Máxima caída de tensión permitida en circuitos eléctricos

Contrario a la creencia común, la NEC/NFPA70 y NTC2050 por lo general no requieren u obligan que los conductores tengan un porcentaje de caída de tensión en particular.

Simplemente se sugiere en las notas: 210.19, 215.2, 230.31 y 310.15, que es bueno ajustar el calculo de caída de tensión al dimensionar los conductores.

La NEC recomienda que la caída de voltaje máxima combinada para el alimentador mas el circuito ramal no debe superar el 5% y el máximo en el circuito alimentador o ramal no debe superar el 3% (Ver Figura. 1 ). Esta recomendación es un problema de rendimiento, no es una cuestión de seguridad.

El propósito del Código Eléctrico Nacional es la protección práctica de las personas y los bienes contra los peligros derivados del uso de la electricidad.

El NEC generalmente no considera que la caída de voltaje sea un problema de seguridad. Como resultado, el NEC contiene seis recomendaciones (Notas de impresión pequeñas) de que los conductores del circuito deben tener el tamaño lo suficientemente grande para que se pueda proporcionar una eficiencia razonable del funcionamiento del equipo.

Además, el NEC tiene cinco reglas que requieren que los conductores se dimensionen para acomodar la caída de voltaje de los conductores del circuito.

Las notas de impresión pequeñas en el NEC son solo para fines informativos y no son exigibles por la autoridad de inspección [90-5 (c)]. Sin embargo, la Sección 110-3 (b) requiere que el equipo se instale de acuerdo con las instrucciones del equipo. Por lo tanto, el equipo eléctrico debe instalarse para que funcione dentro de sus necesidades de voltaje según lo especificado por el fabricante.

Debido a la caída de voltaje dentro de los conductores de un circuito, la tensión de operación en el equipo eléctrico será menor que la tensión de salida de la fuente de alimentación. Las cargas inductivas (es decir, motores, balastos, etc.) que operan a un voltaje inferior a lo que requieren pueden sobrecalentarse, lo que da como resultado una vida útil más corta del equipo y un mayor costo, así como inconvenientes para el cliente.

La baja tensión para equipos electrónicos sensibles, como computadoras, impresoras láser, fotocopiadoras, etc., puede hacer que el equipo se bloquee o se apague repentinamente, lo que provocará una pérdida de datos, un aumento de los costos y la posible falla del equipo. Las cargas resistivas (calentadores, iluminación incandescente) que operan a bajo voltaje simplemente no proporcionarán la salida de potencia nominal esperada.

La caída de tensión en los conductores puede hacer que la iluminación incandescente parpadee cuando otros aparatos, equipos de oficina o sistemas de calefacción y refrigeración se encienden. Aunque esto puede ser molesto para algunos, no es peligroso y no viola el NEC.

Recomendaciones del NEC:

El Código Eléctrico Nacional contiene seis notas de impresión pequeña para alertar al usuario en el Código de que el equipo puede tener una mejor eficiencia de operación si se toma en cuenta la caída de voltaje del conductor.

1. Circuitos de derivación: Aquí se recomienda que los conductores del circuito derivado estén dimensionados para evitar una caída de voltaje máxima del 3%. La caída de voltaje total máxima para una combinación de circuito derivado y  alimentador no debe exceder el 5%. [210-19 (a)]

2. Alimentadores: Se recomienda que los conductores del alimentador estén dimensionados para evitar una caída de voltaje máxima del 3%. La caída de voltaje total máxima para una combinación de circuito ramal y alimentador no debe exceder el 5%. [215-2 (d)].

Ejemplo: ¿Cuál es el voltaje operativo mínimo recomendado por NEC para una carga de 120 voltios que está conectada a una fuente de 120/240 voltios, Figura 3 (8-11).

(a) 120 voltios (b) 115 voltios (c) 114 voltios (d) 116 voltios

Respuesta: (c) 114 voltios, la caída máxima de voltaje del conductor recomendada tanto para el alimentador como para el circuito derivado es del 5 por ciento de la fuente de voltaje; 120 voltios x 5% = 6 voltios. El voltaje de funcionamiento en la carga se determina restando la caída de voltaje del conductor de la fuente de voltaje, 120 voltios – 6 voltios de caída = 114 voltios.

3. Servicios: curiosamente no hay una caída de voltaje recomendada para los conductores de servicio (Acometidas), pero este articulo le recuerda al usuario del Código que considere la caída de voltaje de los conductores de servicio [230-31 (c)].

4. Ampacidad del conductor: Aquí se identifica el hecho de que las ampacidades enumeradas en la Tabla 310-16 no toman en cuenta la caída de voltaje [310-15].

5. Convertidores de fase: los convertidores de fase tienen su propia recomendación de que la caída de tensión de la fuente de alimentación al convertidor de fase no debe superar el 3% [455-6 (a)].

6. Parques de vehículos recreativos: los vehículos recreativos recomiendan que la caída máxima de voltaje para los conductores de circuito derivado no exceda el 3% y la combinación de la derivación y el alimentador no exceda el 5% [210-19 (a)  y 551-73 (d)]

Requisitos del NEC:

El Código Eléctrico Nacional también contiene cinco reglas que requieren que los conductores de circuito se incrementen en tamaño para acomodar la caída de voltaje.

Conductores de puesta a tierra: esta regla establece que cuando los conductores de los circuitos aumentan de tamaño para compensar la caída de tensión, los conductores de conexión a tierra del equipo también deben aumentar de tamaño [250-122 (b)].

Sin embargo, si los conductores del circuito no se incrementan en tamaño para acomodar la caída de voltaje, entonces no se requiere que el conductor a tierra del equipo sea más grande que el listado en la Tabla 250-122.

Motion Picture / Television Studios – Circuito de conductor para sistemas de 60/120 voltios utilizados para reducir el ruido en la producción de audio / video u otros sistemas electrónicos sensibles similares para estudios de movimiento y televisión no debe exceder 1.5%, y la caída combinada de voltaje del alimentador y ramal los conductores del circuito no deben superar el 2.5% [530-71 (d)]. Además la Sección 530-72 (b) le recuerda al usuario del Código que debe aumentar el tamaño del conductor de conexión a tierra de acuerdo con la Sección 250-122 (b).

Bombas de incendio: la tensión de funcionamiento en los terminales de un controlador de la bomba contraincendios no debe ser inferior al 15% de la capacidad de tensión del controlador mientras el motor está arrancando (corriente de rotor de bloqueo).

Además, la tensión de funcionamiento en los terminales del motor de la bomba contraincendios no debe ser inferior al 5% del voltaje nominal del motor cuando el motor está funcionando al 115 por ciento de su corriente nominal de carga plena [695-7].

Si el NEC o NTC2050 no obligan  a tener un porcentaje de caída de tensión en particular , ¿por qué siquiera pensar en ello?, Tenga en cuenta estas razones.

Rendimiento del sistema: las cargas de alumbrado se desempeñan mejor cuando la caída de tensión es mínima.

Solución de problemas: si sigue las recomendaciones de caída de tensión de la NEC, usted no tiene que adivinar si sus mediciones sobre el terreno indican un problema o si es debido a la caída de tensión.

Protección de voltaje bajo: la tensión baja para cargas inductivas pueden causar un sobrecalentamiento, la ineficiencia y menor vida útil de los equipos.

Cuando la resistencia del conductor haga que la tensión caiga por debajo de un punto aceptable, se debe aumentar el tamaño del conductor.

Caída de voltaje acometida:

En cuanto a la acometida el Retie (Reglamento aplicable a Colombia) dice lo siguiente:

Articulo 27.3 Acometidas.

c. Se debe asegurar que la regulación de tensión en la acometida no supere el 3%. En lugares con bajo nivel de fraude. (Ver figura 2).

Queda por lo tanto una pregunta: ¿Que porcentaje deberá ser para Acometida+Alimentador+Ramal?, esta inquietud no la resuelve ni el retie ni la NTC2050 ni la NEC, por lo tanto queda a criterio de cada profesional.

¿De que depende la caída de tension?

• La caída de tensión de un circuito está en proporción directa a la resistencia del conductor y la magnitud de la corriente.
• Si se aumenta la longitud de un conductor, se aumenta su resistencia  y por lo tanto aumenta su caída de voltaje.
• Si aumenta la corriente, aumenta la caída de tensión del conductor. Por lo tanto, las largas distancias a menudo producen caídas de tensión que exceden las recomendaciones de NEC o NTC2050.

Tabla de caída de voltaje

La caída de voltaje se vuelve importante cuando la longitud de un cable o cables se vuelve muy larga. Por lo general, esto no es un problema en los circuitos dentro de una casa, pero puede convertirse en un problema cuando se pasa el cable a una institucion, una bomba de A.A, etc.

La caída excesiva de voltaje puede causar pérdida de eficiencia en el funcionamiento de la iluminacion, motores y electrodomésticos. Esto podría dar como resultado luces tenues y motores o electrodomésticos cuya vida útil se acorta.

Para evitar una caída de voltaje excesiva, seleccione un cable de tamaño que minimice la caída de voltaje. Necesita conocer la longitud del cable y la carga o corriente que estará en el circuito. Para determinar los amperios, sume la potencia de todos los dispositivos eléctricos que estarán en el circuito y divida este total por el voltaje del circuito, 110 o 220, dependiendo si es sistema monofasico, trifasico o bifasico.

* La tabla anterior se aplica a los sistemas monofásicos, en conductos de acero, a una temperatura de funcionamiento del conductor de 75 ° C. Se asume un factor de potencia de uno. La tabla puede usarse para sistemas que usan conductos no de acero, pero los resultados reales para estas condiciones pueden dar como resultado una mayor caída de voltaje.
** Los cables tipo NMB no se pueden usar para una carga de 100 amperios.
*** Debe usar un calibre 6 si usa NMB o UFB.