a 42,000 amperes, interruptores corriente abajo adicionales pueden ser especificados a solamente 22,000 amperes. Para poder recibir una aprobación de UL, combinaciones de interruptores especificados en serie deben aprobar primero la prueba en serie, y pasar después pruebas cuando están instalados en panelboards y/o switchboards. Existen términos de especificación adicionales que deben entenderse al seleccionar panelboards, switchboards y dispositivos apropiados de protección de circuito. Estos términos son los siguientes: Corriente Nominal: Es el nivel de corriente de falla que un equipo puede resistir sin daños. Especificación de Interrupción: Es la corriente que un dispositivo de protección (por ejemplo Fusible o interruptor de circuito) puede interrumpir con seguridad. Amperaje Nominal: Es la corriente que un dispositivo de protección puede transportar continuamente sin deteriorarse ni rebasar los límites de elevación de temperatura. Tensión Nominal: El voltaje nominal de un switchboard o panelboard puede ser mayor que la tensión de sistema, pero nunca menor. Por ejemplo, un switchboard de 480 VCA puede ser utilizado en un sistema de 240 VCA. Un switchboard de 240 VCA no puede ser utilizado en un sistema de 480 VCA. Página 11

12 Panelboards Panelboard vs. Centro de Carga Componentes de un Panelboard Ahora que hemos visto los aspectos comunes entre el switchboard y el panelboard, estudiaremos sus características específicas separadamente. Empecemos con el panelboard. Vimos el Centro de Carga en el Módulo 10 de esta serie. El Centro de Carga y el panelboard efectúan funciones similares. Ambos sirven para proteger ramales contra sobrecargas y cortocircuitos. Un panelboard es para uso en aplicaciones comerciales e industriales, mientras que un centro de carga es primariamente para uso residencial. Esto se debe a que las barras bus en un centro de carga tienen típicamente valores nominales de 200 amperes como máximo, mientras que en el caso de un panelboard pueden manejar hasta 1200 amperes. De manera similar, un centro de carga puede manejar un máximo de 240 volts, mientras que un panelboard puede manejar hasta 600 volts. Ahora que usted tiene una comprensión básica de las funciones desempeñadas por un panelboard, vamos a estudiar la construcción del panelboard. Un panelboard consta de varios componentes: caja, parte interna, dispositivos de protección de circuito, etiqueta, frente muerto, marco de puerta, y cubiertas ciegas. Figura 8. Panelboard Típico Que Cumple con la Definición de NEC Caja La Caja, es el alojamiento en el cual se encuentran los demás componentes. Típicamente se fabrica de acero galvanizado. El diseño de la caja ofrece protección tanto para el personal como para los componentes internos. Los paneles de los extremos de la caja son removibles, permitiendo que el instalador localice y abra orificios para la instalación de conductos. Opcionalmente, los paneles de extremo pueden estar equipados con Chiqueadores estampados. Parte Interna Dentro de la caja, se encuentran dispositivos de protección contra sobrecorriente, barras bus, Barras de Neutro aisladas, y otros componentes, según la aplicación. La parte central es el grupo de barras bus. Una barra bus es un conductor común, utilizado como punto de conexión para varios circuitos. Las barras bus se fabrican habitualmente de aluminio, pero también pueden elaborarse de cobre. Las barras bus están montadas en el interior, el cual está montado en barrenos en la caja. La barra de neutro ofrece el punto de terminación para los alambres neutrales tanto del servicio entrante como de los circuitos de carga. La barra de Página 12

13 neutro puede estar montada sobre barrenos en la parte posterior de la caja, o bien en el interior de panelboard. Figura 9. Barras Bus y Barra de Neutro Dispositivo de Protección de Circuito Los dispositivos de protección de circuito con habitualmente interruptores de circuito. Están montados directamente sobre las barras bus. Daremos una información más detallada sobre los interruptores de circuito más adelante. Etiqueta La etiqueta del panelboard ofrece información sobre la tensión nominal y ampacidad de la unidad. Frente Muerto y Marco de Puerta Estos componentes cubren la superficie frontal de panelboard. Una puerta de acceso abisagrada se proporciona como parte del marco. El frente muerto ofrece acceso a los interruptores de circuito mismos mientras evita el contacto con los componentes internos como por ejemplo las barras bus y el alambrado interno. Figura 10. Componentes de un Panelboard Identificación de Circuito Cubiertas Ciegas Las cubiertas ciegas se utilizan para cubrir los espacios de Polo en un interruptor de circuito. Todos los circuitos en el panelbord deben ser claramente identificados con un número. Esto puede efectuarse de dos maneras diferentes. El esquema de numeración NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes de Equipo Eléctrico) asigna números impares a los polos en la parte derecha del panelboard (su izquierda) y números pares a los polos en la parte izquierda del panelboard (su derecha). Esto se muestra en la Figura 11 a la izquierda. Página 13

14 El otro método emplea simplemente una secuencia de numeración vertical, mostrada a la derecha. Figura 11. Numeración NEMA(a la izquierda) Vs. Numeración Vertical (a la derecha)) Gabinetes En la parte interna de la puerta, usted encontrará una etiqueta de contiene un directorio de circuito. NEMA ha establecido lineamientos para gabinetes para equipos eléctricos. La mayoría de los panelboards son suministrados de manera estándar en un gabinete NEMA Tipo 1. A continuación presentamos descripciones de las opciones de gabinete. NEMA Tipo 1 para Propósitos Generales NEMA Tipo 3R a Prueba de Lluvia NEMA Tipo 4X Resistente a la Corrosión NEMA Tipo 12 Hermético al Polvo Este tipo de gabinete es para uso en interiores. Para propósitos generales. Es adecuado para la mayoría de las aplicaciones en las cuales no existen condiciones de servicio no habituales. Ofrece protección contra un contacto accidental con el equipo que se encuentra dentro. Este tipo de gabinete se contempla para uso en exteriores. Ofrece protección contra lluvia y llovizna, y daño contra la formación externa de hielo. Tiene una cubierta con juntas. Este tipo de gabinete se contempla para su uso en interiores o exteriores, en donde se requiere de resistencia a la corrosión. Consiste de acero inoxidable, materiales poliméricos o fibra de vidrio. Ofrece también protección contra el salpicado o la aplicación de agua dirigida con manguera, polvo o lluvia empujada por el aire y daño proveniente de la formación externa de hielo. Este tipo de gabinete es para uso en interiores. Ofrece protección contra líquidos no corrosivos, y polvo. Página 14

15 Repaso 1 Conteste las siguientes preguntas sin hacer referencia al material que se le acaba de presentar. Empiece la siguiente sección cuando esté seguro que entiende lo que acaba de leer. 1. Existen varias semejanzas entre los panelboards y los switchboards. Nombre cuatro áreas de similitud 2. En sus propias palabras, explique la diferencia entre el método de la capacidad al 100% y el método de capacidades en cascada para seleccionar dispositivos de protección contra sobrecorriente. 3. Defina los siguientes valores nominales: Resistencia nominal: Valor interruptivo nominal: Amperaje nominal: 4. Explique brevemente la función de cada uno de los componentes siguientes de un panelboard: Caja Barras Bus Frente Muerto y Marco Cubierta Ciega Página 15

16 Interruptores de Circuito Equilibrio de Carga Un interruptor de circuito está colocado en un panelboard para cada ramal al cual el panelboard da servicio. En esta sección, vamos a considerar la forma apropiada de instalar los interruptores de circuito en un panelboard. En el caso de un sistema monofásico, existen dos barras bus en el panelboard. Cuando se instalan interruptores, es importante equilibrar la carga de tal manera que ambas barras estén haciendo la misma cantidad de trabajo. Esto evita una deformación del sistema. Vamos a hacer una comparación con la ropa que se coloca en una lavadora. Es importante lograr una distribución regular de la ropa alrededor de la tina. No es suficiente de tener meramente el mismo número de prendas en cada lado de la tina. El hecho de tener un par de pantalones y un sweater de un lado y dos calcetines del otro NO representa una carga equilibrada. Lo mismo es cierto en el caso de un panelboard. No es suficiente cerciorarse que existe un número igual de interruptores en cada barra bus. Los amperajes nominales totales de los interruptores en cada barra bus deben ser iguales. Figura 12. Equilibrio de Carga Tipos de Panelboards Panelboards para Alumbrado y Aparatos Panelboards para Distribución de Energía Existen dos tipos comunes de panelboards: Panelboard para Alumbrado y Aparatos Panelboard de Energía La definición de NEC para los panelboards para alumbrado y aparatos tiene tres elementos primarios: Un máximo de 42 dispositivos para sobrecorriente (polos) instalados en un gabinete Por lo menos 10% de los dispositivos de sobrecorriente deben tener un amperaje nominal de 30 amperes o menos Deben proporcionar conexiones a Neutro El NEC define los panelboards para distribución de energía como todos los panelboards que no son para alumbrado ni aparatos. La única restricción se refiere a limitaciones físicas. Se utiliza para alimentar otros paneles, motores trifásicos, y transformadores Página 16

17 Figura 13. Tipos de Panelboards Considere este panelboard como ejemplo: Número de Interruptores de Circuito Descripción Número de Dispositivos de Sobrecorriente 4 1-Polo, 30 A Polo, 40 A Polos, 40 A 16 Total 42 Existen solamente cuatro dispositivos de sobrecorriente que tienen un amperaje nominal de 30 amperes o menos. Este panelboard no califica como panelboard para alumbrado y aparatos y por consiguiente se trata de un panelboard para energía y distribución. En Campo Considere lo que pasa cuando se conecta un interruptor de alumbrado. Si el circuito requiere de 18 amperes para excitar las luces, seguirá requiriendo de 18 amperes hasta que se apaguen las luces. Considere ahora un circuito de motor. El botón de arranque es oprimido y el motor presenta una gran irrupción de corriente. Esta irrupción puede ser fácilmente 6 veces la corriente requerida para el funcionamiento del motor a su carga nominal completa a plena velocidad. Por ejemplo, un motor de 1 caballo de fuerza que requiere de 21 amperes para arrancar requiere solamente de 3 1/2 amperes cuando funciona a plena velocidad. Página 17

18 Puesto que el panel de energía está diseñado para suministrar cargas de ramales como en este caso, no puede ser regulado de manera tan estrecha como un panelboard para alumbrado y aparatos. Instalación y Montaje Montaje Empotrado vs. Montaje Sobrepuesto Un panelboard puede estar Empotrado o bien Sobrepuesto contra una pared. Un montaje empotrado se refiere a un rebajo en un orificio en la pared. Un montaje sobrepuesto se agrega (y sobresale) a la pared. Muchos panelboards están empotrados en edificios comerciales, para oficinas, escuelas así como edificios públicos. El hecho de empotrar el panelboard ofrece ciertas ventajas importantes, como por ejemplo: Ahorro de espacio - Puesto que la caja se encuentra en la pared, no se quita espacio al cuarto. Apariencia - Esta opción es más atractiva puesto que el alambrado y la caja están escondidos. Seguridad - Excepto en cuanto al marco de la puerta, el panel no sobresale enganchar posiblemente la ropa u otros objetos. Figura 14. Panelboard Empotrado Vs. Panelboard Sobrepuesto Especificaciones y Montaje de NEC Los panelboards sobrepuestos se utilizan habitualmente en edificios industriales y en sótanos de edificios de oficinas y comerciales. Puesto que la mayoría de estas áreas tienen paredes elaboradas de concreto, no es práctico empotrar el panelboard. Columnas de acero se usan frecuentemente para sobreponerlos. El NEC especifica las holguras alrededor de los panelboards. Esto es con el objeto de proporcionar acceso y espacio para trabajar. Existen tres reglas básicas: El espacio superior en la ubicación debe ser de un mínimo de 6 1/2 pies. Para sistemas de hasta 150 volts, la distancia mínima del panelboard al suelo debe ser de 3 pies, 4 pies en el caso de sistemas de volts. Para acceso, debe existir un espacio mínimo de 30 pulgadas delante de un centro de carga y suficiente espacio para permitir que la puerta abisagrada abra y gire a 90 grados. Página 18

19 Figura 15. Requerimientos de Espacio para Panelboard Página 19

20 Repaso 2 Conteste las preguntas siguientes sin hace referencia al material que se le acaba de presentar. Empiece la siguiente sección cuando esté seguro que haya entendido lo que acaba de leer. 1. El Underwriter's Laboratory (UL) tiene numerosos lineamientos estrictos para la aplicación de panelboard para alumbrado y aparatos. Estos lineamientos incluyen: Un máximo de dispositivos de sobrecorriente instalados en un gabinete Por lo menos % de dispositivos de sobrecorriente con especificaciones de amperes o menos deben proporcionarse 2. Este dibujo representa una carga de interruptor equilibrada? Circule SI o NO. 3. Los dos estilos de montaje para panelboard son y. 4. Existen numerosos requerimientos para la ubicación de un panelboard de 240 volts. En sus propias palabras, explique estos requerimientos. Página 20

21 Switchboards Vamos a estudiar a continuación los switchboards. Los switchboards son equipos de baja tensión, es decir de 600 volts o menos. El rango de intensidad de corriente es de 400 a 6000 amperes. Otra vez, los objetivos de un switchboard son desconectar cargas para un mantenimiento seguro y proteger conductores y equipo contra una corriente excesiva causada por sobrecargas, cortocircuitos y fallas a tierra, a condición que se proporcione una protección contra fallas a tierra. La base de un switchboard consiste de un cuadro, bus, Dispositivo de Protección Contra Sobrecorriente, instrumentación y cubiertas externas. Figura 16. Switchboard Típico que cumple con la definición de NEC Componentes de Switchboard Marco El marco es el esqueleto metálico en donde se encuentran los demás componentes. Bus El Bus está montado dentro del marco. Como las barras bus del panelboard, un bus se utiliza para distribuir la energía eléctrica. Mientras que las barras bus transportan la energía eléctrica desde los cables de acometida de la empresa de suministro de energía a los ramales, el bus transporta la energía entre dos o más componentes o circuitos. Un Bus Horizontal distribuye la energía eléctrica a cada sección de switchboard. Un Bus Vertical distribuye la energía a través de los dispositivos de protección de circuito a los ramales. Figura 17. Marco de Switchboard, Antes y Después de la Instalación de los Buses Página 21

22 NEMA requiere que el bus sea colocado con las fases en secuencia cuando se ve desde la parte frontal. En el caso del switchboard trifásico mostrado en la Figura 17, las fases deben estar en el orden A-B-C de izquierda a derecha (para bus vertical) o desde arriba a abajo (para bus horizontal). Si se requiere de un Bus de Neutro, es colocado al final de la secuencia. Con buses verticales, se coloca a la izquierda, proporcionando una secuencia N-A-B- C. En el caso de buses horizontales, se coloca en el fondo, lo que resulta en una secuencia A-B-C-N. (No se muestra arriba ningún bus neutro vertical). Dispositivos de Protección Dispositivos de protección tales como interruptores de circuito e interruptores de desconexión están montados sobre las barras bus verticales desde la parte frontal de la unidad. Otros dispositivos colocados en este momento incluyen medidores, protección contra picos de voltaje (TVSS), compartimiento de empresa suministradora de energía eléctrica, panelboards, transformadores, y otros equipos. Figura 18. Instalación de Dispositivos de Protección Página 22

23 Tipos de Dispositivos de Protección Existen cuatro tipos de dispositivos de protección comúnmente utilizados en aplicaciones de switchboard. Son los siguientes: Interruptor de Circuito de Potencia El término potencia se aplica a un gran interruptor de circuito con un amplio rango de sobrecorriente magnética ajustable y estado sólido. Se dispara. No tiene disparador térmico. Se construye en una estructura abierta para servicio y ajuste fáciles. Puede ser operado manual o eléctricamente y está disponible con valores nominales de hasta 4000 amperes. Los interruptores de potencia en aire pueden ser montados en forma estacionaria o bien de tipo removibles. Los interruptores removibles pueden ser probados sin removerlos del switchboard. Los interruptores de circuito de potencia de baja tensión se estudian en el Módulo 7. Interruptor de Circuito en Caja Moldeada Este tipo de interruptor es normalmente un dispositivo de disparo magnético y térmico. Sus especificaciones van de 15 a 2,500 amperes con varias capacidades interruptivas de cortocircuito. Algunos interruptores presentan elementos de disparo intercambiables. Otros tienen unidades de disparo de estado sólido. Los Interruptores de Circuito en Caja Moldeada se estudian en el Módulo 8. Interruptor de Fusible Interruptor de Presión Atornillado Es un interruptor de desconexión operado manualmente con un fusible en cada polo. Cuando surge una condición de sobrecarga, el enlace de fusible se derrite y abre el polo, protegiendo el circuito. Los fusibles están disponibles en dos tipos. El fusible de Acción retardada es adecuado para picos de carga como por ejemplo arranques de motor. El fusible Instantáneo está diseñado para abrirse en una fracción de segundo en caso de cortocircuito de alta intensidad de corriente. Típicamente son especificados para V y amperes. La diferencia principal entre un interruptor de circuito y un interruptor de fusible es que el interruptor de circuito puede ser cerrado de nuevo después de la interrupción y corrección de una sobrecarga. El fusible debe ser reemplazado. Este tipo de interruptor se utiliza primariamente para acometida y circuitos de alimentación. El interruptor es de tipo cierre rápido/abertura rápida. Cuando el interruptor es desplazado hacia la posición de CONEXIÓN, los contactos de línea están apretados juntos bajo la presión ejercida por el mecanismo de bloqueo de contacto. Esta energía almacenada es liberada para una conexión rápida. La misma energía abre rápidamente los contactos cuando se presiona el botón de disparo manual. Los elementos protectores son fusibles con alta capacidad interruptiva limitadores de corriente, para servicio pesado. Los interruptores de presión atornillados tienen valores nominales de volts y 800-4,000 amperes. Accesorios están disponibles para abrir el interruptor automáticamente o a distancia. Puede ser un disparo manual o eléctrico. Instrumentación Medidores pueden utilizarse en la sección de servicio para medir la intensidad, Página 23

24 tensión, usos de energía, demandas pico solamente para dar algunos ejemplos. Esto se verá con mayores detalles en el Módulo 15, Medición y Comunicación. Gabinetes Los switchboards están disponibles solamente en un gabinete NEMA Tipo 1 o NEMA Tipo 3R. Cubiertas Externas Una vez instalados los dispositivos de protección, se colocan los paneles de cubiertas externas sobre el marco. Como el frente muerto y la puerta del panelboard, estas cubiertas permiten acceso a los dispositivos de protección sellando los buses y cableados contra un contacto accidental. Los paneles de cubierta tienen también un propósito decorativo para una mejor apariencia del producto. Sobre el panel de cubierta se adjunta información sobre el tipo de switchboard, su tensión y amperaje nominales y número de parte. Figura 19. Instalación de Frente Muerto y Puerta Secciones de Switchboard Sección de Servicio Ahora que usted entiende en qué consisten los switchboards, vamos a estudiar el funcionamiento de cada sección. Hemos hecho referencias breves a varias secciones del switchboard sin realmente describirlos. Existen cuatro tipos de sección principales que una switchboard debe tener. Obsérvese que todos los switchboards no utilizan los cuatro tipos de sección. Estos tipos son los siguientes: Sección de Servicio Sección de Acometida Sección de Distribución Sección de IFS Esta sección contiene siempre un desconectador principal y habitualmente tiene también un equipo de medición de la empresa de suministro de corriente eléctrica y/o cliente. La sección de servicio puede ser alimentada directamente a partir del transformador de la Compañía de suministro de energía eléctrica para servir como acometida. El servicio proveniente de la empresa de suministro de energía eléctrica puede ingresar a la sección de servicio de varias formas. Se puede introducir un cable en el switchboard desde la parte superior o desde la parte inferior, ofreciendo una mayor flexibilidad de aplicación. Usted deberá trabajar con el cliente para determinar las necesidades de acometida existentes. Esta decisión tendrá un efecto sobre el costo. Página 24

25 Figura 20. Introduciendo el Servicio en la Sección de Servicio Sección Auxiliar Sección de Distribución El ejemplo central en la Figura 20 muestra el uso de una Sección Auxiliar. La Sección Auxiliar es un componente común de los switchboards. Se trata simplemente de un gabinete en blanco que contiene espacio vacío a través del cual se puede jalar cables. Una sección auxiliar se utiliza principalmente con switchboards de acometida en donde la alimentación de la empresa de suministro de energía eléctrica llega a través del piso. Esto permite que la sección de servicio sea alimentada a desde la parte superior sin exponer los conductores. El cuarto ejemplo muestra el uso de una Caja de Acometida, que es básicamente una sección auxiliar montada en la parte superior. Esto es útil cuando se deben hacer conexiones adicionales puesto que permite un mayor espacio para trabajar. La energía se desplaza desde la sección de servicio hasta la sección de distribución. Ahí se divide y es enviada a través del dispositivo de protección de ramal, y después hacia los circuitos de ramal para proporcionar energía eléctrica a cargas corriente abajo. En algunas aplicaciones, el tamaño del dispositivo de desconectador principal de la sección de servicio y los requerimientos de bus asociado pueden requerir que el gabinete de sección de servicio sea más profundo que el gabinete de sección de distribución. Puesto que la parte posterior de todas las secciones de gabinete siempre están alineadas (para su instalación contra una pared), la parte frontal del gabinete de sección de servicio sobresaldrá. Esto se conoce como un Alineamiento Atrás. Figura 21. Alineamiento Frontal y Posterior Vs. Alineamiento Posterior Sección de IFS Si la profundidad de la sección de servicio y las secciones de distribución son iguales, la instalación de switchboard tiene un Alineamiento Frontal y Atrás. Algunos switchboards pueden requerir de un gabinete de distribución más profundo para los servicios de protección de circuito y bus. O bien una profundidad adicional puede ser agregada como opción. Otra vez, trabaje con el cliente para entender sus necesidades. Esta decisión puede tener un efecto sobre el costo. Una sección de IFS, o bien Switchboard de Empresa de Suministro de Energía Eléctrica Integrado, puede incluir panelboards, transformadores de tipo seco, y platinas de montaje posteriores en blanco para el montaje de otros equipos. Página 25

26 Si se utilizan panelboards y transformadores de distribución de tipo seco en el mismo cuarto que los switchboards, es práctico considerar secciones de IFS. Secciones de IFS pueden reducir la necesidad de espacio lineal de pared que se requiere para los equipos, reduciendo así el área necesaria. Además, un IFS puede también reducir significativamente el tiempo de instalación mientras que reduce el número de piezas para manejo. Página 26

27 Repuesto, Espacio y Espacio Futuro Las especificaciones de cliente para dispositivos de protección afectan también el costo. Ya hemos abarcado los tipos de dispositivos de protección (interruptores de seguridad e interruptores de circuito) comúnmente utilizados en el switchboard. Pero existen algunos términos adicionales utilizados en esta área que pertenecen a los dispositivos de protección que es importante conocer. Para expansión futura, el cliente debe requerir un dispositivo de protección de Repuesto. Esto significa que el dispositivo de protección está atornillado y conectado al bus. Todo lo que el cliente tiene que hacer es conectar un dispositivo de sobrecorriente de ramal, por ejemplo un interruptor de circuito. Es muy diferente de pedir un Espacio. Con este arreglo, se deja un espacio del panel para la inserción futura de un dispositivo de protección. Las barras bus están en su lugar y listas para emplearse cuando el cliente desea ampliar el sistema. La especificación de un Espacio Futuro es diferente. Es un espacio en el panel que nunca será utilizado para expansión. Simplemente está cubierto con un panel. No hay ningún bus detrás del espacio futuro. Página 27

28 Ayuda al Cliente Correspondencia entre Panelboard y Aplicación En nuestros comentarios sobre panelboards y switchboards, hemos identificados numerosas preguntas que usted debe hacer al cliente para que un producto corresponda a la aplicación. Puede ser útil invertir algo de tiempo para repasar la información requerida de tal manera que esté usted más preparado para recomendar un producto al cliente. Conforme esté usted hablando con el cliente para un panelboard, cerciórese que obtenga la información siguiente: Tipo de sistema (incluyendo tensión, número de fases y número de alambres) Amperaje nominal requerido AIC nominal o corriente nominal de cortocircuito Equipo de acometida o distribución? Interruptor principal o zapata principal solamente? Alimentado desde arriba o abajo? Empotrado o sobrepuesto? Gabinete de Tipo NEMA Cualquier modificación especial deseada Tiempo de embarque requerido Embarcado, ensamblado o como componentes? Con esta información, usted podrá consultar su catálogo de productos y hacer una buena recomendación. Página 28

29 Correspondencia entre Switchboard y Aplicación Las preguntas que debe plantear a un cliente de switchboard son relativamente diferentes. Para ahorrar tiempo, hemos creado este formato de tipo cuestionario que debe acelerar la velocidad del proceso de entrevista. Los reproducimos a continuación. Figura 22. Cuestionario para Switchboard Ayude al cliente a llenar este formato. Esta información debe ofrecer un buen inicio para ofrecer al cliente un switchboard que corresponda a su aplicación. Con esta información, usted puede intentar utilizar el formato siguiente para diseñar el switchboard propuesto. Figura 23. Formato de Distribución de Switchboard Esto debería ayudarle a usted y al cliente a afinar las características del switchboard para ofrecer un mejor servicio. Página 29

30 Repaso 3 Conteste las preguntas siguientes sin hacer referencia al material que se le acaba de presentar. 1. Como las barras bus del panelboard, las se utilizan para en un switchboard. 2. Existen cuatro tipos de dispositivos de protección comúnmente utilizados en aplicaciones de switchboard. Nombre tres de ellos. 3. Los Switchboards están habitualmente disponibles solamente en gabinetes de tipo y. 4. Los cuatro tipos principales de secciones de switchboard son: 5. En sus propias palabras, explique la diferencia entre un repuesto y un espacio. Página 30

31 Glosario Capacidad Interruptiva en Amperes (AIC) Amperaje Nominal Espacio Futuro Ramal Barra Bus Bus Caja Interruptor de Circuito Corriente Nominal Dispositivo de Desconexión Equipo de Distribución Empotrado Alineamiento Frontal y Atrás También Valor Nominal de Interrupción. Una especificación de la cantidad de corriente que un dispositivo de protección, como por ejemplo fusible o interruptor de circuito puede interrumpir con seguridad. Una especificación de la cantidad de corriente que un dispositivo de protección puede llevar continuamente sin deterioro y sin rebasar los límites de elevación de temperatura. Un espacio en un panel de un switchboard que nunca será utilizado para expansión. Esta tapado con un panel y no pasa ningún bus detrás de él. Un circuito que suministra energía eléctrica a cargas eléctricas en un edificio y termina en el panelboard o switchboard. Un componente de un panelboard que sirve como extensión de los conductores de servicio principales. Simplifica la conexión de los dispositivos de protección de circuito a los conductores de servicio principales. Componentes de un switchboard que sirven como una extensión de los conductores de servicio principales. Simplifica la conexión de dispositivos de protección de circuito a los conductores de servicio principales. Utilizado para desplazar la energía eléctrica entre dos o más componentes o circuitos. Componente de un panelboard que se utiliza para contener los demás componentes. Está diseñado para proporcionar protección a componentes y personal. Un dispositivo de protección contra sobrecorriente reutilizable. Después de disparar para abrir el circuito, puede ser reinicializado para proteger el circuito otra vez. Una especificación del nivel de corriente de falla que un equipo puede resistir sin dañarse. Un término general utilizado para describir varios dispositivos de protección de circuito, como por ejemplo fusibles e interruptores de circuito. También Panelboard de Distribución/Suministro de Energía Solamente. Un panelboard o switchboard utilizado para alimentar panelboards de alumbrado y aparatos y cargas de motores trifásicos. Asimismo puede excitar pequeños transformadores para proporcionar otros niveles de tensión. Colocado en un rebajo en la pared. Un tipo de colocación de switchboard en donde las caras frontal y trasera de las secciones de switchboard están alineadas. Página 31

32 Método de Capacidad al 100% Fusible Tierra Fallas a Tierra Bus Horizontal Especificación de Interrupción Chiqueador Panelboard para Alumbrado y Aparatos Centro de Carga Interruptor Principal Dispositivo de Desconexión Principal Zapatas Principales Solamente (MLO) Barras de Neutro Bus de Neutro Un método para seleccionar dispositivos de protección de circuito en donde todas las especificaciones de dispositivo son iguales o mayores para la corriente de falla disponible. Un dispositivo de protección contra sobrecorriente no reutilizable. Después de disparo para abrir el circuito, debe ser reemplazado para restaurar el suministro de energía eléctrica al circuito. Una conexión conductora (intencional o accidental) entre un circuito eléctrico o equipo y la tierra, o bien a algún cuerpo conductor que sirve de tierra. Una falla eléctrica en donde se establece accidentalmente un contacto entre un circuito eléctrico o equipo y la tierra, o bien con algún cuerpo conductor que sirve de tierra. Distribuye la energía eléctrica a cada sección de un switchboard. También Capacidad Interruptiva en Amperes (AIC). Una especificación de la cantidad de corriente que un dispositivo de protección, por ejemplo fusible o interruptor de circuito puede interrumpir con seguridad. Perforación(es) circular(es) en los paneles de arriba y de abajo de un panelboard que pueden ser removidas para proporcionar entradas y salidas para alambres de alimentación en un conducto. Un panelboard que suministra energía eléctrica a ramales que utilizan una cantidad constante de energía eléctrica. Un dispositivo que proporciona electricidad a partir de una fuente de suministro a cargas en aplicaciones comerciales ligeras o residenciales. También Interruptor de Circuito Principal. Un dispositivo reutilizable de protección contra sobrecorriente diseñado para proteger todo un panelboard o switchboard. La energía eléctrica de los principales es alimentada a través de un interruptor principal a las barras bus. Un término general que se utiliza para describir varios dispositivos de protección de panel, por ejemplo interruptor de circuito principal o interruptor de seguridad principal. panelboards en donde la energía eléctrica proveniente del sector es alimentada directamente a las barras bus. Proporciona el punto de terminación para los alambres de neutro del servicio entrante a los circuitos de carga en un panelboard. Proporciona el punto de terminación para los alambres de neutro desde el servicio de entrada y los circuitos de carga en un switchboard. Página 32