Adición de un subpanel de cargas críticas con una instalación fotovoltaica, justificación y cálculo de ampacidad

Bienvenidos a la tierra del Artículo 220

El procedimiento que está describiendo para determinar la clasificación de amperaje adecuada del subpanel y el alimentador se denomina cálculo de carga y se realiza utilizando un conjunto de reglas que se encuentran en el Artículo 220 del NEC. Si bien la mayoría de los cálculos residenciales del Artículo 220 se realizan para servicios , las reglas de cálculo del Artículo 220 también se aplican a alimentadores y circuitos derivados; las reglas son relativamente complicadas, pero se pueden simplificar para la mayoría de los trabajos residenciales de la siguiente manera:

1. Asignamos 3VA/ft2 para todas las áreas atendidas por el panel, más 1500VA para cada circuito de electrodomésticos pequeños de cocina o lavandería atendidos por el panel. (Por código, esto cubre circuitos de receptáculos de encimeras de cocina y circuitos de receptáculos de lavandería, pero también es posible usar este valor como una asignación para un circuito que alimenta electrodomésticos de cocina fijos de 120 V).
2. La suma anterior está sujeta a un factor de demanda del 35 % para todo lo que supere los primeros 3000 VA de carga.
3. Luego añadimos asignaciones para electrodomésticos de energía fija: 8 kVA para una estufa (esto es suficiente para todas las estufas por debajo de la clasificación nominal de 12 kVA), 5 kVA para una secadora (el código mínimo para tal) y 4.5 kVA para calentadores de agua de almacenamiento eléctrico (tanque) ( con una reducción del 125% para los alimentadores como calentadores de agua tipo tanque considerados una carga continua). (Los calentadores sin tanque usan la potencia nominal de su placa de identificación en su lugar)
4. Finalmente, abordamos las cargas de motores y HVAC. La tabla 430.248 del NEC se usa para convertir la potencia del motor en amperios a plena carga, mientras que la ampacidad mínima del circuito de la placa de identificación se usa para cargas HVAC. La carga más grande de estos también está sujeta a una reducción del 125 %, y estos valores de amperaje se convierten en VA (W) al multiplicarlos por 230 V. (El factor de potencia se ignora aquí).
5. La suma resultante luego se divide por 240 V para determinar la ampacidad requerida por el alimentador o servicio.

En su caso, tenemos 700 ft2 de área servida entre los dos ambientes (estudio y sala) cuyas cargas generales son servidas por el panel, así como un margen de 1500VA para la nevera, un margen de 8kVA para la cocina (que consideramos como una carga de cobertizo para fines de reserva, como comentaré más adelante), una bomba de pozo de 1/2 HP a 230 V CA y una bomba de calor mini-split con un MCA de 5,5 A, también a 230 V CA.

Dadas estas cargas, comenzamos con 2100VA para el área servida en 3VA@ft2 y la asignación de 1500VA para el refrigerador, lo que nos da una carga general no factorizada de 3600VA. La aplicación del factor de demanda del 35% nos da 3210VA de carga factorizada; luego agregamos la asignación de rango de 8 kVA para darnos 11,210 VA, hasta ahora.

Por último, pero no menos importante, abordamos las cargas del motor. La bomba de pozo se cuenta como 4,9 A a 230 V CA, mientras que la bomba de calor de 5,5 A a 230 V CA se multiplica por 125 %, lo que nos da 1581 VA para la bomba de calor, 1127 VA para la bomba de pozo y una carga total de 13918 VA, o 58 A a 240 V CA .

Como resultado de esto, podemos usar un alimentador de 60 A y un disyuntor de alimentador, con un subpanel de 100 A o 125 A con un disyuntor principal retroalimentado que se puede enclavar para la alimentación del generador y muchos espacios (24-30) para futuras expansiones. Sin embargo, debido a problemas con el radio de curvatura, es posible que no sea posible obtener un conducto para enrutar directamente entre las ubicaciones de los dos paneles; si no puede obtener un conducto de tamaño adecuado para encajar entre los dos paneles, solo usaría 6/3 SER (no NM, ya que NM está limitado a 60 ° C de ampacidad, pero SER puede ejecutarse a 75 ° C ampacidades estos días) para el alimentador y llamarlo un día. (De todos modos, hacer que el alimentador sea más grande no tiene sentido debido a las limitaciones impuestas por la forma en que los sistemas solares multimodo se transfieren).

Abordando ese horno....

Ahora, podemos enfrentarnos al elefante en la habitación; es decir, su brillante estufa de combustible dual y su horno eléctrico que acapara la energía. Cubriremos dos enfoques para este problema; de cualquier manera, podemos reemplazar la asignación de rango de 8 kVA con una carga de electrodomésticos pequeños factorizable de 1500 VA. Esto nos da 6478VA de carga de reserva total, o 27A@240VAC, muy dentro del rango de la capacidad del inversor de un sistema multimodo grande.

Desconexión de carga parcial por diversión y beneficio

La buena noticia es que si solo conecta L1, N y G a su estufa, rompiendo L2, los elementos del horno no funcionarán, pero todo lo demás debería funcionar normalmente, según el diagrama de cableado publicado y los resultados de su prueba. Esto significa que podemos usar un contactor de clasificación UL adecuado para interrumpir L2 cuando el sistema de reserva se transfiere a la energía del generador. (Nota: los contactores de propósito definido no se pueden usar aquí, porque solo son componentes reconocidos por UL para entrar en otras piezas del equipo).

Sin embargo, este contactor deberá ser controlado por los medios de transferencia, y ahí es donde radica la diversión. Con una configuración de transferencia manual (interbloqueo), necesitará un contacto auxiliar en el interruptor del generador para detectar cuándo se enciende ese interruptor y controlar el contactor en consecuencia. Sin embargo, con un sistema solar multimodo, el inversor multimodo deberá proporcionar una salida auxiliar para encender y apagar el contactor según si la red de CA está disponible o no.

Físicamente hablando, el subpanel de reserva es probablemente el lugar más simple para que viva el contactor; sin embargo, algunos contactores son demasiado grandes físicamente para caber en un centro de carga residencial, por lo que deberá tener esto en cuenta cuando compre contactores. También deberá suministrar un voltaje de control; la buena noticia es que la mayoría de los contactores industriales y de iluminación tienen bobinas intercambiables, por lo que cambiar el voltaje de control en el futuro cuando instala el inversor multimodo no es una molestia. Esto significa que puede aprovechar 120 VCA del suministro de reserva para que sirva como voltaje de control por ahora, y luego convertirlo a alguna otra configuración si es necesario cuando los inversores entren.

Zanjando gas para una solución alternativa

Si, por alguna razón, la solución del contactor no funciona, hay una alternativa si está dispuesto a deshacerse de la idea de cocinar con gas mientras no hay energía. Las cocinas de inducción portátiles modernas son mucho mejores que las placas eléctricas regordetas de antaño; ¡Las mejores rivalizan fácilmente con el rendimiento de las estufas de inducción integradas, brindando un grado de control y delicadeza sin igual incluso con quemadores de gas! Como resultado, tener un solo circuito derivado de reserva para electrodomésticos pequeños es una opción factible y bastante flexible para permitir cocinar durante un corte de energía, ya que puede alimentar una variedad de opciones: cocina de inducción portátil, olla de cocción lenta u olla a presión eléctrica, tostadora horno, o aparatos de preparación como una licuadora o procesador de alimentos, para el caso. Esto es como ejecutar cualquier otro circuito derivado para dar servicio a las encimeras de la cocina, excepto por el hecho de que querrá tener receptáculos marcados o de colores distintivos (el rojo es común para los circuitos de alimentación de reserva en entornos comerciales) para indicar el hecho de que estos receptáculos están disponibles cuando se alimentan con un generador. (Esto es algo que tal vez quiera hacer con sus receptáculos de reserva, de todos modos, incluso).

PD Aquí hay una captura de pantalla de los cálculos anteriores en forma de hoja de cálculo:

Lo siento, debo hablar sobre la idea de usar energía auxiliar preciosa para calentar comida, cuando una estufa de gas está a la mano.

Randy y la anguila descubrieron una maravillosa vulnerabilidad/característica del rango. Los circuitos auxiliares tan importantes para el funcionamiento de los quemadores de gas solo necesitan un polo de potencia, mientras que todas las bobinas eléctricas hambrientas necesitan ambos polos.

También me preocupa que el contactor sea desalentador, ya que es tan inusual, y potencialmente bastante costoso e inobtenible. En lugar de interrumpirlo, preferiría simplemente no enviarle energía en primer lugar.

Por lo tanto, usaría un interruptor separado de 3 polos y dos tiros para cambiar los 2 polos y el neutro al horno/estufa.

Mi primer pensamiento fue construir esto a partir de un QO de 4 espacios y un enclavamiento QO2DTI, pero eso no cambiará neutral, lo que podría crear un bucle neutral no deseado.

El resultado es que un lado del interruptor se alimenta desde el panel solo de servicios públicos, que tiene el interruptor de rango normal. El otro lado del interruptor (y solo una pata) se alimenta desde el interruptor más pequeño posible y, por supuesto, está dispuesto para suministrar solo la pata que proporciona energía auxiliar para la cocina.

Argumento que podemos dimensionar el rango en función del consumo de energía medido y observable, por ejemplo, de un amperímetro de abrazadera alrededor del cable, en lugar de tener que suministrar 1500 W a un encendedor de horno de gas . (o, de manera realista, una luz de horno de 25 vatios, ya que no puede evitar la incandescencia aquí). Creo que esta cosa contaría con 40 vatios más o menos.

Proporcionando una respuesta alternativa a mi propia pregunta ...

OP afirma querer agregar un subpanel de cargas críticas y solicita una crítica de la justificación para hacerlo. A partir de los hechos proporcionados, agregar capacidad de panel es claramente una buena idea. De lo contrario, como señala OP, abordar los objetivos n.° 1 y n.° 2 conduce a no cumplir con los objetivos n.° 3 y n.° 5.

Pero un panel secundario no es la única forma de agregar capacidad de panel. ¿Qué tal, en cambio, reemplazar el centro de carga principal actual con un centro de carga principal más grande y no instalar ningún subpanel? El centro de carga actual es de 20 espacios/40 circuitos/200 amperios y tiene 5 medios espacios desocupados. Se puede sustituir por un panel de 30 plazas/60 circuitos (también de 200 amperios).

Se dedicarían dos espacios completos a un interruptor para la entrada del generador, interconectado con el interruptor principal. Esto dejaría 10-1/2 espacios desocupados. Por lo tanto, se cumplirían todos excepto el #5 de los objetivos del OP. Además, al dejar todas las cargas en el panel principal (y no requerir que las cargas críticas se trasladen a un subpanel), hay mucha más flexibilidad para operar con energía de respaldo; los interruptores para las cargas se pueden encender o apagar, según las necesidades del hogar y la cantidad de energía de respaldo disponible (un gran generador de combustible fósil o solo un inversor de 1kW conectado a un vehículo eléctrico).

Sin embargo, tenga en cuenta que este enfoque tiene una desventaja. No es posible conectar un interruptor de generador y un interruptor de inversor solar al mismo centro de carga (es decir, a las mismas barras), fallando algún tipo de mecanismo de enclavamiento improbable que requiere que tanto el interruptor principal como el interruptor solar estén conectados. apagado, para que el interruptor del generador se encienda. De lo contrario, cuando se aplica energía a través de la entrada del generador, el inversor solar podría pensar que la red está activa y potencialmente comenzar a generar energía; por lo tanto, el generador y el PV se cortocircuitan juntos, con Dios sabe qué resultado.

No me queda claro lo difícil que es reemplazar el panel principal. Se monta en una cavidad de pared sin placas de yeso sobre otro revestimiento. Por lo tanto, parece sencillo desconectar todos los Romex y las abrazaderas y sacar los cables del panel (etiquetándolos con cuidado, por supuesto). Instale el nuevo centro de carga (que es 6" más alto) e invierta.

La principal complicación son los conductores de entrada del servicio. Requiere obtener POCO para quitar el medidor. Y el nuevo centro de carga debe "enhebrarse" sobre esos cables (si no quiere volver a tirar de los cables), pero esto no suena demasiado difícil. Luego, debe terminar el trabajo, obtener una inspección y volver a instalar el medidor; así que la casa estará sin electricidad durante un par de días probablemente. Dado que el nuevo centro de carga sería 6" más alto, si la parte inferior está alineada con la anterior, los cables de entrada de servicio probablemente deban ser 12" más largos para enrutar correctamente. Más simple puede ser montarlo 6" más bajo (alinee la parte superior del nuevo con el anterior). Pero luego se debe cortar el conducto de PVC de 2" que entra desde la parte inferior, lo que probablemente signifique quitar y volver a instalar los cables. . Y dado que viene en ángulo, eso puede ser un poco incómodo,

Un problema potencial son los interruptores AFCI; Me parece que un circuito no necesita actualizarse a AFCI si se le agregan menos de 6 pies de cableado y no se le agregan tomacorrientes adicionales. Aparentemente, esto se aplica incluso a un cambio de panel o a la adición de un subpanel.

Sin embargo, probablemente hay algunas cosas en las que no he pensado; por favor iluminame !