Como dimensionar um centro de carga, painéis e quadro de distribuição?

Dimensionamento do Centro de Carga, Painéis, Quadro de Distribuição e Unidade Consumidora De acordo com NEC e IEC?

O planejamento é a primeira e principal prioridade para todos os projetos de fiação elétrica e uma estimativa e análise adequada com base em cálculos precisos é necessária ao projetar e instalar um sistema de distribuição em aplicações residenciais ou comerciais . Isso ocorre porque o tamanho adequadamente determinado do centro de carga e das placas do painel transportará e lidará com a carga atual e futura (se houver) de forma segura e suave.

Dessa forma, os centros de carga e quadros de distribuição devem ser dimensionados adequadamente de acordo com NEC e IEC ou outros códigos regionais aplicáveis ​​(da mesma forma, dimensionar um fio e cabo adequado, selecionar MCBs de tamanho correto ou calcular a classificação de plugues e tomadas, etc.). No guia passo a passo de hoje, mostraremos como selecionar um painel de tamanho certo (centro de carga, quadro de distribuição ou painel de disjuntor) de acordo com NEC e IEC com exemplos resolvidos.

Painel, Centro de Carga e Quadro de Distribuição ou Unidade Consumidora

Diferentes termos são usados ​​para o mesmo, ou seja, centro de carga, placa de painel, quadro de distribuição ou unidade consumidora. Resumindo, um painel ou quadro de distribuição é uma combinação de vários dispositivos de proteção, como disjuntores, que são usados ​​para controlar e distribuir com segurança a energia eclética para os pontos de carga, como pontos de iluminação e circuitos finais.

• Termos usados ​​nos EUA :Painel, centro de carga, caixa de disjuntores, painel de serviço ou painel elétrico principal.
• Termos usados ​​no Reino Unido e na UE :Quadro de distribuição (comercial), unidade consumidora (residencial), caixa de disjuntores, painel principal etc.

Já discutimos isso em nosso post anterior em detalhes, vamos avançar para o tutorial passo a passo. O exemplo a seguir também pode ser usado para determinar a capacidade de carga do disjuntor principal assim como pode ser usado para calcular a carga elétrica geral em uma casa .

Como dimensionar uma placa de painel e um centro de carga? 120/240V – NEC?

Os níveis de tensão comuns nos EUA para aplicação residencial são 120V e 240V monofásicos. Os três fios (identificados como Hot1 como cor preta, Hot 2 como cor vermelha e Neutro como cor branca) do lado secundário do transformador dividido entram na caixa do medidor e no painel de serviço principal (disjuntor principal).

Dessa forma, a tensão disponível em um sistema de distribuição monofásico é a seguinte:

• Tensão entre qualquer Quente (Quente 1 ou Quente 2) e Neutro =120V
• Tensão entre Quente 1 e Quente 2 =240V

A figura a seguir mostra a visão geral de uma caixa de painel, nível de tensão entre diferentes condutores e número de disjuntores.

Observação 1: O exemplo a seguir é baseado em VA (Volt x Amperes) que é conhecido como potência aparente. Você pode usar a potência ativa ou real (em Watts) que é igual a Potência aparente x fator de potência ou VA x PF, pois o fator de potência em edifícios residenciais são quase a unidade (1). Neste caso, a potência aparente em VA é igual à potência real em W “Watts”.

Agora vamos ver o exemplo a seguir para determinar o tamanho adequado do painel (centro de carga ou quadro de distribuição).

Observação 2: Este exemplo é baseado no NEC que é aplicável na América do Norte, especialmente nos EUA e Canadá, que segue o NEC e o CEC. Verifique os outros exemplos para IEC e UK/UE logo após este exemplo.

A seguir está uma visão geral de um painel de serviço principal e suas diferentes partes, incluindo o espaço para pontos de carga futuros e circuitos de 120V e 240V.

Exemplo:

Calcule o tamanho certo do centro de carga ou do quadro de distribuição para 1.500 pés ² (pé quadrado) ou 139,35 m ² (metros quadrados) planta da casa com os seguintes pontos de carga:

• Ar condicionado:240 V x 25 A =6.000 VA =6 kVA
• Faixa elétrica:240 V x 35 A =9.600 VA =8,4 kVA
• Aquecedor elétrico:240 V x 30 A =7.200 VA =7,2 kVA
• Secadora de roupas:240V x 15A =3600 VA =3,6 kVA
• Máquina de lavar louça:120 V x 10 A =1200 VA =1,2 kVA
• Descarte de lixo =120V x 8A =960VA =0,96 kVA
• Dois circuitos de eletrodomésticos na cozinha para geladeira, persiana, etc.
• Iluminação geral, ventiladores, eletrodomésticos e carga futura etc.

Solução:

Vamos encontrar e calcular a classificação de energia para diferentes eletrodomésticos com base na planta sem porão e garagem usando códigos NEC e tabelas relacionadas.

Carga de iluminação geral:

A carga mínima geral de iluminação, incluindo recipientes que não sejam de eletrodomésticos, por exemplo, TV, luz de mesa etc) para uma residência é de 3 VA por pé ² (Tabela NEC 220.12).

Dessa forma, a carga geral de iluminação para 1800 pés ² (dado no exemplo):

3 VA x 1500 pés ² =4500 VA =4,5 kVA

Carregamento de pequenos dispositivos

Deve haver pelo menos dois circuitos de eletrodomésticos de 120V, 20A, ou seja, na cozinha para pequenos eletrodomésticos, como cafeteira e torradeiras, etc. (Artigo 210.11(C)(1) do NEC) . Esses circuitos devem ser classificados em 1,5 kVA (Artigo 220.52 (A) do NEC). Dessa forma, as cargas dos pequenos eletrodomésticos na casa de exemplo fornecida:

2 x 1500 VA =3000 VA =3 kVA

Circuito de lavanderia

Deve haver pelo menos um circuito de 120 V, 20 A para a área de lavanderia (Artigo 210.11(C)(2) do NEC). A classificação VA mínima do circuito de lavanderia deve ser de 1,5 kVA (Artigo 220.52(B) do NEC. Desta forma, a capacidade de carga na área de lavanderia:

1500 VA =1,5 kVA

Desta forma, a iluminação geral total e pequenos eletrodomésticos, incluindo a classificação do circuito de lavanderia:

• Iluminação geral =4,5 kVA
• Carga do aparelho pequeno =3 kVA
• Circuito de lavanderia =1,5 kVA

Total de iluminação geral e pequenos eletrodomésticos =4,5 kVA + 3 kVA + 1,5 kVA =9 kVA

Fator de demanda

Como sabemos, todos os aparelhos elétricos não estão operacionais de uma só vez, ou seja, (apenas um pode ser usado como aquecedor elétrico ou geladeira, dependendo da temperatura). Da mesma forma, todos os equipamentos nem sempre estão LIGADOS continuamente, como ferro elétrico, aquecedor de água, iluminação, ventiladores etc. Por esse motivo, os primeiros 3 kVA são classificados em 100%, enquanto a carga restante pode ser classificada em um fator de demanda de 35% ( Tabela NEC 220.42). Deste jeito

• Os primeiros 3 kVA a 100% =3 kVA
• 6 kVA restantes (9 kVA – 3 kVA) a 35% =2,1 kVA

Total líquido de iluminação geral e pequenos eletrodomésticos =  3 kVA + 2,1 kVA =5,1 kVA

Grandes cargas de dispositivos

Alta potência, por exemplo. aparelhos grandes com operação contínua e não contínua devem ser manuseados de forma diferente. Temos os seguintes aparelhos de alta potência no exemplo acima:

• Ar condicionado:240 V x 25 A =6 kVA
• Faixa elétrica:240 V x 35 A =  8,4 kVA
• Aquecedor elétrico:240 V x 30 A =  7,2 kVA
• Secadora de roupas:240V x 15A =3,6 kVA

Como já mencionamos acima, um ar condicionado ou aquecedor elétrico pode ser usado ao mesmo tempo, ou seja, apenas um aparelho é necessário para operar com base na temperatura. Neste caso, aparelhos com maiores classificações devem ser levados em consideração (NEC® Artigo 220.82(C)). No nosso exemplo, a classificação do aquecedor elétrico (7,2 kVA) é maior que a do ar-condicionado (6 kVA), então vamos considerar o aquecedor então, ou seja, 7,2 kVA

O restante dos aparelhos deve ser classificado em 100%, exceto o alcance elétrico, pois é usado por um curto período de tempo, ou seja, é muito descontínuo em comparação com outros aparelhos. O fator de demanda permitido para aquecedor elétrico de 7,2 kW é de 5,76 kW (NEC Tabela 220.55). Assumimos que o fator de potência é a unidade, ou seja, “1”, onde potência aparente =potência real, por exemplo kVA =kW. Deste jeito;

• Faixa elétrica:=8,4 kVA
• Aquecedor elétrico =  5,76 kVA
• Secadora de roupas:=3,6 kVA

Total líquido de aparelhos de grande porte =8,4 kVA + 5,76 kVA + 3,6 kVA =17,76 kVA

Cargas diversas

As cargas diversas fornecidas no exemplo são:

• Máquina de lavar louça =1,2 kVA
• Descarte de lixo =0,96 kVA

Classificação de carga diversa líquida =1,2 kVA + 0,96 kVA =2,16 kVA

Carga total

Load Points	KW ou kVA Rating
Iluminação geral, lavanderia e carga pequena	5,1 kVA
Carga líquida grande do dispositivo	17,76 kVA
Carregamento de dispositivos diversos	2,16 kVA
Carregamento total	25,02 kVA

Serviço necessário

Os níveis de tensão de alimentação comuns nos EUA fornecidos para residências são 120V/240V. Assim, podemos usar o nível mais alto de tensão para determinar o serviço necessário (para amperes) usando a seguinte fórmula.

I =P / V

Onde:

• I =Corrente em Amperes
• P =Potência em Watts (ou kVA onde PF =1)
• V =Voltagem em Volts

Colocando os valores;

I =25,02 kVA / 240V

I =104,25A

Isso significa que o serviço necessário é 105A. Mas temos que adicionar também a expansão futura e o fator de segurança.

Carregamento futuro:

É importante adicionar um espaço de pelo menos dois circuitos de derivação para a futura expansão. O mínimo de 2 disjuntores de espaço mínimo de 10A deve ser adicionado, ou seja, 2 x 10A = 20A

A amperagem total =20A + 104,25A = 124,25A

Fator de segurança

Recomenda-se adicionar um fator de segurança de 20% à amperagem total, pois os disjuntores e suas operações no centro de carga são afetados pelo aumento da temperatura. Desta forma, a corrente total em amperes:

Amps totais líquidos =20% + 124,25A = 149A

O tamanho adequado do centro de carga ou painel de distribuição = 150 Amperes

Com base nos cálculos acima, o tamanho certo do centro de carga ou painel é 150A que está mais próximo disponível do valor calculado.

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Como dimensionar um quadro de distribuição? Trifásico, 400V - IEC

No exemplo a seguir, mostraremos como calcular o tamanho certo do quadro de distribuição trifásico de 400V, que é aplicável principalmente em países que seguem as regras IEC, por exemplo, Reino Unido, UE e ex-colônias britânicas.

Exemplo: 

Qual ​​é o tamanho certo de um quadro de distribuição trifásico se a carga total estimada em uma casa é de 50 kVA. A carga é uma combinação de sistemas monofásicos e trifásicos (400V e 230V AC) incluindo ar condicionado, geladeira, fogão elétrico, bombas de água, máquinas de lavar e pontos de iluminação geral etc. Considere o fator de potência de 0,9.

Solução:

Primeiro de tudo, encontraremos os amperes necessários usando a fórmula de corrente trifásica.

P =√3 x V  x I x Cos Ф

I =P / √3  x V x Cos Ô

Colocando os valores:

I =50kW x / √3  x 400 V x 0,9

I =80.18A

Fator de demanda ou diversidade:

O fator de diversidade geral é 80% da carga f conectada (consulte IEC 60439 para mais detalhes). Nesse caso,

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

Expansão futura:

A regra geral para o fator de segurança é 20%. Então você pode adicioná-lo também, se necessário.

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

Fator de segurança

O intervalo mínimo de segurança do fator de segurança é de 20 a 25%. Então, vamos adicioná-lo ao valor calculado da corrente de carga da seguinte forma:

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

Agora, a classificação padrão mais próxima disponível do MCCB deve ser 100A para o quadro de distribuição trifásico de 400V que é o tamanho adequado para lidar com uma carga de 50 kW.

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Como dimensionar uma unidade consumidora? Monofásico, 230V – IEC

O exemplo a seguir mostrará como encontrar o tamanho certo da unidade consumidora monofásica de 230 VCA ou unidade de garagem e MCB/MCCB associado para lidar com a carga residencial.

Exemplo: 

Encontre o tamanho adequado de uma unidade consumidora monofásica se a carga total estimada em uma residência for de 12 kVA.

Solução:

Geralmente, o fator de potência de residências com cargas normais é considerado como unidade “1”. Desta forma, a carga total em kVA =kW, ou seja, a potência aparente é igual à potência real em watts devido à ausência do fator de potência.

Agora, teremos que primeiro calcular a corrente de carga usando a fórmula geral de corrente em amperes para circuitos monofásicos.

Primeiro de tudo, encontraremos os amperes necessários usando a fórmula de corrente trifásica.

P =  V  x I x Cos Ф

I =P / V x Cos Ф

Colocando os valores:

I =12 kW x / 230V x 1

I =52.17A

Fator de demanda ou diversidade:

O fator de diversidade geral é 80% da carga conectada (você pode selecionar a % adequada de acordo com o tipo de carga na IEC 60439). Nesse caso,

80% x 52,17A =41,74 A

Expansão futura:

A regra geral para o fator de segurança é 20%. Então você pode adicioná-lo também, se necessário.

20% x 41,74A =50 A

Fator de segurança

O intervalo mínimo de segurança do fator de segurança é de 20 a 25%. Então, vamos adicioná-lo ao valor calculado da corrente de carga da seguinte forma:

25% x 50 A =62,5 A

Dessa forma, podemos selecionar a classificação padrão disponível mais próxima de MCCB, que é 63A para a unidade consumidora monofásica de 230V. Com base no cálculo, este 63A MCB ou MCCB é o tamanho certo para lidar com uma carga de 12kW em residências.

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