Sistemas de energía de emergencia: requisitos del Artículo 700 del NEC y en qué se diferencian de la energía de reserva

Los sistemas de energía de emergencia son la fuente alterna de energía, el equipo de transferencia y el cableado que un código exige para mantener en funcionamiento las cargas de seguridad humana, como la iluminación de salida, las señales de salida y los sistemas de alarma contra incendios, cuando falla la energía normal. En el Código Eléctrico Nacional (NEC^®, NFPA 70^®), estos son sistemas del Artículo 700 y deben restablecer automáticamente la energía a sus cargas en un máximo de 10 segundos. Los sistemas de reserva legalmente requeridos (Artículo 701) y los sistemas de reserva opcionales (Artículo 702) suelen agruparse con ellos, pero cada clase tiene reglas distintas sobre qué cargas puede alimentar, cómo se cablea y cómo se prueba.

Esta guía cubre las tres clases, las fuentes de energía, los interruptores de transferencia, NFPA 110 y NFPA 111, las pruebas y el mantenimiento, y la regla de coordinación selectiva de NEC 700.32, el punto donde muchos diseños no pasan la revisión de planos.

Emergencia vs. reserva legalmente requerida vs. reserva opcional#

El NEC no decide qué cargas necesitan energía de emergencia. Eso lo determinan el código de construcción, el código de incendios, NFPA 101^® (Life Safety Code^®), NFPA 99 u otra autoridad competente (AHJ). El NEC establece después las reglas de instalación para cada clase:

• Sistemas de emergencia (Artículo 700) alimentan cargas esenciales para la seguridad de la vida humana: iluminación de salida, señales de salida, sistemas de alarma contra incendios y de comunicación de emergencia, y otras cargas que asigne el código aplicable. La energía debe estar disponible dentro del tiempo que exija la aplicación, nunca más de 10 segundos (700.12). El cableado de emergencia debe mantenerse independiente de todo otro cableado y equipo, con excepciones limitadas, como dentro de los interruptores de transferencia y en luminarias alimentadas desde ambas fuentes (700.10(B)), y los circuitos de alumbrado de emergencia no pueden alimentar lámparas ni aparatos distintos de los requeridos para uso de emergencia.
• Sistemas de reserva legalmente requeridos (Artículo 701) también son exigidos por el código, pero para cargas que no son de emergencia: equipos cuya pérdida podría generar riesgos u obstaculizar las labores de rescate o de combate de incendios, como ciertos sistemas de ventilación y extracción de humo, calefacción y refrigeración, comunicaciones, desalojo de aguas residuales y cargas de procesos industriales. La energía debe estar disponible en un máximo de 60 segundos, y el cableado puede compartir canalizaciones con el cableado general.
• Sistemas de reserva opcionales (Artículo 702) alimentan cargas de las que no depende la seguridad de las personas, como TI, equipos de proceso, refrigeración, HVAC y alumbrado general. El propietario decide qué cargas alimentan, y la transferencia puede ser manual o automática.

Un solo generador para las tres clases

Un solo generador puede alimentar las tres clases si tiene capacidad suficiente, o si la desconexión automática de cargas da prioridad primero a las cargas de emergencia, luego a las de reserva legalmente requerida y después a las de reserva opcional. Aun así, cada clase necesita su propio interruptor de transferencia. Clasificar correctamente desde el diseño es lo que determina qué puede conectarse legalmente a cada sistema, y un error detectado en la revisión de planos o en la inspección puede obligar a volver a cablear.

La clasificación también explica por qué un sistema del Artículo 700 no mantendrá en funcionamiento servidores, líneas de producción ni refrigeración. Esas cargas corresponden a la reserva opcional, normalmente con un UPS para los equipos que no toleran ni una interrupción breve; consulte nuestra guía sobre cómo preparar su negocio para un corte de energía.

Los números de sección de este artículo corresponden a las ediciones 2020 y 2023 del NEC; la numeración puede cambiar entre ediciones, así que verifique la edición que haya adoptado su jurisdicción.

Fuentes comunes de energía de emergencia#

El Artículo 700 permite varios tipos de fuente de emergencia, cada uno con sus propias condiciones:

• Grupos electrógenos son la opción habitual para cargas grandes. Un grupo accionado por motor generalmente necesita un suministro de combustible en sitio para al menos 2 horas a plena demanda. El combustible suministrado desde fuera del sitio, como el gas natural por tubería, solo se acepta cuando la autoridad competente (AHJ) considera poco probable que el suministro de gas y el de la compañía suministradora fallen al mismo tiempo.
• Baterías de almacenamiento y sistemas centrales de baterías deben sostener la carga durante al menos 1.5 horas sin que el voltaje baje del 87.5 por ciento del valor nominal.
• Sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) alimentan cargas que no toleran ninguna interrupción de energía, y a menudo se combinan con un generador para cortes más largos.
• Equipos unitarios de iluminación de emergencia, es decir, las luminarias de emergencia y señales de salida alimentadas por batería que son comunes en edificios pequeños, deben conectarse al circuito derivado que alimenta el alumbrado normal del área, antes de cualquier apagador local.
• Otras fuentes, como las celdas de combustible o una acometida independiente de la compañía suministradora, tienen condiciones adicionales, y una acometida independiente requiere la aprobación de la autoridad competente (AHJ).

Interruptores de transferencia#

El Artículo 700 exige que el equipo de transferencia sea automático, identificado para uso de emergencia y aprobado por la autoridad competente (AHJ); en la práctica, esto significa un interruptor listado conforme a UL 1008 para uso de emergencia. El equipo de transferencia de emergencia solo puede alimentar cargas de emergencia, por lo que un edificio con las tres clases normalmente tiene al menos tres interruptores de transferencia. Los interruptores de transferencia con bypass y aislamiento permiten dar mantenimiento a un interruptor sin desconectar la carga.

La capacidad de cortocircuito del interruptor de transferencia (capacidad de soportar y cerrar, withstand and closing rating) debe cubrir la corriente de falla disponible en el punto donde se instala, y esa capacidad depende del dispositivo de protección que tenga aguas arriba. Un análisis de cortocircuitos confirma la corriente de falla disponible en cada interruptor de transferencia. Si un interruptor automático aguas arriba usa un retardo de tiempo corto para lograr la coordinación, el interruptor de transferencia también necesita una capacidad de tiempo corto para ese retardo, que no todos los interruptores tienen. El estudio de coordinación y la selección del interruptor deben hacerse en conjunto.

NFPA 110 y NFPA 111: nivel, tipo y clase#

El NEC cubre la instalación. NFPA 110, Norma para sistemas de energía de emergencia y de reserva, cubre el desempeño del sistema de suministro de energía de emergencia (EPSS, por sus siglas en inglés), desde la fuente hasta las terminales de carga del interruptor de transferencia, incluidos su instalación, mantenimiento, operación y pruebas. NFPA 111 hace lo mismo para los sistemas de energía eléctrica almacenada, como los UPS y los sistemas de baterías. Nuestra guía de códigos y normas NFPA explica cómo se relacionan estos documentos entre sí.

NFPA 110 clasifica un EPSS de tres maneras, y NFPA 111 usa un esquema similar:

• Nivel describe qué tan crítico es el sistema. El Nivel 1 aplica cuando una falla podría causar la pérdida de vidas humanas o lesiones graves; el Nivel 2 aplica cuando una falla es menos crítica para la vida y la seguridad de las personas. El código aplicable o la autoridad competente (AHJ) asigna el nivel.
• Tipo es el tiempo máximo, en segundos, que las terminales de carga del interruptor de transferencia pueden estar sin energía aceptable. Tipo 10 significa 10 segundos, Tipo 60 significa 60 segundos, Tipo U es prácticamente ininterrumpible (como con un UPS) y Tipo M es manual.
• Clase es el tiempo mínimo, en horas, que el sistema debe operar a carga nominal sin reabastecer combustible ni recargarse. Clase 2 significa 2 horas, Clase 6 significa 6 horas, y la Clase X la define la aplicación, el código o el usuario.

Así, un sistema Nivel 1, Tipo 10, Clase 2 es un sistema de seguridad humana que restablece la energía en un máximo de 10 segundos y funciona al menos 2 horas sin reabastecer combustible. Los sistemas del Artículo 700 suelen ser Nivel 1, Tipo 10.

Requisitos de pruebas y mantenimiento de los sistemas de energía de emergencia#

El Artículo 700 exige que la autoridad competente (AHJ) realice o presencie una prueba del sistema completo al momento de la instalación y periódicamente después; pruebas según un programa aprobado por la autoridad competente; mantenimiento conforme a instrucciones escritas; un registro escrito de pruebas y mantenimiento, y un medio para probar el sistema bajo la carga máxima prevista. El Artículo 701 tiene requisitos similares.

NFPA 110 agrega la rutina para generadores e interruptores de transferencia. En términos generales, exige inspecciones periódicas, operar el generador con carga cada mes durante al menos 30 minutos, accionar los interruptores de transferencia con regularidad y realizar una prueba complementaria con banco de carga cuando la carga del edificio es demasiado ligera para cumplir los criterios de carga de la norma para un motor diésel. Los motores diésel que operan con poca carga durante periodos largos son propensos al wet stacking, es decir, la acumulación de combustible no quemado y carbón en el escape. Los sistemas de Nivel 1 también requieren una prueba de mayor duración cada pocos años.

Donde aplica NFPA 101, las luminarias de emergencia alimentadas por batería requieren una prueba funcional de al menos 30 segundos cada mes y una prueba de 1.5 horas una vez al año. Conserve los registros: las autoridades competentes y las aseguradoras los solicitan y, después de un incidente, también los abogados.

Coordinación selectiva (NEC 700.32): donde muchos diseños no pasan la revisión#

NEC 700.32 exige que los dispositivos de protección contra sobrecorriente del sistema de emergencia estén coordinados selectivamente con todos los dispositivos de protección contra sobrecorriente del lado de la alimentación. Esto significa que solo abre el dispositivo más cercano a una falla o sobrecarga, en todo el rango de sobrecorrientes hasta la corriente de falla máxima disponible y en todo el rango de tiempos de apertura de los dispositivos. Una falla en un circuito derivado no debería dejar sin iluminación de salida a todo un piso.

La selección debe hacerla un ingeniero profesional con licencia (PE) u otra persona calificada dedicada principalmente al diseño, la instalación o el mantenimiento de sistemas eléctricos, y debe documentarse y ponerse a disposición de quienes diseñan, instalan, inspeccionan, mantienen y operan el sistema. NEC 701.32 aplica la misma regla a los sistemas de reserva legalmente requeridos. Los sistemas de reserva opcionales no tienen ese requisito, y los sistemas eléctricos esenciales de las instalaciones de atención médica siguen su propia regla de coordinación en el Artículo 517.

Por qué los estudios de coordinación no pasan la revisión

Los estudios de coordinación de estos sistemas suelen ser rechazados en la revisión por:

1. Coordinación demostrada solo con curvas tiempo-corriente, o solo por encima de 0.1 segundos. Los interruptores en caja moldeada con disparo instantáneo suelen traslaparse con corrientes de falla altas, donde la coordinación debe demostrarse con las tablas de coordinación probadas del fabricante, las tablas de relaciones de selectividad de fusibles o los ajustes de retardo de tiempo corto.
2. Revisión de una sola trayectoria de alimentación. Las cargas de emergencia pueden alimentarse desde cualquiera de las dos fuentes, por lo que «todos los dispositivos de protección contra sobrecorriente del lado de la alimentación» incluye los alimentadores y el equipo de acometida del lado normal, además del interruptor del generador.
3. Equipos con capacidad en serie (series rating). Una capacidad en serie depende de que el dispositivo aguas arriba abra ante una falla aguas abajo, justo lo contrario de la coordinación selectiva.
4. Sustituciones y cambios de ajustes. Un estudio solo es válido para los dispositivos y ajustes que modeló. Un interruptor o una unidad de disparo distintos en la documentación para aprobación (submittals), o ajustes modificados después para reducir la energía de arco eléctrico, pueden invalidarlo.
5. Documentación faltante. Los revisores esperan el diagrama unifilar, la lista de dispositivos, los ajustes, las curvas y cualquier tabla de combinaciones probadas, además de un registro de quién hizo la selección.

La coordinación depende de la corriente de falla disponible en cada bus, por lo que comienza con un estudio de cortocircuito. Consulte el propósito de un estudio de coordinación de dispositivos de protección para conocer más sobre el proceso.

Cómo puede ayudar Dreiym Engineering#

Dreiym Engineering realiza los estudios eléctricos que necesitan los sistemas de emergencia y de reserva legalmente requeridos. Nuestros estudios de coordinación de protecciones incluyen documentación de coordinación selectiva lista para la autoridad competente (AHJ) conforme a NEC 700.32 y 701.32, incluidos los ajustes de relevadores de protección de media tensión cuando la coordinación se extiende aguas arriba. También realizamos análisis de cortocircuitos para verificar las capacidades de los interruptores de transferencia y de los equipos, y análisis de carga para verificar la capacidad de las fuentes, y ofrecemos servicios de diseño eléctrico para sistemas nuevos y modernizados. Nuestros estudios se modelan en ETAP y SKM, bajo la dirección de Brian J. Brackensick, M.S., P.E., y llevan sello de PE cuando se requiera. Consulte todos nuestros servicios de ingeniería eléctrica de potencia. Contacte con nosotros para solicitar una cotización gratuita.