¿Por qué importa la tensión de distribución antes de elegir el equipo?
Casi todas las decisiones posteriores de un proyecto eléctrico derivan de una elección temprana: la tensión a la que se distribuye la energía dentro del edificio. El tamaño de los conductores, el marco del interruptor, el número de transformadores, la cantidad de cuartos eléctricos y la energía de falla disponible en un tablero se remontan a esa elección. La diferencia entre las tensiones estándar no es cosmética: una misma carga puede consumir más del doble de corriente en un sistema que en otro, lo que cambia el costo de casi todo por donde pasa esa corriente.
Definir la tensión desde el principio evita tener que rediseñar el esquema de distribución después de que los transformadores y los tableros ya hayan sido especificados y pedidos. Esta guía trata sobre esa distribución interna: la tensión de utilización con la que opera el edificio. La pregunta relacionada, pero distinta, de si tomar servicio de media tensión y contar con una subestación propia es una decisión aparte y no se aborda aquí.
¿Cuáles son las tensiones de distribución estándar en Norteamérica?
Tres servicios de cuatro hilos en estrella dominan el suministro comercial e industrial en Norteamérica. Cada uno ofrece una tensión línea-neutro para cargas monofásicas y de iluminación, y una tensión línea-línea más alta para equipos trifásicos.
| Servicio (estrella) | Línea-neutro | Línea-línea | Uso típico |
|---|---|---|---|
| 120/208 V | 120 V | 208 V | Tomacorrientes, iluminación, HVAC pequeño |
| 277/480 V | 277 V | 480 V | Comercial e industrial grande en EE. UU. |
| 347/600 V | 347 V | 600 V | Comercial e industrial grande en Canadá |
Un servicio 120/208 V entrega 120 voltios línea-neutro para tomacorrientes y 208 voltios línea-línea para equipos trifásicos. El 277/480 V eleva ambos valores, con 277 voltios para iluminación línea-neutro y 480 voltios para mover potencia trifásica. El 347/600 V hace lo mismo en un escalón más alto, con 347 voltios para iluminación y 600 voltios línea-línea.
El sistema canadiense de 600 voltios
Las empresas de servicios públicos canadienses estandarizan dos servicios secundarios en lugar del nivel estadounidense de 480 voltios. La norma de distribución de BC Hydro cubre el servicio secundario trifásico tanto en 120/208 V como en 347/600 V, y las empresas de Ontario ofrecen las mismas dos opciones. Para un sitio grande al norte de la frontera, el 347/600 V es el servicio de alta potencia predeterminado. Se comporta como el 480 V —la misma configuración en estrella a mayor escala— pero lleva más lejos la ventaja de menor corriente. Seiscientos voltios es el sistema de distribución de baja tensión común más alto en Norteamérica; por encima de él, el equipo pasa a las clases de media tensión, con distancias de seguridad, pruebas y costos distintos.
¿Cómo cambia una tensión más alta la corriente, los conductores y las pérdidas?
Para una carga trifásica, la potencia es el producto de la raíz cuadrada de tres, la tensión de línea y la corriente de línea. Con la carga fija, la corriente es inversamente proporcional a la tensión. Una misma demanda de 300 kVA se ve muy diferente según el servicio:
| Tensión de distribución | Corriente de línea para una carga de 300 kVA |
|---|---|
| 208 V | ~833 A |
| 480 V | ~361 A |
| 600 V | ~289 A |
Una corriente menor es precisamente el objetivo de una tensión más alta. Eso significa conductores y tuberías más pequeños, marcos de interruptores más pequeños, menores pérdidas resistivas por calentamiento (I²R) en los alimentadores, y tramos de alimentador más largos antes de que la caída de tensión se convierta en un problema. La norma ANSI C84.1 regula cuánta variación puede presentar el sistema: el Rango A mantiene la tensión de servicio dentro de más o menos 5 por ciento del valor nominal para sistemas de 600 V o menos, y permite que la tensión de utilización en las terminales del equipo caiga hasta menos 10 por ciento. Un diseño que parte de una tensión más alta cuenta con más margen para absorber la caída del alimentador en un edificio grande antes de violar ese rango.
La contrapartida es que las tensiones más altas aumentan el costo y la complejidad de todo lo que deba reducirse, y exigen mayor atención al aislamiento, a las distancias de trabajo y a la mitigación del riesgo de arco eléctrico.
¿Dónde tiene sentido cada tensión?
El 120/208 V es adecuado para oficinas pequeñas, comercios minoristas y espacios comerciales ligeros dominados por cargas de tomacorriente e iluminación de 120 voltios. Alimenta esas cargas directamente, por lo que no se necesita una etapa adicional de reducción, y mantiene simple el equipo.
El 277/480 V y el 347/600 V son adecuados para plantas accionadas por motores, bodegas de distribución, centros de datos y sitios con grandes cargas de recarga de VE o de almacenamiento en baterías, es decir, donde los alimentadores son largos o la demanda trifásica es alta. Estos servicios casi siempre se combinan con transformadores reductores locales para servir las cargas de 120 voltios del edificio. Por eso, la mayoría de las instalaciones grandes operan un esquema mixto: una troncal de distribución primaria en 480 V o 600 V con transformadores de distribución tipo seco que reducen a paneles de 120/208 V donde se encuentran los tomacorrientes y los controles.
Para cargas muy grandes o de tipo campus, una instalación puede tomar servicio de media tensión y contar con su propio equipo reductor, distribuyendo en 480 V o 600 V desde una subestación propiedad del cliente. Esa decisión corresponde a una revisión más amplia de subestaciones y distribución de energía, y no solo a la elección de la tensión.
¿Qué debe especificar un comprador?
Una decisión de tensión bien fundamentada se reduce a una breve lista de verificación:
- Confirme el servicio disponible. Pregunte a la empresa de servicios públicos qué tensiones secundarias ofrece en el sitio; eso suele acotar las opciones antes de iniciar el diseño, y el gabinete de medición y TC debe coincidir con ella.
- Sume la carga conectada y el motor más grande. Una alta demanda trifásica y alimentadores largos favorecen el 480 V o el 600 V; una carga pequeña dominada por 120 V favorece el 208 V.
- Establezca un presupuesto de caída de tensión en el alimentador más largo, verificado contra el rango de la norma ANSI C84.1.
- Planifique la etapa de reducción. Si la distribución es en 480 V o 600 V, dimensione los transformadores tipo seco y sus tableros de baja tensión que alimentan los paneles de 120/208 V.
- Haga coincidir las capacidades de cortocircuito. Especifique las capacidades interruptivas y de resistencia de los tableros de baja tensión o el CCM con la corriente de falla en la tensión elegida.
- Evalúe el caso de media tensión. Donde la carga o el crecimiento lo justifiquen, compare una subestación unitaria propiedad del cliente frente a mantenerse en baja tensión.
Todo lo anterior está enmarcado por la norma ANSI C84.1 para los rangos de tensión, y por el Código Eléctrico Canadiense (CEC) o el National Electrical Code (NEC) aplicable para el dimensionamiento de conductores, la protección contra sobrecorriente y las distancias de seguridad.
Cómo hacer coincidir el equipo con la tensión
La elección de la tensión solo rinde frutos si los transformadores y los tableros que la respaldan están construidos y clasificados para el servicio asignado al sitio. Entogo diseña y fabrica transformadores de distribución y tableros de baja tensión para sistemas de 120/208 V, 277/480 V y 347/600 V, especificados conforme a ANSI C84.1 y las reglas aplicables del CEC o del NEC, y certificables UL (cULus) o CSA a solicitud. Debido a que los transformadores y los tableros provienen de una sola planta integrada verticalmente, un proyecto puede alinear la clase de tensión, la potencia en kVA y la capacidad de cortocircuito en toda la línea, en lugar de adquirir cada pieza por separado, lo cual resulta útil en obras de EPC industrial de ritmo acelerado, donde una planta propia y el soporte de ingeniería ayudan a reducir las largas esperas de equipo ahora comunes en todo el mercado norteamericano.
